Inverteriai

1

Inverteris – tai prietaisas keičiantis nuolatinę įtampą į kintamąją.

Inverteriai praktikoje dažniausiai taikomi: 1.

Keičiant 12VDC į 230VAC įtampą; 2.

3.

4.

Dažnio keitikliuose; Alternatyviųjų energijos šaltinių įtampą norint atiduoti į elektros tinklus, buitiniams prietaisams maitinti; Nuolatinės įtampos energetinių sistemų; intarpuose tarp skirtingų 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

Vienfazio H tiltelio veikimo principo aiškinamoji schema

Vdc

Va

A+ H tiltelio veikimo principas keičiant DC į AC Load B+

Vb Tiltelio raktų komutavimo taisyklės: • A+ arba A- raktas gali būti uždarytas, tačiau negali būti uždaryti vienu metu • B+ arba B- raktas gali būti uždarytas, tačiau negali būti būti uždaryti vienu metu *Kaskados atidaromas, o A uždaromas (arba atvirkščiai) dėl pereinamųjų procesų abu raktai gali užsidaryti, tuomet raktų galimas perjungimo nuolatinės metu, įtampos kai +A 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.

!

A– B–

Įtampų lygiai Va ir Vb mazguose • Kai A+ uždaras, Va = Vdc • Kai A- uždaras, Va = 0 • Kai B+ uždaras, Vb = Vdc • Kai B- uždaras, Vb = 0

V load



V A



V B



V AB

4

H tiltelio aiškinamoji schema

Vdc

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

A+

Va

A– + Vdc − Load B+

Vb

B–

•Atbuliniai (tranzistorių) neigiamos diodai induktyviosios yra apsaugai apkrovos skirti saviindukcijos evj, kuomet atjungus apkrovą susidaro raktui pavojingas įtampos viršįtampis.

raktų nuo sukurtos

V load



V A



V B



V AB

5

H-Bridge Inverter

• Stačiakampės įtampos moduliacija: 6

Stačiakampės moduliacijos veikimo principas

!

V load Vdc −Vdc 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 •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

Va

A+ A– + Evj B+

Vb

B–

Išskiriami du ciklai: 1. Nuolatinės įtampos šaltinis maitina apkrovą, teka darbinė maitinimo srovė.

2. Atidarius A+ ir B- raktus, induktyvių šaltinio įtampa.

dėl priešingos elementų susidaro saviindukcijos Evj, kuri yra krypties nei apkrovoje maitinimo •Kadangi pasikeitusios sukurta neleidžia nutrūkti srovei, tai dėl įtampos elektrovara krypties viršįtampio srovė iškraunama per atbulai jungtus diodus į maitinimo šaltinį Vdc.

•Tokiu būdu raktai yra išsaugojami nuo pavojingo vir šįtampio.

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 laikomas įjungtas nei išjungtas Dažniau raktas laikomas išjungtas nei įjungtas Vdc Unipolar Pulse-Width Modulation (PWM)

U vid

.

 1

T

(

D



T



U m

) 

D



U m

−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

V tri yra pjūklinės (trikampės) įtampos signalas, jis paprastai būna 30 kartų didesnio dažnio nei Vcont.

m a = pikinės įėjimo signalo vertės santykis su pikine pjūkline signalo verte.

m f = 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

1 0.5

0 -0.5

-1 -1.5

Apkrovos tiesiniame įtampa yra režime šiuo atveju, kai santykis ma = 0,5

19

2 1.5

1 0.5

0 -0.5

-1 -1.5

-2 1.5

1 0.5

0 -0.5

-1 -1.5

Išėjimo įtampa išeina iš tiesinio įtampos stiprinimo ribų šiuo atveju, kai m a = 1,5

20

Inverterio, pargristo impulsu pločio moduliacijos (PWM) veikimo principų efektinės vertės iškraipymo priklausomybė nuo m a , kai inverteris dirba tuščiosios veikos režimu.

4 p 

V dc

2 V1rms

V dc

2

m a

 2

V

1,

rms V dc

m a yra vadinamas moduliacijos koeficientu

ma 0 1 linijinė netiesinė įsisotinta 21

!

Kad panaikinti aukštesniasias harmonikas naudojamas aukšų dažnių firltras

LC firtro parametrai paprastai parenkami taip, kad stačiakampių impulsų sukurtos harmonikos.

butų išfiltruoti aukšto dažnio 22

100Hz signalo stiprinimas inverteriu

Waveform generator 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) Inverter output 23

Greitoji furje transformacijos 100Hz inverterio išėjimo

FFT of inverter output with 100Hz input signal 1kHz span, 500Hz center Save screen snapshot #1 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