Čo je to menič napätia, ako to funguje, použitie meniča

Na premenu jednosmerného prúdu na striedavý sa používajú špeciálne elektronické napájacie zdroje nazývané invertory. Striedač najčastejšie premieňa jednosmerné napätie jednej veľkosti na striedavé napätie inej veľkosti.

Preto je menič generátorom periodicky sa meniaceho napätia, pričom priebeh napätia môže byť sínusový, takmer sínusový alebo impulzný... Meniče sa používajú ako samostatné zariadenia, tak aj ako súčasť systémov neprerušiteľného napájania (UPS).

Invertory v rámci zdrojov neprerušiteľného napájania (UPS) umožňujú napríklad nepretržité napájanie počítačových systémov a ak náhle v sieti zmizne napätie, menič okamžite začne dodávať počítaču energiu získanú zo záložnej batérie. Používateľ bude mať aspoň čas vypnúť a vypnúť počítač.

Väčšie zdroje neprerušiteľného napájania využívajú výkonnejšie invertory s veľkokapacitnými batériami, ktoré dokážu autonómne napájať spotrebiteľov celé hodiny bez ohľadu na sieť, a keď sa sieť vráti do normálu, UPS automaticky prepne spotrebiteľov priamo do siete a batérie sa začnú nabíjať.

Technická stránka

V moderných technológiách premeny elektriny môže menič fungovať len ako medzičlánok, kde jeho funkciou je premieňať napätie pomocou vysokofrekvenčnej transformácie (desiatky a stovky kilohertzov). Našťastie sa dnes dá tento problém jednoducho vyriešiť, pretože pre vývoj a konštrukciu meničov sú k dispozícii ako polovodičové spínače schopné znášať prúdy stoviek ampérov, magnetické jadrá s potrebnými parametrami, tak aj elektronické mikrokontroléry špeciálne navrhnuté pre meniče (vrátane rezonančných).

Požiadavky na meniče, ako aj na iné výkonové zariadenia, zahŕňajú: vysokú účinnosť, spoľahlivosť, čo najmenšie rozmery a hmotnosť. Taktiež je potrebné, aby menič znášal prípustnú úroveň vyšších harmonických vo vstupnom napätí a nevytváral pre užívateľov neprijateľne vysoký impulzný šum.

V systémoch so „zelenými“ zdrojmi elektriny (solárne panely, veterné mlyny) na dodávanie elektriny priamo do všeobecnej siete sa používajú Grid-tie invertory, ktoré môžu pracovať synchrónne s priemyselnou sieťou.

Počas prevádzky napäťového meniča je zdroj konštantného napätia periodicky pripájaný k záťažovému obvodu s premenlivou polaritou, pričom frekvencia spojení a ich trvanie sú tvorené riadiacim signálom, ktorý prichádza z regulátora.

Regulátor v meniči zvyčajne vykonáva niekoľko funkcií: reguláciu výstupného napätia, synchronizáciu činnosti polovodičových spínačov, ochranu obvodu pred preťažením. Vo všeobecnosti sa meniče delia na: samostatné meniče (prúdové a napäťové meniče) a závislé meniče (riadené sieťou, poháňané sieťou atď.)

Invertorový obvod

Polovodičové spínače meniča sú riadené ovládačom a majú reverzné bočníkové diódy. Výstupné napätie meniča v závislosti od aktuálneho výkonu záťaže sa upravuje automatickou zmenou šírky impulzu vo vysokofrekvenčnom meniči, v najjednoduchšom prípade PWM (modulácia šírky impulzu).

Polvlny výstupného nízkofrekvenčného napätia musia byť symetrické, aby záťažové obvody v žiadnom prípade nedostávali významnú konštantnú zložku (pre transformátory je to obzvlášť nebezpečné), na to je šírka impulzu LF bloku (v najjednoduchší prípad) je konštantný .

Pri ovládaní výstupných spínačov meniča sa používa algoritmus, ktorý zabezpečuje sekvenčnú zmenu v štruktúrach silového obvodu: priama, skratová, reverzná.

Tak či onak, okamžitá hodnota výkonu záťaže na výstupe meniča má charakter dvojfrekvenčných vĺn, preto primárny zdroj musí umožňovať takýto režim činnosti, keď ním prechádzajú zvlnené prúdy, a odolať zodpovedajúcej úrovni rušenia. (na vstupe meniča).

Ak boli prvé meniče výlučne mechanické, dnes existuje veľa možností pre obvody polovodičových invertorov a existujú iba tri typické schémy: mostík bez transformátora, zatlačenie s nulovou svorkou transformátora, mostík s transformátorom.

Beztransformátorový mostíkový obvod sa nachádza v 500 VA neprerušiteľných zdrojoch napájania a automobilových invertoroch. Posuvný obvod s neutrálnou svorkou transformátora sa používa v UPS s nízkym výkonom (pre počítače) s kapacitou do 500 VA, kde je napätie záložnej batérie 12 alebo 24 voltov. Mostíkový obvod s transformátorom sa používa vo výkonných zdrojoch neprerušiteľného napájania (pre jednotky a desiatky kVA).

Priebeh výstupného napätia

V obdĺžnikových napäťových meničoch je na výstupe spínaná skupina reverzných diódových spínačov tak, aby vytvárali striedavé napätie na záťaži a poskytovali režim riadenej cirkulácie v obvode. reaktívna energia.

Za proporcionalitu výstupného napätia sú zodpovedné: relatívna doba trvania riadiacich impulzov alebo fázový posun medzi riadiacimi signálmi kľúčových skupín. V režime nekontrolovanej cirkulácie jalového výkonu užívateľ ovplyvňuje tvar a veľkosť výstupného napätia meniča.

V napäťových meničoch so stupňovitým výstupom vytvára vysokofrekvenčný predkonvertor unipolárnu krivku stupňovitého napätia, ktorá sa tvarom približne približuje sínusovej vlne, ktorej perióda je polovicou periódy výstupného napätia. LF mostový obvod potom premení unipolárnu skokovú krivku na dve polovice bipolárnej krivky, ktorá sa zhruba podobá sínusovej vlne.

V napäťových meničoch so sínusovým (alebo takmer sínusovým) tvarom výstupu generuje vysokofrekvenčný predkonvertor konštantné napätie blízke amplitúde budúcemu sínusovému výstupu.

Mostíkový obvod potom vytvára nízkofrekvenčnú premennú z konštantného napätia pomocou viacerých PWM, keď sa každý pár tranzistorov v každom polcykle vytvárania výstupnej sínusovej vlny niekoľkokrát otvorí na čas meniaci sa podľa harmonického zákona. . Dolnopriepustný filter potom extrahuje sínus z výsledného tvaru vlny.

VF predkonverzné obvody v invertoroch

Najjednoduchšie vysokofrekvenčné predkonverzné obvody v invertoroch sú samogenerujúce. Sú pomerne jednoduché z hľadiska technickej implementácie a sú dosť účinné pri nízkych výkonoch (do 10-20 W) na napájanie záťaží, ktoré nie sú kritické pre proces napájania. Frekvencia oscilátorov nie je väčšia ako 10 kHz.

Pozitívna spätná väzba v takýchto zariadeniach sa získa nasýtením magnetického obvodu transformátora. Ale pre výkonné meniče nie sú takéto schémy prijateľné, pretože straty v prepínačoch sa zvyšujú a účinnosť je nakoniec nízka.Taktiež akýkoľvek skrat na výstupe preruší samoosciláciu.

Lepšie obvody predbežných vysokofrekvenčných meničov sú flyback (do 150 W), push-pull (do 500 W), polovičný mostík a mostík (viac ako 500 W) regulátorov PWM, kde frekvencia prevodu dosahuje stovky kilohertzov.

Typy meničov, režimy prevádzky

Jednofázové napäťové meniče sú rozdelené do dvoch skupín: s čistou sínusoidou na výstupe a s modifikovanou sínusoidou Väčšina moderných zariadení umožňuje zjednodušenú formu sieťového signálu (upravenú sínusoidu).

Čistá sínusoida je dôležitá pre zariadenia, ktoré majú na vstupe elektromotor alebo transformátor, alebo ak ide o špeciálne zariadenie, ktoré na vstupe pracuje len s čistou sínusoidou.

Trojfázové meniče sa vo všeobecnosti používajú na generovanie trojfázového prúdu pre elektromotory, napríklad na napájanie trojfázový asynchrónny motor… V tomto prípade sú vinutia motora priamo spojené s výstupom meniča. Pokiaľ ide o výkon, menič sa vyberá na základe jeho špičkovej hodnoty pre používateľa.

Vo všeobecnosti existujú tri režimy prevádzky meniča: štart, nepretržité a preťaženie. V režime spustenia (nabíjanie kapacity, spustenie chladničky) môže výkon zdvojnásobiť menovitý výkon meniča za zlomok sekundy, čo je prijateľné pre väčšinu modelov. Nepretržitý režim - zodpovedajúci menovitej hodnote meniča. Režim preťaženia – keď je výkon používateľa 1,3-násobok menovitého výkonu – v tomto režime môže priemerný menič pracovať asi pol hodiny.