Все что нужно знать о том, что такое инвертор – простыми словами

Решение современных технологических задач не может быть произведено без устройств, питающихся от электросети. Различие в постоянном и переменном токе, а также сферах и возможностях их применения привело к созданию преобразователь.

Инвертор постоянного или переменного тока задействуется в сварке, мощных нагревателях, стабилизаторах. История создания и особенности работы устройств разного принципа построения – в обзоре.

Что такое инвертор

В электротехнике инвертор это группа компонентов, собранных в устройство для преобразования тока из переменного в постоянный.

Усовершенствованные схемы позволяют регулировать частоту, что позволяет применять устройства для управления асинхронными двигателями и аналогичными электрическими машинами.

В быту чаще всего инвертор — это электродуговая сварка, стабилизаторы напряжения, частотные преобразователи.

Принцип работы устройства

Для электротехники и электроники действия немного отличаются. В первой сфере принцип работы компонентов инвертора заключается в преобразовании входного напряжения.

Если рассмотреть классическую однофазную сеть, то при подаче на устройство 220 В частотой сети 50 Гц на выходе формируется увеличенная частота тока в 5-8 кГц и более. При помощи дополнительных компонентов, из которых собрана схема, происходит формирование необходимых показателей напряжения для конечного потребителя.

Частотники для управления асинхронными двигателями выдают квазисинусоиду с возможностью регулировки частотой.

В электронике инвертор сигнала служит для преобразования управляющего сигнала или изменения его характеристик с целью создания в схеме нескольких вариантов работы. Различают аналоговые и цифровые конструкции инверторов.

Устройство и основные характеристики инверторов

В устройство простейшего инвертора входят силовой и управляющий блоки. В конструкции первого размещены сетевой выпрямитель, фильтрующая помехи схема, инвертор на основе транзисторов, выпрямитель выходного сигнала, схема пуска.

В управляющем сегменте установлена микросхема на основе ШИМ-контроллера. С ее помощью происходит синхронизация работы всех компонентов и управление инвертора напряжения.

К основным характеристикам данного типа оборудования относят:

1. Мощность. Номинал рассчитывается исходя из максимального количества подключаемых на выход потребителей. Пиковый показатель отражает максимальное стартовое значение мощности.
2. Вид волны переменного тока на выходе. Чистый синус позволяет сделать функционирование потребителей оптимальным.
3. Количество фаз на входе и выходе.
4. Наличие температурного датчика и системы охлаждения.

Виды преобразователей

Устройства подразделяются на два класса – в зависимости от того, какое оборудование планируется к ним подключать.

1 группа — потребители с пусковой мощностью, кратно превышающей номинал. Электродвигатели – требуют включения в конструкцию трансформаторов развязывающего типа.

2 группа — устройства, у которых номинальный и стартовый показатель мощности имеют примерно равное значение.

Сюда относятся бытовая электроника, часть двигателей коллекторной конструкции. Инвертор в телевизоре может иметь максимальную мощность, едва превышающую по сумме всех потребителей схемы. Рассмотрим подробнее отдельные группы и для чего нужная каждая из них.

Импульсные устройства

Если требуется создать один уровень напряжения из другого, нужен преобразователь импульсной конструкции. В основе лежат индуктивные или конденсаторные элементы, аккумулирующие энергию. Главный плюс — высокий КПД.

Принцип работы подобного преобразователя напряжения основан на следующих комплектующих:

• коммутационный сегмент;
• индуктивный или емкостной элемент;
• диод для блокировки;
• запаралеленнная к линии нагрузки емкость.

Сигнал, формируемый на выходе, представлены в виде прямоугольной формы. За счет включения в схему диодов работа устройства становится управляемой, напряжение можно делать более высоким или низким.

Для стабилизации могут использоваться ШИМ, частотные модуляторы или комбинированные схемы.

Бытовые приборы

В быту преобразователь напряжения задействуется для решения нескольких задач:

• бесперебойное питание, совмещенное с зарядом АКБ;
• электродуговая сварка — простейший сварочный инвертор;
• стабилизаторы напряжения.

Бытовые устройства относятся ко второй группе, с невысокой пусковой и номинальной мощностью. В то же время для дорогой бытовой электроники синусоида на выходе преобразователя должна стремиться к идеальной. Поэтому для продления срока службы оборудования рекомендуется приобретать качественные и более дорогие преобразователи.

Бесперебойники на основе из аккумулятора и инвентора предпочтительнее для эксплуатации в быту потому, что:

• батареи работают в мягком режиме;
• широкий спектр аккумуляторов для применения с одним классом преобразователей.

Такие системы зачастую применяются в схеме альтернативных источников питания: геотермальных насосов, солнечных батарей, ветрогенераторов.

Бестрансформаторные устройства

Как работает бестрансформаторный инвертор: исключается использование трансформаторов, вся схема строится на полупроводниковых элементах. Несмотря на снижение цены и оптимизацию при производстве, подобные устройства имеют минус. Выход из строя полупроводника приведет к попаданию неуправляемого потока энергии на ввод потребителя, что может его сжечь.

Схема инвертора напряжения

Классическим примером является инверторный сварочный аппарат – в нем происходит преобразование переменного напряжения в постоянное. Схемы работы могут делиться в зависимости от работы устройства. Трансформация бывает:

1. Из постоянного в постоянное.
   
2. Из переменки в постоянку.
   
3. Из постоянки в переменку.

Режим работы схемы

Режим функционирования — модифицированный синусоидальный или прямоугольный импульсный сигнал на выходе преобразователя. Контроллер в составе схемы позволяет четко настраивать напряжение на выходе для потребителя.

В инверторах по типу частотных преобразователей опция программирования позволяет настроить гибкий режим, меняя ключевые показатели при настройке технологических процессов.

Работа схемы

Общими словами как работает преобразователь – на примере выпрямителя и схем его реализации:

1. Тиристорная схема. Включает в конструкцию трансформатор, мост, управляющее мостом звено, компонент сглаживания пульсаций — катушка или конденсатор.
2. Транзисторная схема. Сглаживание пульсаций производится на входе и выходе, добавляется высокочастотный преобразователь и трансформатор, контроллер.

Приведенные схемы удобном рассмотреть на сварочном инверторе. Они классифицируются по группам.

Классификация сварочных инверторов

Современная промышленность предлагает следующий виды инверторов:

• ММА — дуговая сварка в ручном режиме. Наиболее популярный тип для быта и мелкосерийного производства.
• Полуавтомат MIG/MAG. Сварка в газовой среде с проволокой. Шов идет с меньшим объемом шлака, рабочий процесс ускоряется. Требуется баллон с углекислотой.
• TIG или сварка аргоном. Подойдет для цветных металлов и тонких материалов. Высокое качество шва.
• Точечная сварка. Популярна в автосервисах, позволяет соединить тонкие материалы, исключает деформацию.
• Газоплазменная резка. Возникновение дуги происходит в зазоре между анодом и катодом в сопле. За счет подачи газовой смеси через зону горения формируется поток плазмы. Назначение — раскрой и сварка металлов различного типа и толщины.

Каждый инверторное оборудование предназначено для определенного вида сварки и обладает рядом преимуществ и недостатков.

Плюсы и минусы инверторной сварки

Популярность аппаратов для сварки инверторного типа основана на простоте обучения, доступной цене и легком ремонте устройств. Высокий коэффициент полезного действия позволяет работать с максимальной эффективностью в быту и на производстве.

Полезная статья: Вес газового баллона

Достоинства

К плюсам относятся:

• нечувствительность к перепадам напряжения;
• контроль рабочего тока;
• широкий спектр электродов;
• антизалипание электрода и быстрый поджиг;
• функциональность при малых размерах устройства.

Недостатки

К минуса относят:

• стоимость качественных инверторов;
• аккуратность при работе и хранении.

Список достоинств существенно выше, именно это делает инверторы востребованными.

Полезная статья: Объем кислородного баллона м3

Сравнение: инверторы — трансформаторы

В отличие от трансформатора, главное преимущество инвертора в низкой массе и размерах. За счет увеличения частоты в 800-900 раз массогабаритные показатели трансформатора уменьшаются в 8-9 раз.

Это уменьшает энергопотребление. Подключить производительный инвертор для сварки можно даже в условиях маломощной розетки – в отличие от трансформаторной версии, требующей большого энергопотребления.

Сравнение: инверторы — выпрямители

Выпрямители, как и инверторы способны показать себя в работе с лучшей стороны. Качественный шов и минимум брызг. Устройство со схемой на выпрямителе более чувствительно к скачкам напряжения. Наличие в схеме трансформатора с диодно-тиристорной схемой усложняет конструкцию. При необходимости ремонта потребуется наличие профессионального сервисного центра поблизости.

Функции сварочных инверторов

Для упрощения работы с аппаратом на стадии обучения производители внедрили ряд функций:

1. Горячий старт. Помогает быстрому поджигу за счет однократного быстрого увеличения силы тока.
2. Форсаж дуги. Стабилизирует дугу при неравномерном ведении сопла или электрода за счет импульсной поддержки током.
3. Антизалипание. Позволяет легче отделять электрод от заготовки за счет снижения тока до нулевых значений.

Эти принципы позволяют успешно работать с инверторами даже начинающим сварщикам.

Как выбрать инвертор

При подборе устройства следует ориентироваться на объемы работы, типы свариваемого металла, бюджет и наличие первоначальных умений. Нужный агрегат выбирается по мощности и возможности питающей сети.

Для бытового использования

В домашних условиях наиболее популярными аппаратами являются типы сварки MMA и MIG/MAG. Они доступны по цене, легки для освоения и при должном уходе служат гораздо дольше заявленного срока. Не стоит брать устройства из низшей ценовой категории. Качественная начинка электронных схем лежит в среднем ценовом диапазоне.

Для домашнего и промышленного применения обязательно иметь защитную маску с комплектом сменных стекол. Сварочные очки не спасут лицо от брызг – а в данных типах сварочных методов их достаточно.

Полезная статья: Сварка видео инструкция

Профессиональный

Чаще всего это аппараты аргонодуговой сварки, точечной, плазменной резки. Ключевой момент – производительность, чем больший объем работы за день может выполнить оборудование без перерыва, тем лучше.

Подбирая профессиональный инвертор необходимо ориентироваться на карту сервисных центров. Постоянно работающий агрегат будет периодически требовать обслуживание или ремонт. Сервис в городе покупки будет отличным решением.

История появления преобразователя

Перевод inverter на русский изменять, переворачивать, преобразовывать. Первые наработки принадлежат Эдисону и относят к концу 19 века.

Свой вклад в появление преобразователей внес и Никола Тесла, работавший с Томасом в одно время. Несмотря на сравнение Эдисоном постоянного и переменного тока с точки зрения, что DC – лучший вариант для передачи, производились разработки и тесты устройств, трансформирующих один формат в другой.

Именно благодаря исследованию и первым устройствам того века на текущий момент промышленность достигла огромных успехов в разработке современных инверторов.

Возможность преобразования DC в AC и назад позволяет решать сложные производственные и бытовые задачи. Модифицированная энергия служит на благо людям во всех отраслях жизнедеятельности.