Перетворювач постійної напруги 12 В акумулятора змінну напругу 220 В 50 Гц. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Перетворювачі напруги, випрямлячі, інвертори

 Коментарі до статті

У літературі описано безліч перетворювачів напруги, але всі вони мають серйозні недоліки. Мною спроектовано перетворювач, позбавлений цих недоліків. При цьому я виходив із таких критеріїв:

1. Максимальна потужність, що віддається в навантаження, повинна бути не менше ніж 1 кВт. Ця умова змусила відмовитися від потужних транзисторів у силовій частині (які є "хворим місцем" у перетворювачах потужності 100-300 Вт) та застосувати потужні триністори.

2. Близька до синусоїдальної форма вихідної напруги на виході перетворювача досягається підбором ємності конденсатора, підключеного паралельно до навантаження або застосуванням силової частини інверторів струму.

3. Усунення "наскрізних" струмів. Ця проблема дуже актуальна і у тому, що час включення транзистора чи триністора менше часу вимкнення, тобто. один прилад включається і подає струм первинну обмотку трансформатора, а другий, який вже повинен бути вимкнений в цей момент, також подає струм в обмотку. Цю проблему я вирішив, зменшивши тривалість керуючих імпульсів на час, достатній для повного закриття тріністора.

4. Автоматичне вимкнення пристрою при глибокій розрядці акумулятора досягається використанням граничного пристрою.

5. Автоматичне включення перетворювача при зникненні електроенергії та заряджання акумулятора (з відключенням від зарядного пристрою при повному розряді) за наявності напруги в мережі забезпечені застосуванням схеми на реле та автоматичного зарядного пристрою.

Функціональна схема перетворювача показано на рис.1.

За наявності напруги 220 В підключено до мережі, а акумулятор - до зарядного пристрою. При зникненні напруги мережі подається напруга 12 В акумулятора на перетворювач напруги і підключається до нього навантаження. Всі ці операції виконує пристрій перемикання, до складу якого входить автоматичний зарядний пристрій.

Задає генератор (ЗГ) виробляє прямокутні імпульси тривалістю 10 мс частотою 50 Гц. З виходів ЗГ імпульси надходять на лінію затримки (ЛЗ) та одновібратор. ЛЗ служить у тому, щоб рівень лог."1" прийшов схему збігу на 1 мкс пізніше, ніж імпульс з одновибратора. Тривалість імпульсу одновібратора віднімається від тривалості імпульсу ЗГ і повинна бути більшою за тривалість замикання застосовуваних триністорів. Вихідний формувач імпульсів (ВФ) видає керуючі імпульси на керуючі електроди тріністорів силової частини (СЧ).

Принципова схема системи керування силовою частиною перетворювача напруги показана на рис.2, а діаграми напруг у характерних точках – на рис.3.

(Натисніть для збільшення)

ЗГ виконаний на елементах І-НЕ DD1.1, DD1.2. Частота імпульсів з його виході виставляється з допомогою частотоміра підбором резистора R1. Імпульси частоти 50 Гц надходять через ЛЗ на ланцюжку, що інтергрує, R2C2 на вхід DD1.4. Час затримки імпульсу приблизно 1 мкс. На вхід 13 DD1.4 надходять імпульси одновібратора DD2.1, що запускають імпульсами якого є позитивні перепади напруги імпульсів ЗГ. Тривалість імпульсів одновібратора визначається елементами R3C3. Лінія затримки застосована для того, щоб позитивний перепад напруги імпульсу ЗГ прийшов на вхід 12 DD1.4 пізніше, ніж з'явиться негативний перепад напруги імпульсу одновібратора на вході 13 DD1.4, і не було негативного сплеску імпульсу на базі транзистора VТ1 тривалістю, що дорівнює тригера DD2.1.

Тривалість імпульсів одновібратора обрана рівною приблизно 20 мкс з розрахунку надійного закриття триністорів силової частини типу ТЧ125, час включення яких дорівнює 6 мкс. При застосуванні інших типів триністорів необхідно перерахувати номінали R3 та С3. З колектора транзистора VT2 знімається позитивний керуючий імпульс тривалістю 9,98 мкс. Аналогічно виробляється імпульс Uу2, що у протифазі з імпульсом Uу1. Потужність і номінал резисторів R8 і R9 вибирають відповідно до типу застосовуваних транзисторів: R9 = R8 < 12 B/Iоткр, PR8 = PR9 = = 144/R8 = 144/R9.

Якщо в перетворювачі напруги використовувати кілька послідовно включених акумуляторів, то значно зменшаться габарити трансформатора Т1, і для отримання необхідної потужності навантаження можна підібрати триністори з меншим струмом.

Схемне рішення силової частини перетворювача найбільш просто можна вирішити, застосувавши потужні тиристори, що замикаються (рис.4).

Навантаженням інвертора є первинна обмотка трансформатора Т1. Навантаження 220 підключається до вторинної обмотки трансформатора. Трансформатор розраховують за методикою, що неодноразово публікувалася у навчальній літературі. Паралельно навантаженню підключають конденсатор для отримання форми напруги, близької до синусоїдальної. Його ємність залежить від навантаження, її визначають експериментально.

За наявності керуючого імпульсу Uу1 включені тиристори VS1 та VS4 та вимкнені VS2 та VS3. Обмотка трансформатора w1 підключається лівим кінцем до позитивної шини живлення, а правим - до негативної, струм iн тече, як зазначено на рис.4. За відсутності Uу1 та наявності Uу2 VS1 та VS4 вимкнені, напруга та струм обмотки w1 змінюють напрямок.

При замиканні VS1 і VS4 в момент t2, незважаючи на надходження імпульсу, що відмикає на VS2 і VS3, струм навантаження iн через присутності індуктивності Lн буде прагнути зберегти свій напрям. Щоб після замикання VS1 і VS4 відкрити шлях струму навантаження, тиристори зашунтовані діодами VD10 - VD40. Тому струм навантаження iн при t2

Складнішим схемним рішенням побудови силової частини перетворювача є застосування інвертора струму, показаного на рис.5.

Інвертори струму з індуктивно-тиристорним регулятором широко використовуються в промисловості, наприклад, в агрегатах безперебійного живлення, їх потужність досягає сотень кіловат. Форма вихідної напруги близька до синусоїдальної, що дозволяє використовувати їх без фільтрів на стороні змінного струму.

Через велику індуктивність дроселя, що згладжує Ld, струм інвертора id (струм джерела Е) можна вважати ідеально згладженим. Позитивним імпульсом Uу1 відкриваються тиристори VS1 та VS4, позитивним імпульсом Uу2 – тиристори VS2 та VS3. Вхідний струм інвертора id завдяки періодичному перемиканню, яке здійснюється тиристорами, перетворюється на діагоналі моста на змінний струм прямокутної форми. Конденсатор Ск - комутуючий. Він служить для створення замикаючої напруги на транзисторах.

Для усунення сильної залежності напруги від величини навантаження застосований регульований перетворювач змінної напруги з індуктивним навантаженням (елементи VS5, L). Споживаний ним струм має 1-ю гармоніку, фазовий зсув якої щодо напруги завжди дорівнює π/2. Амплітуда 1-ї гармоніки струму залежить від кута управління α, який дорівнює фазовому зсуву керуючих імпульсів на VS5 щодо моменту зміни напруги Uн. Тому дана схема перетворювача напруги сприймається як керована індуктивність. Регулюючи iL зміною кута з допомогою схеми управління, необхідно встановити такий же струм iL, при якому кут зсуву між струмом iн і напругою Uн залишався незмінним, тоді напруга на навантаженні буде постійним при зміні струму навантаження.

Формули для розрахунку Ск, Ld, L. Для нормальної комутації кут зсуву між напругою і струмом повинен бути β≥ωtвикл, де ω = =2πf = 314 c-1 кутова частота; tвикл - час вимикання тиристора; tgβ = = bc/(yнсosϕн tgϕн), де bc = ωC модуль провідності конденсатора Ск; yн = 1/zн модуль провідності навантаження.

Активна потужність навантаження Рн = Еid = =Uнiнcosϕ.

Реактивна потужність конденсатора Qc = U2нωСк.

Реактивна потужність навантаження Qн = Рнtgϕн.

Реактивна потужність, споживана інвертором Qі = Qc – Qн.

Напруга на навантаженні Uн = 0,35πЕ[1 + (ωCк /yн cosϕн - tgϕн)2]1/2. Ємність Ск = Рн(tgβ + tg)/ωU2н.

Індуктивність дроселя Ld≥ {E[1 - cos(β + π/6)]cosϕ}/72fPнcosβ, якщо β<π/6. Ld≥ E2sin2β/144fPнсos2β, якщо β≥π/6;

Індуктивне навантаження L≥1,4Unsin(α- π/2)/ωiL ≥ 1,4Uн.ωiL, де α - кут управління симістором VS5, iL = Iw1максsin(α - π/2). По струму iL вибирають також симістор VS.

Принципова схема керування симістором VS5 показана на рис.6. Ця схема побудована на одновібратор DD2.1, який видає імпульси тривалістю не більше 10 мс (підбирають ємність конденсатора С1). Запускають одновібратор імпульси зі схеми керування (рис.2). Тривалість імпульсів регулюють резистором R1. З колектора транзистора VT2 знімаються імпульси керування симістором Uу3. Номінал і потужність резистора R3 залежать від струму відкривання вибраного симістора VS5 в силовій частині: R3 < E/Iоткр; РR3 = = E2/R3.

Якщо необхідна потужність навантаження вбирається у 200...300 Вт, силову частину перетворювача можна виконати на транзисторах за схемою рис.7. Відсутність ефекту "наскрізних струмів" забезпечено схемним рішенням системи управління рис.2.

Автор: А.Н.Маньковський

Дивіться інші статті розділу Перетворювачі напруги, випрямлячі, інвертори.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Бур'яни як паливо 06.09.2000 Давно помічено, що бур'яни ростуть значно швидше, ніж культурні рослини, не бояться шкідників, хвороб, посухи та не вимагають родючих ґрунтів. Використовувати цю життєву силу шкідливі рослини мають намір в Іспанії. У двох провінціях на півночі країни збираються до 2002 року побудувати електростанції, паливом для котлів яких служитиме будяка. На кожну з двох ТЕЦ на рік знадобиться сто тисяч тонн бур'янів. Для цього планують засіяти будяком 5000 га непридатних посушливих земель, де ніщо інше рости не може. Причому іспанці мають намір застосувати спеціально виведений гігантський сорт колючого бур'яну: його стебла мають висоту до трьох метрів, а коріння сягає ґрунту на сім метрів. Селекціонери з Сільськогосподарського інституту в Мадриді спочатку зазнали невдачі: виведений сорт будяків виявився надто солодким, і його паростки охоче поїдали польовими мишами. Тоді в рослину ввели ген, що надає гіркоти, і миші відстали.

Інші цікаві новини:

▪ Виміряно масу нейтрино

▪ Роботів навчили бути цікавими

▪ Екологічна упаковка з томатного бадилля

▪ Контейнеровоз на метанолі

▪ Перетворювачі рівня Texas Instruments SN74AXC

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Основи безпечної життєдіяльності (ОБЖД). Добірка статей

▪ стаття Чехов Антон Павлович. Знамениті афоризми

▪ стаття Як аргонавтам вдалося заволодіти золотим руном? Детальна відповідь

▪ стаття Срібло металів. Поради радіоаматорам

▪ стаття Доопрацювання мультиметра DTI82. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Папір, що зростається. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024