Инвертор в электротехнике

Инвертор в широком смысле – это прибор, который преобразует одну форму энергии в другую форму. В электротехнике инвертором принято считать такое устройство, которое преобразует постоянный ток в переменный. Как правило при преобразовании изменяется величина напряжения. Также в электротехнике есть устоявшийся термин – преобразователь напряжения – по сути это одно и то же устройство и обычно инвертор представляет из себя генератор периодического напряжения очень приближённого к синусоиде, или дискретного сигнала.

Инвертор напряжения принято считать главным образующим устройством в источниках бесперебойного питания.

ИБП бывают двух типов – однонаправленного преобразования напряжения, т.е. из постоянного тока в переменный – их еще называют офф-лайн ИБП. Вторым типов ИБП с применением инвертора – называют ИБП двойного преобразования (double conversion), т.е. логично предположить, что такой ИБП построен с использованием двух инверторов: первый преобразует входное сетевое напряжение переменного тока в постоянный ток, а второй инвертор преобразует постоянный ток в переменный и подает его на выход ИБП.   В таком ИБП при пропадании входного напряжения переключение нагрузки на питание от аккумуляторов не требуется, поскольку аккумуляторы включены в цепь постоянно.

Кроме использования инверторов напряжения в системах бесперебойного электропитания, принцип преобразования переменного тока в постоянный и наоборот – применяется повсеместно, например есть инверторные генераторы электричества (бензиновые генераторы как правило), инверторные сварочные аппараты, выпрямительный инвертор (преобразователь).

Также наиболее востребованным применением инверторов (еще их называют – бесперебойник) является сфера возобновляемой энергетики: получение  электроэнергии от  солнечных батарей, ветрогенераторов, гидроэлектростанций и других источников зелёной энергии в общую электрическую сеть. также очень часто инверторы применяют как бесперебоник для котла (для газовых и твердотопливных).

Принципиальная схема работы инвертора:

Работа инвертора напряжения основана на переключении источника напряжения постоянного тока с целью периодического изменения полярности напряжения на зажимах нагрузки. Частота переключения задается сигналами управления, формируемыми схемой управления, построенной как правило на базе контроллера. Современные контроллеры управления (например ATmega128) может решать и дополнительные задачи:

• регулирование напряжения;
• синхронизация частоты переключения ключей;
• защитой их от перегрузок,
• управление настройками и органами отображения целостного изделия

В основу построения инвертора  заложен принцип широтно-импульсной модуляции, который заключается в том, что напряжение постоянного тока с помощью, как правило, мостового инвертора преобразуется в переменное напряжение по форме, близкое к синусоидальному, за счет применении соответствующих принципов управления транзисторами этого мостового инвертора (принципы так называемой «многократной широтно-импульсной модуляции»). Идея этой «многократной» широтно-импульсной модуляции (ШИМ) заключается в том, что на интервале каждого полупериода выходного напряжения инвертора соответствующая пара транзисторов мостового инвертора коммутируется на высокой частоте (многократно) при широтно-импульсном управлении. Причём длительность этих высокочастотных импульсов коммутации изменяется по синусоидальному закону . Затем с помощью высокочастотного фильтра нижних частот выделяется синусоидальная составляющая выходного напряжения инвертора. Это и есть полученная синусоида напряжения переменного тока, а амплитуда определяет величину.