Устройство защиты для инверторного преобразователя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы

 Комментарии к статье

В последнее время широкое распространение получили инверторные преобразователи постоянного напряжения 12 В в переменное 230 В с трехуровневой ступенчатой аппроксимацией полуволн синусоидального напряжения. Их используют в основном для резервного питания бытовой аппаратуры, в том числе критичной к форме питающего напряжения. К сожалению, довольно часто производитель в целях удешевления конструкции использует схемные решения, приносящие ущерб если не подключаемому оборудованию, то самому инвертору.

Одна из часто встречающихся и, главное, недокументированных особенностей инверторов - невозможность их длительного использования в режиме совмещенной работы на нагрузку и зарядки аккумуляторной батареи. То есть подразумевается, что при наличии напряжения сети нагрузка должна быть отключена от инвертора, и он может работать как зарядное устройство, а в отсутствие напряжения сети следует вручную подключить нагрузку и отключить шнур питания от сети, чтобы исключить переход в совмещенный режим при восстановлении сетевого напряжения.

В принципе, такая реализация нормальна для устройств, используемых в полевых условиях, где возможность совмещенного режима практически исключена. Но если предполагается использовать инвертор в качестве автоматического источника резервного питания, это становится рискованным. Автору на практике пришлось столкнуться с повторяющейся типовой неисправностью инверторов различной мощности, возникшей по этой причине. Для предотвращения подобных выходов из строя предлагается использовать простое внешнее устройство. Оно предназначено для работы со свинцово-кислотными автомобильными аккумуляторными батареями и обеспечивает защиту инвертора от перехода в совмещенный режим и необходимую коммутацию силовых цепей, контроль напряжения на аккумуляторной батарее и управление включением зарядного устройства инвертора, а также защиту батареи от глубокой разрядки.

Функционально устройство состоит из двух узлов: один из них (его схема показана на рис. 1) служит для контроля напряжения аккумуляторной батареи, второй (рис. 2) - для контроля напряжения сети и коммутации (нумерация элементов сквозная). Рассмотрим принцип действия первого узла. Его основа - компаратор на ОУ К140УД1А, собранный по классической схеме. Источником образцового напряжения служит стабилитрон VD1. При понижении напряжения питания до порогового значения, установленного подстроечным резистором R2, компаратор переключается в состояние высокого выходного уровня. Через некоторое время, определяемое постоянной времени цепи R10C3 и напряжением пробоя стабилитрона VD3, открывается транзистор VT1 и срабатывает реле K1. Задержка его включения рекомендуется для безопасной коммутации режимов и завершения всех переходных процессов. Светодиод HL1 (красного цвета свечения) индицирует состояние компаратора (включается, когда на выходе последнего появляется высокий уровень). Величину гистерезиса переключения устанавливают изменением сопротивления подстроечного резистора R8.

Рис. 1. Схема первого узла устройства

Рис. 2. Схема второго узла устройства

При наличии напряжения сети узел контролирует напряжение аккумуляторной батареи и управляет зарядным устройством инвертора. Нижний порог включения зарядного устройства - 12,2 В при отключенной нагрузке батареи, верхний порог отключения - 13,8 В [1-5].

В отсутствие напряжения сети узел защищает батарею от глубокой разрядки и переводит инвертор в выключенное состояние при напряжении 11,3 В и работе под нагрузкой [1, 3, 6, 7]. Необходимая коррекция нижнего порога обеспечивается изменением сопротивления нижнего плеча делителя R1- R3 с помощью элементов VT2, R18 узла контроля напряжения сети и коммутации.

Этот узел (рис. 2) содержит понижающий трансформатор Т1, четыре электронных ключа на транзисторах VT2-VT5 и три реле K2-K4. В отсутствие напряжения сети реле K2, K3 обесточены, их контакты находятся в положении, показанном на схеме, нагрузка подключена к выходу преобразователя U1. При этом транзистор VT3 закрыт, а VT5, наоборот, открыт (напряжение смещения на его базу поступает с аккумуляторной батареи), поэтому реле K4 включено, и его контакты K4.1 совместно с нормально замкнутыми K1.2 обеспечивают включение преобразователя. Транзистор VT2 также закрыт и влияния на порог переключения компаратора не оказывает. Если напряжение аккумуляторной батареи понизится до 11,3 В, то во избежание глубокой разрядки произойдет переключение компаратора, транзистор VT1 откроется, в результате чего сработает реле K1 и его контакты К1.2 разомкнутся, выключив инвертор U1. Контакты К1.1 при этом замкнутся, но ввиду отсутствия напряжения сети это не вызовет никаких последствий.

При восстановлении входного напряжения и нормальном напряжении аккумуляторной батареи срабатывают реле K2, K3 и нагрузка переключается на питание от сети. Транзисторы VT3, VT5 изменяют свое состояние на обратное, реле K4 обесточивается и выключает инвертор. Одновременно открывается транзистор VT2, резистор R18 подключается параллельно R3 (см. рис. 1), что обеспечивает коррекцию нижнего порога до 12,2 В. Если напряжение батареи выше этого значения, ничего больше не произойдет, а если ниже, то переключение компаратора вызовет срабатывание реле K1 и включение режима зарядки батареи замкнувшимися контактами K1.1.

Закрывание транзистора VT3 в момент пропадания сетевого напряжения сопровождается кратковременным открыванием транзистора VT4 (на время зарядки конденсатора C5 через его эмиттерный переход и резисторы R16, R19). Открытый транзистор шунтирует стабилитрон VD1, компаратор переходит в состояние с низким уровнем выходного напряжения независимо от напряжения батареи, и происходит принудительное включение преобразователя. Это является необходимым, поскольку в момент пропадания напряжения сети устройство может находиться в режиме зарядки, напряжение батареи будет явно выше порога переключения компаратора и понадобится его сброс в исходное состояние. Дальнейшая работа устройства зависит от уровня зарядки батареи в соответствии с описанным принципом работы. Диод VD8 служит для быстрой разрядки конденсатора C5 при восстановлении сетевого напряжения. Светодиод HL2 (зеленого цвета свечения) - индикатор наличия напряжения сети.

По свечению светодиодов HL1 и HL2 можно судить о режиме работы устройства и инвертора. Так, если светится HL1, то это означает, что напряжение в сети отсутствует, инвертор отключен, а напряжение батареи ниже 11,3 В. Свечение светодиода HL2 свидетельствует о наличии напряжения сети и полной зарядке батареи. Наконец, одновременное свечение обоих индикаторов говорит о том, что напряжение в сети есть и идет зарядка аккумуляторной батареи.

В устройстве применимы малогабаритные постоянные резисторы любого типа указанной на схемах мощности рассеяния. Подстроечные резисторы - желательно многооборотные (с червячным приводом движка). Полярные конденсаторы - оксидные К50-83, К50-16 близкой емкости или аналогичные импортные, C2 - любой керамический малогабаритный, например, К10-73-1б, К10-17в. Вместо К140УД1А в качестве компаратора могут быть применены другие ОУ серии К(Р)140УД1 или любой ОУ с аналогичными параметрами, допустимым напряжением питания 12 В ± 5 % и соответствующими цепями коррекции. Транзисторы VT2-VT4 заменимы любыми аналогами с параметрами не хуже, чем у примененных автором (например, отечественными серии КТ3102 или импортными BC547 с любым буквенным индексом). Вместо КТ972А можно установить другие транзисторы этой серии или применить составные транзисторы из соединенных соответствующим образом обычных маломощного и мощного транзисторов (например, серий КТ315 и КТ817).

Стабилитрон VD1 - с напряжением стабилизации 5...6 В при токе стабилизации 5 мА, VD2 - 11 В, с возможно меньшим минимальным током и максимальным током стабилизации не менее 12 мА, VD3 - 3...3,6 В. Вместо КС211Ж (VD2) можно применить КС211Е или любой из КС211Г, КС211Д (во втором случае R9 следует заменить резистором сопротивлением 160 Ом и мощностью рассеивания 0,25 Вт). Реле K1 - K4 - OMRON G2RL112DC или аналогичные для печатного монтажа с номинальным напряжением обмотки 12 В, рассчитанные на коммутацию напряжения 240 В при токе не менее 5 А (от допустимого тока зависит максимальная мощность нагрузки).

Трансформатор Т1 - понижающий с вторичной обмоткой 2x9 В при токе от 100 мА. Светодиоды HL1 и HL2 - соответственно АЛ307БМ и АЛ307ВМ, АЛ307ГМ или сверхъяркие, например, CREE C503-GC (HL1) и C503-RC (HL2).

Устройство собрано в пластмассовом корпусе исполнения IP65 или IP67 с внутренними размерами 110x110x82 мм. Расположение плат и выносных элементов внутри корпуса показано на рис. 3. Контакты реле К1.2, К4.1 включают в разрыв провода выключателя питания инвертора. При монтаже силовых цепей необходимо соблюдать правила электробезопасности.

Рис. 3. Расположение плат и выносных элементов

Налаживание состоит в установке порогов переключения компаратора с помощью подстроечных резисторов R2 и R8, а также при возможном подборе резистора R18. Во время налаживания узел компаратора рекомендуется питать от внешнего регулируемого источника. Соединив перемычкой выводы коллектора и эмиттера транзистора VT2, сначала с помощью резистора R2 устанавливают нижний порог 12,2 В, затем с помощью R8 - верхний 13,8 В. Путем последовательных приближений добиваются четкого срабатывания компаратора при указанных значениях напряжения. После этого, убрав перемычку с выводов VT2, проверяют смещение нижнего порога до уровня 11,3 В. При необходимости подбирают резистор R18, временно заменив его подстроечным резистором сопротивлением 6,8...10 кОм. На этом налаживание можно считать законченным.

Литература

1. Герметизированные свинцово-кислотные аккумуляторы. - URL: powerinfo. ru/accumulator-pb.php.
2. Автомобильные кислотные аккумуляторы. - URL:  qrz. ru/schemes/ contribute/digest/avto20.shtml.
3. Как зарядить аккумулятор автомобиля. Рекомендации по эксплуатации и выбору. - URL: ydoma.info/avtomobil-kak-zaryadit-akkumulyator.html.
4. Особенности зарядки автомобильных аккумуляторов. - URL:  sevbat.com/consulting/1/.
5. Как проверить аккумулятор. - URL: al-vo.ru/o-zhizni/kak-proverit-akkumulyator.html.
6. Свинцово-кислотный аккумулятор. - URL: ru.wikipedia.org/wiki/ Свинцово-кислотный_аккумулятор.
7. Напряжение заряженного автомобильного аккумулятора. - URL: autogrep. ru/review/212.html.

Автор: Д. Панкратьев

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 Шимпанзе видят чужие намерения 11.03.2022 Мы различаем проступки, совершенные намеренно и совершенные по неосторожности или, например, в силу обстоятельств, и к проступкам по неосторожности (или по необходимости) относимся мягче. Точно так же ведут себя и шимпанзе. Немецкие ученые эксперимент, в котором обезьяны должны были отдать человеку некий предмет, а взамен получить угощение. Угощение было двух видов, получше и похуже. В некоторых случаях шимпанзе видели, что у человека есть выбор, что им дать, а в некоторых они видели, что выбора нет, что человек дает только то, что сам может взять. Шимпанзе, как оказалось, вполне способны были отличить собственные плохие намерения людей от силы обстоятельств. Если экспериментатор давал им угощение похуже, хотя вполне мог дать то, что получше, обезьяны в него просто плевали. Если же экспериментатор показывал шимпанзе, что он просто не может дать им что-то более вкусное, они относились к этому с полным пониманием. В другой серии опытов все было сложнее: один человек прятал от другого вкусное угощение, которое тот мог дать обезьянам. Шимпанзе все видели, а экспериментатор, который должен был их угостить, вел себя снова по-разному: он или показывал, что не понимает, что происходит, или давал понять, что знает, что более вкусная еда спрятана. В обоих случаях шимпанзе вели себя так, как если бы их не могли угостить вкусной едой по объективным обстоятельствам. Возможно, для обезьян здесь более важным было то, что человек своими глазами не видел, как прячут угощение: если не видел, то и не может знать, где оно, и мало ли как он себя ведет.

Другие интересные новости:

▪ AMOLED с большой диагональю

▪ Новые источники питания для светодиодов

▪ Прошивка мультимедийной системы повышает уровень шумоизоляции автомобиля

▪ N-канальные MOSFET- транзисторы типа STx9NK60ZD

▪ Электронные сигареты помогают бросить курить

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Сварочное оборудование. Подборка статей

▪ статья Я не умру, а буду жить, потому что я посеял семя словесное. Крылатое выражение

▪ статья Почему президент Джон Кеннеди пользовался особым уважением в вооруженных силах США? Подробный ответ

▪ статья Гачный узел со шлагом. Советы туристу

▪ статья Двухтактный усилитель на лампе 6С4С. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Монета и монетница для манипулирования. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025