מהו מהפך מתח, איך הוא עובד, השימוש במהפך

ספקי כוח אלקטרוניים מיוחדים הנקראים ממירים משמשים להמרת זרם ישר לזרם חילופין. לרוב, מהפך ממיר מתח DC בסדר גודל אחד למתח AC בסדר גודל אחר.

לכן, המהפך הוא מחולל של מתח המשתנה מעת לעת, בעוד שצורת הגל של המתח יכולה להיות סינוסואידית, כמעט סינוסואידית או פולסית... ממירים משמשים הן כמכשירים עצמאיים והן כחלק ממערכות אל-פסק (UPS).

כחלק ממקורות אל-פסק (UPS), ממירים מאפשרים למשל לקבל מתח רציף למערכות מחשב, ובמידה והמתח ייעלם לפתע ברשת, המהפך יתחיל מיד לספק למחשב אנרגיה המתקבלת מסוללת הגיבוי. לפחות למשתמש יהיה זמן לכבות ולכבות את המחשב.

ספקי כוח אל-פסק גדולים יותר משתמשים בממירים חזקים יותר עם סוללות בקיבולת גדולה שיכולים להפעיל צרכנים באופן אוטונומי במשך שעות ללא קשר לרשת, וכאשר הרשת תחזור לקדמותה, ה-UPS יעביר את הצרכנים באופן אוטומטי ישירות לרשת החשמל והסוללות יתחילו להיטען.

הצד הטכני

בטכנולוגיות מודרניות להמרת חשמל, המהפך יכול לשמש כיחידת ביניים בלבד, כאשר תפקידו להמיר את המתח באמצעות טרנספורמציה בתדר גבוה (עשרות ומאות קילו-הרץ). למרבה המזל, כיום ניתן לפתור בעיה זו בקלות, כי לפיתוח ועיצוב ממירים זמינים גם מתגים מוליכים למחצה המסוגלים לעמוד בזרמים של מאות אמפר, ליבות מגנטיות עם הפרמטרים הדרושים וגם מיקרו-בקרים אלקטרוניים שתוכננו במיוחד עבור ממירים (כולל תהודה).

הדרישות לממירים, כמו גם למכשירי כוח אחרים, כוללות: יעילות גבוהה, אמינות, מידות ומשקל הקטנים ביותר. כמו כן, יש צורך שהמהפך יעמוד ברמה המותרת של הרמוניות גבוהות יותר במתח הכניסה ולא ייצור רעש דחף חזק באופן בלתי מקובל עבור המשתמשים.

במערכות בעלות מקורות חשמל "ירוקים" (פאנלים סולאריים, טחנות רוח) לאספקת חשמל ישירות לרשת הכללית, משתמשים בממירי Grid-tie, שיכולים לעבוד באופן סינכרוני עם הרשת התעשייתית.

במהלך פעולת מהפך המתח, מקור המתח הקבוע מחובר מעת לעת למעגל העומס בקוטביות משתנה, כאשר תדירות החיבורים ומשך הזמן שלהם נוצרים על ידי אות בקרה המגיע מהבקר.

הבקר במהפך מבצע בדרך כלל מספר פונקציות: ויסות מתח המוצא, סנכרון פעולתם של מתגי מוליכים למחצה, הגנה על המעגל מעומס יתר. באופן כללי, הממירים מחולקים ל: ממירים עצמאיים (ממירי זרם ומתח) וממירים תלויים (מונעי רשת, מונעי רשת וכו').

מעגל מהפך

מתגי המוליכים למחצה של המהפך נשלטים על ידי הבקר ויש להם דיודות shunt הפוך. מתח המוצא של המהפך, בהתאם להספק הנוכחי של העומס, מותאם על ידי שינוי אוטומטי של רוחב הפולסים בממיר בתדר גבוה, במקרה הפשוט ביותר PWM (אפנון רוחב דופק).

חצי הגלים של מתח המוצא בתדר נמוך חייבים להיות סימטריים כך שמעגלי העומס לא יקבלו בכל מקרה רכיב קבוע משמעותי (עבור שנאים זה מסוכן במיוחד), לשם כך רוחב הפולסים של בלוק LF (ב- המקרה הפשוט ביותר) נעשה קבוע .

בבקרת מתגי היציאה של המהפך, נעשה שימוש באלגוריתם המבטיח שינוי רציף במבני מעגל החשמל: ישיר, קצר חשמלי, הפוך.

כך או אחרת, לערך הספק העומס המיידי במוצא המהפך יש אופי של גלים בתדרים כפולים, לכן המקור הראשוני חייב לאפשר אופן פעולה כזה כאשר זורמים בו זרמי אדוות, ולעמוד ברמת הפרעות מתאימה. (בכניסת המהפך).

אם הממירים הראשונים היו מכניים בלבד, כיום ישנן אפשרויות רבות למעגלי מהפך מוליכים למחצה ויש רק שלוש תוכניות אופייניות: גשר ללא שנאי, דחיפה עם מסוף האפס של השנאי, גשר עם שנאי.

מעגל הגשר ללא שנאי נמצא ב-500 VA אל-פסק וממירי רכב. מעגל ההזזה עם המסוף הנייטרלי של השנאי משמש ב-UPS בהספק נמוך (למחשבים) עם קיבולת של עד 500 VA, כאשר מתח סוללת הגיבוי הוא 12 או 24 וולט. מעגל הגשר עם שנאי משמש במקורות רבי עוצמה של אספקת חשמל אל פסק (עבור יחידות ועשרות קילוואט).

צורת גל מתח פלט

בממירי מתח מלבניים, קבוצה של מתגי דיודה הפוכה מוחלפת במוצא כדי לייצר מתח חילופין על פני העומס ולספק מצב מחזור מבוקר במעגל אנרגיה תגובתית.

האחראים הבאים למידתיות של מתח המוצא: משך הזמן היחסי של פולסי הבקרה או הסטת הפאזה בין אותות הבקרה של קבוצות המפתח. במצב זרימת כוח תגובתי בלתי מבוקר, המשתמש משפיע על הצורה והגודל של מתח המוצא של המהפך.

בממירי מתח עם יציאה בצורת צעד, הממיר מראש בתדר גבוה יוצר עקומת מתח מדרגה חד-קוטבית, המתקרבת בצורתה לגל סינוס שתקופתו היא מחצית מתקופת מתח המוצא. מעגל הגשר LF ממיר אז את עקומת הצעד החד-קוטבית לשני חצאים של עקומה דו-קוטבית הדומה בערך לגל סינוס.

בממירי מתח בעלי צורה סינוסואידאלית (או כמעט סינוסואידלית) של המוצא, הממיר מראש בתדר גבוה יוצר מתח קבוע קרוב למשרעת ליציאה הסינוסואידאלית העתידית.

מעגל הגשר יוצר אז משתנה בתדר נמוך ממתח קבוע, באמצעות מספר PWMs, כאשר כל זוג טרנזיסטורים בכל חצי מחזור של יצירת גל הסינוס המוצא נפתח מספר פעמים למשך זמן המשתנה בהתאם לחוק ההרמוני . מסנן מעבר נמוך מחלץ סינוס מצורת הגל המתקבלת.

מעגלי קדם-המרה HF בממירים

מעגלי ההמרה המקדימה בתדר גבוה הפשוטים ביותר בממירים יוצרים את עצמם. הם די פשוטים מבחינת יישום טכני ויעילים למדי בהספקים נמוכים (עד 10-20 W) כדי לספק עומסים שאינם קריטיים לתהליך אספקת החשמל. התדר של המתנדים הוא לא יותר מ-10 קילו-הרץ.

משוב חיובי במכשירים כאלה מתקבל על ידי הרוויה של המעגל המגנטי של השנאי. אבל עבור ממירים רבי עוצמה, תוכניות כאלה אינן מקובלות, שכן ההפסדים במתגים גדלים, והיעילות בסופו של דבר נמוכה.כמו כן, כל קצר חשמלי במוצא קוטע את התנודות העצמיות.

המעגלים הטובים יותר של ממירי התדר הגבוה המקדימים הם flyback (עד 150 W), push-pull (עד 500 W), חצי גשר וגשר (יותר מ-500 W) של בקרי PWM, כאשר תדר ההמרה מגיע למאות של קילהרץ.

סוגי ממירים, דרכי פעולה

ממירי מתח חד פאזיים מחולקים לשתי קבוצות: עם גל סינוס טהור במוצא ועם גל סינוס שונה רוב המכשירים המודרניים מאפשרים צורה פשוטה של ​​אות הרשת (גל סינוס שונה).

גל סינוס טהור חשוב למכשירים שיש להם מנוע חשמלי או שנאי בכניסה, או אם מדובר במכשיר מיוחד שעובד רק עם גל סינוס טהור בכניסה.

ממירים תלת פאזיים משמשים בדרך כלל ליצירת זרם תלת פאזי עבור מנועים חשמליים, למשל לאספקת חשמל מנוע אסינכרוני תלת פאזי... במקרה זה, פיתולי המנוע מחוברים ישירות ליציאת המהפך. מבחינת הספק, המהפך נבחר על פי ערך השיא שלו עבור המשתמש.

באופן כללי, ישנם שלושה מצבי פעולה של המהפך: התחלה, רציף ועומס יתר. במצב הפעלה (טעינת הקיבולת, הפעלת המקרר) הכוח יכול להכפיל את דירוג המהפך בשבריר שנייה, זה מקובל ברוב הדגמים. מצב רציף - מתאים לערך הנקוב של המהפך. מצב עומס יתר - כאשר הספק של המשתמש הוא פי 1.3 מהמדורג - במצב זה, המהפך הממוצע יכול לעבוד כחצי שעה.