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:

Связь между кофе, жиром и половыми гормонами 12.09.2026

Кофе давно стал привычной частью повседневной жизни миллионов людей. Его чаще всего связывают с повышением бодрости и улучшением концентрации, однако воздействие этого напитка на организм значительно сложнее. В последние годы специалисты все чаще изучают возможные связи между употреблением кофе, обменом веществ и гормональной регуляцией. Новое исследование ученых из Финляндии позволило обнаружить несколько любопытных закономерностей, касающихся жировой ткани, мышечной массы и половых гормонов. Исследователи из Университета Оулу проанализировали данные 2264 человек в возрасте 46 лет. Участники отличались по привычному количеству потребляемого кофе, и ученые сопоставили эти сведения с показателями состава тела, обмена глюкозы и инсулина, а также концентрациями половых гормонов. Полученные результаты указывают на связь между более высоким употреблением кофе и некоторыми особенностями метаболического профиля. При этом специалисты подчеркивают, что обнаруженные закономерности еще не дока ...>>

Умные паруса для торгового флота 12.09.2026

Морское судоходство остается одной из важнейших составляющих мировой экономики, но его зависимость от ископаемого топлива создает серьезные экологические и экономические проблемы. Поэтому разработчики судовых технологий ищут способы использовать возобновляемые источники энергии непосредственно во время плавания. Одним из наиболее перспективных направлений считается применение ветра, однако для его широкого внедрения недостаточно просто установить на судне парус или роторный движитель. Норвежская компания Kongsberg Maritime и консорциум морских предприятий и научно-исследовательских организаций решили объединить ветровую тягу с интеллектуальными системами управления судном в рамках проекта WINTEGRATE. Главная задача новой инициативы заключается в ускорении внедрения ветровых движительных систем, известных как WAPS, в коммерческое судоходство. Участники проекта рассчитывают добиться заметного сокращения расхода топлива и связанных с ним выбросов, сделав энергию ветра практичным дополн ...>>

Картофель фри и риск диабета 11.09.2026

Картофель давно стал одним из наиболее распространенных продуктов питания в мире, однако отношение к нему со стороны специалистов по питанию остается неоднозначным. Сам овощ содержит полезные питательные вещества, но его воздействие на организм во многом определяется тем, что происходит с ним во время приготовления. Новое крупное исследование Гарвардской школы общественного здоровья им. Т.Х. Чана показывает, что особенно заметную роль в этом вопросе может играть способ термической обработки. Картофель занимает важное место и в рационе жителей США: в среднем один американец съедает около 22 килограммов этого овоща в год. Исследователи решили выяснить, одинаково ли различные блюда из картофеля связаны с риском развития заболеваний. Результаты работы были опубликованы в научном журнале BMJ и показали существенную разницу между привычными способами приготовления одного и того же продукта. Наиболее неблагоприятный результат специалисты обнаружили для картофеля фри. У людей, которые уп ...>>

Случайная новость из Архива Телефон управляется взгядом 07.11.2012 Азиатская компания The Eye Tribe планирует создать оригинальное программное обеспечение, которое позволит управлять различными функциями и приложениями для мобильных телефонов и планшетных компьютеров с помощью движения глаз. Новый софт обещает сделать пользование мобильными устройствами намного более удобным. Например, появится возможность управлять персонажем видеоигры, быстро перемещая взгляд, а электронная книга будет сама определять, когда пора переворачивать страницу. На создание данного софта компания из 5 человек получила немалые деньги - 800 тыс. долл. Компания планирует выпустить технологию на безвозмездной основе, а значит - ей смогут воспользоваться другие компании, в том числе Samsung, Google и Microsoft. Таким образом, в случае успеха проекта новая технология может распространиться достаточно быстро. В настоящее время энтузиасты из The Eye Tribe разработали прототип системы управления смартфоном с помощью взгляда. Правда, пока для работы с современными планшетами и смартфонами требуется небольшой отдельный блок с видеокамерой и ИК-светодиодом, но разработчики уверены, что следующее поколение устройств обойдется только программным обеспечением, то есть в мобильниках и планшетах будут все необходимое встроенное оборудование.

Другие интересные новости:

▪ Ветрогенератор Siemens Gamesa выработал 359 МВтч за сутки

▪ Гибридная морская электростанция

▪ Простое желание избавит от депрессии

▪ Бумажные транзисторы

▪ Скорость компьютера - 100 км/ч

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Стабилизаторы напряжения. Подборка статей

▪ статья Благими намерениями вымощена дорога в ад. Крылатое выражение

▪ статья Как без всяких приманок работает мышеловка фирмы Rentokil? Подробный ответ

▪ статья Санитарка-мойщица аптечной посуды. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Металлоискатель из доступных элементов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Маломощный полевой транзистор КП214А9. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026