Що таке інвертори та як вони працюють

Інвертором називається прилад, схема або система, яка створює змінну напругу при підключенні джерела постійної напруги. Існує інший спосіб визначення: інверсія – функція зворотна випрямленню. Випрямлячі перетворюють змінну напругу на постійну, а інвертори навпаки, перетворюють постійну напругу на змінну. Інвертори зовсім не рідкісні пристрої. Під іншими назвами вони з’являються у численних додатках. Інверторами, звичайно, можна назвати і віброперетворювачі, і генератори із зворотним зв’язком, і релаксаційні генератори. Хіба вони не перетворюють постійну напругу на змінну?

Фактично, використання назв “інвертор” та “генератор” дещо довільно. Інвертор може бути генератором, а генератор можна використовувати як інвертор. Зазвичай воліли використовувати термін “інвертор”, коли робоча частота була менше ніж 100 кГц, і операція, що виконується ним, забезпечувала змінною напругою деяку іншу схему або обладнання. Сучасні інвертори немає обмежень по частоті. Оскільки немає чітко встановленої межі між інверторами та генераторами, можна сказати, що багато інверторів є генераторами спеціального типу. Інші інвертори можуть бути по суті підсилювачами або керованими перемикачами. Вибір терміна фактично визначається тим, наскільки розставлені акценти. Схема, що створює радіочастотні коливання з відносно високою стабільністю частоти, традиційно назвалася генератором. Схему генератора, в якій основна увага звертається на такі параметри як к.п.д., можливість регулювання та здатність витримувати навантаження, і яка працює в діапазоні звукових або інфразвукових частот, можна назвати інвертором.

Насправді, коли ми розглядаємо кінцеве призначення схеми, різницю між інверторами і генераторами, стають достатніми очевидними. Призначення схеми тут же підкаже нам як правильно її називати: генератором або інвертором. Зазвичай інвертор застосовується як джерело живлення. Інвертор живиться енергією від джерела постійної напруги та видає змінну напругу, а випрямляч підключений до джерела змінної напруги та має на виході постійну напругу. Є третій варіант – схема або система споживає енергію від джерела постійної напруги і видає постійну напругу в навантаження. Пристрій, який здійснює цю операцію, називається перетворювачем. Але не будь-яку схему, що має постійну напругу на вході та постійну напругу на виході, можна вважати перетворювачем. Наприклад, потенціометри, дільники напруги і атенюатори дійсно «перетворять» один рівень постійної напруги в інший.

Але їх взагалі не можна назвати перетворювачами. Тут у процесі виконання перетворення відсутній такий елемент як інвертор, віброперетворювач або генератор. Іншими словами, послідовність процесів у цьому перетворювачі така: постійна напруга – змінна напруга – постійна напруга. Зручним є таке визначення перетворювача: схема або система, що споживає і видає потужність у вигляді постійної напруги, в якій як проміжний процес передачі енергії використовується генерування змінної напруги (іноді використовується вираз dc-to-dc перетворювач).

Практичне значення визначення перетворювача у тому, що перетворювач сутнісно працює як трансформатор постійного напруги. Ця властивість дозволяє маніпулювати рівнями постійної напруги та струму також, як це робиться при використанні трансформаторів у системах із змінною напругою. Крім того, такий трансформатор-перетворювач забезпечує ізоляцію між вхідними та вихідними ланцюгами. Це сприяє електричній безпеці та значно спрощує низку проблем при проектуванні систем.

Розглянемо перетворювач із додатковою операцією. Припустимо, що повна послідовність операцій така: змінна напруга, постійна напруга, змінна напруга, постійна напруга. Це означає, що пристрій отримує енергію від мережі змінної напруги, випрямляє цю напругу, інвертує її в змінну напругу і знову випрямляє.

Таким є основний принцип побудови багатьох джерел харчування. Чи це невиправдано надлишковим? Ні, оскільки для виконання інверсії змінна напруга, що формується, має набагато вищу частоту, ніж частота мережі, що дозволяє позбутися масивного і дорогого трансформатора, розрахованого на частоту мережі. Трансформатор інвертора (який працює на частотах від 20 кГц до декількох МГц) буває дуже невеликим і забезпечує повну ізоляцію.

Як підібрати інвертор