Инвертор - устройство для преобразования постоянного тока в переменный

Применяются обычно для питания устройств переменного тока от батарей и сетей постоянного тока, например, автомобильных. Кроме того, инверторы широко используются в компактных блоках сетевого питания, в которых сетевое напряжение выпрямляется, а затем инвертируется в переменное напряжение более высокой частоты. Это позволяет существенно снизить размеры и вес силового трансформатора.

Основным блоком инвертора является коммутатор, с заданной частотой изменяющий полярность подключения нагрузки к источнику постоянного тока, что и создает в нагрузке переменный ток. Кроме коммутатора, инвертор обязательно содержит электронную схему управления коммутатором (в современных приборах реализуемую часто с использованием микропроцессоров), а также может содержать трансформатор для повышения или понижения выходного напряжения, фильтры, приближающие форму выходного напряжения к синусоидальной, а также различные устройства защиты, стабилизации и т.д.

Широкое применение инверторы получили в электросварке. Сварочные установки, использующие инверторы, по сравнению с традиционными трансформаторными, имеют существенные преимущества – компактность, малый вес, более гибкое управление сварочным процессом и т.д. Сварочные аппараты постоянного тока – а именно такими и является большинство из сварочных устройств, использующих инверторы, отличаются меньшими пульсациями сварочного тока, так как отфильтровать высокочастотные пульсации с помощью дросселя и конденсатора легче, чем низкочастотные пульсации после традиционного сварочного трансформатора и диодного выпрямителя. Кроме того, использование инверторных установок позволяет сэкономить электроэнергию, так как небольшой вес позволяет расположить преобразователь непосредственно вблизи места проведения работ, и исключить тем самым выделение энергии на длинных подводящих проводах. По некоторым оценкам, экономия при сварке больших конструкций может достигать 50% и более.

Упрощенная принципиальная схема источника питания сварочного аппарата с использованием инвертора, а также типичные осциллограммы напряжения в различных ее точках приведены на рисунке.

Перед подачей на инвертор сетевое напряжение выпрямляется и сглаживается фильтром, состоящим из дросселя и накопительного конденсатора C1. Напряжение на выходе выпрямителя пульсирует с частотой 300 Гц при питании его от трех фаз (как это изображено на схеме) и 100 Гц при питании от одной фазы. Эти пульсации частично сглаживаются дросселем, но ток на его выходе остается пульсирующим. Накопительный конденсатор заряжается в те интервалы времени, когда этот ток близок к максимальному, и разряжается, питая инвертор, в остальное время. Величина емкости накопительного конденсатора должна быть достаточной для обеспечения максимального тока, потребляемого инвертором, который, в свою очередь, определяется максимальным сварочным током и коэффициентом трансформации трансформатора Т. Коммутатор инвертора на транзисторах VT1 и VT2 переключает полярность тока в первичных обмотках трансформатора с частотой от единиц до десятков килогерц. Трансформатор Т понижающий, он понижает напряжение до 50 – 80 В (амплитудного значения) в режиме холостого хода, и, соответственно, повышает ток в рабочем режиме. На выходе переменный ток высокой частоты сглаживается фильтром L2 C2. Емкость конденсатора C2 значительно меньше C1, так как частота пульсаций на нем значительно выше.

Важно: конденсаторы являются существенными элементами инверторов, и подбор их характеристик прямо влияет на эффективность и работы устройства.