Инверторный генератор принцип работы схема

Инверторная сварка с изолированной нагрузкой

Автор: Тышкевич Е.В. (Патент RU 2367545)

Объект изучения относится к электронной импульсной технике и может быть использован в строительстве, производстве и быту в качестве источника питания инверторного типа, предназначенного для дуговой и контактной электросварки постоянным током различных изделий.

Одной из основных проблем инверторных источников питания является возникновение высокочастотных паразитных колебаний (звона) в обмотках сварочного трансформатора при использовании широтно-импульсного регулирования выходной мощности устройства. Эти колебания появляются в тот момент, когда транзисторные коммутаторы (электронные ключи) инвертора закрыты, и первичная обмотка сварочного трансформатора оказывается отключенной на некоторое время от источника питания. В результате происходит дополнительный нагрев сварочного трансформатора, выпрямителя и транзисторных коммутаторов, что приводит к понижению КПД и надежности устройства. При изменении скважности управляющего сигнала в сторону увеличения уровень пульсаций выходного (сварочного) тока также увеличивается, причем возникает вероятность исчезновения электрической дуги в режиме малых токов.

Другим недостатком является использование транзисторных ключей в силовых цепях вторичных обмоток сварочного трансформатора, ток которых может достигать нескольких сотен ампер. Данное обстоятельство ограничивает частотный диапазон сварочного источника, увеличивает его габариты и массу, снижает стабильность рабочих характеристик, а также ограничивает выходной ток.

Функциональная схема инверторной сварки с изолированной нагрузкой.

Избавиться от многих проблем позволяет инверторный источник питания для электросварки, изображенной на рисунке. Эпюры напряжений и токов поясняют работу функциональной схемы.

Инверторный источник содержит тактовый генератор 1, двухполярный источник питания 2, первый 3, второй 4, третий 7 и четвертый 8 электронные ключи, первый 5 и второй 6 накопительные конденсаторы, сварочный трансформатор 9, выпрямитель 10 и сглаживающий дроссель 11. Сварочный электрод 12 подключен к выходу сглаживающего дросселя 11, а свариваемая конструкция 13 соединена с общим выводом вторичных обмоток сварочного трансформатора 9.

Принцип работы инверторной сварки с изолированной нагрузкой.

Генератор 1 вырабатывает опорные импульсы, управляющие работой устройства. С прямого выхода генератора 1 (эпюра а) импульсы напряжения поступают на управляющие входы первого 3 и четвертого 8 электронных ключей. С инверсного выхода (эпюра b) – на управляющие входы второго 4 и третьего 7 электронных ключей. Если на управляющем входе электронного ключа присутствует низкий уровень напряжения, то он находится в закрытом состоянии. Когда на управляющем входе электронного ключа появляется высокий уровень напряжения, то он открывается, замыкая цепь между входом и выходом. Таким образом, коммутация электронных ключей 3, 4, 7, 8 происходит с частотой тактового генератора 1 попарно: если ключи 3, 8 открыты, то ключи 4, 7 закрыты и наоборот.

Устройство получает питание от симметричного двухполярного источника 2, который вырабатывает одинаковое напряжение противоположенной полярности относительно общего вывода. Плюсовой вывод источника 2 соединен с входом первого ключа 3, минусовой вывод источника 2 подключен к входу второго ключа 4. Общий вывод источника 2 соединен со вторыми выводами конденсаторов 5, 6 и вторым выводом первичной обмотки трансформатора 9. Первый вывод накопительного конденсатора 5 включен в цепь между выходом и входом ключей 3 и 7. Аналогично включен конденсатор 6 в цепь между выходом и входом ключей 4 и 8. Первый вывод первичной обмотки трансформатора 9 соединен с обоими выходами ключей 7, 8.

Сварочный трансформатор 9 содержит две вторичные обмотки, имеющие общий (средний) вывод, которые вместе с выпрямителем 10 образуют двухполупериодную схему. Досель 11 представляет собой индуктивный сглаживающий фильтр, уменьшающий пульсации сварочного тока.

В течение первого полупериода времени (t0…t1) работы тактового генератора 1 (эпюры а, b) ключи 3 и 8 открыты, а ключи 4 и 7 закрыты. Накопительный конденсатор 5 заряжается от плюсового источника питания 2 до максимального напряжения (эпюра с). Конденсатор 6 имеет нулевой потенциал (эпюра d), поскольку ключ 4 закрыт. Напряжение на первичной обмотке сварочного трансформатора также равно нулю (эпюра е), сварочный ток отсутствует (эпюра f).

В начале второго полупериода (t1…t2) ключи 3 и 8 закрываются, а ключи 4 и 7 открываются. Первичная обмотка трансформатора 9 подключается к накопительному конденсатору 5, который начинает разряжаться через открытый ключ 7 (эпюра с), в результате чего на первичной обмотке трансформатора 9 образуется электрический сигнал положительной полярности (эпюра е), вызывающий появление сварочного тока (эпюра f) между электродом 12 и конструкцией 13. В это же время конденсатор 6 заряжается от минусового источника питания 2 до максимального напряжения через открытый ключ 4 (эпюра d).

Инверторный генератор принцип работы схема генератор

На отрезке времени t2…t3 ключи 4 и 7 закрыты, а ключи 3 и 8 открыты. Накопительный конденсатор 5 от источника 2 подзаряжается до своего максимального значения (эпюра с), а первичная обмотка трансформатора 9 подключается к конденсатору 6, заряженному отрицательно (эпюра d), который отдает накопленную энергию трансформатору 9 через открытый ключ 8 (эпюра е), поддерживая ток силовой цепи (эпюра f). Наличие выпрямителя 10 обеспечивает неизменность направления сварочного тока, величина пульсаций которого сглаживаются дросселем 11. Дальнейшая работа схемы аналогична вышеприведенному описанию.

Отличительные особенности инверторной сварки с изолированной нагрузкой.

Основным достоинством предлагаемого устройства является то, что источник питания 2 изолирован от нагрузки сварочного трансформатора 9. Электрическая энергия от источника 2 передается к трансформатору 9 в два этапа: сначала заряжаются накопительные конденсаторы 5 или 6 через открытые ключи 3 или 4, затем они отдают свою энергию в первичную обмотку трансформатора 9 через открытые ключи 7 или 8, при этом источник 2 полностью развязан от работающего инвертора. Данное обстоятельство определяет высокую надежность и безопасность в работе всей конструкции.

Другим преимуществом является то, что электрическая энергия, поступающая в инвертор, строго ограничена емкостью конденсаторов 5 и 6, следовательно, величину сварочного тока можно регулировать, изменяя их номиналы. При возникновении перегрузок или во время переходных процессов максимальная величина сквозных или ударных токов, возникающих в силовых цепях, также ограничивается значениями емкостей накопительных конденсаторов 5 и 6.

Приведенная конструкция сохраняет работоспособность как в режиме широтно-импульсного регулирования выходной мощностью, так и без него, обеспечивая надежную работу инверторного преобразователя в диапазоне частот от 20кГц до 130кГц, при этом максимальный сварочный ток может достигать 400А и более, а минимальный стабильно-устойчивый ток – 8…12А.

Инверторный источник питания для электросварки обладает высокой стабильностью рабочих характеристик, его конструктивные возможности позволяют изготавливать как мощные высокопроизводительные установки, так и малогабаритные переносные устройства, обладающие небольшими габаритами и массой.

Устройство имеет высокий КПД, широкий диапазон использования, высокую надежность и большой срок эксплуатации.

Принцип работы генератора. Принцип работы генератора постоянного тока

Генератор – это устройство, которое производит продукт, вырабатывает электроэнергию либо создает электромагнитные, электрические, звуковые, световые колебания и импульсы. В зависимости от функций их можно разделить на виды, которые мы рассмотрим далее.

Генератор постоянного тока

Для того чтобы понять принцип работы генератора постоянного тока, нужно выяснить его основные характеристики, а именно зависимости главных величин, которые и определяют работу устройства в применяемой схеме возбуждения.

Основной величиной является напряжение, на которое влияет скорость вращения генератора, токовозбуждения и нагрузки.

Основной принцип работы генератора постоянного тока зависит от воздействия раздела энергии на магнитный поток основного полюса и, соответственно, от получаемого с коллектора напряжения при неизменном положении щеток на нем. У аппаратов, которые оснащены добавочными полюсами, элементы располагаются таким образом, чтобы токораздел полностью совпадал с геометрической нейтральностью. Благодаря этому, он будет смещаться по линии вращения якоря в положение оптимальной коммутации с последующим закреплением щеткодержателей в таком положении.

Генератор переменного тока

Принцип работы генератора переменного тока основан на превращении механической в электроэнергию благодаря вращению проволочной катушки в созданном магнитном поле. Это приспособление состоит из неподвижного магнита и проволочной рамки. Каждый из ее концов соединяется между собой при помощи контактного кольца, которое скользит по электропроводной угольной щетке. За счет такой схемы электрический индуцированный ток начинает переходить к внутреннему контактному кольцу в тот момент, когда половина рамки, соединяющаяся с ним, проходит мимо северного полюса магнита и, наоборот, к внешнему кольцу в тот момент, когда другая часть проходит мимо северного полюса.

Самый экономичный способ, на котором основывается принцип работы генератора переменного тока, является сильная выработка. Это явление получается за счет использования одного магнита, который вращается относительно нескольких обмоток. Если его вставить в проволочную катушку, он начнет индуцировать электрический ток, таким образом будет заставлять стрелку гальванометра отклонятся в сторону от положения «0». После того как магнит будет вынут из кольца, ток поменяет свое направление, а стрелка прибора начнет отклоняться в другую сторону.

Автомобильный генератор

Чаще всего его можно отыскать на передней части двигателя, основная часть работы заключается во вращении коленчатого вала. Новые машины могут похвастаться гибридным типом, который также выполняет и роль стартера.

Принцип работы автомобильного генератора заключается во включении зажигания, при котором ток движется по контактным кольцам и направляется к щелочному узлу, а после переходит на перемотку возбуждения. В результате такого действия будет образовано магнитное поле.

Совместно с коленчатым валом начинает свою работу ротор, который и создает волны, пронизывающие обмотку статора. Переменный ток начинает появляться на выходе перемотки. При работе генератора в режиме самовозбуждения частота вращения увеличивается до определенного значения, затем в выпрямительном блоке начинает меняться переменное напряжение на постоянное. В конечном итоге устройство будет обеспечивать потребителей необходимым электричеством, а аккумулятор – током.

Принцип работы автомобильного генератора состоит в изменении скорости коленчатого вала либо смены нагрузки, при которой включается регулятор напряжения, он управляет временем при включении перемотки возбуждения. В момент уменьшения внешних нагрузок либо увеличения вращения ротора период включения обмотки возбуждения значительно сокращается. В тот момент, когда ток увеличивается настолько, что генератор прекращает справляться, приступает к работе АКБ.

У современных автомобилей на панели приборов находится контрольная лампочка, которая и оповещает водителя про возможные отклонения в генераторе.

Электрический генератор

Принцип работы электрического генератора заключается в переработке энергии механической на электрическое поле. Основными источниками такой силы могут быть вода, пар, ветер, двигатель внутреннего сгорания. Принцип работы генератора основывается на совместном взаимодействии магнитного поля и проводника, а именно в момент вращения рамки ее начинают пересекать линии магнитной индукции, и в это время появляется электродвижущая сила. Она заставляет ток протекать по рамке при помощи контактных колец и вливаться во внешнюю цепь.

Инвентарные генераторы

На сегодняшний день становится очень популярным инверторный генератор, принцип работы которого заключается в создании автономного источника питания, производящего высококачественную электроэнергию. Такие приборы применяют как временные, а также постоянные источники питания. Чаще всего они используются в больницах, школах и иных учреждениях, где не должны присутствовать даже малейшие скачки напряжения. Всего этого можно добиться, используя инверторный генератор, принцип работы которого основан на постоянстве и проходит по такой схеме:

  1. Выработка высокочастотного переменного тока.
  2. Благодаря выпрямителю преобразуется полученный ток в постоянный.
  3. Затем образуется накопление тока в аккумуляторах и стабилизируется колебания электроволн.
  4. При помощи инвертора постоянная энергия меняется на переменный ток нужного напряжения и частоты, а затем поступает к пользователю.

Дизельный генератор

Принцип работы дизель-генератора заключается в преобразовании энергии топлива в электроэнергию, основные действия которого заключаются в следующем:

  • при попадании в дизель топлива оно начинает сгорать, после чего трансформируется из химической в тепловую энергию;
  • благодаря наличию кривошипно-шатунного механизма тепловая сила преобразуется в механическую, это все происходит в коленчатом вале;
  • полученная энергия при помощи ротора превращается в электрическую, которая и необходима на выходе.

Синхронный генератор

Принцип работы синхронного генератора основан на одинаковой чистоте вращения магнитного поля статора и ротора, который и создает вместе с полюсами магнитное поле, и оно пересекает обмотку статора. В этом агрегате ротор - постоянный электромагнит, число полюсов которого может начинаться от 2-х и выше, но кратным они должны быть 2-м.

При запуске генератора ротор создает слабое поле, но после увеличения оборотов начинает появляться большая сила в обмотке возбуждения. Получаемое напряжение через автоматический блок регулировки поступает на устройство и контролирует выходное напряжение за счет изменений в магнитном поле. Основной принцип работы генератора заключается в высокой стабильности исходящего напряжения, а недостатком является существенная возможность перегрузок по току. Еще к негативным качествам можно добавить присутствие щеточного узла, который все равно в определенное время придется обслуживать, а это само собой влечет дополнительные финансовые затраты.

Асинхронный генератор

Принцип работы генератора заключается в постоянном нахождении в режиме торможения с ротором, который вращается с опережением, но все-таки в той же ориентации, что и магнитное поле у статора.

В зависимости от используемого типа обмотки ротор может быть фазным или короткозамкнутым. Созданное при помощи вспомогательной обмотки вращающееся магнитное поле начинает индуцировать его на роторе, которое и вращается вместе с ним. Частота и напряжение на выходе напрямую зависит от количества оборотов, так как магнитное поле не регулируется и остается неизменным.

Электрохимический генератор

Также существует электрохимический генератор, устройство и принцип работы которого заключаются в выработке из водорода электрической энергии в автомобиле для его движения и питания всех электроприборов. Этот аппарат является химическим источником тока, так как он производит энергию за счет прохождения реакции кислорода и водорода, который для выработки топлива используется в газообразном состоянии.

Генератор акустических помех

Принцип работы генератора акустических помех заключается в защите организаций и физических лиц от прослушивания переговоров и различного рода мероприятий. За ними можно проследить через оконные стекла, стены, системы вентиляции, отопительные трубы, радиомикрофоны, проводные микрофоны и устройства лазерного съема полученной акустической информации с окон.

Поэтому фирмы очень часто для защиты своей конфиденциальной информации используют генератор, устройство и принцип работы которого заключается в настройке аппарата на заданную частоту, если она известна, либо на определенный диапазон. Затем создается универсальная помеха в виде шумового сигнала. Для этого в самом аппарате находится генератор шума нужной мощности.

Также существуют и генераторы, которые находятся в шумовом диапазоне, благодаря которым можно замаскировать полезный звуковой сигнал. В этот комплект входит блок, который и формирует шум, а также его усиления и акустические излучатели. Основным недостатком использования таких устройств являются помехи, которые появляются при проведении переговоров. Для того чтобы аппарат справлялся полностью со своей работой, переговоры стоит проводить всего лишь в течение 15 минут.

Инверторный генератор принцип работы схема инверторный

Регулятор напряжения

Основной принцип работы регулятора напряжения основывается на поддерживании энергии бортовой сети во всех режимах работы при разнообразном изменении частоты поворотов ротора генератора, температуры внешней среды и электрической нагрузки. Этот прибор также может выполнять и второстепенные функции, а именно защищать части генераторной установки от возможного аварийного режима установки и перегрузки, автоматически подключать в бортовую систему цепь обмотки возбуждения либо сигнализацию аварийной работы устройства.

Все такие приборы работают по одному принципу. Напряжение в генераторе определяется несколькими факторами – силой тока, частотой вращения ротора и величиной магнитного потока. Чем меньше нагрузка на генератор и выше частота вращения, тем будет больше напряжение устройства. Благодаря большему току в обмотке возбуждения начинает увеличиваться магнитный поток, а с ним и напряжение в генераторе, а после того, как уменьшается ток, становится меньшим и напряжение.

Независимо от производителя таких генераторов, все они нормализуют напряжение изменением тока возбуждения одинаково. При возрастании либо уменьшении напряжения начинает увеличиваться либо уменьшаться ток возбуждения и проводить напряжение в необходимые пределы.

В повседневной жизни использование генераторов очень помогает человеку в решении множества возникающих вопросов.

Устройство инвертора кондиционера. Принцип работы инвертора в кондиционере. Как работает инвертор кондиционера

Устройство инвертора кондиционера зависит от типа двигателя — переменного или постоянного тока.

В обычном неинверторном компрессоре кондиционера асинхронный двигатель переменного тока работает на промышленной частоте и частота вращения вала определяется числом пар полюсов и частотой тока электросети. Стандартные электродвигатели имеют постоянное число полюсов, так как это определяется конструкцией в производстве, частота вращения изменяется в зависимости от частоты тока сети (в Украине это 50 гц). Промышленные многоскоростные электродвигатели (с несколькими дополнительными обмотками — парами полюсов), для использования в компрессорах, могут быть оптимизированы по эффективности, вращающему моменту и коэффициенту мощности только для одной определенной частоты вращения ( на практике — промышленной). На любой другой частоте многоскоростной электродвигатель показывает значительно худшие результаты по эффективности работы и общему КПД системы электродвигатель-вал компрессора. Изменение частоты вращения вала компрессора — один из методов регулирования производительности холода применяется в компрессорах объемного типа (роторных и спиральных в случае кондиционеров). Современные компрессора оснащены специальным электрическим двигателем с плавной скоростной модуляцией переменного или постоянного тока.

Плавность регулирования стала возможна с появлением электрических преобразователей частоты (частотных инверторов) достаточной мощности для изменения скорости промышленных, а значит недорогих асинхронных двигателей.

На структурной схеме показано устройство инвертора кондиционера в общих чертах.

Инвертерное управление — относительно дорогая технология (из-за высокой себестоимости производства мощных полупроводников для инвертора). Но быстро окупается по причине возможности использования кондиционера на обогрев при таких низких температурах, при которых обычные кондиционеры без зимнего комплекта просто сгорают (до -15 0 С или даже до -25 0 С).

Причины перехода на двигатели постоянного тока с неодимовыми магнитами в качестве ротора.

При использовании частотных инверторов для соответственной настройки магнитного потока требуется одновременное изменение напряжения питания, что влияет на вращающий момент привода. В то время, как для эксплуатации объемных компрессоров, (поршневых, винтовых и спиральных) нужен постоянный вращающий момент во всем диапазоне частот вращения. Поэтому с точки зрения магнитных условий, изменение напряжения U должно быть пропорциональным изменению частоты f:

U/f = const.

А — электродвигатель 400 В, 50 Гц, 3 фазы; B — электродвигатель 400 В, 60 Гц, 3 фазы; С — электродвигатель 230 В, 50 Гц, 3 фазы

Обычные инверторы не могут дать питающее напряжение двигателя выше напряжения сети. Поэтому на асинхронный двигатель, рассчитанный на определённое напряжение питания (например, 220 В, 50 Гц ,1 фаза), во время работы с превышением синхронной частоты больше промышленной (f>50 Гц) будет подаваться напряжение, ниже требуемого для обеспечения магнитных условий, а значит полного вращающего момента. Использовать такое управление асинхронным двигателем можно при условии превышения установленной мощности двигателя, а значит достаточного резерва мощности при максимальной нагрузке на компрессор (около 25%. если частота доходит до 60 Гц). В случае отказа инвертора возможна работа в аварийном режиме напрямую от источника электроснабжения. Двигатели постоянного тока на неодимовых магнитах лишены проблемы снижения мощности кондиционера с повышением частоты вращения ротора компрессора, поэтому двигатели постоянного тока всё чаще используются в компрессорной технике.

Теги: 

Рекомендуем также прочитать

Бензогенератор для дачи и стройки Ultra PG-7000 E, с электростартом, с аккумулятором, с 3 розетками
Двигатель УД-2. Устройство и техническая характеристика
Инверторный генератор Weekender X3500ei, Викендер (X3500ie) Характеристики товара "Инверторный генератор Weekender X3500ei, Викендер (X3500ie)":
Типы бензогенераторов и дизельных электрогенераторов Типы электрогенераторов