Çevirici
Bir frekans (aynı zamanda sürücü ya da döner Richter ) bir elektrikli cihazdır, doğru akım olarak bir AC voltajına dönüştürülür. Doğrultuculara , DC voltaj dönüştürücülere ve dönüştürücülere ek olarak , eviriciler , güç dönüştürücülerinin bir alt grubunu oluşturur .
Genel
Uygulamaya bağlı olarak, invertörler tek veya çok fazlı çıkış akımı veya tek veya çok fazlı çıkış gerilimi üretir. Yarı iletken tabanlı cihazların verimliliği yüzde 99'a kadar ulaşabilir.
İnvertörler, elektrik yüklerinin çalışması için alternatif voltaj veya akım gerektirdiği ancak yalnızca doğrudan bir voltaj kaynağının mevcut olduğu durumlarda kullanılır. Uygulamanın Önemli alanları Alternatif akım motorlarının veya kontrolü dahil fotovoltaik dönüştürmek için elde edilen doğru akım elde güneş modüllerinin kamu güç kaynağı ağına veya doğrudan tüketim için beslenmesi için, alternatif akıma.
Türler
kontrol
İki tip invertör kontrolü arasında bir ayrım yapılır:
- Kendinden komütasyonlu invertörler, ayrıca bağımsız invertörler , örneğin IGBT'ler gibi transistörler kullanır . Doğrudan voltajı alternatif voltaja dönüştürmek için kullanılırlar, bir yan durum olarak, tersi de mümkündür. Valfler, inverterin kendisi tarafından oluşturulan bir döngü ile açılıp kapatılabildiğinden, şebekeden referans alınmasına gerek yoktur. Kendinden kılavuzlu invertörler bu nedenle, güç şebekesinden bağımsız olarak alternatif bir voltaj üretmek ve bir ada ağı kurmak için kullanılabilir (kurşun - bkz. şebeke yönetimi).
- Üçüncü taraf veya hat komütasyonlu invertörler genellikle IGBT'leri ve ayrıca tristörleri veya triyakları da kullanır . Çalışmak için ağda sabit bir alternatif voltaj gerektirirler ve sözde komütasyon reaktif güç çekerler . Doğrudan voltaj tarafından alternatif akım şebekesine enerji beslemek için kullanılırlar; genellikle ters yön de mümkündür. Bu tip, ağ kesintileri durumunda sistemin kapatılmasına sahiptir. Bu, bağlantısı kesilmiş ağ bölümlerinde aşırı voltajı veya voltajı önler. Bu, VDE standardı 0126'da düzenlenmiştir , bkz . atanmış anahtarlama cihazlarıyla ağ izleme cihazı .
Kendinden kılavuzlu invertörler için uygulama örnekleri
- Dağ kulübeleri, şebeke bağlantısı olmayan hava istasyonları, mobil cihazlar, mobil evlerde ve teknelerde invertörler
- Hastanelerde, enerji santrallerinde ve veri merkezlerinde kesintisiz güç kaynakları
Harici olarak yönetilen invertörler için uygulama örnekleri
- şebekeye bağlı fotovoltaik sistemlere ve beslenebilir yakıt hücrelerine
- değişken hızlı ve DC gerilim ara devreli rüzgar türbinlerinin ağ bağlantısı için
- 2 kadranlı frekans dönüştürücülerde enerji geri kazanımı ( fren enerjisinin kullanımı ) için
Kendinden komütasyonlu eviricilerin çıkış voltajının şekli
Kendinden güdümlü eviricilerin çıkış voltajı biçimi, sinüzoidal biçimden sapabilir.
- RMS (ayrıca sinüs ya da yarı-sinüs dalgası inverterleri olarak ticarette bilinen) kare-dalga ve yamuk invertör şebeke voltajı ile aynı olmakla birlikte, eğri şekli daha az ya da çok dik kenarlar ile dikdörtgen şeklindedir. Kare dalga ve yamuk eviriciler, sinüsoidal eviricilerde mevcut olan karmaşık darbe genişlik modülasyonundan vazgeçildiği için, sinüzoidal eviricilerden daha uygun maliyetli olarak üretilebilir. Kare çıkış voltajı, onunla çalıştırılan bazı cihazlar için sorunludur. Transformatörler, motorlar ve ısıtma cihazları kare dalga voltajı ile çalıştırılabilir, ancak dik voltaj artışları parazit emisyonlarına neden olur. Bu tür invertörler, ohmik tüketiciler (örn. akkor lambalar, ısıtıcılar) için sorunsuzdur. Trapez invertörlerle ilgili sorun, güçlerini triyaklar (elektrikli temizleyiciler, bazı kahve makineleri) kullanarak kontrol eden cihazlardır - sınırlı bir şekilde çalışırlar veya hiç çalışmazlar.
- Sinüs invertörleri, doğrudan bir voltajdan sinüzoidal bir alternatif voltaj üretir. Kapasitif davranışa sahip olanlar (LED lambalar, kompakt floresan lambalar, anahtarlamalı güç kaynakları) dahil tüm cihazlar için uygundurlar. Sinüs invertörleri de parazit oluşturur, ancak bunlar düşüktür. Girişim, sinüzoidin, genellikle iki basamaklı kHz aralığında, darbe genişliği modülasyonlu kare dalga voltajı aracılığıyla sentezlenmesi gerçeğinden kaynaklanır .
Motorlar, kompresörlü buzdolapları ve birçok alet ile inverterin tepe gücü, başlangıç akımı nedeniyle belirtilen sürekli güçten daha yüksek olmalıdır.
Uygulamalar
fotovoltaik
Solar inverter, güneş sisteminin bir parçasıdır . Giriş tarafında genellikle bir mikroişlemci tarafından kontrol edilen ve ara devreyi besleyen maksimum güç noktası izleyicisine sahip bir veya daha fazla DC kıyıcı bulunur . Çıkış tarafında bir ila üç fazlı invertör bulunur ve elektrik şebekesi ile otomatik olarak senkronize edilir.
Kesintisiz güç kaynakları (UPS)
Bir UPS , en basit durumda , bir elektrik kesintisi durumunda şebeke yerine bir röle ile tüketiciye aktarılan bir invertör içerir . Birkaç milisaniyelik kısa geçiş duraklaması çoğu tüketici tarafından tolere edilir.
İnverter, şebeke mevcutsa bir şarj devresi ile şarj edilen ve şarj sonu voltajında tutulan bir akümülatörden (genellikle özel bir kurşun akü ) beslenir.
Bazı UPS'ler bir hat frekansı transistör kıyıcısı ve bir aşağı akış hat frekansı transformatörü ile çalışır, diğer cihazlar daha yüksek frekanslı PWM invertörleri kullanır ve bu nedenle daha hafiftir.
Frekans dönüştürücü ve rejeneratif güç kaynağı
İnverter ayrıca bir frekans dönüştürücünün bir bileşeni olarak kullanılır . Burada, doğrultmadan sonra alternatif bir voltajdan farklı frekansta bir alternatif voltaj üretilir ( ara devre ). Örneğin asenkron bir motorun hızı bununla kontrol edilebilir. Daha sonra bir jeneratör olarak çalışan motoru frenlerken oluşan enerji, bir fren direncindeki basit frekans dönüştürücülerde ısıya dönüştürülür. Bunun yerine bu enerjiyi şebekeye geri besleyebilmek için ara devreye şebeke komütasyonlu bir evirici bağlanabilir. 4 kadranlı bir dönüştürücü oluşturulur. Bu tür dönüştürücüler, doğrultucu ve ara devre (matris dönüştürücü) olmadan da gerçekleştirilebilir.
Değişken hızlı hidro veya rüzgar santrallerinde de 4 kadranlı bir dönüştürücü gereklidir.
Motorlu araçlarda invertörler
Motorlu araçlarda kullanım için invertörler, yerleşik voltaj soketine ( çakmak soketi) bağlantı için veya kalıcı bağlantı ( mobil evler , otobüsler, kamyonlar) için tasarlanmıştır. 12 volt (arabalar) ve 24 volt (kamyonlar, otobüsler) için mevcutturlar.
İnverterleri genellikle 15 A ile sigortalanmış 12 volt çakmak soketi üzerinden çalıştırırken, güç yaklaşık 100 ila 150 watt ile sınırlıdır. Deşarj, yerleşik akünün daha yüksek bir iç direncine yol açar , bu nedenle motorun çalıştırılması bozulabilir. Marş akülerinin de kısa çevrim ömrü vardır.
Motor çalışırken çalıştırıldığında, alternatör önemli ölçüde güç sağlayabilir, ancak bu ekonomik ve ekolojik olarak elverişsizdir.
Motorlu araçlarda kullanılması amaçlanan invertörlerde E işareti (ECE tip onayı) bulunmalıdır .
aydınlatma
O zaman ve şimdi yapı
mekanik olarak
İnvertörler, bir kıyıcı veya motor jeneratörü olarak elektromekanik olarak veya tüpler veya yarı iletkenler ile elektronik olarak uygulanabilir . Daha önceki ortak kıyıcıda (kontak invertörü), mekanik bir kontak, bir Wagner çekici ile sağlanan DC voltajının polaritesini periyodik olarak tersine çevirir . Turbo invertör , oluşan kontak aşınmasını azalttı . Periyodik olarak anahtarlanan kontaklar, bir motor tarafından çalıştırılan kapalı bir bölmede dönen bir cıva ışını ile değiştirilmiştir.
Elektron tüpleri ile
Uygulanan çeviriciler ile vakum tüpleri daha küçük çıkışları için uygundur, mekanik olarak çok hassastırlar ve nadiren inşa edilmiştir. Kontrol edilebilir cıva valfleri ( tiratronlar ) ile daha yüksek güce sahip invertörler gerçekleştirilmiştir. Tristörler (söndürme tristörlü veya GTO'lu ) daha sonra bu amaç için kullanıldı .
yarı iletkenler ile
Bu frekans dönüştürücülerin tamamı üretilecek alternatif voltajın frekansı ile çalıştı ve sinüzoidal çıkış voltajı üretemedi. Bu inverterlerin anahtarlama frekansı bu nedenle birkaç yüz Hertz ile sınırlıdır , çoğunlukla 50 Hz ile çalışırlar. Güç transistörleri ( bipolar transistörler , MOSFET , IGBT ) DC voltajını yüksek verimle ve aşınma olmadan kesebilir, diğerlerinin yanı sıra çalışırlar. bir şeyler. UPS'te 50 Hz'lik kare dalga modunda ve geçmişteki kıyıcı gibi 50 Hz'lik bir transformatör besleniyor. Böyle bir devre örn. B. dört kadranlı bir aktüatör .
Bununla birlikte, transistörler ayrıca birkaç 10 kHz'e kadar anahtarlama frekanslarına izin verir ve ardından kıyıcı modunda çalışır. Bu aynı zamanda undershoot yöntemi olarak da bilinir : anahtarlama elemanları olarak kullanılan transistörler (çoğunlukla IGBT) ile , kısa yüksek frekanslı darbelerden (bazıları 20 kHz'e kadar) sinüzoidal bir alternatif voltaj, kıyıcıda darbe genişlik modülasyonu (PWM) ile simüle edilir . modu (sinüzoidal invertör). Transistörler, geçmişteki kıyıcılar gibi, DC voltajını periyodik olarak tersine çevirir, ancak daha yüksek bir frekansta. Yüksek frekanslı, darbe genişliği modülasyonlu anahtarlama frekansının ortalama değeri, çıkış alternatif voltajıdır. Çıkış alternatif voltajı bu nedenle farklı genişliklerde küçük darbelerden oluşur ve bu nedenle normal sinüzoidal voltaj eğrisine yaklaşır. Bobinler PWM'yi yumuşatmak için kullanılır, ancak önceki inverterlerin AC çıkış voltajını yumuşatmak için gerekenlerden çok daha küçüktürler. Motorlar için gaz kelebeğine gerek yoktur. Temel devreler , anahtarlamalı güç kaynaklarında bulunabilir . Fark, çıkış voltajını kontrol etmek için kullanılan modüle edilmiş referans voltajıdır.
Ayrıca bakınız
Edebiyat
- Klaus Bystron: Güç Elektroniği . Teknik Elektronik Cilt II. Hanser, Münih / Viyana 1979, ISBN 3-446-12131-5 .
- Gert Hagmann: Güç elektroniği. 4. baskı, Aula, Wiebelsheim 2009, ISBN 978-3-89104-732-3 .
- Peter Bastian ve diğerleri: Elektrik mühendisliği. 28. baskı, Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 1996, ISBN 978-3-8085-3189-1 .
- Wolf-Günter Gfrörer, güneş enerjisi sistemleri için invertör. Güneş pilinden 230V alternatif voltaj üretmek için güç elektroniği. Franzis, Poing 1998, ISBN 3-7723-4952-8 .
Bireysel kanıt
- Fraunhofer ISE (yayıncı): Fraunhofer ISE, fotovoltaik invertörlerde yüzde 99'un üzerinde verimlilikle kendi dünya rekorunu geliştiriyor . 2009, 29 Temmuz 2009 (basın açıklaması).