Przetwornica napięcia od 12 do 220 V znajduje zastosowanie tam, gdzie istnieje potrzeba podłączenia urządzeń elektrycznych pobierających standardowy prąd sieciowy do źródła napięcia przemiennego. W wielu przypadkach ta sieć jest niedostępna. Korzystanie z autonomicznego generatora benzyny wymaga przestrzegania zasad jego konserwacji: stałego monitorowania poziomu paliwa roboczego, wentylacji. Zastosowanie konwerterów wraz z akumulatorami samochodowymi pozwala w najlepszy sposób rozwiązać problem.
Zawartość
Cel i zasada działania
Co to jest konwerter napięcia. To nazwa urządzenia elektronicznego, które zmienia wielkość sygnału wejściowego. Może być używany jako urządzenie podwyższające lub obniżające. Napięcie wejściowe po konwersji może zmieniać zarówno jego wielkość, jak i częstotliwość.Takie urządzenia, które zmieniają napięcie DC (konwertują je) na sygnał wyjściowy AC, nazywane są falownikami.
Przetwornice napięcia znajdują zastosowanie zarówno jako samodzielne urządzenie zasilające odbiorców w energię AC, jak i mogą być częścią innych produktów: systemów i zasilaczy bezprzerwowych, urządzeń do podwyższania napięcia stałego do wymaganej wartości.
Falowniki są generatorami napięcia oscylacji harmonicznych. Źródło prądu stałego wykorzystujące specjalny obwód sterujący tworzy tryb okresowego przełączania polaryzacji. W efekcie na stykach wyjściowych urządzenia, do którego podłączone jest obciążenie, generowany jest sygnał napięcia przemiennego. Jego wartość (amplituda) i częstotliwość są określane przez elementy obwodu przekształtnika.
Urządzenie sterujące (kontroler) ustawia częstotliwość przełączania źródła i kształt sygnału wyjściowego, a jego amplituda jest określana przez elementy stopnia wyjściowego obwodu. Są one oceniane na maksymalną moc, jaką obciążenie będzie pobierać z obwodu prądu przemiennego.
Sterownik służy również do sterowania wielkością sygnału wyjściowego, co uzyskuje się poprzez sterowanie czasem trwania impulsów (zwiększanie lub zmniejszanie ich szerokości). Informacja o zmianach wartości sygnału wyjściowego przy obciążeniu trafia do sterownika przez obwód sprzężenia zwrotnego, na podstawie którego generowany jest w nim sygnał sterujący w celu zapisania niezbędnych parametrów. Ta technika nazywana jest sygnałami PWM (modulacja szerokości impulsu).
W obwodach kluczy wyjściowych mocy konwertera napięcia 12 V można zastosować potężne kompozytowe tranzystory bipolarne, tyrystory półprzewodnikowe i tranzystory polowe. Obwody kontrolerów są zaimplementowane na mikroukładach, które są gotowymi do użycia urządzeniami z niezbędnymi funkcjami (mikrokontrolerami), specjalnie zaprojektowanymi do takich konwerterów.
Obwód sterujący zapewnia sekwencję działania klawiszy, aby zapewnić na wyjściu falownika sygnał niezbędny do normalnej pracy urządzeń konsumenckich. Ponadto obwód sterujący musi zapewniać symetrię półfal napięcia wyjściowego. Jest to szczególnie ważne w przypadku obwodów, które wykorzystują na wyjściu transformatory impulsowe podwyższające napięcie. Dla nich pojawienie się stałej składowej napięcia, która może pojawić się, gdy symetria zostanie zerwana, jest niedopuszczalne.
Istnieje wiele opcji budowy obwodów falownika napięcia (VIN), ale wyróżnia się 3 główne z nich:
- W mostek beztransformatorowy;
- transformator IN z przewodem neutralnym;
- obwód mostkowy z transformatorem.
Każdy z nich znajduje zastosowanie w swojej dziedzinie, w zależności od zastosowanego w nim źródła zasilania oraz wymaganej mocy wyjściowej do odbiorników energii. Każdy z nich musi być wyposażony w elementy ochrony i sygnalizacji.
Zabezpieczenie podnapięciowe i nadnapięciowe źródła prądu stałego określa zakres pracy falowników „na wejściu”. Ochrona przed wysokim i niskim wyjściowym napięciem przemiennym jest niezbędna do normalnej pracy urządzeń konsumenckich. Zakres roboczy jest ustawiany zgodnie z wymaganiami stosowanego obciążenia.Te rodzaje ochrony są odwracalne, to znaczy, gdy parametry sprzętu zostaną przywrócone do normy, praca może zostać przywrócona.
Jeżeli zabezpieczenie zadziała z powodu zwarcia w obciążeniu lub nadmiernego wzrostu prądu wyjściowego, przed dalszą eksploatacją sprzętu konieczna jest dokładna analiza przyczyn tego zdarzenia.
Przetwornica 12V jest najbardziej odpowiednia do stworzenia lokalnej sieci energetycznej. Obecność dużej liczby samochodów i akumulatorów 12V DC pozwala na ich wykorzystanie w celu zaspokojenia potrzeb użytkowników. Takie sieci można tworzyć w różnych miejscach, zaczynając od własnego samochodu. Są mobilne i nie zależą od parkingu.
Odmiany konwerterów od 12 do 220 woltów
Proste konwertery od 12 do 220 są przeznaczone dla odbiorców o małej mocy. Wymagania dotyczące jakości napięcia zasilania wyjściowego i kształtu sygnału są niskie. Ich klasyczne układy nie wykorzystują mikrokontrolerów PWM. Multiwibrator, zmontowany na elementach logicznych AND-NOT, generuje impulsy elektryczne z częstotliwością powtarzania 100 Hz. D-flip-flop służy do tworzenia sygnału przeciwfazowego. Dzieli częstotliwość oscylatora głównego przez 2. Sygnał antyfazy w postaci prostokątnych impulsów jest generowany na wyjściach wyzwalania bezpośredniego i odwrotnego.
Sygnał ten, poprzez elementy buforowe na elementach logicznych, NIE steruje obwodem wyjściowym przetwornika, zbudowanym na kluczowych tranzystorach. Ich moc określa moc wyjściową falowników.
Tranzystory mogą być kompozytowe, bipolarne i polowe. Obwody zlewozmywakowe lub kolektorowe obejmują połowę uzwojenia pierwotnego transformatora. Jego uzwojenie wtórne jest przystosowane do napięcia wyjściowego 220 V.Ponieważ przerzutnik podzielił częstotliwość multiwibratora 100 Hz przez 2, częstotliwość wyjściowa wyniesie 50 Hz. Taka wartość jest niezbędna do zasilania zdecydowanej większości domowego sprzętu elektrycznego i radiowego.
Wszystkie elementy obwodu zasilane są z akumulatora pojazdu, wykorzystując dodatkowe elementy do stabilizacji i ochrony przed zakłóceniami wysokoczęstotliwościowymi. Sama bateria jest również przed nimi chroniona.
W obwodach prostych przekształtników nie przewiduje się elementów ochrony i automatycznego sterowania. Częstotliwość sygnału wyjściowego jest określona przez dobór pojemności kondensatora i rezystancji rezystora zawartego w obwodzie oscylatora głównego. Jako najprostsze zabezpieczenie przed zwarciem w obciążeniu zastosowano bezpiecznik w obwodzie akumulatora samochodowego zasilającego obwód. Dlatego zawsze konieczne jest posiadanie zapasowego zestawu wkładek bezpiecznikowych.
Mocniejsze nowoczesne konwertery DC-AC są wykonane według innych schematów. Sterownik PWM ustawia tryb pracy. Określa również amplitudę i częstotliwość sygnału wyjściowego.
Obwód przekształtnika o mocy 2000 W (12 V+220 V+2000 W) wykorzystuje równoległe połączenie elementów czynnych mocy w stopniach wyjściowych w celu uzyskania wymaganej mocy wyjściowej. W tym obwodzie prądy tranzystorów są sumowane.
Jednak bardziej niezawodnym sposobem na zwiększenie parametru mocy jest połączenie kilku przetwornic DC/DC jako sygnału wejściowego wspólnego falownika DC/AC (prąd stały/prąd przemienny), którego wyjście służy do podłączenia dużego obciążenia.Każda z przetwornic DC/DC składa się z falownika z wyjściem transformatora oraz prostownika na to napięcie. Na zaciskach wyjściowych jest stałe napięcie około 300 V. Wszystkie są połączone równolegle na wyjściu.
Z jednego falownika trudno uzyskać więcej niż 600 W mocy. Cały obwód urządzenia zasilany jest napięciem akumulatora.
Takie obwody są wyposażone we wszystkie rodzaje ochrony, w tym ochronę termiczną. Czujniki temperatury są montowane na powierzchni radiatorów tranzystorów wyjściowych. Generują napięcie w zależności od stopnia nagrzania. Urządzenie progowe porównuje go z ustawionym na etapie projektowania i wydaje sygnał zatrzymania urządzenia z odpowiednim alarmem. Każdy rodzaj ochrony wyposażony jest we własne urządzenie sygnalizacyjne, często dźwiękowe.
Stosowane jest również dodatkowe wymuszone chłodzenie za pomocą zamontowanej w obudowie chłodnicy powietrza, która uruchamia się automatycznie na polecenie odpowiedniego czujnika termicznego. Ponadto sama obudowa jest niezawodnym radiatorem, ponieważ jest wykonana z blachy falistej.
Zgodnie z przebiegiem napięcia wyjściowego
Jednofazowe przetwornice napięcia można podzielić na dwie grupy:
- z czystą falą sinusoidalną na wyjściu;
- ze zmodyfikowaną falą sinusoidalną.
W falownikach z pierwszej grupy przetwornica wysokiej częstotliwości wytwarza stałe napięcie. Jego wartość jest zbliżona do amplitudy sygnału sinusoidalnego, który jest wymagany do uzyskania na wyjściu urządzenia.W obwodzie mostkowym element, który jest bardzo zbliżony do kształtu sinusoidy, jest oddzielany od tego napięcia stałego przez modulację szerokości impulsu sterownika i filtr dolnoprzepustowy. Tranzystory wyjściowe otwierają się kilka razy w każdym półcyklu przez czas, który zmienia się zgodnie z prawem harmonicznym.
Czysta fala sinusoidalna jest niezbędna w przypadku urządzeń, które mają na wejściu transformator lub silnik. Główna część nowoczesnych urządzeń umożliwia zasilanie napięciem, którego kształt w przybliżeniu przypomina sinusoidę. Szczególnie niskie wymagania stawiają produkty z zasilaczami impulsowymi.
Urządzenia transformatorowe
Przetwornice napięcia mogą zawierać transformatory. W obwodach falownika biorą udział w działaniu oscylatorów blokujących, które generują impulsy o kształcie zbliżonym do prostokąta. W ramach takiego generatora stosowany jest transformator impulsowy. Jego uzwojenia są połączone w taki sposób, aby wytworzyć dodatnie sprzężenie zwrotne, w wyniku czego powstają nietłumione oscylacje.
Obwód magnetyczny (rdzeń) wykonany jest ze stopu o dużej pojemności pola magnetycznego. Dzięki temu transformator pracuje w trybie nienasyconym. Te właściwości mają różne rodzaje ferrytów, permalloy.
Multiwibratory zastąpiły generatory blokujące transformatory. Wykorzystują nowoczesną podstawę elementów i mają wyższą stabilność częstotliwości w porównaniu do swoich poprzedników. Ponadto w obwodach multiwibratorowych zmianę częstotliwości pracy generatora uzyskuje się w prosty sposób.
W nowoczesnych modelach falowników transformatory pracują na stopniach wyjściowych.Poprzez wyjście z punktu środkowego uzwojenia pierwotnego do kolektorów lub drenów stosowanych w nich tranzystorów dostarczane jest napięcie zasilania z akumulatora. Uzwojenia wtórne są obliczane na podstawie współczynnika transformacji dla napięcia przemiennego 220 V. Wartość ta jest wykorzystywana do zasilania większości domowych odbiorników.
Podobne artykuły:
