Розробка інвертора напруги для апаратури зв'язку (стр. 6 из 12)

Рис.2.3.5 Графіки напруги на виходах інвертора.

2. Види електроприладів з активним характером навантаження і особливості роботи різних типів інверторів з даним виглядом навантаження.

Електричні прилади з активним характером опору поширені повсюдно. До них відносяться різні види нагрівальних приладів, а також освітлювальні прилади на основі ламп розжарювання. Також поширені комбіновані навантаження, в яких окрім основного споживача з активним характером опору присутні інші споживачі з різним характером опору, проте потужність цих споживачів значно нижча. Наприклад, нагрівальний елемент з схемою контролю температури. Такі навантаження також можна вважати наближеними до активними, міра наближення визначається відношенням потужностей основного активного навантаження і не додатковою активною. Взагалі активне навантаження є найбільш простим виглядом навантаження для інвертора, тому що вихідний струм інвертора у будь-який момент часу, тобто при будь-якому миттєвому значенні вихідної напруги, обмежений і визначається законом Ома. Тому допустима будь-яка форма вихідної напруги інвертора, наприклад модифікована синусоїда. Також весь вихідний струм інвертора йде на створення вихідної активної потужності, тому ефективність роботи (величина коефіцієнта корисної дії) інверторів будь-якого типа буде максимальна при даному типові навантаження.

Для коректної роботи активних навантажень важливе лише середньоквадратичне значення напруги, а всі розглянуті раніше типи інверторів здатні видавати таку ж середньоквадратичну напругу, як і мережу 220В. Проте потенційно важливим моментом для роботи з активним навантаженням є здатність інвертора видавати постійну середньоквадратичну напругу при напрузі живлення, що змінюється. Всі розглянуті раніше типи інверторів мають таку можливість при відповідних функціях системи управління, проте кожна конкретна модель інвертора може мати чи ні подібну функцію.

Також навантаження з активним характером опору можуть бути лінійними або нелінійними, тобто опір навантаження може бути постійним або змінним в часі. Типовим прикладом нелінійного навантаження є лампа розжарювання, причому відмінність в опорі в гарячому і холодному стані може досягати 10 разів. При роботі інвертора з таким типом навантаження може виникати короткочасне, але значне збільшення струму навантаження. В цьому випадку можлива втрата працездатності інвертора із-за спрацьовування захисту по максимальному вихідному струму. Проте робота схеми захисту не залежить від типа перетворювача, тому відмінності між роботою різних моделей інверторів відбуватимуться із-за відмінності в системах захисту, а не із-за принципової відмінності в типах інверторів.

Відмінність між типами інверторів з різною формою вихідної напруги можна оцінити за допомогою частотного аналізу по гармонійному складу вихідної напруги. Інвертори з синусоїдальною формою вихідної напруги містять в спектрі вихідної напруги лише основну гармоніку 50Гц. Інвертори ж з вихідною напругою у вигляді модифікованої синусоїди містять в спектрі вихідної напруги також вищі непарні гармоніки значної амплітуди. Оскільки форма вихідного струму при активному навантаженні повторює форму напруги, то подібні висновки будуть справедливі і про спектр вихідного струму. Практично оцінити відмінності у формі вихідного струму можна по вироблюваному їм акустичному ефекту. Акустичний ефект може мати різну фізичну природу, наприклад сила Ампера, що вимушує вагатися провідники із струмом, або магнітострикційний ефект в матеріалах, що знаходиться в магнітному полі, що збуджується струмом. Акустичний ефект може виникати у всіх ділянках послідовного вихідного ланцюга, наприклад в споживачі або сполучних дротах, або в самому інверторі. Людина здатна на слух розрізняти гармонійний склад вироблюваного акустичного ефекту. Так, звук від інвертора з синусоїдальною формою вихідної напруги відчувається як однотонний шум, що гуде (низькочастотний). А звук від інвертора з формою вихідної напруги у вигляді модифікованої синусоїди більш тембральний забарвлений, з вираженими обертонами, більш схожий на стук

3. Види електроприладів з індуктивним характером навантаження і особливості роботи різних типів інверторів з даним виглядом навантаження.

Електричні прилади з індуктивним характером опору часто зустрічаються в техніці і в побуті. До цих приладів відносяться електровібраційні прилади, наприклад бритви і насоси, освітлювальні прилади з індуктивними баластами, електромеханічні реле, електричні двигуни.

Реальне індуктивне навантаження є частково чистою індуктивністю і частково активним навантаженням. Для опису індуктивного навантаження можливо використовувати послідовну модель, в якій навантаження представляється у вигляді послідовний сполученої індуктивності і опору. Для опису співвідношення впливу цих елементів на вихідний струм перетворювача використовують параметр "коефіцієнт потужності (КМ.)", який визначає відношення активної потужності до повної потужності. При індуктивному навантаженні КМ<1. Таким чином, повна потужність, споживана навантаженням з індуктивним характером опору, буде більша, ніж активна потужність, що зазвичай вказується на електроприладі як номінальна. Тому індуктивне навантаження є складнішим виглядом навантаження для інвертора, тому що вихідний струм інвертора йде як на створення вихідної активної потужності, так і на запасання енергії в індуктивності (реактивна потужність). Втрати енергії в інверторі при роботі на навантаження з індуктивним характером опору будуть більш ніж при роботі на навантаження з активним характером опору такої ж номінальної (активною) потужності. Це дуже важлива властивість, оскільки часто при експлуатації інверторів саме рівень втрат енергії, тобто теплова потужність, що нагріває інвертор, є визначальній для забезпечення працездатності. Проте для різних типів інверторів міра збільшення втрат при індуктивному навантаженні різна. Це пов'язано з тим, що при різних топологиях побудови інверторів дорога вихідного струму, що нагріває перетворювач, може бути різна і захоплювати різну кількість складених блоків перетворювача. Розглянуті типи інверторів відносно даного питання розділяються на два види: однокаскадні і двохкаскадні. Однокаскадним інвертором є трансформаторний інвертор. Вихідний струм інвертора проходить через весь інвертор: через вихідний трансформатор, в трансформованому вигляді через ключі інвертора і через джерело вхідної напруги. При цьому нагріваються всі вищеназвані компоненти ланцюга і втрати великі. Відмінністю двокаскадних інверторів є наявність внутрішньої ланки постійного струму. Інвертор з вч перетворенням, з формою вихідної напруги як модифікованою синусоїдою так і з чистим синусом, є двокаскадним інвертором. Він містить ємкісною накопичувач енергії на виході dcdc перетворювача, через якого протікає частина реактивного вихідного струму. Тому через вхідну частину перетворювача, тобто через dcdc перетворювач і джерело вхідної напруги, протікає значно менша величина змінного струму, і відповідно ці блоки інвертора менше нагріваються. Тому двокаскадні типи інверторів можуть мати ККД вище, ніж однокаскадні для даного типа навантажень.

При роботі споживачів з індуктивним характером навантаження від різних типів перетворювачів виявляється відмінність ефективного струму навантаження. Даний ефект існує тому що для індуктивного навантаження окрім ефективної напруги важливе ще і середнє значення напруги за період. Цей вивід виходить із закону електромагнітної індукції, згідно якому розмах амплітуди змінного струму на індуктивності пропорційний прикладеним вольт, - секундам (В*С). А середня напруга для синусоїди з ефективною напругою 220В і для модифікованої синусоїди з піковою напругою 311В і ефективною напругою 220В вельми різно і складає 198В і 156В відповідно. Для визначення чисельного значення відмінності ефективного струму і активної потужності навантаження вироблено моделювання в середовищі micro-cap, результати якого представлені на Рис.2.3.6 Як навантаження при моделюванні використовувалася RL ланцюжок з КМ=0.7, тобто її активний опір і модуль індуктивного опору рівні і складають по 100Ом (величина індуктивності 318мГ).

Струм в навантаженні. Червоний графік при джерелі напруги у вигляді чистої синусоїди, синій - при джерелі напруги у вигляді модифікованої синусоїди

Рис.2.3.6 Графіки струму і вжитку активної енергії при індуктивному навантаженні.