Преобразователь постоянного напряжения 12 В аккумулятора в переменное напряжение 220 В 50 Гц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы

 Комментарии к статье

В литературе описано множество преобразователей напряжения, но практически все они имеют серьезные недостатки. Мною спроектирован преобразователь, лишенный этих недостатков. При этом я исходил из таких критериев:

1. Максимальная мощность, отдаваемая в нагрузку, должна быть не менее 1 кВт. Данное условие заставило отказаться от мощных транзисторов в силовой части (которые являются "больным местом" в преобразователях мощности 100-300 Вт) и применить мощные тринисторы.

2. Близкая к синусоидальной форма выходного напряжения на выходе преобразователя достигается подбором емкости конденсатора, подключенного параллельно нагрузке или применением в силовой части инверторов тока.

3. Устранение "сквозных" токов. Данная проблема очень актуальна и заключается в том, что время включения транзистора или тринистора меньше времени выключения, т.е. один прибор включается и подает ток в первичную обмотку трансформатора, а второй, который уже должен быть выключен в этот момент, также подает ток в обмотку. Эту проблему я решил, уменьшив длительность управляющих импульсов на время, достаточное для полного закрытия тринистора.

4. Автоматическое выключение устройства при глубокой разрядке аккумулятора достигается применением порогового устройства.

5. Автоматическое включение преобразователя при пропадании электроэнергии и зарядка аккумулятора (с отключением от зарядного устройства при полном разряде) при наличии напряжения в сети обеспечены применением схемы на реле и автоматического зарядного устройства.

Функциональная схема преобразователя показана на рис.1.

При наличии сетевого напряжения 220 В нагрузка подключена к сети, а аккумулятор - к зарядному устройству. При пропадании напряжения сети подается напряжение 12 В аккумулятора на преобразователь напряжения и к нему подключается нагрузка. Все эти операции выполняет устройство переключения, в состав которого входит автоматическое зарядное устройство.

Задающий генератор (ЗГ) вырабатывает прямоугольные импульсы длительностью 10 мс частотой 50 Гц. С выходов ЗГ импульсы поступают на линию задержки (ЛЗ) и одновибратор. ЛЗ служит для того, чтобы уровень лог."1" пришел на схему совпадения на 1 мкс позже, чем импульс с одновибратора. Длительность импульса одновибратора вычитается от длительности импульса ЗГ и должна быть больше длительности запирания применяемых тринисторов. Выходной формирователь импульсов (ВФ) выдает управляющие импульсы на управляющие электроды тринисторов силовой части (СЧ).

Принципиальная схема системы управления силовой частью преобразователя напряжения показана на рис.2, а диаграммы напряжений в характерных точках - на рис.3.

(нажмите для увеличения)

ЗГ выполнен на элементах И-НЕ DD1.1, DD1.2. Частота импульсов на его выходе выставляется с помощью частотомера подбором резистора R1. Импульсы частоты 50 Гц поступают через ЛЗ на интергрирующей цепочке R2C2 на вход DD1.4. Время задержки импульса примерно 1 мкс. На вход 13 DD1.4 поступают импульсы одновибратора DD2.1, запускающими импульсами которого являются положительные перепады напряжения импульсов ЗГ. Длительность импульсов одновибратора определяется элементами R3C3. Линия задержки применена для того, чтобы положительный перепад напряжения импульса ЗГ пришел на вход 12 DD1.4 позже, чем появится отрицательный перепад напряжения импульса одновибратора на входе 13 DD1.4, и не было отрицательного всплеска импульса на базе транзистора VТ1 длительностью, равной времени срабатывания триггера DD2.1.

Длительность импульсов одновибратора выбрана равной примерно 20 мкс из расчета надежного закрывания тринисторов силовой части типа ТЧ125, время включения которых равно 6 мкс. При применении других типов тринисторов необходимо пересчитать номиналы R3 и С3. С коллектора транзистора VT2 снимается управляющий положительный импульс длительностью 9,98 мкс. Аналогично вырабатывается импульс Uу2, находящийся в противофазе с импульсом Uу1. Мощность и номинал резисторов R8 и R9 выбирают в соответствии с типом применяемых транзисторов: R9 = R8 < 12 B/Iоткр, PR8 = PR9 = = 144/R8 = 144/R9.

Если в преобразователе напряжения использовать несколько последовательно включенных аккумуляторов, то значительно уменьшатся габариты трансформатора Т1, и для получения требуемой мощности на нагрузке можно подобрать тринисторы с меньшим током.

Схемное решение силовой части преобразователя наиболее просто можно решить, применив мощные запираемые тиристоры (рис.4).

Нагрузкой инвертора служит первичная обмотка трансформатора Т1. Нагрузка 220 В подключается ко вторичной обмотке трансформатора. Трансформатор рассчитывают по методике, неоднократно публиковавшейся в учебной литературе. Параллельно нагрузке подключают конденсатор для получения формы напряжения, близкой к синусоидальной. Его емкость зависит от нагрузки, ее определяют экспериментально.

При наличии управляющего импульса Uу1 включены тиристоры VS1 и VS4 и выключены VS2 и VS3. Обмотка трансформатора w1 подключается левым концом к положительной шине питания, а правым - к отрицательной, и ток iн течет, как указано на рис.4. При отсутствии Uу1 и наличии Uу2 VS1 и VS4 выключены, напряжение и ток обмотки w1 изменяют направление.

При запирании VS1 и VS4 в момент t2, несмотря на поступление отпирающего импульса на VS2 и VS3, ток нагрузки iн из-за присутствия индуктивности Lн будет стремиться сохранить свое направление. Для того чтобы после запирания VS1 и VS4 открыть путь току нагрузки, тиристоры зашунтированы диодами VD10 - VD40. Поэтому ток нагрузки iн при t2<t<t3 протекает через VD20 и VD30 и возвращает часть энергии, запасенной в индуктивности, обратно в источник Е. Аналогично на интервале t0<t<t1, т.е. после запирания VS2 и VS3 ток нагрузки протекает через VD10 и VD40.

Более сложным схемным решением построения силовой части преобразователя является применение инвертора тока, показанного на рис.5.

Инверторы тока с индуктивно-тиристорным регулятором широко используются в промышленности, например, в агрегатах бесперебойного питания, мощность их достигает сотен киловатт. Форма выходного напряжения близка к синусоидальной, что позволяет использовать их без фильтров на стороне переменного тока.

Из-за большой индуктивности сглаживающего дросселя Ld ток инвертора id (ток источника Е) можно считать идеально сглаженным. Положительным импульсом Uу1 открываются тиристоры VS1 и VS4, положительным импульсом Uу2 - тиристоры VS2 и VS3. Входной ток инвертора id благодаря периодическому переключению, осуществляемому тиристорами, превращается в диагонали моста в переменный ток прямоугольной формы. Конденсатор Ск - коммутирующий. Он служит для создания запирающего напряжения на транзисторах.

Для устранения сильной зависимости напряжения на нагрузке от величины нагрузки применен регулируемый преобразователь переменного напряжения с индуктивной нагрузкой (элементы VS5, L). Потребляемый им ток имеет 1-ю гармонику, фазовый сдвиг которой относительно напряжения всегда равен π/2. Амплитуда 1-й гармоники тока зависит от угла управления α, который равен фазовому сдвигу управляющих импульсов на VS5 относительно момента смены напряжения Uн. Поэтому данная схема преобразователя напряжения рассматривается как управляемая индуктивность. Регулируя iL изменением угла α с помощью схемы управления, необходимо установить такой же ток iL, при котором угол сдвига β между током iн и напряжением Uн оставался неизменным, тогда напряжение на нагрузке будет постоянным при изменении тока нагрузки.

Формулы для расчета Ск, Ld, L. Для нормальной коммутации угол сдвига β между напряжением и током должен быть β≥ωtвыкл, где ω = =2πf = 314 c-1 угловая частота; tвыкл - время выключения тиристора; tgβ = = bc/(yнсosϕн tgϕн), где bc = ωC модуль проводимости конденсатора Ск; yн = 1/zн модуль проводимости нагрузки.

Активная мощность нагрузки Рн = Еid = =Uнiнcosϕ.

Реактивная мощность конденсатора Qc = = U2нωСк.

Реактивная мощность нагрузки Qн = Рнtgϕн.

Реактивная мощность, потребляемая инвертором Qи = Qc - Qн.

Напряжение на нагрузке Uн = 0,35πЕ[1 + (ωCк /yн cosϕн - tgϕн)2]1/2. Емкость Ск = Рн(tgβ + tgϕн)/ωU2н.

Индуктивность дросселя Ld≥ {E[1 - cos(β + π/6)]cosϕ}/72fPнcosβ, если β<π/6. Ld≥ E2sin2β/144fPнсos2β, если β≥π/6;

Индуктивная нагрузка L≥1,4Uнsin(α- π/2)/ωiL ≥ 1,4Uн.ωiL, где α - угол управления симистором VS5, iL = Iw1максsin(α - π/2). По току iL выбирают также симистор VS.

Принципиальная схема управления симистором VS5 показана на рис.6. Эта схема построена на одновибраторе DD2.1, который выдает импульсы длительностью не более 10 мс (подбирают емкость конденсатора С1). Запускают одновибратор импульсы со схемы управления (рис.2). Длительность импульсов регулируют резистором R1. С коллектора транзистора VT2 снимаются импульсы управления симистором Uу3. Номинал и мощность резистора R3 зависят от тока открывания выбранного симистора VS5 в силовой части: R3 < E/Iоткр; РR3= = E2/R3.

Если требуемая мощность нагрузки не превышает 200...300 Вт, силовую часть преобразователя можно выполнить на транзисторах по схеме рис.7. Отсутствие эффекта "сквозных токов" обеспечено схемным решением системы управления по рис.2.

Автор: А.Н.Маньковский

Смотрите другие статьи раздела Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Звуковая плата Asus Xonar D-KARAX для любителей караоке 01.12.2013 Ассортимент компании Asus пополнила звуковая плата Xonar D-KARAX, по словам производителя, "звуковая плата профессионального уровня, созданная для энтузиастов, которые любят петь и выкладывать свои записи в интернет". Особенностью новинки является возможность корректировать вокал при записи в реальном времени. Карта, рассчитанная на установку в слот PCIe, поддерживает воспроизведение звука в 24-битном представлении с частотой дискретизации 96 кГц, обработку звука в реальном времени и восьмиканальное звучание (7.1). Отношение сигнал/шум заявлено равным 106 дБ. Пользователю Asus Xonar D-KARAX доступно множество звуковых эффектов. Вместе с тем, пользоваться картой очень просто, поскольку комплектное программное обеспечение имеет наглядный интерфейс. Применение эффектов требует одного щелчка мышью, а для многих жанров музыки в программе есть заранее нaстроенные профили. Основой карты служит звуковой процессор C-Media CMI8786, в качестве ЦАП используется микросхема Cirrus Logic CS47028. На монтажной планке есть четыре аналоговых выхода (разъемы диаметром 3,5 мм), линейный и микрофонный входы (тоже 3,5 мм) и оптический выход S/PDIF. На самой плате размерами 108 x 178 мм есть штырьковые разъемы для подключения к разъемам панели ввода-вывода, S/PDIF и дополнительного аналогового входа.

Другие интересные новости:

▪ Гидрогель для гибкой электроники

▪ CPU-кулер ID-Cooling SE-50

▪ Новый смысл POLYLED

▪ Добыча железа на Марсе

▪ 8х DVD+R привод от MSI

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы тембра, громкости. Подборка статей

▪ статья Скотч не будет скручиваться. Советы домашнему мастеру

▪ статья Когда был сооружен Великий Сфинкс? Подробный ответ

▪ статья Лодка-чемодан. Личный транспорт

▪ статья Практическое применение операционных усилителей. Часть вторая. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Газета-эквилибрист. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025