Falownik co to jest i do czego służy

Inwerter jest urządzeniem elektrycznym znanym również jako konwerter mocy lub falownik mocy. Konwertuje on prąd stały na prąd zmienny o regularnej częstotliwości. Reguluje również prędkość i moment obrotowy silnika indukcyjnego, który napędza maszynę. Falownik jest niezbędny do napędzania maszyny, która pracuje z precyzyjnymi parametrami. Celem doboru falownika jest zapewnienie, że system będzie produkował jak najwięcej energii w czasie swojego życia. Falownik stosowany jest na przykład w maszynach pakujących, panelach fotowoltaicznych czy wentylatorach.

Inwerter występuje we wszystkich rozmiarach i kształtach, w zależności od tego, do czego będzie używany. Jeden rodzaj może dostarczać wiele amperów, a nawet kilowatów, podczas gdy inny ma tylko miliampery i kilka watów mocy. Niezależnie od wielkości i typu, wszystkie inwertery zbudowane są w ten sam sposób. Posiadają prostownik AC-to-DC, który przekształca prąd zmienny w prąd stały do przechowywania w bateriach lub kondensatorach. Strona DC tego urządzenia jest podłączona do dużego kondensatora filtrującego, gdzie jest przechowywana do wykorzystania przez obciążenie(a). Druga połowa inwertera jest solidnie połączona z masą i działa jako cewka dławikowa, która odbiera moc ze źródła prądu stałego poprzez diodę D1. Oznacza to, że nie może być żadnych niespodzianek, gdy wyłączymy napięcie główne: połączenie DC po prostu rozładowuje się przez L1 i R2 bezpośrednio do masy. Jeśli jednak wyciągniemy którąś z części tego aparatu (wyciągnięcie D1 spowoduje odłączenie l1 staje się przewodnikiem i wysyła prąd o wysokim napięciu bezpośrednio do źródła prądu zmiennego.

W celu wytworzenia prądu, który może być wykorzystany przez obciążenie, jedno lub więcej urządzeń przełączających jest podłączonych równolegle do cewki indukcyjnej L1. Zastosowane urządzenie nazywane jest przełącznikiem tranzystorowym, ponieważ steruje ono przepływem prądu podobnie jak zawór otwierający i zamykający wodę przepływającą przez rurę. Kiedy tranzystor jest włączony, prąd płynie z V+, przez uzwojenie L1, przez obciążenie(a) i wraca przez węzeł A. W tym stanie napięcie wyjściowe jest równe napięciu wejściowemu pomnożonemu przez 1 minus cosinus . W tym czasie C2 ładuje się od 0V do około – V, ponieważ tranzystor jest urządzeniem aktywnym, które blokuje przepływ prądu stałego. Pozwala on na pojawienie się na jego zaciskach napięcia zmiennego.

Aby rozpocząć ten proces, C1 jest ładowany poprzez węzeł A i R4 (rezystor podciągający). Gdy osiągnie próg około +V woltów nad ziemią, Q1 zaczyna przewodzić i pobiera prąd ze źródła poprzez D2 i L1. Kiedy Q1 otwiera się, C1 rozładowuje się przez R3, a Q2 włącza się i kontynuuje ładowanie C1. W tym czasie, przełącznik tranzystora w stopniu 1 został otwarty; prąd płynie bezpośrednio z V+ do masy bez przechodzenia przez obciążenie(a), ale pozwala to na pozostawienie pewnej niewielkiej ilości energii szczątkowej w kondensatorze C1 podczas zamykania bramki tranzystora w stopniu 2.

W stopniu 2 tranzystor Q3 włącza się przy progu około +V V nad masą. Ma to miejsce, gdy tranzystor w stopniu 1 jest zamknięty, ponieważ R6 dostarcza prąd ładowania dla C1 przez D3 i L2. Tranzystor Q2 otworzył się, ale kondensator C1 jest nadal ładowany, aż osiągnie napięcie +V V, co powoduje włączenie Q3 w przewodzenie przez jego uzwojenie L2. Prąd obciążenia zaczyna płynąć od źródła przez diodę D4 i węzeł A do obciążenia (obciążenia). Indukcyjność tej cewki współpracuje z C1 w celu ograniczenia początkowego przypływu prądu, który pojawia się przy podłączaniu obciążeń indukcyjnych. W przypadku równoległego podłączenia wielu odbiorników, wszystkie one otrzymują prąd jednocześnie dzięki wykładniczo rosnący prąd dostępny w źródle.

Q3 włącza się w stopniu 3, gdy tranzystor w stopniu 1 jest wyłączany przez R6, co powoduje ładowanie C1 przez D5 i L2 aż do osiągnięcia V V. Prąd obciążenia płynie z węzła A do masy przez Q3. Kiedy Q3 przewodzi, elektrony krążą wokół rdzenia L2, generując pole magnetyczne, które oddziałuje z indukcyjnością Q3, która została połączona w celu uzyskania nasycenia. Działanie sprzężenia zwrotnego utrzymuje tranzystor Q3 w stanie przewodzenia do momentu, gdy energia zmagazynowana w induktorze zostanie znacznie zredukowana z powodu prądów obciążenia płynących przez diodę D4. Tranzystory są używane do bezpośredniego przełączania dużych prądów, ale istnieją inne sposoby na wykorzystanie małych sygnałów do przełączania większych prądów .

W stopniu 4 Q3 jest wyłączany, gdy włącza się tranzystor w stopniu 1. Następuje to, gdy napięcie V V jest usuwane z C1 przez D6 i L2 przez R7. Energia zgromadzona w cewce indukcyjnej pojawia się na obciążeniu, a kondensator C1 ładuje się do +V V, aby można go było ponownie rozładować po tym, jak węzeł A spadnie w przybliżeniu do potencjału masy. Gdyby V V nie było w ogóle obecne, wówczas wszelkie zmiany w przepływie prądu powodowałyby wahania napięcia AC przy częstotliwości zasilania AC (50 Hz lub 60 Hz). Fluktuacje te są redukowane przez pasożytnicze pojemności (C2), które przyczyniają się do lokalnego magazynowania ładunku podczas każdego cyklu. Następnie Q3, który już raz wcześniej został nasycony Wyłącza się w stopniu 5, gdy tranzystor w stopniu 1 jest wyłączany przez V V. MOSFET-y mocy mogą być używane do przełączania większych prądów, ale pompa ładunkowa może być potrzebna, jeśli napięcie zasilania nie jest wystarczająco wysokie.

W stopniu 6, Q3 włącza się, gdy tranzystor Q1 jest włączony, a C1 osiągnął maksymalną dostępną energię z R7 i L2. Prąd obciążenia zaczyna płynąć z węzła A, powodując ładowanie kondensatora C1 przez D7, aż osiągnie on wartość +V V . Powoduje to wyłączenie tranzystora Q3, ponieważ jego napięcie kolektor-emiter spada poniżej napięcia progowego wymaganego do przewodzenia. W ten sposób tranzystory są w stanie przełączać duże prądy niskonapięciowe sygnały sterujące.

W stopniu 7, Q3 wyłącza się, gdy tranzystor Q1 jest wyłączany przez R6, a C1 spada poniżej V V, aby naładować D8 i L2 . Energia zgromadzona w kondensatorze C1 jest uwalniana przez diodę D7 , co zapewnia, że obciążenie otrzymuje zasilanie przez cały czas, tak aby mogło działać prawidłowo nawet w przypadku awarii jednego z tranzystorów. Działanie transformatora L2 polega na wzmocnieniu napięcia przed podaniem go na obciążenie. Tranzystory są używane do bezpośredniego przełączania większych prądów bez konieczności stosowania cewek lub transformatorów.