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:

Кратковременное голодание и работа мозга 25.11.2025

На фоне роста популярности интервального голодания многие опасаются, что отказ от еды на несколько часов может обернуться снижением концентрации, ухудшением памяти и общим "затуманиванием" сознания. Однако современные исследования позволяют иначе взглянуть на эту тему. Научный обзор, включивший свыше семидесяти независимых экспериментов и более 3,5 тысячи участников, показал: здоровые взрослые, которые не ели от десяти до двенадцати часов, выполняли когнитивные тесты так же качественно, как и те, кто принимал пищу перед испытанием. Память, скорость реакции, логическое мышление и внимание оставались на прежнем уровне, что опровергает распространенный бытовой миф. Доктор Дэвид Моро, профессор психологии из Университета Окленда в Новой Зеландии, подчеркивает, что представления о "головной туманности" во время голода часто оказываются преувеличенными. Он отмечает, что люди склонны связывать чувство голода с низкой энергией, раздражительностью и невозможностью сосредоточиться, хотя че ...>>

Умная розетка TP-Link Tapo P410M 25.11.2025

Компания TP-Link выпустила на рынок новую уличную розетку Tapo P410M. Она получила поддержку универсального стандарта Matter и стала еще одним шагом в сторону единой экосистемы умных устройств. Особенность Tapo P410M заключается в том, что она рассчитана на работу в сложных климатических условиях. Устройство функционирует при температуре от -20 до +50 °C и защищено от дождя, влаги и пыли по стандарту IP54. Благодаря этому розетка безопасно используется на открытом воздухе, будь то внутренний двор, садовая зона или наружное освещение возле дома. Компания TP-Link также акцентировала внимание на удобстве подключения. Розетка поддерживает Wi-Fi 2,4 ГГц и Bluetooth LE, что избавляет от необходимости покупать отдельный хаб. Настройка выполняется через фирменное приложение Tapo или с использованием QR-кода на корпусе, что особенно удобно при установке в труднодоступных местах. После первичной конфигурации управление устройством доступно из приложения или с помощью голосовых помощников A ...>>

Игровой монитор Sony PlayStation Gaming Monitor 24.11.2025

На презентации State of Play компания Sony представила устройство, которое может изменить представления о фирменной экосистеме PlayStation, - свой первый игровой монитор под этим брендом. PlayStation Gaming Monitor, как официально назвали новинку, ориентирован сразу на две аудитории: владельцев консолей и пользователей ПК. Для компьютерных систем, включая macOS, поддерживается частота обновления до 240 Гц с технологией переменной частоты VRR, а для консолей PlayStation 5 и PlayStation 5 Pro частота ограничена 120 Гц, что соответствует архитектуре и возможностям самих приставок. Основу устройства составляет 27-дюймовая IPS-панель с разрешением QHD 2560?1440 пикселей, обеспечивающая высокую четкость и широкий угол обзора. Отдельное внимание продукция заслужила благодаря функции, не встречавшейся ранее в мониторах Sony. В нижней части корпуса находится встроенная выдвижная док-станция для беспроводной зарядки контроллеров DualSense. Такой подход позволяет избавиться от отдельных зар ...>>

Случайная новость из Архива Огни большого города 12.03.2002 Астрономы Чикаго выступают с протестом против плана зажигать каждый вечер на одном из небоскребов города авиационный маяк с лампой мощностью 18 киловатт. Лампа повышенной эффективности дает свет силой 7 миллиардов свечей, в середине луча его яркость соответствует 52 миллионам обычных стоваттных лампочек. Стоимость этого осветительного прибора - 88 миллионов долларов. Здание высотой 172 метра (37 этажей) было завершено в 1929 году. С 1930 по 1981 год на нем уже сиял авиационный маяк, луч которого описывал полный круг над городом. Надобности в таком ориентире для самолетов в наше время нет, и маяк хотят возродить только с чисто декоративными целями, чтобы вернуть городу один из его прежних символов. Однако, по утверждению астрономов, свет маяка будет мешать новому просветительскому учреждению - открытой для всех желающих обсерватории, которая строится сейчас недалеко от Чикаго. Кроме того, противники проекта указывают, что мощный луч будет сбивать с пути перелетных птиц и мешать пилотам низко летящих небольших самолетов. Впрочем, разработчики обещают поставить специальные светозащитные щиты и бленды, отключать свет на сезон птичьих миграций и говорят, что луч будет описывать не круг, как раньше, а только дугу в треть круга.

Другие интересные новости:

▪ Качественное выращивание на кремнии полупроводниковых лазеров

▪ В Амстердаме построен большой подводный велопаркинг

▪ Мощные N-канальные МОП-транзисторы на 40 вольт

▪ Графен помогает проникнуть в мозг

▪ Скирмионы увеличат емкость жесткого диска в 20 раз

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электричество для начинающих. Подборка статей

▪ статья Камни возопиют. Крылатое выражение

▪ статья Как долговечны атомы? Подробный ответ

▪ статья Мотолыжи Метель. Личный транспорт

▪ статья Садово-огородные электрифицированные машины. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сломанная спичка снова становится целой. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025