En inverter er en kraftelektronisk enhed til at generere skiftende spændinger og strømme fra en kilde til elektrisk energi med forskellig spænding eller frekvens. Dette er den omvendte funktion af en ensretter .
En inverter er en elektronisk strømindretning , der kan generere enhver form for strøm inklusive, for eksempel vekselstrøm, fra jævnstrøm.
En hybrid inverter tilvejebringer enten vekselstrøm eller jævnstrøm fra en strømkilde. Dette er især nyttigt med solpaneler, der leverer elektricitet, når det ikke altid er nødvendigt, og som f.eks. Skal opbevares i batterier . Denne jævnstrøm skal derefter konverteres til vekselstrøm til brug.
En mikroinverter gør det muligt i et lille rum at konvertere en jævnstrøm til vekselstrøm. Der er op til 1000 W , eller endnu mere, fra en spænding på 12 V , modstandsdygtige over for temperaturer på 65 ° C , afkølet af naturlig luftkonvektion, og hvis effektivitet når 95,7 % .
Invertere er baseret på en H-brostruktur , der ofte består af elektroniske afbrydere som IGBT'er , effekttransistorer eller tyristorer . Ved et sæt passende styrede afbrydere (normalt pulsbreddemodulation ) moduleres kilden til at opnå et AC-signal med den ønskede frekvens.
Der findes forskellige typer omformere:
De hybride invertere eller intelligent er en ny generation dedikeret til anvendelser af vedvarende energi til hjemmet forbrug, især for solceller ( sol inverter ). Energien fra solcelleanlæg er kun aktiv om dagen og hovedsagelig når solen er på sit højdepunkt : den er derfor svingende og ikke synkroniseret med forbruget af hjem. Derfor er det nødvendigt at:
David Prince ville sandsynligvis være opfinderen af udtrykket "inverter". Faktisk i en artikel fra 1925 kaldet "Inverteren". Prince beskriver de fleste af de indgående elementer såvel som princippet. Oprindeligt ville udtrykket "inverter" have været brugt til at betegne en ensretters omvendte funktion ("ensretter" på engelsk). Således dukkede først udtrykket "omvendt udbedring" op, som derefter blev omdannet til "inverter" til brug.
Fra 1936 blev udtrykket "inverter" brugt i publikationer over hele verden af det videnskabelige samfund. .
Der er mange typer af invertere, de to hovedkategorier for at differentiere er enkelt fase invertere fra tre fase invertere . Det vil sige, at den første kategori gør det muligt at omdanne en direkte spænding (leveret af et batteri eller f.eks. Ved udgangen af en ensretter ) til en sinusformet spænding . Den anden type fungerer på samme måde, men i stedet for at omdanne spændingen til en enkelt sinus , genererer den tre faseforskudte hver imellem med 120 ° eller radianer.
En konventionel enfaset inverter består af 4 IGBT'er hver med en antiparallel diode for at sikre tovejsstrøm (se figur 1). Inverteren skal derefter styres via en passende PWM- styring for at opnå den ønskede spænding. Den ønskede spænding leveres generelt af en ekstern reguleringssløjfe på højere niveau, som i sidste ende gør det muligt at generere PWM . Den eksterne reguleringssløjfe skal blandt andet kunne levere den ønskede sinusfrekvens og dens amplitude i forhold til DC-busspændingen kaldet: moduleringsindeks. Modulationsindekset defineres oftest som:
med:
Omformere med flere strømafbrydere ( IGBT'er ) findes for at være mere fleksible på den genererede spænding. Disse invertere kaldes derefter multilevel-konvertere ( multi-level converter på engelsk eller MMC i den tekniske dokumentation).
Som med enfasede omformere består trefasede invertere også af IGBT'er . De mest traditionelle har dog 6 (2 ekstra kontakter pr. Arm på inverteren). Disse 6 afbrydere danner tilsammen 3 omskiftningsceller, som gør det muligt at hugge jævnstrømsspændingen til en afbalanceret sinusformet trefaset spænding for eksempelvis at levere en synkron motor eller en asynkron motor (se figur 2). Hvad angår enfasede invertere, kan trefasede invertere have flere kontakter for at være mere præcise på den producerede spænding, men også for at reducere harmoniske . Den største ulempe ved MMC'er er deres omkostninger, især i tilfælde af storskala produktion. Faktisk, hvis målet er at producere elektriske køretøjer (for eksempel), er der en inverter pr. Køretøj. Så vi kan let forstå, at tilføjelse af IGBT'er (selvom deres individuelle omkostninger er lave) kan være meget dyre både for producenten og for brugeren.
Omformerne styres af en stærkt ikke-lineær kontrol. Denne ikke-linearitet skyldes strukturen af invertere, der består af IGBT'er, som kun kan styres i det hele eller intet. Derfor er det nødvendigt, at kommandoen også er alt eller intet. Den mest klassiske styring af inverter-switches sker ved at sammenligne to signaler. Dette tvinger faktisk kommandoen til at være binær (enten 0 eller 1). De pågældende signaler kaldes modulerende og bærer . Moduleringen er konventionelt, idet referencespændingen divideret med busspændingen med en forskydning på 0,5, og bæreren er et trekantet signal mellem 0 og 1.
Kommandoen genereres derefter som følger: Hvis modulanten er større end transportøren, tager switchkommandoen ellers 1 og 0. Det er vigtigt at vide, at den ovenfor beskrevne modulant ikke er den eneste mulige, og at der er et meget stort antal af dem.
Sammenligningen mellem en modulant og en bærer er ikke den eneste mulighed. Der er blandt andet SVM (eller rumlig modulationsvektor på fransk), som udgør guldstandarden i industrien, på grund af dens lette implementering, dens harmoniske fordele samt udvidelsen af dens linearitetszone med 15% (mere præcist, det maksimale moduleringsindeks er nu lig med ) med hensyn til den ovenfor beskrevne trekantede bærer PWM .
Sædvanlige teknikkerMange kontrolteknikker er udviklet over tid, deres forskelle, fordele og ulemper ligger i disse få punkter:
Resten af de beskrevne teknikker vedrører kun 3-armede 2-niveau invertere og 2-niveau enfasede invertere. Ordrer til yderligere niveauomformere ændrer navn og kategori for at blive kaldt Multi-level konvertere . På grund af deres enorme mangfoldighed er der ikke tale om at tale om rækkefølgen af disse her.
Sinusformet modulering (SPWM)Den mest konventionelle metode, det referencesignal, der normaliseres af jævnstrømsspændingskilden, sammenlignes med en trekantet bærer for at generere kommandoen for skiftecellerne . Denne metode bruges sjældent i industrien på grund af dens meget dårlige harmoniske kvalitet og effektivitet. SVM eller 3. ordens harmoniske injektion foretrækkes generelt.
3. ordens harmoniske injektion (THIPWM)Vi sammenligner det normaliserede referencesignal, som vi har tilføjet en tredje harmonisk amplitude 1/6 eller 1/4. Dette nye signal sammenlignes derefter med en trekantet bærer for at generere styringen af skiftecellerne . Det skal bemærkes, at det er bydende nødvendigt, at de således tilføjede harmoniske frekvenser er af rækkefølge 3 (eller multipla af 3) for at holde symmetrien mellem omformerens faser. Faktisk forbliver summen af de tre sines, der komponerer signalet, matematisk lig med 0.
Rumlig vektormodulation (SVM)Det er ikke længere et spørgsmål om at sammenligne et signal med en trekantet bærer, men at producere en vektor i det komplekse plan takket være Chasles-forholdet med de vektorer, der kan produceres af inverteren. Selvom denne strategi har den vektorielle oprindelse, er det let at reducere den til en metode baseret på en trekantet bærer ved at beregne medianen af trefasesignalet.
Tilfældig modulering (RPWM)Den trekantede bærer har ikke længere en konstant frekvens over en periode. Dette vil nedbryde det harmoniske spektrum, men forbedre indtrykket af støj betydeligt (og ikke den støj, der faktisk produceres!). Selvom de akustiske bølges kraft er den samme, giver denne metode indtryk af en fin sandstrøm.
Diskontinuerlig modulering (DPWM)Dette er også en metode til harmonisk injektion eller common mode spændingsinjektion, hvis formål periodisk er at fryse en koblingscelle for at reducere tab i inverteren. De mest kendte DPWM-strategier er DPWM1, DPWM2, DPWM3, DPWMMin samt DPWMMax
Avancerede teknikker Offline teknikkerDe såkaldte offline strategier (optimalt pulsmønster på engelsk) antager, at hele kommandoen er en sort boks, og afhængigt af spændingen og den ønskede indgangsfrekvens læser en mikroprocessor en tabel. Skiftevinkler for at opnå den ønskede kontrol så effektivt som muligt. Omskiftningsvinklerne beregnes på forhånd ved hjælp af optimeringsmetoder.
Online teknikkerDisse strategier kendes automatisk og består på grundlag af viden om det system, der skal kommanderes, af at generere en PWM. Blandt disse kommandoer er der blandt andet den forudsigende kommando.
Den inverter er en af de mest udbredte samlinger af effektelektronik; den har flere applikationer:
Inverteren er også en komponent i uafbrydelig strømforsyning (UPS). I dagligdagen bruges udtrykket "inverter" også ofte til at betegne en sådan strømforsyning, f.eks. Som en sikkerhedsforsyning til computere.