Инвертор

(51) 02 7/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ эксплуатировать нагрузки индуктивного характера),повышение времени работы на максимальной мощности (время работы в режиме перегрузки увеличено до 5 сек, что позволяет эффективно запускать инертную нагрузку,требующую длительного действия повышенных пусковых токов), снижение пульсации тока, потребляемого от аккумулятора (это повышает срок службы аккумуляторной батареи за счет потребления от нее стабильного тока с минимальным коэффициентом пульсаций), улучшение параметров электромагнитной совместимости (прибор наводит меньше помех, как на непосредственно подключенную к нему нагрузку, так и на приборы, восприимчивые к помехам по радиоканалу). Это достигается тем, что инвертор, включающий корпус, вентиляторную систему охлаждения,согласно полезной модели, дополнительно снабжен устройством для защиты от импульсных перенапряжений, при этом вход и выход инверторов размещены на противоположных сторонах.(74) Тусупова Меруерт Кырыкбаевна Дюсенов Еркебулан Рамазанович(57) Полезная модель относится к сфере электротехники, а именно к инверторам и может быть использовано для преобразования постоянного тока в переменный для питания нагрузок конечного потребителя. Техническим результатом является повышение надежности корпуса инвертора,повышение электробезопасности и эффективности охлаждения инвертора, а также повышение качества выходного синусоидального напряжения(коэффициент несинусоидальности выходного напряжения всего 2, при этом данный показатель позволяет с минимальными потерями в мощности Полезная модель относится к сфере электротехники, а именно к инверторам и может быть использовано для преобразования постоянного тока в переменный для питания нагрузок конечного потребителя. Инвертор - это преобразование постоянного напряжения от аккумулятора в переменное напряжение 220 В. Известно, что инвертор является одним из основных элементов системы альтернативного энергоснабжения дома (солнечная,ветряная энергия). Все инверторы имеют синусоидальную форму выходного напряжения. Обладают одинаковым уровнем КПД и рассчитаны на подключение любой электротехники,работающей от 220 В, компактны и просты в эксплуатации. Основные отличия серий заключены в конструктивных особенностях инверторов, а также в диапазоне номинальных мощностей и входных напряжений инверторов, входящих в серию. Известен инвертор сварочный, содержащий корпус, включающий основание, переднюю и заднюю панели с вентиляционными решетками,съемную крышку с боковыми стенками и горизонтально установленную относительно основания разделительную панель, закрепленную между передней и задней панелями, соединенными с основанием и съемной крышкой с образованием верхнего отсека для размещения высоковольтных и низковольтных электронных компонентов и нижнего отсека,выполненного в виде воздухопровода, оснащенного вентилятором и по меньшей мере первым и вторым радиаторами для охлаждения размещенных в нем тепловыделяющих электронных компонентов, в том числе силового трансформатора,дросселей и силовых выпрямляющих модулей, в котором первый и второй радиаторы установлены с вертикальным расположением ребер относительно основания и закреплены на разделительной панели с продольным расположением ребер относительно направления потока воздуха от вентилятора, причем второй радиатор закреплен с вертикальным смещением относительно разделительной панели с образованием зазора, силовые выпрямляющие модули установлены в указанном зазоре на плоской горизонтальной поверхности этого радиатора / 76271 1, 20.09.2008 г./. Недостатками данного аналога являются недостаточные возможности для надежности корпуса инвертора,электробезопасности и эффективности охлаждения инвертора. Задачей полезной модели является создание инвертора с улучшенными техническими характеристиками. Техническим результатом является повышение надежности корпуса инвертора,повышение электробезопасности и эффективности охлаждения инвертора, а также повышение качества выходного синусоидального напряжения(коэффициент несинусоидальности выходного напряжения всего 2, при этом данный показатель позволяет с минимальными потерями в мощности эксплуатировать нагрузки индуктивного характера),2 повышение времени работы на максимальной мощности (время работы в режиме перегрузки увеличено до 5 сек, что позволяет эффективно запускать инертную нагрузку,требующую длительного действия повышенных пусковых токов), снижение пульсации тока, потребляемого от аккумулятора (это повышает срок службы аккумуляторной батареи за счет потребления от нее стабильного тока с минимальным коэффициентом пульсаций), улучшение параметров электромагнитной совместимости (прибор наводит меньше помех, как на непосредственно подключенную к нему нагрузку, так и на приборы, восприимчивые к помехам по радиоканалу). Это достигается тем,что инвертор,включающий корпус, вентиляторную систему охлаждения,согласно полезной модели,дополнительно снабжен устройством для защиты от импульсных перенапряжений, при этом вход и выход инверторов размещены на противоположных сторонах. Корпус инвертора выполнен металлическим. В заявленном инверторе предусмотрено устройство для защиты от импульсных перенапряжений. В других инверторах такая защита отсутствует. Попадание 220 В на вход инвертора довольно частая ошибка при эксплуатации инвертора в домах, где есть стационарная сеть и автономная система энергоснабжения. Устройство для защиты от импульсных перенапряжений максимально защищают инвертора от ошибок эксплуатации. Инвертор с функцией переключения сети предусматривает систему автоматического пуска(переключения) резервного источника питания. При наступлении неблагоприятных условиях для работы ветрогенератора (отсутствие ветра длительное время), а также, при достаточно глубоком разряде блока аккумуляторных батарей - для подачи бесперебойного питания на нагрузку потребителя,инвертор автоматически переключает питание на резервный источник электроэнергии(централизованная электросеть, дизельный или бензиновый или газовый генератор). Инвертор с переключением на резервную сеть (220 В центральная сеть, дизельный или бензиновый или газовый генератор) при пропадании питания от блока аккумуляторных батарей. Для этого инвертор может иметь один или два встроенных реле со свободным программированием по любому событию. Инвертор обеспечивает автоматическое поддержание выходного напряжения в стандартных значениях для сети переменного тока 220-240 В,50 Гц. Выходное напряжение имеет вид правильной синусоиды с предельным уровнем гармоник, не вызывающим сбоев в работе электронного оборудования. Важной особенностью алгоритма инвертирования выдвигается требования обеспечения максимальной эффективности работы источника инвертирования (панели или генератор) по критерию максимальной отдаваемой мощности. Технические характеристики инвертора рабочий диапазон входного напряжения 20-29 В типовой ток холостого хода 0,3 Аток потребления в спящем режиме не более 0,01 А защита от КЗ выхода 220 В выходное напряжение 220 В -5 Защита выхода от перегрузки выходная мощность полная, 3000 ВА тепловая защита выходная мощность активная при в 27 В - 2000 Вт защита аккумулятора от полного разряда пусковая мощность длительная(0-120 сек) от 4000 Вт до 2000 Вт частота выходного напряжения 50 Гц -1 форма выходного напряжения - синусоида коэффициент мощности нагрузки допустимый 01 коэффициент полезного действия 92 синхронизация выходного напряжения инвертора по фазе с резервной сетью 220 В при значительном разряде аккумулятора инвертор должен подавать звуковые и световые сигналы о скором отключении и/или переключении на резервную сеть. На фиг.1 представлена схема защиты инвертора при стационарном подключении к локальной сети 220 В. 1 - инвертор серии ИС 2 - электрощит 3 - сеть 220 В 1, 2 - фазные провода РЕ - защитное заземление. Для защиты инверторов серии ИС от импульсных перенапряжений в автономных локальных сетях 220 В применяют устройства для защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Применение УЗИП обязательно при прокладке сети вне зданий. На фиг.1 показана схема защиты инвертора при стационарном подключении к локальной сети 220 В и подключения УЗИП. УЗИП подключают между фазными проводами 1 и 2 и с каждого фазного провода 1, 2 на защитное заземление РЕ. Электрощит с УЗИП и коммутирующей аппаратурой должен располагаться в непосредственной близости с инвертором (на расстоянии не более 2 м). При выборе класса, типа и общего количества УЗИП необходимо пользоваться техническими характеристиками самого инвертора (выходное напряжение 220 В, выходной ток), параметрами трассировки локальной сети 220 В, ожидаемыми условиями эксплуатации и рекомендациями заводаизготовителя УЗИП. При создании сети внутри помещений достаточно применения УЗИП толькокласса, а при создании вне помещений обязательно применение УЗИПиклассов. На фиг.2 представлена схема подключения инвертора в системах бесперебойного питания. 1 - инвертор серии ИС 2 - сеть 220 В 4 - аккумулятор 5 - бесперебойная сеть 220 В 6 - модуль управления К 1.1, К 1.2 - силовые контакты реле К 1 К 2.1, К 2.2 - силовые контакты реле К 2 К 2.4 - блокировочный контакт реле К 2. Для обеспечения надежной работы и исключения возможности попадания сетевого напряжения 220 В на выход инвертора необходимо производить подключение согласно схемы на фиг.2. Кроме того необходимо соблюдать требования к коммутационным аппаратам К 1 и К 2 действующее значение напряжения коммутации силовых контактов К 1.1, К 1.2 реле К 1 должно быть не менее 220 В действующее значение напряжения коммутации силовых контактов К 2.1, К 2.2 реле К 2 должно быть не менее 440 В. Это требование объясняется тем, что на силовых контактах реле одновременно присутствует сетевое напряжение и напряжение с выхода инвертора, которые не синхронизированы между собой- ток коммутации силовых контактов К 1.1, К 1.2,К 2.1, К 2.2 реле К 1, К 2 должен быть не менее 20 А для 12(24)-1500 30 А для 12(24)-3000 40 А для 12(24)-4500 3 А для 12(24)-300. Это требование определяется 2-х кратной перегрузочной способностью инверторов по выходной мощности- контакты К 1.1 и К 1.2 реле К 1 (К 2.1 и К 2.2 реле К 2) должны быть одной механической группы. Не допускается применять два реле для одновременной коммутации фазы и ноля- реле К 2 должно иметь дополнительный блокировочный контакт К 2.4 для обеспечения определенной последовательности включения реле К 2 и К 1. На фиг.3 представлены пороговые значения напряжения(а),зависимость мощности преобразователя от входного напряжения (б),зависимость выходной мощности от температуры(в),вольт-амперные характеристики преобразователя и нагрузки (г), зависимость выходной мощности от нагрузки (д). Полезная модель осуществляется следующим образом. Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером,который наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата, однако не является единственно возможным. Пример. Во всех инверторах(преобразователях напряжения) применяется микропроцессорная система управления. Эта современная система позволяет реализовать различные уникальные технологии, расширяющие область применения и повышающие удобство использования и надежность изделий. Сущность данных технологий раскрыта далее в порядке перечисления- пороговые значения входного напряжения включения и выключения стабилизация входного напряжения стабилизация температуры- формирование выходной вольт-амперной характеристики режим повышенной кратковременной мощности режим кратковременного снижения напряжения отключения. Пороговые значения входного напряжения включения и выключения. Данная технология предназначена для ограничения рабочего диапазона входных напряжений преобразователя. С помощью этой технологии достигаются следующие преимущества- увеличение надежности функционирования преобразователя вследствие работы только при заданных значениях входного напряжения- защита химического источника энергии- защита от возбуждения в контуре источника энергии. Для того чтобы процессы включения и выключения преобразователя совершались четко,без дребезга, используются различные пороги напряжения на включение и выключение преобразователя (переключение с гистерезисом). Так как область допустимых напряжений ограничивается как сверху, так и снизу, поэтому используется 4 различных порога (фиг.3 а.)- нр, минимальное напряжение, при котором преобразователь остается включенным- нв, минимальное напряжение, при котором преобразователь включается- вр, максимальное напряжение, при котором преобразователь остается включенным- вв, максимальное напряжение, при котором преобразователь включается. Таким образом, при повышении входного напряжения от нуля, преобразователь включится при напряжении нв и выключится при напряжении вр. А при понижении напряжения преобразователь включится при напряжении вв и выключится при напряжении нр. Данная технология применяется в следующих устройствах- ксеноновый блок. Стабилизация входного напряжения. Данная технология применяется для того, чтобы полностью использовать энергию аккумулятора, но не допускать его переразряда. С помощью этой технологии выходная мощность преобразователя меняется в зависимости от входного напряжения. Зависимость мощности преобразователя от входного напряжения является плавной и имеет вид кривой (фиг.3 б). Таким образом, если аккумулятор разряжен и его напряжение под нагрузкой становится меньше порогового значения, мощность нагрузки уменьшается, и напряжение аккумулятора стабилизируется. При этом работоспособность преобразователя сохраняется вплоть до состояния полностью разряженного аккумулятора, лишь снижается допустимая мощность нагрузки. Данная технология применяется в следующих устройствах- преобразователь напряженияс полной гальванической развязкой. Стабилизация температуры. Данная технология предназначена для ограничения максимальной температуры преобразователя. С помощью этой технологии достигаются следующие свойства- защита внутренних элементов преобразователя от перегрева- защита места установки преобразователя от перегрева обеспечение работоспособности преобразователя при недостаточном охлаждении. Все преобразователи электрической энергии выделяют тепло и нагреваются. Температура перегрева преобразователя относительно окружающей среды зависит от количества выделяемого тепла и условий теплоотвода(теплового сопротивления). Количество этого тепла зависит от эффективности преобразователя и от выходной мощности. Так как условия теплоотвода и температура окружающей среды зависят от места установки, то в некоторых случаях преобразователь может перегреваться,если не ограничить количество выделяемого им тепла. Для предотвращения перегрева, в случае увеличения температуры система уменьшает допустимую мощность преобразователя,ограничивая тепловыделение. Зависимость выходной мощности от температуры приведена на фиг.3 в. По данному графику следует, что при значительно затрудненном теплоотводе,температура преобразователя стабилизируется на некотором уровне. Причем в этом случае преобразователь сохраняет работоспособность,то есть обеспечивает заявленные параметры выходного напряжения при сниженной выходной мощности. Данная технология применяется в следующих устройствах- преобразователь напряжения / с полной гальванической развязкой. Формирование выходной вольт-амперной характеристики. Данная технология предназначена для определения поведения преобразователя при электрической перегрузке, то есть при подключении нагрузки, мощность которой больше мощности преобразователя. С помощью этой технологии достигаются следующие возможности- возможность запуска устройства, требующего большой пусковой мощности- защита преобразователя от превышения выходного тока (в том числе и в режиме К.З.). Технология выполняет функцию ограничения выходного тока преобразователя на безопасном уровне в зависимости от выходного напряжения. Реализацию технологии определяет график зависимости выходного тока от выходного напряжения. Система управления работает соответственно этому графику, который является уникальным для каждой модели преобразователя. Для оценки важности этой технологии рассмотрим широко распространенный пример лампу накаливания в качестве нагрузки. На фиг.3 г приведены вольт-амперные характеристики преобразователя и нагрузки. Для примера выбраны 2 разных вольт-амперные характеристики преобразователя 1 и 2. Преобразователь с характеристикой 1 увеличивает выходной ток при снижении выходного напряжения, а преобразователь с характеристикой 2 наоборот уменьшает ток при снижении выходного напряжения, однако оба они обеспечивают одинаковую номинальную мощность, ограниченную током . Вольт-амперная характеристика лампы изображена красным цветам и имеет разный вид в холодном (пунктирная линия) и нагретом (сплошная линия) состоянии. Рабочая точка преобразователя находится в месте пересечения вольт-амперных характеристик преобразователя и нагрузки. Из графика следует, что номинальная мощность лампы меньше номинальной мощности преобразователя,так как ток лампы при номинальном напряжении меньше номинального тока преобразователя. При подключении лампы она имеет низкую температуру,и ее вольт-амперная характеристика изображена пунктиром. Соответственно рабочая точка находится на наклонной части вольт-амперной характеристики преобразователя,причем напряжение, ток и мощность сильно различается у разных преобразователей и значительно выше у преобразователя с характеристикой 1. От приложенной мощности лампа разогревается и ее вольт-амперная характеристика смещается в сторону характеристики, изображенной сплошной линией. При этом для преобразователя с характеристикой 1 происходит плавное снижение тока и увеличение напряжения вплоть до выхода на режим номинального напряжения. А для преобразователя с характеристикой 2 прогрев лампы сопровождается увеличением тока и напряжения, но только до определенной точки на наклонной части вольт-амперной характеристики преобразователя, в этой точке процесс останавливается, так и не выходя на номинальный режим. Таким образом, получается,что один из преобразователей одинаковой мощности запускает лампу, а другой - нет. Данный факт доказывает важность управления вольт-амперной характеристикой преобразователя. Данная технология применяется в следующих устройствах Режим повышенной кратковременной мощности. Данная технология предназначена для запуска устройств,требующего большой пусковой мощности, и для работы устройств с импульсным характером потребления тока. Данная технология позволяет кратковременно использовать преобразователь определенной мощности как преобразователь большей мощности. Существует значительная группа устройств, которые более требовательны к кратковременной пиковой мощности, чем к долговременной, например- некоторые осветительные устройства. Режим увеличенной мощности ограничен во времени из-за опасности перегрева на уровне единиц секунд. Система автоматически оценивает состояние преобразователя и допускает определенную длительность работы в режиме повышенной мощности в зависимости от предыстории работы преобразователя. Например,если преобразователь длительное время работал с мощностью ниже номинальной, то допускается работа в режиме повышенной мощности в течение максимально разрешенного времени, а если преобразователь был перегружен на длительное время, то режим повышенной мощности вообще не активируется. Особенности реализации этой функции можно наблюдать на фиг.3 д. Черной линией изображен график изменения фактической мощности во времени, а красной - график допустимой мощности. Данная технология применяется в следующих устройствах- преобразователь напряженияс полной гальванической развязкой. Защита от прикосновения. Данная технология предназначена для обеспечения безопасности оператора при подключении неисправного оборудования. Технология применяется в преобразователях с выходом переменного напряжения 220 В, которое является опасным для жизни. Опасность поражения электрическим током появляется при подключении неисправного электроприбора с поврежденной изоляцией входных клемм от корпуса. Система диагностирует такую неисправность по появлению токов утечки на землю. Механизм защиты реализуется путем отключения преобразователя с восстановлением работоспособности только при отключении входного питания. Ограничение реактивной мощности. Данная технология предназначена для защиты преобразователя от больших реактивных токов. Технология применяется только в преобразователях с выходом переменного напряжения 220 В. В этих преобразователях данная технология необходима,потому что реактивные токи могут достигать больших величин в зависимости от нагрузки и эти 5 токи являются незаметными для других систем защиты, потому что они не связаны с преобразованием энергии из первичного источника. Система определяет величину реактивной мощности и в случае превышения некоторого порога отключает преобразователь на время около 10 с. Режим кратковременного снижения напряжения отключения. Данная технология предназначена для защиты нагрузки от отключений преобразователя при кратковременном снижении входного напряжения. Технология применяется в преобразователях 24 В в 12 В для обеспечения непрерывного питания оборудования во время запуска двигателя стартером. При запуске двигателя происходит значительное, но кратковременное снижение входного напряжения. Система управления выявляет момент запуска и уменьшает порог отключения преобразователя на время около 10 с. Если напряжение не восстановилось за это время,преобразователь отключается и включается только при повышении напряжения до уровня нв. Данный алгоритм позволяет одновременно защищать аккумулятор от глубокого переразряда и обеспечивать непрерывное питание оборудования во время запуска двигателя стартером. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Инвертор,включающий корпус,вентиляторную систему охлаждения,отличающийся тем, что дополнительно снабжен устройством для защиты от импульсных перенапряжений, при этом вход и выход инверторов размещены на противоположных сторонах. 2. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что корпус инвертора выполнен металлическим.