2. Расчет основных блоков

Рассмотрим основные блоки, которые входят в состав устройства:

1. Инвертор.

2. Выпрямитель

. Корректор коэффициента мощности.

. Трансформатор

. Блок системы управления.

2.1 Принцип действия инвертора

Под инвертированием понимается преобразование постоянного тока в переменный. Сущность инвертирования заключается в том, что первичная обмотка трансформатора поочередно подключается к сети постоянного тока с противоположной полярностью. При этом на обмотках трансформатора появляется переменное напряжение прямоугольной, трапецеидальной, ступенчатой или синусоидальной формы. Устройства, которые осуществляют такое преобразование, получили название инверторов.

Наиболее широкое применение в ИБП в качестве силовых переключающих элементов получили транзисторы. Энергетически выгодно, чтобы транзисторы работали в режиме переключений, скачкообразно изменяя полярность переключений, скачкообразно изменяя полярность напряжения на первичной обмотке трансформатора. В этом случае потери мощности в транзисторах будут наименьшими, а к.п.д. инвертора - наибольшим.

2.2 Формирование выходного напряжения и тока

Форма выходного напряжения или тока инвертора, другими словами количество гармоник в напряжении или токе, должны быть определены при разработке весьма тщательно. Получение на выходе напряжения (тока) близкого к синусоидальному является важной задачей, поскольку в противном случае ухудшается коэффициент мощности, возрастают электромагнитные помехи и шумы как на силовых выводах, так и в цепях управления. Множество нагрузок, таких, например, как электромеханические датчики, требуют синусоидальности напряжения. Тем более от инвертора требуется синусоидальное напряжение, если он входит в состав источника бесперебойного питания и его выходное напряжение должно в какие-то промежутки времени заменить сеть переменного тока.

Сложность данного вопроса заключается в том, что улучшить качество выходного напряжения только постановкой LC -фильтра может оказаться невозможным или невыгодном. В частности, стремясь уменьшить нежелательные гармоники на выходе, увеличивая L и C фильтра, происходит неизбежное снижение амплитуды (первой ) основной гармоники.

По этим причинам в инверторах применяются активные методы снижения гармоник, которые сочетаются с постановкой фильтров, то есть пассивными методами.

Для получения напряжения, приближенного к синусоиде, применяют ШИМ или АИМ, которые технически могут выполняться различными способами.

Критерием оценки синусоидальности кривой будем считать коэффициент гармоник К_гф получаемый на выходе фильтра, подключенного к импульсному напряжению инвертора.

Пусть ω₀= - собственная частота фильтра, а ω₁-первая гармоника напряжения на выходе инвертора. Отношение двух названных частот назовем ω₀- параметр, характеризующий фильтр

(2.2.1)

Без учета нагрузки, считая, что комплексное сопротивление выходного конденсатора фильтра много меньше сопротивления нагрузки, получим передаточную функцию LC-фильтра

Сделав замену s = jω (здесь ω- текущая частота), определим амплитудно- фазовую характеристику фильтра

(2.2.2)

Смысл выражения (2.1.2) заключается в том, что при частоте ω=ω₀= отношение амплитуды напряжения на выходе к амплитуде напряжения на входе фильтра стремится к бесконечности (мы пренебрегли нагрузкой фильтра). Кроме того, при всех частотах в спектре импульсно выходного напряжения больших, чем первая (основная), модуль W(jω) уменьшается, что говорит о подавлении любой гармоники напряжения более высокой, чем первая. Скорость снижения модуля W(jω) , если выражать его в децибелах, равна -40дБ/дек. Знак минус, получаемый в правой части (2.2.2) при всех ω>ω₀ , свидетельствует о том, что выходное напряжение находится строго в противофазе с входным (это опять является следствием пренебрежения нагрузкой инвертора).

Обозначим модуль W(jω) как k_Un - коэффициент передачи фильтра по напряжению n-й гармоники.

Тогда

k_Un= = (2.2.3)

Условно принимается, что для первой гармоники коэффициент передачи фильтра k_U1 в (2.1.3) равен единице.

Подставим k_Un из (2.1.3) в выражение для коэффициента гармоник. В результате получим:

К_гф= , (2.2.4)

где U₁ и U_n - амплитуды первой и n-й гармоник напряжений на входе фильтра.

Фильтр будет иметь наименьший объем при минимальном значении ω_*, что следует из (2.1.1). Заданное значение К_гф легче обеспечивается фильтром минимального объема (ω_* минимально), если в спектре напряжения на входе фильтра не просто отсутствуют несколько произвольных гармоник, то есть некоторые U_n равны нулю, а отсутствуют низшие гармоники, которые фильтром ослабляются наиболее тяжело. В этом заключается смысл соотношения (2.1.4).