Рисунок 21 - Модифицированный синус, снятый с ИБП
Модифицированный синус, снятый с ИБП, работающего от аккумулятора
Существуют несколько групп инверторов, которые различаются по стоимости примерно в 15 раз:
§ Первая группа более дорогих инверторов обеспечивает синусоидальное выходное напряжение.
§ Вторая группа обеспечивает выходное напряжение упрощённой формы, заменяющей синусоиду. Чаще всего используется сигнал в виде трапецеидального синуса
Для подавляющего большинства бытовых приборов допустимо использовать переменное напряжение с упрощённой формой сигнала. Синусоида важна только для некоторых телекоммуникационных, измерительных, лабораторных приборов, медицинской аппаратуры, а также профессиональной аудио аппаратуры. Выбор инвертора производится исходя из пиковой мощности энергопотребления стандартного напряжения 220В/50Гц.
Существуют три режима работы инвертора:
§ Режим длительной работы. Данный режим соответствует номинальной мощности инвертора.
§ Режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов в течение нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,2-1,5 раза больше номинальной.
§ Режим пусковой. В данном режиме инвертор способен отдавать повышенную моментальную мощность в течение нескольких миллисекунд для обеспечения запуска электродвигателей и емкостных нагрузок.
В течение нескольких секунд большинство моделей инверторов могут отдавать мощность в 1,5-2 раза превышающую номинальную. Сильная кратковременная перегрузка возникает, например, при включении холодильника. Как правило, мощность инвертора примерно равна либо выше расчётной мощности ветроустановки.
Преобразователи постоянного тока в постоянный с изменением параметров
Преобразователями постоянного тока в постоянный с изменением параметров являются трехфазные инверторы и N-фазные инверторы.
Трёхфазные инверторы
Рисунок 22 - Тиристорный (GTO) тяговый преобразователь по схеме «Ларионов-звезда»
Трёхфазные инверторы обычно используются для создания трёхфазного тока для электродвигателей, например для питания трёхфазного асинхронного двигателя. При этом обмотки двигателя непосредственно подключаются к выходу инвертора.
Высокомощные трёхфазные инверторы применяются в тяговых преобразователях в электроприводе локомотивов, теплоходов, троллейбусов (например, АКСМ-321), трамваев, прокатных станов, буровых вышек, в индукторах (установки индукционного нагрева[2]).
На рисунке приведена схема тиристорного тягового преобразователя по схеме «Ларионов-звезда». Теоретически возможна и другая разновидность схемы Ларионова «Ларионов-треугольник», но она имеет другие характеристики (эквивалентное внутреннее активное сопротивление, потери в меди и др.).
N-фазные инверторы
Однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные инверторы строят по таким же схемам, как и однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные выпрямители, только вместо диодов ставят ключи, тиристорные (GTO), транзисторные (IGBT, БСИТ) или др.
Конденционеры электроэнергии
Кондиционер электроэнергии - стабилизатор напряжения или тока.
Стабилизатор напряжения -- преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.
По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.
Стабилизаторы постоянного тока
Рисунок 23 - Микросхема линейного стабилизатора КР1170ЕН8
Линейный стабилизатор
Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности Pрасс = (Uin -- Uout) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, т. е. должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора -- простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.
В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:
§ Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.
§ Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.
В зависимости от способа стабилизации:
§ Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.
§ Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.
§
- Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне
Рисунок 24 - Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне
Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке RL. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов.
- Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе
Рисунок 25 - Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе
Основными моментами, необходимыми для понимания работы этого стабилизатора, являются:
1) Напряжение Ube практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. В расчётах схем на биполярных транзисторах чаще всего используют именно такое значение, реже 0,7В. Это напряжение, необходимое для преодоления так называемого потенциального барьера p-n перехода, существующего между областями эмиттера и базы;
2) Напряжение Uz практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон и равно напряжению стабилизации стабилитрона.
Но выходное напряжение Uout = Uz -- Ube. То есть выходное напряжение Uout постоянно и не зависит от тока, протекающего по нагрузке. Можно сказать, что выходное напряжение не зависит от величины нагрузки RL.
Изменения входного напряжения Uin (если оно несколько больше ожидаемого выходного напряжения) также не приводят к изменениям выходного напряжения Uout. Вариант объяснения работы этого стабилизатора, начинающийся с предположения об изменении выходного напряжения Uout с последующей компенсацией за счёт изменения тока, не даёт понимания откуда берётся первоначальное изменение Uout. На самом деле незначительные изменения Uout вызваны незначительными изменениями напряжений Ube=0,6 В и Uz, вызванными изменениями протекающих через них токов. А причиной изменения токов является изменение величины нагрузки RL + изменение входного напряжения Uin.
- Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя
Рисунок 26 - Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя
Часть выходного напряжения Uout снимаемая с потенциометра R2 сравнивается с опорным напряжением Uz на стабилитроне D1, разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя[1]. Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°. Так как часть выходного напряжения Uout подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.
Импульсный стабилизатор
В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая затем высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но уже с другим напряжением. Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними -- широтно-импульсной модуляции. Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.
В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):
§ Понижающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.