Чем это грозит? Грозит это преждевременным выходом из строя ваших бытовых приборов, т.к. при питании их несинусоидальным током происходит, в лучшем случае, потеря мощности, а в худшем перегрев. С электронными приборами, отслеживающими качество напряжения, это может привести к отказам.

В чем проблема? Бери инвертор первого типа и не ломай голову. Проблема в разнице их стоимости. Инверторы синусоида дороже в 2 иногда в 2,5 раза. Поэтому есть смысл разобраться со своими потребителями до выбора инвертора.

Источник

Может ли модифицированный синусоидальный инвертор повредить электронику?

Модифицированный синусоидальный инвертор цены против потенциального ущерба

Если вы любите отдыхать в лагере, то использование инвертора синусоидальной формы для вашего туриста весьма полезно, так что вы можете управлять своей электроникой, находясь в дикой природе. Модифицированные синусоидальные инверторы можно найти по отличной цене, но всегда есть вероятность повреждения ваших электронных устройств – что делает необходимым узнать как можно больше перед покупкой.

При использовании модифицированного синусоидального инвертора необходимо учитывать только два типа электроники: приборы, в которых используются электродвигатели переменного тока, и некоторые виды деликатного медицинского оборудования.

Если ваша электроника не попадает ни в одну из этих двух категорий, то крайне маловероятно, что модифицированный синусоидальный инвертор нанесет какой-либо ущерб. Хотя чистый синусоидальный инвертор безопасен для использования с более широким спектром устройств, более высокая стоимость, связанная с чистыми синусоидальными инверторами, не всегда стоит того.

Как работают модифицированные синусоидальные инверторы и чистые синусоидальные инверторы

Как чистые, так и модифицированные синусоидальные инверторы получают напряжение 12 В постоянного тока от батареи и превращают его во что-то, что приблизительно соответствует мощности переменного тока, обычно доступной от настенных розеток в вашем доме или офисе. AC обозначает переменный ток, который относится к тому факту, что мощность переменного тока периодически меняет направление. Это можно представить как синусоидальную волну, которая плавно поднимается и опускается и мгновенно меняет полярность, когда она достигает нуля вольт.

В чистых синусоидальных инверторах мощность переменного тока, создаваемая инвертором, очень близко соответствует реальной синусоиде. В модифицированных синусоидальных инверторах полярность резко меняется с положительной на отрицательную. Простейшие инверторы создают прямоугольную волну, где полярность переворачивается взад-вперед, в то время как другие модифицированные инверторы синусоидальной волны создают серию шагов, которые более близко приближаются к реальной синусоиде.

Поскольку создание модифицированной синусоидальной волны является гораздо более простым процессом, чем создание чистой синусоидальной волны, модифицированные инверторы синусоидальной волны обычно намного дешевле. Компромисс состоит в том, что некоторые электронные устройства просто не работают правильно или могут даже быть повреждены, если они не питаются от чистой синусоидальной волны.

Устройства, которые могут быть повреждены модифицированным синусоидальным инвертором

Хотя вы, вероятно, хорошо используете недорогой модифицированный инвертор синусоидальной волны в своем автофургоне, есть несколько разных вещей, которые вы не хотите запускать с модифицированной синусоидальной волной. Все, что использует двигатель переменного тока, не будет работать на полную мощность на модифицированной синусоиде. Такие приборы, как холодильники, микроволновые печи и компрессоры, в которых используются двигатели переменного тока, не будут работать на модифицированной синусоидальной волне так же эффективно, как на чистой синусоидальной.

В некоторых случаях работа двигателя переменного тока на измененной синусоидальной волне может привести к накоплению избыточного отработанного тепла, которое может повредить оборудование. Вы, вероятно, можете использовать эти устройства с модифицированным синусоидальным инвертором, но вы делаете это на свой страх и риск.

Еще одна важная вещь, которую следует учитывать при использовании модифицированных синусоидальных инверторов, – это тонкое медицинское оборудование. Например, если вы используете CPAP для коррекции апноэ, когда вы спите, вам будет лучше с чистым синусоидальным инвертором. Некоторые производители CPAP предупреждают, что вы можете повредить вашу машину с помощью модифицированного синусоидального инвертора, а другие указывают, что CPAP будет работать, но блок увлажнителя может быть поврежден.

Другие виды медицинского оборудования, такие как кислородные концентраторы, также нуждаются в чистой синусоиде. В таких случаях вам лучше использовать чистую синусоидальную волну или искать устройство, которое может работать от постоянного тока без необходимости использования инвертора вообще, если он доступен.

Некоторые устройства страдают от нежелательных помех от модифицированного синусоидального инвертора. Вы можете включить радио с помощью модифицированного инвертора синусоидальной волны, но оно может воспринимать помехи от модифицированной синусоидальной волны, что может затруднить прослушивание.

Другие устройства, которые могут не работать с модифицированным синусоидальным инвертором

Некоторые другие электронные устройства, которые могут работать или не работать правильно без синусоидальной волны, включают в себя:

Устройства, которые обычно работают нормально с модифицированным синусоидальным инвертором

Если устройство, которое вы хотите включить, использует выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный, крайне маловероятно, что у вас возникнут какие-либо проблемы.Это означает, что ваш ноутбук, вероятно, будет в порядке, хотя некоторые производители утверждают, что отсутствие чистого синусоидального инвертора сократит срок службы блока питания ноутбука.

Если устройство, которое вы хотите включить, в первую очередь работает на постоянном токе, например ноутбук, вам лучше искать способ пропустить переход с постоянного тока на переменный и обратно на постоянный. Если это кажется сложным, возможно, вам будет проще думать об этом с точки зрения вашего мобильного телефона.

Когда вы заряжаете свой телефон в автомобиле, вы не подключаете инвертор и не подключаете зарядное устройство. Вы подключаетесь непосредственно к гнезду прикуривателя вашего автомобиля, что одновременно проще и эффективнее. Таким же образом можно подключить ноутбуки и многие другие устройства напрямую к источнику постоянного тока с помощью подходящего адаптера.

Источник

Инвертор: синусоида или модифицированная синусоида?

Попутно инвертор может решать дополнительные задачи. Такие, например, как отключение нагрузки при критическом разряде аккумуляторов. Бывают инверторы включающие в свой состав контроллер заряда.

Обратите внимание, что обязательным это устройство является для резервного электроснабжения, т.к. основное питание осуществляется сетевым напряжением 220 В переменного тока с частотой 50 Гц. Поскольку резервное электроснабжение необходимо в моменты отключения основного питания оно и должно обеспечивать те же параметры, что и сетевое.

В случае же автономного электроснабжения, инвертор может использоваться, а может и не использоваться. Это зависит от вашего выбора схемы электроснабжения. Если вы используете в доме обычные бытовые приборы, питание которых рассчитано на напряжение 220 В переменного тока, то инвертор вам необходим. Некоторые являются сторонниками использования электроприборов питающихся от 12 В, тогда они обходятся без инвертора. И в том и другом случае есть свои достоинства и свои недостатки.

При выборе же инвертора прежде всего надо определиться какого характера нагрузка в вашем доме. Дело в том, что инверторы условно можно разделить на два типа.

Первый – инверторы синусоида, обеспечивающие на выходе синусоидальную форму напряжения. Инвертор, так называемый инвертор с чистой синусоидой, обеспечит питание любых ваших бытовых приборов. Его форма напряжения ни чем не отличается от формы напряжения централизованной сети.

Преимущества инверторов с чистой синусоидой выходного тока 220 вольт:

Второй же – инверторы, имеющие на выходе квазисинусоиду (как бы синусоиду), или модифицированную синусоиду. И вот эти инверторы использовать надо с осторожностью. Их можно эксплуатировать тогда, когда среди потребителей нет приборов с трансформаторными входами, электродвигатели и другие устройства представляющие индуктивный характер нагрузки.

Чем это грозит? Грозит это преждевременным выходом из строя ваших бытовых приборов, т.к. при питании их несинусоидальным током происходит, в лучшем случае, потеря мощности, а в худшем перегрев. С электронными приборами, отслеживающими качество напряжения, это может привести к отказам.
Будьте осторожны, отвергая модели инвертора с чистым синусом на выходе и приобретая с квазисинусоидой. Вы можете сэкономить несколько тысяч рублей, но целый ряд современной техники не сможет у вас работать. ак как общий коэффициент гармонических искажений выше в преобразователях напряжения с модифицированной синусоидой, то двигатели при работе будут сильнее нагреваться. Они будут менее эффективными, потребляя до 30% больше энергии, чем у модели инвертора с синусоидой на выходе. Кроме того, инвертор с прямоугольной волной будет вызывать сильный шум и помехи в аудио устройствах и других бытовых приборах, таких как вентиляторы или микроволновые печи.

Источник

Инвертор с чистым синусом за 15 минут или «силовая электроника — каждому»

Что такое силовая электроника? Без сомнения — это целый мир! Современный и полный комфорта. Многие представляют себе силовую электронику как что-то «магическое» и далекое, но посмотрите вокруг — почти все, что нас окружает содержит в себе силовой преобразователь: блок питания для ноутбука, светодиодная лампа, UPS, различные регуляторы, стабилизаторы напряжения, частотники (ПЧ) в вентиляции или лифте и многое другое. Большинство из этого оборудования делает нашу жизнь комфортной и безопасной.

Разработка силовой электроники по ряду причин является одной из сложнейших областей электроники — цена ошибки тут очень высока, при этом разработка силовых преобразователей всегда привлекала любителей, DIYщиков и не только. Наверняка вам хотелось собрать мощный блок питания для какого-то своего проекта? Или может быть online UPS на пару кВт и не разориться? А может частотник в мастерскую?

Сегодня я расскажу о своем небольшом открытом проекте, а точнее о его части, который позволит шагнуть в мир разработки силовой электроники любому желающему и при этом остаться в живых. В качестве демонстрации возможностей я покажу как за 15 минут собрать инвертор напряжения из 12В DC в 230В AC с синусом на выходе. Заинтриговал? Поехали!

Причины появления проекта

В последние пару лет разработка силовых преобразователей составляет около 90% моих заказов, основные трудозатраты уходят в основном на разработку ПО и макетирование, проектирование схемотехники + финальная трассировка платы от общих затрат составляет обычно не более 10-15%. Тут приходит понимание, что процесс макетирования, в который входит разработка ПО, необходимо как-то сократить и оптимизировать.

Выхода как всегда есть минимум два: купить готовую отладку, например, у Texas Instrumets или Infineon, но они обычно заточены под конкретную задачу и стоят от 500 до 5000$, при этом нет гарантии, что будет похожий заказ и данное вложение с высокой вероятностью просто не окупится.
Второй вариант — делать самому, но делать основательно это почти тоже самое, что запустить «+1 ревизию железа», что выльется в дополнительные траты для заказчика. Если делать не основательно, то как обычно все будет на соплях и где-нибудь что-то отвалится и пока макет, комплектующие и сроки.
Спустя какое-то время, я обратили внимание на очевиднейшее решение. Оно настолько простое и очевидное, что долго удивлялся почему такого еще не сделал тот же TI или Infineon. Сейчас расскажу о своем «просветление».

Давайте рассмотрим несколько наиболее популярных топологий силовых преобразователей:

Из этого можно сделать вывод, что имея некий стандартный модуль в виде связки «полумост + конденсатор» можно построить любой преобразователь, добавляя лишь нужный дроссель или трансформатор. Поэтому очевидным решения для упрощения прототипирования было создание вот такого модуля:

Борьба добра со злом

К сожалению ограниченное количество часов в сутках и банальная лень диктуют свои условия. К необходимости изготовить данный модуль я пришел еще год назад, но реализация постоянно переносилась под лозунгом — «на следующих выходных точно сделаю!».

Наверно идея так бы и осталась лежать на полке, если бы не 2 события. Во-первых, ко мне пришли в один месяц 2 заказчика и каждый хотел сложный и интересный в реализации преобразователь, а главное готовы были очень хорошо заплатить. Хотя учитывая, что он из Европы, то может для них этого и дешево еще оказалось)) Оба проекта для меня были интересны, например, один из них «трехфазный стабилизатор напряжения с гальванической развязкой (sic!)», то есть 3-х фазный PFC + 3 мостовых преобразователя (phase shifted) + синхронный выпрямитель + 3-х фазный инвертор. Все это на SiC и очень компактное. В общем я взялся за 2 больших заказа, каждый из них по

800 человеко-часов и срок 6 месяцев. В итоге меня «заставили» искать пути оптимизации.

Во-вторых, мне неожиданно написали ребята из компании PCBway, многие наверняка у них платы заказывали, и предложили по сотрудничать. Они очень активно поддерживают открытые железячные проекты, то есть ту самую инициативу CERN — Open Source Hardware. Сотрудничество простое, понятное для обеих сторон — они снабжают меня бесплатно платами для моих проектов, а я их открываю, ну и выкладываю на их сайте, в других местах уже по желанию. Для меня это стало дополнительной мотивацией, а главное совесть моя чиста, т.к. я уже несколько лет заказываю у них платы и на прототипы, и для серийного производства при этом рассказываю о них знакомым и партнерам. Теперь мне за это еще и плюшка в виде бесплатных плат для мелких проектов, можно чаще писать на хабр))

И тут лед тронулся, было решено создать не просто описанный ранее модуль, а целый комплект разработчика силовой электроники и сделать его открытым и доступным каждому.

Структура проекта

В начале статьи я упомянул, что расскажу сегодня лишь про одну часть — это силовой модуль полумоста. Он один уже позволяет создать преобразователь, просто прикрутив управляющую схему, например, отладку STM32-Discovery, Arduino, TMS320, TL494 или чем вы там владеете. Привязка к какой либо платформе или МК нет вообще.

Только это не весь проект, а часть)) Из чего состоит готовый силовой преобразователь? В первую очередь силовая часть, чтобы она заработала нужен некий модуль управления, чтобы понять что происходит нужна индикация, а чтобы понять что происходит с безопасного расстояния еще и интерфейс, например, Modbus RTU или CAN.

В итоге общая структура проекта выглядит так:

Вероятно в будущем еще напишу программку для расчета трансформаторов и дросселей, как обычных, так и планарных. Пока что так. Разные части диаграммы в черновом варианте уже реализована и обкатаны в двух проектах, после небольших доработок по ним так же будут написаны статьи и доступны исходники.

Силовой модуль полумоста

Теперь пришло время подробнее посмотреть на сегодняшнего героя. Модуль универсален и позволяет работать с транзисторами Mosfet и IGBT, как низковольтными, так и высоковольтными ключами до 1200В.

В статье фигурирует 1-я ревизия модуля, она полностью рабочая, но будет 2-я ревизия, в которой устранятся чисто конструктивные недочеты и поменяются разъемы на более удобные. После завершения создания документации, закинул gerber в PCBway и мне через 6 дней в дверь постучался курьер и вручил вот такую прелесть:

Еще через неделю наконец-то привезли на собаках комплектующие из одного прекрасного отечественного магазина. В итоге все было смонтировано:

Перед тем, как двигаться дальше, давайте посмотрим на принципиальную схему модуля. Скачать ее можно тут — PDF.

Тут ничего сложного или магического нет. Обычный полумост: 2 ключа внизу, 2 вверху, можете паять по одному. Драйвер как выше писал из семейства 1ED, очень злой и бессмертный. Везде по питанию есть индикация, включая +12В на выходе dc/dc. Защита реализована на логическом элементе AND, в случае превышения тока компаратор выдаст +3.3В, они засветят оптрон и он притянет один из входов AND к земле, что означает установление лог.0 и ШИМ-сигнал с драйверов пропадет. AND с 3-мя входами использован специально, в следующей ревизии планирую сделать еще и защиту от перегрева радиатором и завести сигнал ошибки туда же. Все исходники будут в конце статьи.

Собираем макет инвертора

Долго думал на чем бы продемонстрировать работу модуля, чтобы и не сильно скучно, и полезно, и не сильно сложно, чтобы повторить мог любой. Поэтому остановился на инверторе напряжения, такие используют для работы с солнечными панелями, если что-то бахнет по низковольтной стороне — не страшно, а по высоковольтной — просто когда включите не суйте туда руки.

Сам инвертор до безобразия простой, кстати, МАП Энергия клепают именно такие, вот вам пример даже коммерческой реализации сей идеи. Работа инвертора заключается в том, чтобы сформировать из постоянного напряжения 12В переменное синусоидальной формы с частотой 50 Гц, ведь именно с таким привык работать обычный трансформатор на 50 Гц. Я использую какой-то советский, вроде ОСМ, 220В обмотка заводская и используется как вторичка, а первичная

8В намотана медной шиной. Выглядит это так:

И это чудовище всего на 400 Вт! Вес трансформатора около 5-7 кг по ощущениям, если уронить на ногу, то в армию точно не возьмут. Собственно в этом и заключается минус инверторов с «железными» трансформаторами, они огромные и тяжелые. Плюс их в том, что данные инверторы оооочень простые, не требует никакого опыта для создания и конечно же дешевые.

Теперь давайте соединим модули и трансформатор. На самом деле модуль для разработчика должен представляться просто как «черный ящик» у которого есть вход 2-х ШИМов и 3 силовых вывода: VCC, GND и собственно выход полумоста.

Теперь из этих «черных ящиков» давайте изобразим наш инвертор:

Ага, понадобилось всего 3 внешних элемента: трансформатор + LC фильтр. Для последнего дроссель я изготовил просто намотав провод от модуля до трансформатора на кольцо из материала Kool Mu размер R32 с проницаемость 60, индуктивность около 10 мкГн. Конечно же дроссель надо бы рассчитать, но нам же надо за 15 минут)) Вообще если будете гонять что-то подобное на 400 Вт, то нужно кольцо размером R46 (это внешний диаметр). Емкость — 1-10 мкФ пленка, этого достаточно. На самом деле в качестве экономии можно конденсатор не ставить, ибо емкость обмотки трансформатора здоровая… в общем у китайцев и МАПа именно так и сделали)) Дроссель выглядит вот так:

Остается накинуть тестовую нагрузку на выход, у меня это пара светодиодных лампочек на 20 Вт (ничего другого наглядного не оказалось под рукой), сами они кушают 24Вт, КПД однако. Так же ток холостого хода трансформатора около 1А. С АКБ будет кушать около 5А. В итоге имеем такой стенд:

Так же в макете используется АКБ Delta HR12-17 соответственно на 12В и емкостью 17 А*ч. Управлять преобразователем будем с отладочной платы STM32F469-Discovery.

Изначально для управления предполагалось использовать мою STM32VL-Disco, полученную на выставке еще в 2010-м, но так случилось, что именно на этом макете ей суждено было умереть уже когда весь код написан и макет запущен. Забыл про щупы осциллографа и объединил 2 земли, аминь. В итоге все было переписано на STM32F469NIH6, именно эта отладка имелась под рукой, поэтому будет 2 проекта: для F100 и для F469, оба проверены. Проект собран для TrueSTUDIO, версия эклипса от ST.

Вообще в своей другой статье ооочень подробно и наглядно рассказал как формировать синусоидальный сигнал, как писать код и прочее прочее. Прочитать можно — тут.

Прочитали? Хотите собрать? Держите проект:

Стоит обратить внимание, что я на один полумост (модуль) подаю 2 сигнала, рисующих синус, а на другой 2 сигнала задающие 50 Гц. При чем одна диагональ «красный+желтый», а другая «синий+зеленый». В статье, что дал выше про это подробно написано, если вдруг не поняли. Теперь как подали сигналы, накидываем на оба полумоста +12В и GND от лабораторного блока питания. Сразу АКБ не советую, если где-то ошиблись, то может сгореть что-то. Защита на плате спасает от превышения тока, но не от явных косяков, когда плюс и минус перепутали, а вот лабораторник спасает. 12В и 1А для тестов хватит. Берем щуп осциллографа, его земляной провод на выход первого полумоста, а сам щуп на выход другого полумоста и должна быть такая картинка:

Где синус спросите вы? Дело в том, что сопротивление входа осциллографа большое и он не представляет из себя нагрузку, поэтому ток не протекает и синусу взяться не откуда. Добавим нагрузку, я смастерил из резисторов 10 Ом нагрузку 90 Ом просто включив последовательно 9 штук. Цепляем нагрузку к выходам полумостов и видим такую картину:

У вас так же? Значит пришла пора подключать дроссель, трансформатор, нагрузку и пробовать запускать. Achtung! Нельзя включать данный макет без нагрузки, ибо на холостом ходе на выходе может быть до 350. 380В. Чтобы такого не было нужна нагрузка или ОС. Последней у нас не будет, это тема отдельной статьи, можете в качестве факультатива прикрутить П-регулятор простейший, шаблон проекта у вас уже есть.

Включение

После включения получаем на выходе около 230В, выход конечно не стабилизированный и будет плавать 230В +-30В, для тестов пойдет, в другой статье доработаем макет как решусь рассказать про П и ПИ-регуляторы и их реализацию.

Теперь можно насладиться результатом работы, а при необходимости упихать все в коробку и даже применить в хозяйстве или на даче для обеспечения себя светом и прочими прелестями.

Вы наверняка заметили задержку между «щелчком», то есть подачей питания на Discovery и включением ламп — это время, которое МК потратил на инициализацию. Эту задержку можно уменьшить, если писать в регистр разом одну цифру, а не дробить запись регистра на кучу строк. Я раздробил исключительно для наглядности. Хотя и это не страшно, с кодом на HAL задержка в 3 раза дольше и народ как-то живет с ним))

Пока не забыл, исходники проекта:

Осталось посмотреть как там с температурами на плате, нет ли каких-то особо горячих мест. 5-6А это конечно мало, но если сквозной ток идет или еще какая серьезная ошибка, то этого хватит, чтобы превратить плату в чайник:

Как видите самым горячим элементом является dc/dc модуль для гальванической развязки, это который на 2 Вт, он нагревается аж до 34 градусов, ну еще и шунт. Сами же транзисторы и радиатор имеют температуру окружающей среды после 30 минут работы преобразователя))

Благодарности и планы

В ближайшее время я планирую написать про DSP board и по управлять уже не с отладки discovery, а уже со «специализированного» модуля. Платы 2-й ревизии на него уже пришли от тех же PCBway, жду компоненты и сразу писать.

Надеюсь статья и сама идея вам понравились. В дальнейшем на этих же модулях покажу как собрать частотник, mppt контроллер, а может и еще чего интересного. Если у вас есть вопросы, то не стесняйтесь их задавать в комментариях или в личку, если у вас вдруг нет полноценного аккаунта, постараюсь ответить на все вопросы.

Теперь немного благодарностей компании PCBway, на самом деле очень хорошо, что они поддерживают open source движуху. Может скоро железячники даже догонять софтописателей по количеству и качеству открытых проектов.

Источник