Исследование инвертора при разных нагрузках

Работа инвертора со стабилизацией напряжения методом ШИP на частоте 50 Гц. Исследован инвертор ФЭУ при номинальной нагрузке по мостовой схеме с учётом гистерезиса с регулированием выходного напряжения. Изменялось напряжение АБ от 10 до 14 вольт (К_TV =19) при этом регулировалась длительность импульсов системы управления γ = 50% ÷ 25 %. На выходе инвертора получено переменное синусоидальное напряжение, его действующее значение составляет 220,9÷223,9 В и соответственно коэффициент гармоник напряжения от 3.15% до 10.15%. Результаты показаны в табл. 1 и на (рис.5) [1]. Результаты моделирования инвертора c учётом гистерезиса табл. 2 [2].

Табл. 1

Рис. 5 – Рабочие характеристики инвертора c учётом гистерезиса, где UH(B) - напряжение выхода, KГ(UH) % - коэффициент гармоник выходного напряжения, γ (%) - длительность включения транзистора по отношению к периоду.

Дополнительно исследовано влияние изменения нагрузки на работу ФЭУ. В табл. 2 приведены результаты моделирования инвертора ФЭУ при изменении сопротивления нагрузки (Ω) RH от номинального 25(Ом) до 1М (Ом) (практически до холостого хода). Коэффициент гармоник выходного напряжения (%) KГ меняется от 4.46 % до 5.86 %. Все опыты сделаны при напряжении UАБ = 14В. Графические результаты представлены на рис. 5 [2].

Табл. 2

Характеристики инвертора ФЭУ при изменении нагрузки

Данные опыта показывают, что коэффициент гармоник при номинальной нагрузке с cos φ = 0,8 меняется от 3,15 % до 10,15 %, при изменении напряжения АБ, а при активной нагрузке – от номинальной до холостого хода – от 4,46 % до 5,71 %. Это значит, что представленный инвертор можно использовать для любых бытовых электроприборов [3,4].

Рис. 6 – Характеристики инвертора ФЭУ, где γ(%) - длительность включения транзистора по отношению к периоду, K_Г (U_H) % – коэффициент гармоник выходного напряжения, U_H(B) – действующее значение выходного напряжения, R_H(Ом)- активное сопротивление нагрузки.

Выводы

1. Исследовали 8 схем ФЭУ, отличающихся напряжением СБ, АБ и включением сглаживающего дросселя на переменной шине и постоянной шине. Это исследование позволило выбрать оптимальную схему: низковольтную схему с однофазным инвертором напряжения по мостовой схеме. У этой схемы отсутствует перенапряжение на транзисторах и реверсивный ток АБ.

2. Анализ свойств феррорезонансного стабилизатора напряжения показал бесперспективность его использования в данной схеме, потому что не обеспечивает нужную точность стабилизации. Результаты моделирования феррорезонансного стабилизатора показывает, что при изменении напряжения U_АБ пропорционально изменяется выходное напряжение U_H и эффекта феррорезонансной стабилизации не возникает (табл.2). Это объясняет необходимость использования вместо феррорезонансного стабилизатора напряжения широтно-импульсного регулятора (ШИР). Из двух возможных типов ФЭУ: низковольтной 12 В и высоковольтной 220 В, предпочтительна низковольтная схема 12 В из-за отсутствие перенапряжения на транзисторах.

3. Разработана новая структура фотоэлектрической установки с преобразователем, в котором выходной конденсатор фильтра с индуктивностью нагрузки образует параллельный резонансный контур, позволяющий исключить из схемы последовательный дроссель в цепи переменного тока.

4. Моделировался сердечник трансформатора с учётом гистерезисом и без учёта гистерезиса. Учет гистерезиса необходим, поскольку при высоком напряжении АБ коэффициент гармоник выходного напряжения ухудшается в 3.2 раза.

5. Исследованное влияния изменения нагрузки на работу ФЭУ показало, что коэффициент гармоник при cos φ=0,8 меняется от 3,15 % до 10,15 %, при номинальной нагрузке и изменении напряжения АБ. При активной нагрузки – от номинальной до холостого хода Кг(U_H) изменяется от 4,46 % до 5,71 %. Разработанный инвертор можно использовать для любых бытовых электроприборов.

6. Рассмотрены три способы автоматической стабилизации выходного напряжения инвертора: релейный регулятор напряжения, регулятор с широтно- импульсной модуляцией и регулятор с интегрированным релейным и широтно- импульсным модулятором. Релейный регулятор поддерживает напряжение в пределах U_H1 = 221,1÷231,6 B, при этом коэффициент гармоник составляет Кг(U_H1) = 5,71÷14 %. Регулятор с широтно-импульсной модуляцией поддерживает U_H2 = 221,3÷277,1 В, а коэффициент искажений Кг (U_H2) = 4.03÷4,82 %. Регулятор с интегрированным релейным и широтно-импульсным модулятором обеспечивает напряжение U_H3 = 221÷231,3 В, а коэффициентом искажений Кг(U_H3)=5,7÷12,8 %. Рекомендуется использовать новый регулятор с интегрированным релейным и широтно-импульсным модулятором (ШИМ), поскольку он обеспечивает точность и не имеет высокий коэффициент искажений.

7. Экспериментально снимался реальные вольт-амперные характеристики СБ. Эксперименты показывают сильное влияние освещения и условий охлаждения СБ на ВАХ. Прямое солнечное освещение может приводить к деформации конструкции СБ из-за нагрева. В ходе эксперимента снимали характеристики СБ для 5 позиций источника света по отношению к солнечной батареи, и производилась работа при трех сопротивлениях нагрузки: 22 Ом, 44 Ом, 66 Ом. Эксперимент показал, что при температуре T_СБ=140 ºС, из-за тепловых деформации трескается защитное стекло стандартных СБ.