Jaký je základní princip inverteru a jeho typy?
Základní principy a typy inverterů
Inverter je elektronické zařízení, které přeměňuje stejnosměrný proud (DC) na střídavý proud (AC). Široce se používá v systémech obnovitelných zdrojů energie, ne přerušovaných zdrojích napájení (UPS), elektrických vozidlech a jiných aplikacích. V závislosti na konkrétní aplikaci a technických požadavcích mohou inverzory fungovat na různých principech a existují v různých typech. Níže jsou uvedeny některé běžné typy inverterů a jejich principy fungování:
1. Jednofázový inverter
Princip: Jednofázový inverter převádí DC na jednofázový AC. Běžně se používá pro domácí elektřinu nebo malé zařízení. Výstupní vlnová forma jednofázového inverteru může být čtvercová vlna, upravená sinusová vlna nebo čistá sinusová vlna.
Čtvercová vlna: Výstupní vlnová forma je jednoduchá čtvercová vlna, vhodná pro základní zátěže, ale generuje významnou harmonickou interferenci, což ji činí neslučitelnou s citlivými zařízeními.
Upravená sinusová vlna: Výstupní vlnová forma je mezi čtvercovou a sinusovou vlnou, s nižším obsahem harmonik, vhodná pro většinu domácích spotřebičů.
Čistá sinusová vlna: Výstupní vlnová forma téměř shodná s ideální sinusovou vlnou, s minimálním obsahem harmonik, vhodná pro zařízení vyžadující kvalitní napájení, jako jsou počítače a lékařské zařízení.
Aplikace: Domácí solární systémy, malé UPS jednotky, přenosné zdroje energie atd.
2. Třífázový inverter
Princip: Třífázový inverter převádí DC na třífázový AC. Běžně se používá v průmyslových pohonách motorů, velkých fotovoltaických (PV) systémech a výrobě větrné energie. Výstupní vlnová forma třífázového inverteru je také sinusová vlna, poskytující stabilnější napájení pro vysokovýkonné zařízení.
Aplikace: Průmyslové pohony motorů, velké PV elektrárny, výroba větrné energie, pohony elektrických vozidel atd.
3. Inverter s napájecím zdrojem (VSI)
Princip: Inverter s napájecím zdrojem (VSI) je spojen s pevným DC zdrojem napájení (např. baterie nebo odpor) na svém vstupu a používá přepínací prvky (jako IGBT nebo MOSFET) k řízení výstupního AC napětí. VSI reguluje amplitudu a frekvenci výstupního napětí úpravou frekvence přepínání a poměru pulsní šířky.
Charakteristiky: Poskytuje stabilní výstupní napětí, vhodné pro aplikace vyžadující vysokou kvalitu napětí. Výstupní proud závisí na charakteristice zátěže a může se výrazně měnit.
Aplikace: Domácí inverter, UPS systémy, elektrická vozidla atd.
4. Inverter s proudovým zdrojem (CSI)
Princip: Inverter s proudovým zdrojem (CSI) je spojen s pevným DC zdrojem proudu na svém vstupu a řídí výstupní AC proud pomocí přepínacích prvků. CSI reguluje amplitudu a frekvenci výstupního proudu úpravou frekvence přepínání a poměru pulsní šířky.
Charakteristiky: Poskytuje stabilní výstupní proud, vhodný pro aplikace vyžadující přesné řízení proudu. Výstupní napětí závisí na charakteristice zátěže a může se výrazně měnit.
Aplikace: Průmyslové pohony motorů, indukční ohřev atd.
5. Inverter s modulací šířky pulsu (PWM inverter)
Princip: PWM inverter ovládá amplitudu a frekvenci výstupního napětí úpravou doby přepínání (tj. šířky pulsu) přepínacích prvků. Technologie PWM může vytvářet výstupní vlnovou formu, která se blíží ideální sinusové vlně, snižuje harmonické zkreslení a zlepšuje kvalitu napájení.
Charakteristiky: Vysokokvalitní výstupní vlnová forma, vysoká efektivita, vhodná pro aplikace vyžadující vysokou kvalitu napájení. PWM invertory mohou dosáhnout různých AC frekvencí změnou frekvence přepínání.
Aplikace: Domácí inverter, průmyslové pohony motorů, UPS systémy, PV inverter atd.
6. Virový inverter
Princip: Virový inverter generuje vícestupňovou výstupní vlnovou formu kombinací více DC zdrojů nebo více přepínacích prvků. Oproti tradičním dvoustupňovým inverterům virové inverter vygenerují výstupní vlnovou formu, která je mnohem bližší sinusové vlně, s nižším obsahem harmonik a sníženými ztrátami přepínání.
Charakteristiky: Extrémně vysokokvalitní výstupní vlnová forma, vhodná pro vysokovýkonné a vysokonapěťové aplikace. Virové inverter mohou snížit potřebu filtrů, snižují složitost a náklady systému.
Aplikace: Přenos vysokého napětí (HVDC), velké průmyslové pohony motorů, výroba větrné energie atd.
7. Izolovaný inverter
Princip: Izolovaný inverter zahrnuje transformátor mezi DC stranou a AC stranou, poskytující elektrickou izolaci. Tento design brání selháním na DC straně, aby ovlivňovaly AC stranu a zvyšuje bezpečnost systému.
Charakteristiky: Vynikající elektrická izolace, vhodná pro aplikace vyžadující bezpečnou izolaci. Izolované inverter mohou také používat transformátory k navýšení nebo snížení napětí, přizpůsobují se různým požadavkům zátěže.
Aplikace: Lékařské zařízení, průmyslové řídicí systémy, distribuované výrobní systémy atd.
8. Neizolovaný inverter
Princip: Neizolovaný inverter nemá vestavěný transformátor a DC strana je přímo spojena s AC stranou. Tento design zjednodušuje strukturu obvodu, snižuje náklady a rozměry, ale chybí mu elektrická izolace, což může ovlivnit bezpečnost systému.
Charakteristiky: Jednoduchá struktura, nízké náklady, vysoká efektivita, nevhodný pro aplikace vyžadující elektrickou izolaci.
Aplikace: Domácí solární systémy, malé UPS jednotky atd.
9. Dvousměrný inverter
Princip: Dvousměrný inverter může převádět DC na AC a také AC zpět na DC. To umožňuje dvousměrný tok energie, což umožňuje inverteru vydávat energii ze skladovacího systému (jako baterie) a přivádět nadbytečnou energii zpět do sítě nebo nabíjet skladovací systém.
Charakteristiky: Podporuje dvousměrný tok energie, vhodný pro systémy skladování energie, nabíjecí stanice elektrických vozidel atd.
Aplikace: Systémy skladování energie, nabíjení elektrických vozidel, mikrosítě atd.
10. Inverter připojený k síti
Princip: Inverter připojený k síti převádí DC (např. z solárních panelů) na AC synchronizované se sítí a přivádí ho do sítě. Inverter připojený k síti musí mít schopnost synchronizace, aby zajistil, že výstupní AC odpovídá napětí, frekvenci a fázi sítě.
Charakteristiky: Může prodávat nadbytečnou energii zpět do sítě, umožňuje efektivní využití energie. Inverter připojený k síti obvykle zahrnuje ochranu proti osamocení, aby zabránil provozu během poruch sítě.
Aplikace: Síťově připojené PV systémy, výroba větrné energie atd.
11. Inverter odpojený od sítě
Princip: Inverter odpojený od sítě funguje nezávisle na síti a obvykle se používá s úložným systémem (jako baterie). Převádí DC na AC pro lokální zátěže. Inverter odpojený od sítě nesynchronizuje se sítí, ale musí poskytovat stabilní napětí a frekvenci, aby zajistil kvalitní AC výstup.
Charakteristiky: Nezávislý provoz, vhodný pro vzdálené oblasti nebo místa bez přístupu k síti. Inverter odpojený od sítě často zahrnuje systémy správy baterií, aby zajistily správný provoz úložného systému.
Aplikace: Zásobování energií v vzdálených oblastech, nouzové zásobování, nezávislé systémy výroby energie atd.
Shrnutí
Inverzory fungují na různých principech a existují v různých typech v závislosti na konkrétní aplikaci a technických požadavcích. Jednofázové a třífázové inverter jsou vhodné pro různé typy zátěže; inverter s napájecím a proudovým zdrojem se liší podle svých výstupních charakteristik; technologie PWM a virové technologie zlepšují kvalitu výstupní vlnové formy; izolované a neizolované inverter nabízejí různé úrovně bezpečnosti; dvousměrné inverter podporují dvousměrný tok energie; inverter připojený k síti a inverter odpojený od sítě jsou navrženy pro síťově připojený a nezávislý provoz, respektive.
