Convertoarele de tensiune de la 12 la 220 V sunt utilizate ori de câte ori este nevoie să se conecteze dispozitive electrice care consumă curent de rețea standard la surse de tensiune alternativă. În multe cazuri, este posibil ca această rețea de alimentare să nu fie disponibilă. Utilizarea unui generator autonom pe benzină necesită respectarea regulilor de întreținere a acestuia: monitorizarea constantă a nivelului combustibilului de funcționare, asigurarea ventilației. Utilizarea convertoarelor, completate cu baterii de vehicule, poate rezolva problema în cel mai bun mod posibil.
Conținut
Denumire și principiu de funcționare
Ce este un convertor de tensiune. Un dispozitiv electronic care modifică valoarea unui semnal de intrare. Acesta poate fi utilizat ca un dispozitiv care mărește sau scade valoarea tensiunii de intrare. Tensiunea de intrare după conversie își poate modifica atât magnitudinea, cât și frecvența. Dispozitivele care schimbă tensiunea continuă (o convertesc) într-un semnal de ieșire de curent alternativ se numesc invertoare.
Convertoarele de tensiune sunt utilizate atât ca unități independente care furnizează energie de curent alternativ consumatorilor, cât și ca unități care pot fi încorporate în alte produse: sisteme și surse de alimentare neîntreruptibilă, amplificatoare de curent continuu la tensiunea necesară.
Invertoarele sunt generatoare de tensiuni armonice. O sursă de curent continuu este creată prin intermediul unui circuit de control special pentru a comuta periodic polaritatea. Rezultatul este un semnal de tensiune alternativ pe contactele de ieșire ale dispozitivului la care este conectată sarcina. Magnitudinea (amplitudinea) și frecvența sa sunt determinate de circuitul invertorului.
Dispozitivul de control (controlerul) stabilește frecvența de comutare a sursei și forma semnalului de ieșire, iar amplitudinea acestuia este determinată de elementele etajului de ieșire al circuitului. Acestea sunt proiectate pentru puterea maximă consumată de sarcină în circuitul de curent alternativ.
Controlerul este, de asemenea, utilizat pentru a controla semnalul de ieșire, ceea ce se realizează prin controlul lățimii impulsului (creșterea sau reducerea lățimii impulsului). Informațiile privind modificările valorii semnalului de ieșire către sarcină sunt transmise înapoi la controler printr-un circuit de reacție, care este utilizat pentru a forma semnalul de control pentru a menține parametrii necesari. Această metodă se numește semnal PWM (Pulse Width Modulation).
Circuitele de comutare a ieșirii de putere a invertorului de 12 V pot utiliza tranzistoare bipolare compozite de mare putere, tiristoare cu stare solidă și tranzistoare cu efect de câmp. Circuitele de control se bazează pe microcircuite, care sunt dispozitive gata de utilizare cu funcțiile necesare (microcontrolere), special concepute pentru astfel de convertoare.
Circuitele de control furnizează secvența de taste pentru a se asigura că ieșirea invertorului furnizează semnalul necesar pentru funcționarea normală a dispozitivelor de consum. În plus, circuitul de control trebuie să asigure simetria tensiunii de ieșire de jumătate de undă. Acest lucru este deosebit de important pentru circuitele care utilizează transformatoare de impulsuri la ieșire. Trebuie evitată componenta de curent continuu a tensiunii, care poate apărea dacă nu se menține simetria.
Există multe variante de circuite de invertor de tensiune (VI), dar există 3 variante de bază:
- Un invertor cu punte fără transformator IN;
- Transformator UUT cu conductor neutru;
- Circuit de punte cu un transformator.
Fiecare dintre ele este utilizat în domeniul său, în funcție de sursa de alimentare utilizată în acesta și de puterea de ieșire necesară pentru alimentarea consumatorilor. Fiecare trebuie să aibă elemente de protecție și de semnalizare.
Protecția împotriva subtensiunii și supratensiunii sursei de curent continuu determină domeniul de funcționare "de intrare" al invertoarelor. Protecția împotriva supratensiunilor și a subtensiunilor la ieșirea de curent alternativ este necesară pentru funcționarea normală a echipamentului consumatorului. Intervalul de declanșare este setat în funcție de cerințele sarcinii utilizate. Aceste tipuri de protecție sunt reversibile, adică funcționarea poate fi restabilită atunci când echipamentul este readus la normal.
În cazul în care protecția s-a declanșat din cauza unui scurtcircuit în sarcină sau a unei creșteri excesive a curentului de ieșire, trebuie efectuată o analiză amănunțită a cauzei evenimentului înainte ca echipamentul să poată continua să funcționeze.
Invertorul de 12 V este cel mai potrivit pentru crearea unei surse de alimentare locale. Disponibilitatea unui număr mare de autoturisme și a bateriilor de 12 V c.c. permite ca acestea să fie utilizate pentru a satisface cererile utilizatorilor. Astfel de rețele pot fi instalate într-o varietate de locații, începând de la propria mașină. Acestea sunt mobile și nu depind de un loc de parcare.
Convertoare de la 12 V la 220 V
Convertoarele simple de la 12 la 220 sunt concepute pentru cerințe de putere redusă. Cerințele față de calitatea tensiunii de alimentare de ieșire și față de forma semnalului sunt scăzute. Circuitele lor clasice nu utilizează microcontrolere PWM. Flip-flop-ul asamblat cu elemente logice I-Ne generează impulsuri electrice cu o frecvență de repetiție de 100 Hz. Un declanșator D este utilizat pentru a crea un semnal antifazat. Acesta împarte frecvența oscilatorului principal cu 2. Semnalul de contra-fază sub formă de impulsuri pătrate este generat la ieșirile directe și inverse ale declanșatorului.
Acest semnal, prin intermediul elementelor tampon de pe elementele logice, NU controlează circuitul de ieșire al invertorului, care este construit pe tranzistoare cheie. Puterea acestora determină puterea de ieșire a invertoarelor.
Tranzistoarele pot fi tranzistoare bipolare compozite și tranzistoare cu efect de câmp. Circuitele de drenaj sau de colector includ jumătate din primarul transformatorului. Înfășurarea secundară a acestuia este proiectată pentru o tensiune de ieșire de 220V. Deoarece declanșatorul împarte frecvența multivibratorului de 100 Hz cu 2, frecvența de ieșire va fi de 50 Hz. Această valoare este necesară pentru alimentarea marii majorități a echipamentelor electrice și radio casnice.
Toate componentele circuitului sunt alimentate de la bateria vehiculului, cu elemente suplimentare de stabilizare și protecție împotriva interferențelor de înaltă frecvență. Bateria însăși este, de asemenea, protejată împotriva acestora.
Circuitele simple ale invertorului nu includ elemente de protecție sau de control automat. Frecvența semnalului de ieșire este determinată de alegerea condensatorului și a rezistenței de rezistență incluse în circuitul oscilatorului principal. Cea mai simplă protecție împotriva unui scurtcircuit în sarcină este o siguranță în circuitul de alimentare a bateriei mașinii. Prin urmare, ar trebui să fie întotdeauna disponibil un set de siguranțe de rezervă.
Cele mai puternice convertoare moderne de curent continuu în curent alternativ utilizează un circuit diferit. Controlerul PWM stabilește modul de funcționare. Acesta determină, de asemenea, amplitudinea și frecvența semnalului de ieșire.
Circuitul convertor de 2000W (12V+220V+2000W) utilizează conectarea în paralel a elementelor active de putere în etajele de ieșire pentru a obține puterea de ieșire necesară. În acest proiect de circuit, curenții tranzistoarelor sunt adăugați împreună.
Dar o modalitate mai fiabilă de creștere a parametrului de putere este combinarea mai multor convertoare DC/DC ca intrare la un invertor comun DC/AC (curent continuu/curent alternativ), a cărui ieșire este utilizată pentru a conecta o sarcină de mare putere. Fiecare invertor DC/DC este format dintr-un invertor cu o ieșire de transformator și un redresor pentru tensiunea respectivă. La bornele de ieșire este prezentă o tensiune continuă de aproximativ 300 V. Toate sunt conectate în paralel la ieșire.
Este dificil să obțineți mai mult de 600 W de putere de la un singur invertor. Întregul circuit al unității este alimentat de tensiunea bateriei.
Aceste circuite sunt prevăzute cu toate tipurile de protecție, inclusiv protecție termică. Senzorii de temperatură sunt montați pe suprafețele radiatoarelor tranzistoarelor de ieșire. Acestea generează o tensiune în funcție de gradul de căldură. Un dispozitiv de prag îl compară cu punctul de referință din faza de proiectare și dă un semnal de oprire a unității cu o alarmă corespunzătoare. Fiecare tip de protecție are o alarmă proprie, adesea sonoră.
Răcirea forțată suplimentară se aplică prin intermediul unui răcitor de aer instalat în carcasă, care se activează automat la comanda senzorului termic respectiv. În plus, carcasa în sine este un radiator fiabil, deoarece este fabricată din metal ondulat.
În funcție de forma semnalului de tensiune de ieșire
Convertoarele de tensiune monofazate pot fi împărțite în două grupe:
- Cu o ieșire de undă sinusoidală pură;
- Cu o formă de undă de ieșire sinusoidală modificată.
În primul grup, un convertor de înaltă frecvență produce o tensiune constantă. Valoarea sa este apropiată de amplitudinea semnalului sinusoidal care este necesar la ieșirea dispozitivului. Într-un circuit în punte, o componentă foarte apropiată de o formă de undă sinusoidală este extrasă din această tensiune continuă prin modularea lățimii impulsurilor de către regulator și un filtru trece-jos. Tranzistoarele de ieșire se deschid de mai multe ori în fiecare jumătate de perioadă pentru o lege armonică variabilă în timp.
O undă sinusoidală pură este necesară pentru dispozitivele care au ca intrare un transformator sau un motor. Majoritatea dispozitivelor actuale permit o tensiune a cărei formă se apropie de o undă sinusoidală. Produsele cu surse de alimentare cu comutație au cerințe deosebit de scăzute.
Unități de transformare
Convertoarele de tensiune pot conține transformatoare. În circuitele invertoare, acestea sunt implicate în funcționarea generatoarelor de blocare, care produc impulsuri cu o formă apropiată de cea a unui val pătrat. Un transformator de impulsuri este utilizat ca parte a unui astfel de oscilator. Înfășurările sunt conectate în așa fel încât să se creeze o reacție pozitivă, care are ca rezultat o oscilație amortizată.
Miezul magnetic este realizat dintr-un aliaj care are o lățime de bandă magnetică mare. Acest lucru asigură funcționarea nesaturată a transformatorului. Diferite tipuri de ferită, permalloy au aceste proprietăți.
Generatoarele de blocare a transformatoarelor au fost înlocuite de multivibratoare. Multivibratoarele utilizează circuite de ultimă generație și au o stabilitate a frecvenței mai mare decât predecesorii lor. În plus, circuitele multivibratoare pot modifica frecvența de funcționare a oscilatorului într-un mod simplu.
În modelele moderne de invertoare, transformatoarele funcționează în etajele de ieșire. Cablul de la punctul central al înfășurării primare alimentează colectorii sau drenajul tranzistoarelor utilizate în acestea cu o tensiune de alimentare a bateriei. Înfășurările secundare sunt calculate, cu ajutorul unui raport de transformare, la tensiunea alternativă de 220V. Aceasta este valoarea utilizată pentru alimentarea cu energie electrică a majorității consumatorilor casnici.
Articole conexe:
