Transformatory inwerterowe prądu stałego średniej i wysokiej częstotliwości: podstawowe różnice i scenariusze zastosowań

Transformator to urządzenie, które wykorzystuje zasadę indukcji elektromagnetycznej do zmiany napięcia prądu przemiennego. Jego głównymi składnikami są cewka pierwotna, cewka wtórna i rdzeń żelazny (rdzeń magnetyczny). Główne funkcje to: konwersja napięcia, konwersja prądu, konwersja impedancji, izolacja, stabilizacja napięcia (transformator nasycenia magnetycznego) itp. Transformatory można podzielić na: transformatory rozdzielcze, transformatory mocy, transformatory całkowicie uszczelnione, transformatory kombinowane, transformatory suche, transformatory zanurzone w oleju, transformatory jednofazowe, transformatory pieca elektrycznego, transformatory prostownicze, dławiki, transformatory przeciwzakłóceniowe, transformatory ochrony odgromowej, transformatory testowe transformatorów skrzynkowych, transformatory narożne, transformatory wysokoprądowe, transformatory wzbudzenia itp.

Skupimy się na dwóch typach transformatorów: średniej częstotliwościTransformatory inwerterowe prądu stałego i transformatorów inwerterowych prądu stałego o wysokiej częstotliwości.

1. Transformator inwertera prądu stałego o wysokiej częstotliwości

Scenariusze zastosowań

Sektor czystej energii: wykorzystywany do wytwarzania energii za pomocą ogniw słonecznych, ogniw fotowoltaicznych i systemów wytwarzania energii wiatrowej w celu przekształcania prądu stałego na prąd przemienny i podłączania do sieci.

Automatyka przemysłowa: sterowanie silnikami, sprężarkami i innymi obciążeniami w celu uzyskania precyzyjnej kontroli.

Transport: systemy zasilania pojazdów elektrycznych, kolei dużych prędkości, statków i innych środków transportu.

Centra komunikacyjne i przetwarzania danych: przetwarzanie sygnałów, zasilanie urządzeń i gwarancja redundancji zasilania.

Lotnictwo i kosmonautyka: system zasilania statku powietrznego mający na celu zaspokojenie potrzeb precyzyjnego sprzętu elektrycznego.

Zalety

Mały rozmiar i niska waga: materiały rdzenia o wysokiej częstotliwości znacznie zmniejszają rozmiar, dzięki czemu transformator do spawania oporowego inwerterowego średniej częstotliwości jest łatwy w przenoszeniu i instalacji.

Wysoka wydajność: szczytowa wydajność konwersji przekraczająca 90%, niskie straty bez obciążenia.

Regulacja napięcia: precyzyjną kontrolę napięcia wyjściowego uzyskano dzięki technologii PWM o wysokiej częstotliwości.

Szeroki zakres zastosowań: obsługuje szeroki zakres napięć wejściowych i dostosowuje się do różnych wejściowych napięć prądu stałego.

Wady

Duże zakłócenia elektromagnetyczne (EMI): przełączanie o wysokiej częstotliwości generuje zakłócenia, co wymaga zaprojektowania dodatkowych obwodów zapewniających kompatybilność elektromagnetyczną.

Niska odporność na przeciążenia: obciążenia indukcyjne (np. silniki) nie mogą być napędzane przy pełnym obciążeniu i łatwo ulegają uszkodzeniu w wyniku uderzenia.

Złożony obwód: Opiera się na precyzyjnej technologii sterowania, koszty produkcji i trudności w konserwacji są wysokie.

Wysokie wymagania dotyczące stabilności: rygorystyczne wymagania dotyczące odprowadzania ciepła i wydajności urządzenia; do optymalizacji kształtu fali wymagany jest obwód filtrujący o wysokiej częstotliwości.

2. Transformator inwertera prądu stałego średniej częstotliwości

Scenariusze zastosowań

Przemysłowe urządzenia grzewcze: takie jak piece indukcyjne, zakres częstotliwości 1 kHz-10 kHz, odpowiednie do wytopu metali.

Sprzęt medyczny: systemy zasilania medycznego wymagające określonych częstotliwości, takie jak urządzenia do elektroterapii średniej częstotliwości.

Testowanie urządzeń elektroniki mocy: Falowniki średniej częstotliwości są wykorzystywane w laboratoriach do symulacji warunków sieci elektroenergetycznej lub do testów starzenia się urządzeń.

Specjalne źródła zasilania, takie jak zasilacze lotnicze (400 Hz) oraz systemy zasilania średniej częstotliwości dla sprzętu wojskowego.

Zalety

Zrównoważona wydajność: częstotliwość niższa od przemysłowej, lepsze właściwości przeciwzakłóceniowe niż w przypadku wysokich częstotliwości.

Umiarkowana sprawność: sprawność konwersji wynosi zwykle 85%–90%, co jest wartością odpowiednią dla scenariuszy o średnim zapotrzebowaniu na energię.

Wysoka zdolność napędowa: może częściowo obsługiwać obciążenia indukcyjne, takie jak małe silniki lub transformatory.

Wady

Ograniczony zakres zastosowań: skoncentrowane głównie w określonych scenariuszach przemysłowych i mniej wszechstronne niż falowniki wysokoczęstotliwościowe.

Wysoki koszt: Wymagany jest projekt dostosowany do indywidualnych potrzeb, a koszt doboru urządzenia (np. transformatora średniej częstotliwości) jest wysoki.

Słaba kompatybilność częstotliwości: Aby dostosować się do potrzeb różnego sprzętu, wymagany jest obwód filtra dopasowującego.

3. Porównanie i sugestie wyboru