Inverteriai

Report
Inverteriai
1
Inverteris – tai prietaisas keičiantis nuolatinę
įtampą į kintamąją.
Inverteriai praktikoje dažniausiai taikomi:
1. Keičiant 12VDC į 230VAC įtampą;
2. Dažnio keitikliuose;
3. Alternatyviųjų energijos šaltinių įtampą norint atiduoti į
elektros tinklus, buitiniams prietaisams maitinti;
4. Nuolatinės
įtampos
intarpuose
tarp
skirtingų
energetinių sistemų;
5. Buityje.
2
Tipinės inverterio elektrinės schemos
arba
Dvipusė H tiltelio schema
Vienpusė H tiltelio schema
Vienpusiame tiltelyje pora kaskadiniu jungimu Q3 ir Q4 veikiantys
tranzistoriai pakeičiami kondensatoriais. Tokia schema pritaikoma mažesnio
galingumo inverteriuose pvz.: kompiuterių maitinimo šaltiniuose 50Hz dažnį
verčiant į 40kHz ir daugiau.
3
!
H tiltelio veikimo principas keičiant DC į AC
Vienfazio H tiltelio veikimo
principo aiškinamoji schema
Vdc
A+
Va
A–
• A+ arba A- raktas gali būti uždarytas, tačiau
negali būti uždaryti vienu metu
Vb
• B+ arba B- raktas gali būti uždarytas, tačiau
negali būti būti uždaryti vienu metu
*Kaskados raktų perjungimo metu, kai +A
atidaromas, o A- uždaromas (arba atvirkščiai) dėl
pereinamųjų procesų abu raktai gali užsidaryti,
tuomet galimas nuolatinės įtampos šaltinio
užtrumpinimas.
*Kad to išvengti, perjungimo metu abu raktai
trumpą laiką išjungiami. Šis laikas reikalingas
pereinamiesiems procesams užgesti vadinamas
Dead Time, po to uždaromas priešingas raktas.
B–
Įtampų lygiai Va ir Vb mazguose
B+
Load
Tiltelio raktų komutavimo taisyklės:
• Kai A+ uždaras, Va = Vdc
• Kai A- uždaras, Va = 0
• Kai B+ uždaras, Vb = Vdc
• Kai B- uždaras, Vb = 0
Vload  VA  VB  VAB
4
H tiltelio aiškinamoji schema
Vdc
A+
B+
+ Vdc −
Va
Load
A–
Įtampų lygiai ant apkrovos Vab:
•Kai A+ ir B- uždaryti, Vab = +Vdc
•Kai A+ ir B+ uždaryti, Vab = 0
•Kai A- ir B+ uždaryti, Vab = -Vdc
•Kai A- ir B- uždaryti, Vab = 0
Vb
B–
•Atbuliniai diodai yra skirti raktų
(tranzistorių)
apsaugai
nuo
induktyviosios
apkrovos
sukurtos
saviindukcijos evj, kuomet atjungus
apkrovą susidaro raktui pavojingas
neigiamos įtampos viršįtampis.
Vload  VA  VB  VAB
5
H-Bridge Inverter
• Stačiakampės įtampos moduliacija:
6
!
Stačiakampės moduliacijos veikimo principas
Vload
Įtampų lygiai ant apkrovos Vab:
•Kai A+ ir B- uždaryti, Vab = +Vdc
•Kai A+ ir B+ uždaryti, Vab = 0
•Kai A- ir B+ uždaryti, Vab = -Vdc
•Kai A- ir B- uždaryti, Vab = 0
Vdc
−Vdc
•Tokia įtampos kreivė yra vadinama modifikuota sinusoide ir yra pritaikoma
keičiant nuolatinę įtampą į kintamąją.
•Modifikuotos sinusoidės impulso pločio ir amplidutės sandauga yra
suderinama taip, kad atitiktų švarios sinusinės efektynę vertę Vrms.
7
Modifikuotos sinusoidės grafinė išraiška pavaizduota punktyrine kreive
8
Modifikuotos sinusoidės inverterių pavyzdžiai
Modifikuotos sinusoidės vaizdas
oscilografo ekrane
9
Induktyviosios apkrovos sukurtų viršįtampių
iškrovimas
Vdc
Išskiriami du ciklai:
1. Nuolatinės įtampos šaltinis maitina
apkrovą, teka darbinė maitinimo srovė.
A+
B+
Evj
Va
Load
Load
+
A–
-
Vb
B–
2. Atidarius A+ ir B- raktus, dėl
induktyvių
elementų
apkrovoje
susidaro saviindukcijos Evj, kuri yra
priešingos krypties nei maitinimo
šaltinio įtampa.
•Kadangi
sukurta
elektrovara
neleidžia nutrūkti srovei, tai dėl
pasikeitusios
įtampos
krypties
viršįtampio srovė iškraunama per
atbulai jungtus diodus į maitinimo
šaltinį Vdc.
•Tokiu būdu raktai yra išsaugojami
nuo pavojingo viršįtampio.
10
Modifikuotos sinusoidės harmonikos
11
Modifikuotos sinusoidės inverterių privalumai,
trūkumai
Privalumai:
•
Paprasta gamyba;
•
Pigūs;
•
Didelis patikimumas;
•
Didelis masės ir energijos santykis.
Trūkumai:
•
Sukuria daug harmonikų, todėl jautriems prietaisams
harmonikoms netinka naudoti.
•
Netinka naudoti prietaisams, sukuriantiems didelę
talpinę apkrovą.
12
Kaip inverteriu gauti sinusinį išėjimo signalą be didelių
iškraipymų?
!
Tokį kokybiška inverterio išėjimo signalą galima gauti raktus
komutuojant aukšto dažnio signalu, keičiant raktų komutavimo laiką
norimo gauti išėjime signalo dėsniu.
Dažniau raktas
Dažniau raktas
laikomas įjungtas laikomas išjungtas
nei išjungtas
nei įjungtas
Vdc
Unipolar Pulse-Width
Modulation (PWM)
U vid. 
1
( D  T U m )  D U m
T
−Vdc
13
Impulso pločio moduliacijos veikimo principas (PWM)
Vcont yra įėjimo (palyginimo) signalas, kurį norine gauti inverterio išėjime.
Vcont paprastai būna sinusoidė, tačiau ji taip pat gali būti muzikos takelis.
Vcont
Vtri
−Vcont
Veikimo principas:
Vcont > Vtri , uždaromas A+, atsidaromas
raktas A – , Va = Vdc
Vcont < Vtri , atidaromas A+, uždaromas
raktas A – , Va = 0
–Vcont > Vtri , uždaromas B+, atidaromas
raktas B– , Vb = Vdc
–Vcont < Vtri , atidaromas B+, uždaromas
raktas B– , Vb = 0
Vtri yra pjūklinės (trikampės) įtampos signalas, jis paprastai būna 30
kartų didesnio dažnio nei Vcont.
ma = pikinės įėjimo signalo vertės santykis su pikine pjūkline signalo verte.
14
mf = pjūklinio signalo dažnio santykis su įėjimo signalo didžiausiu dažniu.
15
16
Impulsus
formuojančio
bloko
veikimo
principas:
Įėjimo signalas (raudona) komparatoriaus pagalba lyginamas su pjūklinės įtampos
signalu (juoda). Komparatoriaus išėjime gaunamas kintamo impulso pločio signalas
(mėlyna).
17
Inverteris atkuria signalo kokybę tuo geriau, kuo didesnis yra pjūklinės
įtampos dažnis
Kai pjūklinės
įtampos dažnis yra
500Hz išėjimo
įtampa (žalia spalva)
Kai pjūklinės
įtampos dažnis yra
2000Hz išėjimo
įtampa (žalia
spalva)
18
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
1.5
Apkrovos įtampa yra
tiesiniame režime šiuo
atveju, kai santykis ma =
0,5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
19
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
1.5
Išėjimo įtampa išeina iš
tiesinio įtampos
stiprinimo ribų šiuo
atveju, kai ma = 1,5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
20
!
Inverterio, pargristo impulsu pločio moduliacijos (PWM) veikimo
principų efektinės vertės iškraipymo priklausomybė nuo ma, kai
inverteris dirba tuščiosios veikos režimu.
4 Vdc

p
2
V1rms
Vdc
ma  2
2
V1,rms
Vdc
ma yra vadinamas
moduliacijos
koeficientu
0
ma
1
linijinė
netiesinė
įsisotinta
21
Kad panaikinti aukštesniasias harmonikas
naudojamas aukšų dažnių firltras
LC firtro parametrai paprastai parenkami taip, kad butų išfiltruoti aukšto dažnio
stačiakampių impulsų sukurtos harmonikos.
22
100Hz signalo stiprinimas inverteriu
Waveform
generator
output
Inverter
output
Dead spots at zero crossings are characteristics of PWM
Top curve: 100Hz waveform generator output,
Bottom curve: Output of inverter powering 5Ω power load resistor
(scope set to average over one cycle)
23
Greitoji furje transformacijos 100Hz inverterio išėjimo
1kHz span,
500Hz center
Save screen
snapshot #1
FFT of inverter output with 100Hz input signal
24
Muzikinio takelio stiprinimas inverteriu
CD player
output
Inverter
output
Save screen
snapshot #3
Top curve: Audio output of CD player to inverter,
Bottom curve: Output of inverter to speakers
(scope set to average over one cycle)
25
Švarios sinusinės įtampos inverterių
pavyzdžiai
26
!
PWM kontroliuojamas H tiltelis
• Turi didelį efektyvumo koeficientą
• Iškraipymai yra didesni negu lyginant su linijiniu
stiprintuvu, tačiau linijiniai stiprintuvai turi žymiai
zemesnį efektyvumo koeficientą.
• Puikiai tinka elektros variklių valdymui, elektros
prietaisams maitinti.
• Puikiai tinka stiprinti zemo dažnio muzikinius
talekius.
27

similar documents