Bt-teh.ru

БТ Тех
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое инвертор, он же преобразователь напряжения с 12 на 220 Вольт

Что такое инвертор, он же преобразователь напряжения с 12 на 220 Вольт?

Инвертор (в узком электротехническом понимании этого слова) – это устройство для преобразования постоянного тока в переменное с изменением величины действующего значения напряжения. В ещё более узком – преобразователь постоянного напряжения (12, 24 или 48 В) в переменное 220 В.
И наконец, в радикально узком понимании – штуковина, позволяющая запитать от автомобильного аккумулятора различные бытовые приборы, рассчитанные на сетевое питание, а короче – весьма полезный и удобный в хозяйстве прибамбас!

Схема простого преобразователя напряжения 220 В, 50 Гц

Схема, изображённая на Рис.1, а также комментарии к ней заимствованы из книги М. А. Шустова «Практическая схемотехника», раздел — «Преобразователи напряжения».

Рис.1 Схема простого преобразователя напряжения 220 В, 50 Гц

«Максимальная выходная мощность преобразователя — 100 Вт, КПД — до 50%.
Задающий генератор выполнен по схеме традиционного симметричного мультивибратора, выполненного на транзисторах ѴТ1 и ѴТ2 (КТ815). Выходные каскады преобразователя собраны на составных транзисторах ѴТ3 и ѴТ4 (КТ825). Эти транзисторы устанавливают без изолирующих прокладок на общий радиатор.
Устройство потребляет от аккумулятора ток до 20 А. В качестве силового использован готовый сетевой трансформатор на 100 Вт (сечение центральной части железного сердечника — около 10 см2). У него должны быть две вторичные обмотки, рассчитанные на 8В/10А каждая. Для того, чтобы частота работы задающего генератора была равна 50 Гц, подбирают номиналы резисторов R1 и R2″.
Так как мультивибратор генерирует меандр с заваленными фронтами, а мощные эмиттерные повторители повторяют эту форму, то и в нагрузке будет протекать переменный ток, напоминающий по форме синусоиду и дополнительных мер по сглаживанию не требуется.

Схема простого преобразователя напряжения 220 В, 50 Гц

Значительно повысить КПД инвертора можно, если применить в качестве силовых каскадов не повторители напряжения, а транзисторы, работающие в ключевом режиме.
Такая модификация преобразователя приведена на Рис.2.

Рис.2 Схема простого преобразователя напряжения с повышенным КПД

Принцип работы преобразователя такой же, как и у предыдущего устройства. Задающий генератор (Т1, Т2) формирует два пара-фазных напряжения с частотой 50 Гц. Напряжения с выходов задающего генератора подаются на два однотипных ключевых каскада (Т3, Т4), которые коммутируют напряжение на первичной обмотке трансформатора. Поскольку мультивибратор генерирует меандр с заваленными фронтами, ключевые транзисторы срабатывают с некоторой задержкой, обуславливая формирование на выходе инвертора подобие модифицированного синусоидального напряжения.
С указанными на схеме элементами выходная мощность преобразователя составляет около 200 Вт. Дальнейшего повышения КПД и увеличения мощности инвертора можно добиться простой заменой биполярных ключевых элементов на мощные MOSFET транзисторы, как это показано на Рис.2.

Многочисленные и довольно популярные схемы инверторов, построенные на специализированных микросхемах для импульсных источников питания (типа TL494, TL594 и др.) обладают следующими преимуществами: высоким КПД и не менее высокой стабильность частоты, мало зависящей от напряжения питания и внешних условий.
Приведём для примера подобную схему импульсного преобразователя напряжения +12V в

220V мощностью 100W, опубликованную в журнале «Радиоконструктор» — 07 — 17.
Cхема простого импульсного преобразователя напряжения на микросхеме 561ИЕ8

Рис.4 Схема простого импульсного преобразователя напряжения на микросхеме 561ИЕ8

На элементах DD1.1, DD1.2 собран задающий генератор с частотой 500 Гц. Делитель на DD2 формирует две импульсные последовательности частотой 50 Гц со сдвинутыми на 180° фазами для управления силовыми ключами VT1 и VT2 двухтактного преобразователя.
Чтобы избежать сквозных токов переключения между выключением одного ключа и включением другого существует «мёртвая зона», равная 10% длительности периода. При подаче высокого уровня (логической «1») на вход «Блокировка» оба выходных ключа запираются.
Выходная мощность преобразователя ограничена мощностью силового трансформатора Т1 и максимальным допустимым током выходных транзисторов.
Коэффициент трансформации силового трансформатора Кт = 20.

Читать еще:  Как отрегулировать металопластиковые окна

В качестве выходных транзисторов подойдут IRFZ034 (15А), IRFZ044 и RG723A (30A), IRFZ046 (50A), IRFP064 (100А). Для надёжности устройства рекомендуется иметь двойной запас по току и тройной — по напряжению. Силовые цепи должны быть по возможности короче и выполнены проводами соответствующего сечения.

Создание преобразователей с чистым 50-герцовым синусом обычно сопряжено с использованием микроконтроллерных прибамбасов, что делает рассмотрение этого вопроса (для нас доблестных электронщиков) не таким уж и простым и в рамках данной статьи — нецелесообразным.

Стабилизаторы и преобразователи

Схема стабилизатора напряжения для питания трансивера (12В, 30А) Схема стабилизатора напряжения для питания трансивера (12В, 30А)

Описывается стабилизатор напряжения, который предназначен для питания полупроводникового трансивера от 11-16В при токах до 30А. Напряжение на его выходе можно регулировать в интервале + 11. 16В, а максимальный выходной ток у него — 30 А. Стабилизатор выполнен на мощном полевом транзисторе VT1 .

DC-DC преобразователь напряжения 12V в 18-19V для питания ноутбука (UC3843) DC-DC преобразователь напряжения 12V в 18-19V для питания ноутбука (UC3843)

Принципиальная схема несложного DC-DC преобразователя напряжения для питания ноутбука от источника +12В, построен на микросхеме UC3843 и транзисторе IRF530N. Обычно напряжение питания ноутбука находится в пределах 18-19V. Это не очень удобно, потому что при выходе из строя собственного блока питания или при работе в полевых .

Мощный блок питания на микросхеме LM317 и транзисторе КТ818 (2-30V) Мощный блок питания на микросхеме LM317 и транзисторе КТ818 (2-30V)

Cхема мощного блока питания на микросхеме LM317 и транзисторе КТ818, позволяет получить на выходе напряжение от 2 до 30 Вольт при токе до 5А. Позволит питать различные самодельные устройства, заряжать аккумуляторы и аккумуляторные батареи.

Схема преобразователя напряжения из +9В в +400В (К176ИЕ12, BS170) Схема преобразователя напряжения из +9В в +400В (К176ИЕ12, BS170)

Старая отечественная микросхема К176ИЕ12 выпускалась для работы в качестве задающего генератора в цифровых электронных часах. Она генерирует импульсы частотой 1 Гц, 2 Гц, периодом в одну минуту, а так же импульсы для опроса четырехразрядного динамического индикатора. Но на основе этой микросхемы .

Схема простого самодельного инвертора напряжения, из аккумулятора на 12В в 220В Схема простого самодельного инвертора напряжения, из аккумулятора на 12В в 220В

Обзор и принципиальная схема самодельного простого и мощного инвертора напряжения с +12В на 220 Вольт переменки.

Не изобретая велосипед, взял за основу стандартную схему на основе микросхемы К561ТМ2. Схема широко известна во всевозможных комбинациях в паре с биполярными транзисторами.

Двуполярный DC-DC преобразователь напряжения +5В в +-20В для питания от батарей Двуполярный DC-DC преобразователь напряжения +5В в +-20В для питания от батарей

Принципиальная схема самодельного DC-DC преобразователя напряжения для получения +-20В из +5В, можно использовать в батарейной радиоаппаратуре. Многие приборы и устройства, сделанные на операционных усилителях требуют двуполярного источника питания с относительной большой разностью потенциалов .

Автогенерация двух последовательно включенных транзисторов, схема преобразователя напряжения Автогенерация двух последовательно включенных транзисторов, схема преобразователя напряжения

Такой автогенератор изобретен 25.12.84 г. и описан в авторском свидетельстве СССР№1368950. Н02М 7/538, G05F1/08 под названием «Преобразователь напряжения В.Ю. Солонина». В нем впервые реализована автоматическая (с помощью автогенерации) передача электричества порциями через .

DC-DC преобразователь напряжения 12В в 40В на таймере серии 555 DC-DC преобразователь напряжения 12В в 40В на таймере серии 555

При выборе схемы DC-DC преобразователя сейчас обычно используют специализированные микросхемы, которых, в настоящее время выпускается великое множество. И все-же не имея возможности приобрести нужную специализированную микросхему DC-DC можно собрать на элементной базе об щего назначения .

DC-DC преобразователь напряжения 5В от USB-порта в 9В (LM3578AM) DC-DC преобразователь напряжения 5В от USB-порта в 9В (LM3578AM)

Схема простого преобразователя напряжения для питания устройств на 9В от USB-порта компьютера или ноутбука. В настоящее время USB является универсальным портом компьютера, к которому подключаются самые разные устройства. На USB выведен достаточно мощный источник напряжения 9V, поэтому многие .

DC-DC преобразователь напряжения 12В в 28В для питания индикаторов DC-DC преобразователь напряжения 12В в 28В для питания индикаторов

Согласитесь, очень удобно, когда на приборной панели вашего автомобиля есть цифровые электронные часы, с хорошо видимым контрастным дисплеем с четкими цифрами, не раздражающими зрение, гармонично сочетающиеся с дизайном приборной панели. К сожалению, найти в торговой сети автомобильные часы .

Тиристорный преобразователь частоты (ТПЧ)

В качестве элементной базы для устройств частотного управления электродвигателями используются силовые тиристоры и транзисторы. Несмотря высокое быстродействие и другие преимущества транзисторных ключей, тиристорные преобразователи частоты продолжают применяться и развиваться сейчас.

Сфера применения частотников на тиристорах – мощные электроприводы с высокими требованиями к перегрузочной способности. Благодаря способности выдерживать ток на порядок выше номинального значения, устройства широко используются в приводах механизмов на напряжение более 1000 В, в грузоподъемных машинах, высокоинерционном промышленном оборудовании.

Схема тиристорных преобразователей частоты

Преобразователи частоты с непосредственной связью

ПЧ с непосредственной связью с питающей электросетью или циклоконверторы преобразуют напряжение частотой 50 Гц в переменное напряжение с регулируемой фазой и частотой. Электронные ключи таких устройств – управляемые и неуправляемые тиристоры, включенные по встречно-параллельным, мостовым, перекрестным и нулевым схемам.

Преобразователи частоты с непосредственной связью

Частота напряжения, поступающего на обмотки двигателя, изменяется путем циклического отпирания и запирания электронных ключей.

Элементная база тиристорных частотников стоит значительно дешевле силовых быстродействующих транзисторов. Преобразователи частоты такого типа:

  • Отличаются высоким к.п.д. Электрические потери уменьшаются за счет однократного преобразования напряжения.
  • Обеспечивают устойчивые механические характеристики двигателя на низких скоростях. Прямое преобразование позволяет выдавать на обмотки электродвигателя напряжение низкой частоты без уменьшения амплитуды. Жесткость механических характеристик привода на невысоких скоростях при этом не снижается.
  • Позволяют возвращать энергию в сеть при электродинамическом торможении двигателя. Частотники с гальванической связью с питающей сетью позволяют свободно обмениваться электроэнергий в генераторном режиме двигателя.
Читать еще:  Окна века регулировка арматуру

Мощность преобразователей с непосредственной связью практически не ограничена. Такие электроприводы можно легко модернизировать путем подключения дополнительных тиристорных модулей.

Устройства такого типа также имеют недостатки:

  • Несинусоидальное выходное напряжение. Гармоники вызывают дополнительный нагрев двигателя, шум при работе оборудования. Кроме того, паразитные составляющие поступают в сеть и ухудшают качество электроэнергии.
  • Сложность регулирования скорости двигателя выше номинальной. Непосредственные преобразователи способны изменять частоту только в меньшую сторону.

Относительная сложность схемы управления. Связь входной и выходной частоты определяется выражением f_(1 )=(m_n×f_2)/(2(n-1)+m_n ); где mn – пульсность напряжения, n – число участков синусоид в полуволне выходного напряжения, f_(1 )и f_(2 )– частоты на входе и выходе. Таким образом, для создания крутящего момента и сдвига фаз на 1200 относительно друг друга необходимо обеспечить строгую временную последовательность отпирания и запирания тиристоров.

Схема управления тиристорных преобразователей

Так, основная сфера применения преобразователей частоты с гальванической связью с электросетью – низкоскоростные приводы мощного оборудования, а также двигатели механизмов, работающих с частыми остановками, перезапусками и реверсами.

Тиристорные преобразователи частоты с звеном постоянного тока

При необходимости регулирования скорости вращения вала выше номинальной частоты, а также при высоких требованиях к отсутствию паразитных гармоник, применяются частотные преобразователи на базе инвертора тока или инвертора напряжения.

Такие ПЧ дважды преобразуют напряжение: переменное напряжение сети выпрямляется, сглаживается и преобразуется обратно в переменное другой частоты.

Различают 2 схемы двойного преобразования: инвестор тока или напряжения.

В цепь первых включен дроссель с большой индуктивностью. На выходе преобразователя частоты поддерживается постоянная амплитуда тока, независимая от нагрузки.

Преобразователи частоты такого типа могут рекуперировать электроэнергию обратно в сеть в режиме электродинамического торможения, сфера их применения – оборудование и механизмы, работающие с частыми отключениями, реверсами и стартами.

В цепь преобразователя частоты, построенного по схеме инвертора напряжения, включен индуктивно-емкостной фильтр. Величина выходного напряжения таких устройств не зависит от тока, потребляемого электродвигателем.

Главное достоинство частотников – форма напряжения «чистый синус». Такое электрооборудование обеспечивают устойчивую работу привода во всем диапазоне регулирования скоростей.

Таким образом, ПЧ двойного преобразования:

  • Позволяют регулировать выходное напряжение в широком диапазоне частот: для устройств, построенных по схеме источника напряжения от 0 до 1500 Гц, для частотных преобразователей «инвертора тока» – 0-125 Гц. Частота ограничивается только быстродействием полупроводниковых элементов.
  • Не ухудшают работу двигателей. Выходное напряжение преобразователей частоты имеет форму, близкую к синусоиде.
  • Имеют небольшое количество тиристорных ключей по сравнению с преобразователями с непосредственной связью. Инверторные схемы не требуют синхронизации с сетью и сложной схемы управление открытием и закрытием элементов.
  • Нечувствительны к коротким замыканиям на выходе. Инверторы тока обеспечивают безаварийный режим при коротких замыканиях выходной цепи, а также возможность рекуперации электроэнергии в сеть.

К недостаткам частотников на базе схемы двойного преобразования относятся: невозможность работы инвертора тока на групповую нагрузку, зависимость искусственной коммутации от cosϕ и уровня нагрузки электродвигателя, значительная стоимость конденсатора или дросселя, снижение к.п.д. при двукратном преобразовании. Инверторы напряжения без дополнительных цепей также не обеспечивают возврат электроэнергии в сеть.

Принцип действия и схема тиристорного преобразователя для высоковольтных двигателей с фазным ротором.

Рассмотрим конструкцию тиристорного преобразователя частоты на базе каскадной схемы инвертора тока.

Принцип действия и схема тиристорного преобразователя для высоковольтных двигателей с фазным ротором

Силовой блок преобразователя состоит из 2 трехфазных управляемых мостов. Один из них подключен к сети через разделительный трансформатор. Второй включен в цепь обмоток ротора электродвигателя.

Такая схема обеспечивает обмен активной и реактивной мощностью между обмотками ротора и сетью электропитания, замедление двигателя в генераторном режиме с отдачей электричества в сеть.

Изменение угловой скорости вала достигается регулировкой частоты тока в цепи обмоток ротора двумя мостами на базе управляемых тиристоров, последовательно включенными между ротором и электросетью.

Изменение скорости возможно только в меньшую сторону, диапазон угловой частоты вала – от 0 до номинального. Частота тока регулируется уменьшением или увеличением углов отпирания и запирания управляемых полупроводниковых элементов. При регулировке роторный мост работает как выпрямитель, сетевой – как инвертор, возвращая активную мощность в сеть. При переводе привода в режим торможения, управляющие сигналы меняют фазу. Ток меняет направление и начинает протекать в цепи обмоток ротора, вызывая рекуперативное торможение. В таком режиме мост, подключенный к сети, работает как выпрямитель, роторный – в режиме инвертора. Рекуперация электроэнергии снижает ее расходы и уменьшает время торможения.

При проектировании привода с каскадными тиристорными преобразователями, следует учесть перегрузочную способность частотника в режиме торможения.

При электродинамическом торможении мост в роторной цепи должен работать с высокой коммутационной устойчивостью. В момент перевода в тормозной режим при высокой частоте вала двигателя ЭДС ротора имеет небольшого значение, угол коммутации тиристоров возрастает особенно при снижении напряжения сети. Коммутационная устойчивость моста снижается. Повысить устойчивость можно только путем ограничения тока ротора, что приводит к увеличению времени торможения и снижению тормозного момента. Таким образом, ограниченную перегрузочную способность при рекуперативном торможении необходимо учитывать при выборе типа частотника для приводов ответственных механизмов.

Читать еще:  Как отрегулировать монитор philips

При работе оборудования с изменяющейся нагрузкой на валу, требуется предусмотреть увеличение напряжения и уменьшение тока цепи сетевого моста. Это предотвратит срыв инвертора и позволит развить динамический момент на валу электродвигателя до 200% от номинального.

Каскадный тиристорный выпрямитель может работать на групповую нагрузку. Для многодвигательных приводов предусмотрено выравнивание тока и момента при старте двигателей и работе после разгона вала до заданной скорости.

Таким образом, тиристорные преобразователи частоты на базе каскадной схемы обеспечивают:

  • Управление моментом и скоростью электродвигателя с обратной связью и бездатчиковое регулирование в отношении 1:50 от номинальных величин.
  • Экономию электроэнергии путем снижения пусковых токов и рекуперации при торможении в режиме генератора.
  • Управление несколькими двигателями.
  • Электродинамическое торможение без дополнительного оборудования.
  • Изменение частоты вращения вала.
  • Работу электродвигателя в режиме короткозамкнутого ротора.

К недостаткам преобразователей относятся ограниченная коммутационная устойчивость мостов в динамическом режиме и при торможении, искажение формы напряжения сети (полная мощность при максимальной скорости в 1,5 раза больше номинальной). Недостатки тиристорных преобразователей устраняются установкой фильтров паразитных гармоник и коррекцией выходной мощности.

Заключение

В отдельных случаях тиристорные преобразователи не уступают частотникам на базе транзисторов IGBT. Главные их достоинства: относительно низкая стоимость и способность выдерживать ток, значительно превышающий номинальный. Применение преобразователей на управляемых и неуправляемых тиристорах ограничивает только быстродействие полупроводниковых элементов. Выбор частотника делается исходя из требований к электроприводу, технической и экономической эффективности того или иного устройства.

Преобразователи частоты на IGBT-транзисторах используют преимущественно в двигателях на напряжение до 660 В, высокоточных и полеорентированных приводах.

Тиристорные ПЧ устанавливают в схемах управления грузоподъемного оборудования, механизмов, работающих в повторно-кратковременных режимах и двигателях с динамической нагрузкой, а также в схемах управления высоковольтными электрическими машинами.

Схема инвертора напряжения 12В — 220 В

На рисунке приведена схема преобразователя напряжения 12В постоянного тока в 220 В переменного. Предлагаемый вариант преобразователя можно использовать для питания магнитолы, телевизионного приемника и других радиоэлектронных устройств с мощностью до 100 Вт.

Принципиальная схема

Преобразователь состоит из задающего генератора, выполненного по схеме симметричного мультивибратора на транзисторах VT1, VT2, и усилителя мощности на транзисторах VT3 — VT8. Он работает следующим образом.

При подаче питания выключателем SB1 мультивибратор начинает генерировать симметричные импульсы (меандр). С коллекторов транзисторов мультивибратора импульсы через цепочки R2C3 и R6C4 поступают на транзисторы двухтактного усилителя мощности. Когда на коллекторе транзистора VT1 высокий уровень напряжения, на коллекторе транзистора VT2 — низкий.

Рис. 1. Принципиальная схема инвертора напряжения с мощностью 100 Ватт.

В течение полупериода транзисторы VT4, VT6 и VT8 открыты через них и обмотку трансформатора Т1 протекает ток от источника питания 12 В. Транзисторы верхнего плеча усилителя мощности закрыты. В течение второго полупериода открыты транзисторы VT3, VT5 и VT7 — и ток протекает через соответствующую обмотку.

Таким образом, на первичной обмотке трансформатора Т1 формируется переменное напряжение прямоугольной формы с амплитудой, примерно равной напряжению источника.

Переменный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора индуцирует во вторичной обмотке напряжение, амплитуда которого зависит от соотношения витков вторичной и первичной обмоток.

Диоды VD1 и VD2 служат для устранения импульсов отрицательной полярности, возникающих при работе задающего генератора в моменты переходных процессов. Диоды VD3 и VD4 защищают транзисторы выходной ступени усилителя мощности от напряжений обратной полярности, возникающих за счет самоиндукции.

Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЗ6хЗ6. Каждая из половин первичной обмотки имеет по 21 витку, намотанных проводом ПЭЛ 2,1, вторичная обмотка имеет 600 витков провода ПЭЛ 0,59.

Вторичная обмотка при вы­полнении трансформатора укладывается первой, а поверх нее -первичная обмотка, которую для лучшей симметрии следует выполнять одновременно в два провода.

При выполнении транзисторы VT5 и VT7, VT6 и VT8 следует попарно расположить на теплоотводах. Теплоотводы должны быть изолированы друг от друга и от шины общей цепи питания.

Для измерения тока потребления от источника постоянного тока (он не должен превышать 10А) в разрыв провода, идущего от средней точки первичной обмотки трансформатора Т1 к плавкой вставке FU1, желательно включить амперметр с током полного отклонения 10А (на схеме не показан). Это облегчит визуальный контроль при работе с мощными потребителями.

Настройка

Настройка преобразователя состоит в установке частоты задающего генератора переменным резистором R9. Для настройки следует подключить осциллограф или частотомер к коллектору одного из транзисторов мультивибратора и включить питание преобразователя. Регулировкой переменного резистора добиться частоты генерируемых колебаний 50 Гц.

Смонтированное и отрегулированное устройство следует разместить в корпусе, на передней панели которого располагают клеммы для подключения внешнего источника тока (аккумулятора) и нагрузки, держатели плавких вставок, выключатель напряжения задающего генератора, светодиоды индикаторов рабочего состояния — красный (HL2), сигнализирующий подключение внешнего источника тока, и зеленый (HL1 ) — включение задающего генератора.

При изготовлении инвертора напряжения допустимы следующие замены элементов: 2Т6551 — КТ601А, 277531 — KT801A. 2N3055 -КТ819ГМ, 205607 -Д226А. диод КД208А применен российского производства. В качестве индикаторов можно применить светодиоды АЛ307В (зеленый) и АЛ307Б (красный).

A. Стоилов. Инвертор напряжение. Радио, телевизия, електроника», 1998, №6, с. 12, 13 РАДИО № 10. 1998 г., с. 79.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector