Wat is een omvormer? Een beginnershandleiding voor studenten Electrical &Electronic Eng

Inleiding:

In dit artikel leggen we uit wat een omvormer is, wat zijn functie is en wat het werkingsprincipe is. U vindt omvormers in fotovoltaïsche arrays om wisselstroom te leveren voor gebruik in huizen en kantoren. U vindt ze ook in 'variabele frequentiedrivers' om de snelheid, het koppel en de draairichting van AC-inductiemotoren in ventilatoren, pompen en compressoren te regelen.

Wat is een omvormer?

Laten we eerst naar de basis gaan. U kent waarschijnlijk de twee verschillende soorten elektrische stroom, namelijk gelijkstroom (DC) en wisselstroom (AC). Gelijkstroom is degene die je waarschijnlijk zou gebruiken voor een standaard zaklamp, zonnepanelen of batterijen en kleine elektrische producten met printplaten. Maar als we het hebben over grotere huishoudelijke apparaten, werkt elektriciteit heel anders. De voeding van uw stopcontact is gebaseerd op wisselstroom (AC) en wordt gebruikt om uw huis van stroom te voorzien. Beide typen hebben hun eigen beperkingen en daarom moeten we vaak de ene vorm naar de andere converteren om het gebruik ervan te maximaliseren.

Een omvormer is een apparaat dat dat voor je kan doen:DC omzetten naar AC. Je kunt een oscilloscoop gebruiken om naar het signaal van beide soorten vermogens te kijken. DC zal u voorzien van een stroom die in wezen in één richting stroomt met maximale spanning; je ziet één enkele, doorlopende, rechte lijn. Aan de andere kant voor AC zie je een sinusvormig golfachtig patroon waarbij de spanning in één cyclus wisselt tussen de piek-positieve en piek-negatieve punten. De stroming gaat in wezen ‘heen en weer’.

Werking van een omvormer

Om de werking van een omvormer te begrijpen, moet u een circuit overwegen waarin een gelijkstroombron wordt gebruikt om een ​​wisselstroomapparaat van stroom te voorzien. Om DC naar AC om te zetten zijn er vier schakelaars. De schakelaars zijn zo gekoppeld dat wanneer schakelaar 1 en 4 sluiten, schakelaar 2 en 3 open gaan en vice versa. Daarom zal de belasting een wisselstroom ervaren, hoewel deze is aangesloten op een gelijkstroombron.

Als een paar schakelaars open is, vloeit de stroom door de rechterkant van het AC-apparaat. Evenzo, wanneer het corresponderende tweede paar schakelaars open is, vloeit de stroom door de linkerkant van het AC-apparaat. En dus zal het apparaat een wisselstroom ervaren.

Het apparaat zal geen sinusgolf ervaren; in plaats daarvan zal de plotselinge omschakeling resulteren in een blokgolf. Deze golf kan het elektrische apparaat zelfs beschadigen en moet daarom worden gladgestreken. Hiervoor gebruiken technici bepaalde elektrische componenten zoals diodes, IGBT's en MOSFET's, enz. 

Gebruik van IGBT's in omvormers: 

Een IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is een halfgeleiderapparaat met drie aansluitingen. Beschouw nu het onderstaande circuit voor een motor.

Er is een DC-bron en een AC-belasting, en een aantal IGBT's aangesloten op een controller. Elke IGBT ontvangt een signaal van de controller die aangeeft wanneer hij moet openen en sluiten. De IGBT's zijn aan elkaar gekoppeld.

Wanneer u het circuit inschakelt, schakelt de controller een paar IGBT's in om er gedurende een beperkte tijd stroom doorheen te laten gaan, zodat de motor een wisselstroom zal ervaren.

Gebruik van omvormers om motorsnelheid te regelen:

IGBT's openen en sluiten meerdere keren per cyclus pulserend, ook wel pulsbreedtemodulatie genoemd. De cyclus zelf is opgedeeld in kleinere segmenten en de controller vertelt de IGBT's hoe lang ze gesloten moeten blijven voor elk kleiner segment. Op deze manier laten de IGBT's verschillende hoeveelheden stroom door de motor stromen.

Hierdoor resulteert het gemiddelde vermogen per segment in een sinusgolfpatroon. Hoe meer we de cyclus in kleinere segmenten verdelen, hoe vloeiender de sinusgolf zal zijn. En dus zal de motor een sinusgolfwisselstroom ervaren.

De controller kan vervolgens worden gebruikt om de hoeveelheid tijd te regelen dat een bepaalde IGBT open is om de corresponderende frequentie en golflengte van het signaal te regelen dat de motorsnelheid, het koppel en de richting regelt.

Gebruik van omvormers: 

Omvormers hebben veel toepassingen en gebruiken:

• Ze worden gebruikt in kleine autoadapters naar kantoor, huishoudelijke toepassingen en grootschalige systemen.
• Een veelgebruikte toepassing is binnen fotovoltaïsche arrays.
• Ze zijn geïntegreerd in Variable Frequency Drivers om de snelheid, het koppel en de richting van AC-motoren te regelen.
• Ze worden gebruikt in HVAC-systemen voor industrieel en commercieel vastgoed.
• Ze kunnen worden gebruikt als een UPS (Uninterruptible Power Supplies).
• Ze worden gebruikt in zonne-energiesystemen.
• Ze kunnen worden gebruikt in centrifugaalventilatoren, mixers, pompen, transportbanden, extruders, enz.