Nederlands
Menu

Wat is Omvormer (inverter)?

Apparaat dat gelijkstroomvermogen omzet in wisselstroomvermogen van elke gewenste frequentie en grootte. Vermogensschakelaars (IGBT's of MOSFET's) worden in een brug geschakeld en met PWM aan- en uitgeschakeld om een wisselspanning te maken. Hij wordt gebruikt voor toerentalregeling van motoren, de aandrijving van elektrische voertuigen, omvormers voor zonnestroom en ononderbreekbare voedingen (UPS). Hij is iets anders dan de inverter (NOT-poort) van logische schakelingen, die 0 en 1 omkeert.

Japanse benaming: インバータ

“Omvormer (inverter)” komt voor in 25 oefenvragen uit 5 onderwerpen, bijv. Vermogenshalfgeleiders, Vermogenselektronische schakelingen, Halfgeleiders voor auto's en functionele veiligheid.

Vakgebied: Vermogenselektronische schakelingen

Opbouw van de schakeling

Een enkelfasige halve brug gebruikt twee schakelaars, een volle brug vier en een driefaseomvormer zes, elk met een antiparallelle diode die de stroom in omgekeerde richting voert. Staan de bovenste en de onderste schakelaar tegelijk aan, dan wordt de gelijkspanningsbron kortgesloten, dus wordt bij elke omschakeling een dode tijd ingelast waarin beide uit staan. De gates van de high-sideschakelaars worden aangestuurd met bootstrapschakelingen of met een geïsoleerde gatedriver.

De uitgang regelen

Sinusoïdale PWM schakelt door de gewenste sinus te vergelijken met een driehoekige draaggolf; de modulatie-index bepaalt de grootte van de uitgangsspanning en de frequentie van het referentiesignaal de uitgangsfrequentie. Bij driefasige sinusoïdale PWM met een modulatie-index van 1 is de effectieve waarde van de grondgolf van de lijnspanning ongeveer 0,61 keer de gelijkspanning (ongeveer 367 V uit 600 V). Aandrijvingen van inductiemotoren gebruiken V/f-regeling, die de verhouding tussen spanning en frequentie constant houdt, of vectorregeling, die de stroom als afzonderlijke flux- en koppelcomponent regelt.

Spanningsgestuurd en stroomgestuurd type

Een omvormer die de gelijkspanning met een afvlakcondensator constant houdt en met zijn schakelaars spanningspulsen maakt, is een spanningsgestuurde omvormer (voltage-source inverter); een omvormer die de gelijkstroom met een grote spoel constant houdt, is een stroomgestuurde omvormer (current-source inverter). Tegenwoordig gebruiken vrijwel alle motoraandrijvingen en voedingen het spanningsgestuurde type. Door de condensator aan de gelijkspanningszijde is voorzichtigheid geboden wanneer de motor als generator werkt, omdat de terugkerende energie de gelijkspanning doet stijgen.

Nu oefenen: vragen over Omvormer (inverter)

Wat is de belangrijkste rol van een omvormer (inverter) in de vermogenselektronica?

  1. AGelijkspanning omzetten in wisselspanning
  2. BWisselspanning omzetten in gelijkspanning
  3. CLicht omzetten in elektriciteit
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Gelijkspanning omzetten in wisselspanning

Een omvormer is een apparaat dat uit gelijkspanning wisselspanning van willekeurige frequentie en spanning maakt door vermogenshalfgeleiders met enkele kHz tot enkele tientallen kHz aan en uit te schakelen en de pulsbreedte te variëren (PWM). Omvormers worden gebruikt voor toerentalregeling van motoren in airconditioners en wasmachines, EV-aandrijving, zonnestroomomvormers en spoorwegen, waarbij het alleen laten draaien van de motor in de benodigde mate grote energiebesparing oplevert. Wisselspanning omzetten in gelijkspanning is de taak van een converter (gelijkrichter).

Wat is het belangrijkste voordeel van een SiC-Schottkydiode als vrijloopdiode in bijvoorbeeld omvormers?

  1. AZe is aanzienlijk goedkoper dan een siliciumdiode
  2. BZe zendt licht uit zodat de werkingstoestand zichtbaar is
  3. CEr is vrijwel geen reverse-recoverystroom, zodat het schakelverlies kan worden verminderd
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Er is vrijwel geen reverse-recoverystroom, zodat het schakelverlies kan worden verminderd

Een Schottkydiode werkt uitsluitend met meerderheidsladingdragers en heeft daarom, anders dan een pn-junctiediode, vrijwel geen reverse-recoverystroom door opslag van minderheidsladingdragers. Bij Si is met een Schottkyjunctie moeilijk een hoge doorslagspanning te verkrijgen, maar met SiC kunnen ook types van 600 tot 1700 V worden gemaakt. Als vrijloopdiode in omvormers en PFC-schakelingen vermindert ze, naast het verlies van de diode zelf, ook sterk het inschakelverlies van de schakelaar aan de andere kant.

Veelgestelde vragen

Wat doet „invertertechnologie” in huishoudelijke apparaten?

De netwisselspanning wordt gelijkgericht tot gelijkspanning en met een omvormer weer omgezet in wisselspanning met een andere frequentie en spanning, zodat de motor van de compressor van een airconditioner of van een wasmachine precies zo snel draait als nodig is. Vergeleken met steeds aan- en uitschakelen houdt dat onder meer de temperatuur stabiel en wordt er minder stroom verbruikt.

Wat is het verschil met de inverter in logische schakelingen?

De inverter van logische schakelingen is de NOT-poort, een schakeling voor kleine signalen die een ingang 0 of 1 omkeert. De omvormer van de vermogensomzetting is een apparaat dat gelijkspanning in wisselspanning omzet om vermogen te leveren; ze delen alleen de naam. In het Engels heten beide „inverter”, dus de context maakt het onderscheid.

“Omvormer (inverter)” in de toelichting

Vragen met “Omvormer (inverter)” (25)

  1. Wat is de belangrijkste rol van een omvormer (inverter) in de vermogenselektronica?
  2. Wat is het belangrijkste voordeel van een SiC-Schottkydiode als vrijloopdiode in bijvoorbeeld omvormers?
  3. Wat is het belangrijkste voordeel van SiC-vermogenscomponenten in de omvormer van een elektrische auto?
  4. Welke maat geeft aan hoe lang een vermogenscomponent een kortsluiting in een omvormer, zoals het gelijktijdig inschakelen van de bovenste en onderste schakelaar, kan doorstaan zonder te worden vernietigd?
  5. Wat is het doel van een korte periode (dode tijd, dead time) waarin beide schakelaars uit staan bij het omschakelen tussen de bovenste en onderste schakelaar van een omvormer?
  6. Hoeveel schakelcomponenten worden gebruikt in een gebruikelijke driefaseomvormer voor het aandrijven van een driefasemotor?
  7. Welk verlies neemt toe door de reverse recovery van de diode in de tegenoverliggende arm wanneer een schakelaar van de omvormer inschakelt?
  8. Welke beschrijving van hoe bij sinusoïdale PWM voor een omvormer de schakelaars aan- en uitgeschakeld worden, is juist?
  9. Welke vergelijking van de uitgangsspanning van een halve brug (twee schakelaars) en een volle brug (vier schakelaars), voor omvormers die uit een gelijkspanning E enkelfasige wisselspanning maken, is juist?
  10. Een been van een omvormer aan een gelijkspanning van 600 V wordt met sinusoïdale PWM aangestuurd bij een modulatie-index van 0,8. Wat is de amplitude (piekwaarde) van de grondgolf van de uitgangsspanning van het been ten opzichte van het middelpunt van de gelijkspanningsbron?
  11. Een driefaseomvormer aan een gelijkspanning van 400 V wordt met sinusoïdale PWM aangestuurd bij een modulatie-index van 1. Welke waarde ligt het dichtst bij de effectieve waarde van de grondgolf van de uitgaande lijnspanning?
  12. Welke beschrijving van wat er gebeurt wanneer bij een omvormer met sinusoïdale PWM de modulatie-index groter dan 1 wordt gemaakt (overmodulatie), is juist?
  13. Welke beschrijving van het effect van een hogere draaggolffrequentie in een PWM-omvormer die een motor aandrijft, is juist?
  14. Welke beschrijving van het effect van de dode tijd op de uitgangsspanning van een PWM-omvormer van het spanningsgestuurde type is juist?
  15. Wat is de belangrijkste reden waarom bij het variëren van het toerental van een inductiemotor met een omvormer de verhouding tussen spanning en frequentie (V/f) ongeveer constant wordt gehouden?

Vergelijkingen met deze term

Verwante termen

SiC (siliciumcarbide) Vermogenshalfgeleider (vermogenscomponent) IGBT PWM (pulsbreedtemodulatie) Sinusoïdale PWM Staartstroom (tail current) Aan-weerstand (on-resistance) Schakelverlies Dode tijd (dead time) GaN (galliumnitride)

Naar de woordenlijst