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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Протезы, чувствующие тепло и прикосновения 08.06.2018 3D-печать и новейшие робототехнические разработки уже сделали протезы более удобными и функциональными, но теперь у них появится качество, которое раньше было недоступно, - чувствительность. Группа исследователей из Стэнфордского и Сеульского университетов разработала искусственную нервную систему, способную обрабатывать информацию из окружающего мира подобно человеческому телу. Это позволит восстановить осязание у людей с ампутированными конечностями и даст роботам некоторый тип рефлекторной способности. "Мы воспринимаем кожу как нечто само собой разумеющееся, но это сложная система восприятия, сигналов и принятия решений, - говорит Женан Бао, профессор химической инженерии и член исследования. - Эта искусственная сенсорная нервная система - шаг к созданию сенсорных нейронных сетей, подобных коже, для разных видов применения".

Другие интересные новости:

▪ Беспилотник-рекордсмен

▪ Мобильный телефон Ericsson K850i

▪ Горячие источники Марса

▪ Низкая погрешность работы квантового компьютера

▪ Несимметричный сверхпроводник

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Дом, приусадебное хозяйство, хобби. Подборка статей

▪ статья Лестница-чудесница. Крылатое выражение

▪ статья Для чего мы едим? Подробный ответ

▪ статья Тепари. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Передача данных. Справочник

▪ статья Защита радиоэлектронной аппаратуры от бросков напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026