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:

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Цифровая рация Xiaomi Digital Walkie Talkie 05.10.2025

Компания Xiaomi представила современное устройство, объединившее классические принципы радиосвязи с возможностями цифровых технологий. Новинка под названием Xiaomi Digital Walkie Talkie демонстрирует, как привычные рации могут быть переосмыслены в духе времени. Устройство оснащено цветным дисплеем диагональю 1,57 дюйма, который отображает список контактов, параметры соединения и даже примерное местоположение собеседника. Такой подход превращает стандартную рацию в компактное средство связи, сочетающее функциональность смартфона и устойчивость профессиональной техники. Одним из ключевых преимуществ стала высокая автономность. Встроенный аккумулятор емкостью 2500 мА·ч обеспечивает до 100 часов работы в режиме ожидания и около 14 часов непрерывных разговоров, что особенно важно в экспедициях, на дальних маршрутах или в зонах, где подзарядка невозможна. Согласно данным портала unionrayo.com, такое время работы выгодно отличает устройство от большинства аналогов. По дальности дейст ...>>

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Случайная новость из Архива Концентрация мыслей мешает творчеству 23.03.2013 Ученые из Университета Пенсильвании нашли способ повысить эффективность творческого труда, стимулируя префронтальную кору головного мозга. Считается, что префронтальная кора управляет познавательной деятельностью и является своеобразным фильтром, который не позволяет посторонним мыслям, восприятию и воспоминаниям мешать выполнению текущей задачи. В ходе экспериментов ученые замедляли работу этого природного фильтра и обнаружили, что это повышает производительность труда, требующего творческого мышления. Участникам эксперимента показывали изображения привычных бытовых предметов и просили быстро придумать необычные способы их использования, например, бейсбольную биту в роли скалки. Подопытным демонстрировалась последовательность из 60 объектов, по одному каждые 9 секунд, и ученые засекали время, которое требовалось подопытным, чтобы придумать ответ. Исследователи предположили, что высокий уровень когнитивного контроля со стороны "фильтра" мешает выполнению творческой задачи. В повседневной жизни фильтр помогает нам сосредоточиться на основных свойствах объекта и "обрезает" то, что несущественно. В то же время при решении творческих задач, в частности по нетривиальному применению обычных предметов, требуется учитывать весь спектр его свойств. Выяснилось, что так оно и есть: при транскраниальной стимуляции зон когнитивного контроля постоянным током (когда слабый электроток проникает в мозг прямо сквозь череп), творческие способности выросли. Судя по всему, стимуляция вызывает изменения в электрическом потенциале мембран нейронов. Другими словами, ученые ограничили возможность нейронов в определенном участке мозга генерировать сигналы, что снизило активность данного участка. Подопытные со "штатным" режимом работы префронтальной коры в среднем не могли придумать необычные применения для 15 из 60 объектов, в то время как подопытные с ингибированной деятельностью этого участка мозга пропустили всего 8 объектов. При этом последние выдавали правильные ответы в среднем на секунду быстрее. Для работы мозга секунда - это огромный промежуток времени, обычно исследователи работают с миллисекундами. Исследование ученых из Университета Пенсильвании не только дает возможность разработки технологий стимуляции творческих способностей, но и объясняет некоторые аспекты развития человека. Так, поскольку префронтальная кора развивается медленно, детям трудно сосредоточиться на выполнении определенной задачи, зато они преуспевают в творчестве.

Другие интересные новости:

▪ Аисты в полете

▪ 7-нм процессор ARM для самоуправляемых авто

▪ Робот-сапер

▪ Долгая память австралийских аборигенов

▪ Микрофон Razer Seiren

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Измерительная техника. Подборка статей

▪ статья Урология. Шпаргалка

▪ статья Как было открыто стекло? Подробный ответ

▪ статья Контент-менеджер (редактор сайта). Должностная инструкция

▪ статья Подключение большого числа кнопок к одному входу микроконтроллера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Неразрезаемая бумага. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025