12 til 220 V-spændingsomformere anvendes overalt, hvor der er behov for at tilslutte elektriske apparater, der bruger almindelig netstrøm, til vekselspændingskilder. I mange tilfælde er denne netforsyning ikke tilgængelig. Brugen af en autonom benzingenerator kræver overholdelse af reglerne for vedligeholdelse: konstant overvågning af brændstofniveauet og sikring af ventilation. Brugen af omformere, komplet med bilbatterier, kan løse problemet på den bedst mulige måde.
Indhold
Betegnelse og funktionsprincip
Hvad en spændingsomformer er. En elektronisk enhed, der ændrer værdien af et indgangssignal. Den kan bruges som en enhed, der øger eller reducerer værdien af indgangsspændingen. Spændingsindgangen efter konvertering kan ændre både størrelse og frekvens. Enheder, der ændrer DC-spændingen (konverterer den) til et AC-udgangssignal, kaldes invertere.
Spændingsomformere anvendes både som selvstændige enheder, der leverer vekselstrøm til forbrugere, og kan også indgå i andre produkter: systemer og kilder til uafbrydelig strømforsyning, jævnstrømsforstærkere til den nødvendige spænding.
Invertere er generatorer af harmonisk spænding. En jævnstrømskilde skabes ved hjælp af et særligt kontrolkredsløb, der muliggør periodisk omvendt polaritet. Resultatet er et vekselspændingssignal på udgangskontakterne på den enhed, som belastningen er forbundet til. Dens størrelse (amplitude) og frekvens bestemmes af inverterkredsløbet.
Kontrolenheden (controlleren) indstiller frekvens for kobling af kilden og formen af udgangssignalet, og dets amplitude bestemmes af elementerne i kredsløbets udgangstrin. De er konstrueret til den maksimale effekt, der forbruges af belastningen i vekselstrømskredsløbet.
Regulatoren bruges også til at styre udgangssignalet, hvilket opnås ved at styre pulsbredden (øge eller mindske pulsbredden). Oplysninger om ændringer i udgangssignalets værdi til belastningen sendes tilbage til regulatoren via et feedbackkredsløb, som bruges til at danne styresignalet for at opretholde de krævede parametre. Denne metode kaldes PWM-signal (Pulse Width Modulation).
Strømudgangskoblingskredsløbene i 12V-inverteren kan bruge sammensatte bipolære transistorer med høj effekt, faststof-thyristorer og felteffekttransistorer. Styringskredsløb er baseret på mikrokredsløb, som er færdige enheder med de nødvendige funktioner (mikrocontrollere), der er specielt udviklet til sådanne konvertere.
Styringskredsløbet leverer nøgle sekvensen for at sikre, at inverterudgangen leverer det signal, der er nødvendigt for normal drift af forbrugerenhederne. Desuden skal styrekredsløbet sikre symmetri af halvbølgeudgangsspændingen. Dette er især vigtigt for kredsløb, der anvender step-up pulstransformatorer i udgangen. Spændingens jævnstrømskomponent, som kan forekomme, hvis symmetrien ikke opretholdes, skal undgås.
Der findes mange varianter af spændingsinverterkredsløb (VI), men der er 3 grundlæggende kredsløb:
- En transformerløs broomformer IN;
- transformatorspændingsinverter med en neutral leder;
- Brokredsløb med en transformer.
Hver af dem anvendes på sit eget område, afhængigt af den anvendte strømforsyning og den nødvendige udgangseffekt til forsyning af forbrugerne. De skal hver især have beskyttelses- og signalelementer.
Beskyttelsen mod under- og overspænding af DC-kilden bestemmer inverternes "input"-driftsområde. Beskyttelsen af over- og underspænding på vekselstrømsudgangen er nødvendig for normal drift af forbrugerens udstyr. Udløsningsområdet indstilles i henhold til kravene til den anvendte belastning. Disse beskyttelsestyper er reversible, dvs. at driften kan genoptages, når udstyret er blevet normaliseret igen.
Hvis beskyttelsen har udløst på grund af en kortslutning i belastningen eller en for stor stigning i udgangsstrømmen, skal der foretages en grundig analyse af årsagen til hændelsen, før udstyret kan fortsætte med at fungere.
12-volts inverteren er den mest velegnede til den lokale strømforsyning. Da der findes et stort antal biler og 12V DC-batterier, kan de bruges til at opfylde brugernes ønsker. Sådanne netværk kan oprettes mange forskellige steder, f.eks. i din egen bil. De er mobile og er ikke afhængige af en parkeringsplads.
12 V til 220 V-omformere
Enkle 12 til 220-konvertere er designet til lave strømkrav. Kravene til kvaliteten af udgangsspændingen og til signalets form er lave. Deres klassiske kredsløb anvender ikke PWM-mikrocontrollere. Flipflopet med I-Ne-logikelementer genererer elektriske impulser med en gentagelsesfrekvens på 100 Hz. Der bruges en D-trigger til at skabe et signal i fase. Den dividerer frekvensen af masteroscillatoren med 2. Modfasesignalet i form af firkantede impulser genereres ved triggerens direkte og inverse udgange.
Dette signal via bufferelementerne på logikelementerne styrer IKKE inverterens udgangskredsløb, som er bygget på nøgletransistorer. Deres effekt bestemmer inverternes udgangseffekt.
Transistorerne kan være sammensatte bipolære transistorer og felteffekttransistorer. Dræn- eller kollektorkredsene omfatter halvdelen af transformatorens primære kredsløb. Dens sekundære vikling er beregnet til en udgangsspænding på 220 V. Da triggeren deler frekvensen af 100 Hz multivibratoren med 2, vil udgangsfrekvensen være 50 Hz. Denne værdi er nødvendig for at forsyne langt de fleste elektriske apparater og radioudstyr i hjemmet med strøm.
Alle kredsløbskomponenterne drives af køretøjets batteri med yderligere elementer til stabilisering og beskyttelse mod højfrekvensinterferens. Selve batteriet er også beskyttet mod dem.
De enkle inverterkredsløb omfatter ikke beskyttelses- eller automatiske styringselementer. Frekvensen af udgangssignalet bestemmes af valget af kondensator og modstandsmodstand i hovedoscillatorkredsløbet. Den enkleste beskyttelse mod en kortslutning i belastningen er en sikring i kredsløbet til bilbatteriet. Der bør derfor altid være et sæt ekstra sikringer til rådighed.
De kraftigere moderne DC til AC-konvertere anvender et andet kredsløb. PWM-controlleren indstiller driftstilstanden. Den bestemmer også amplitude og frekvens af udgangssignalet.
Konverteringskredsløbet på 2000 W (12V+220V+2000W) anvender parallelforbindelse af aktive effektelementer i udgangstrinene for at opnå den nødvendige udgangseffekt. I dette kredsløbsdesign lægges strømmene fra transistorerne sammen.
Men en mere pålidelig måde at øge effektparameteren på er at kombinere flere DC/DC-konvertere som input til en fælles DC/AC-inverter (jævnstrøm/vekselstrøm), hvis output bruges til at tilslutte en tung belastning. Hver DC/DC-inverter består af en inverter med en transformatorudgang og en ensretter til denne spænding. Der er en jævnspænding på ca. 300 V ved udgangsterminalerne. De er alle parallelforbundet på udgangen.
Det er svært at få mere end 600 W effekt fra en enkelt inverter. Hele kredsløbet i enheden drives af batterispændingen.
Disse kredsløb er forsynet med alle former for beskyttelse, herunder termisk beskyttelse. Temperaturfølere er monteret på overfladen af udgangstransistorernes køleplader. De genererer en spænding, der afhænger af varmeniveauet. En tærskelanordning sammenligner det med setpunktet i konstruktionsfasen og giver et signal til at stoppe enheden med en passende alarm. Hver type beskyttelse har sin egen alarm, som ofte er hørbar.
Yderligere tvangskøling sker ved hjælp af en luftkøler, der er monteret i huset, og som automatisk aktiveres på kommando af den pågældende termiske sensor. Desuden er selve huset en pålidelig køleplade, fordi det er fremstillet af bølgeformet metal.
I henhold til formen af udgangsspændingssignalet
Enfasede spændingsomformere kan opdeles i to grupper:
- Med en ren sinusbølgeudgang;
- Med en modificeret sinusformet udgangsbølgeform.
I den første gruppe producerer en højfrekvensomformer en konstant spænding. Dens værdi er tæt på amplituden af det sinusformede signal, der kræves ved enhedens udgang. I et brokredsløb udvindes en komponent, der er meget tæt på en sinusformet bølgeform, fra denne jævnspænding ved hjælp af pulsbreddemodulation af regulatoren og et lavpasfilter. Udgangstransistorerne åbner flere gange i hver halvperiode for en tidsvarierende harmonisk lov.
En ren sinusbølge er påkrævet for enheder, der har en transformer eller en motor som indgang. De fleste af de nuværende apparater tillader en spænding, hvis form nærmer sig en sinuskurve. Produkter med switched-mode strømforsyninger har særligt lave krav.
Transformerenheder
Spændingsomformere kan indeholde transformere. I inverterkredsløb er de involveret i driften af blokeringsgeneratorer, som producerer impulser med en form, der nærmer sig en firkantet bølge. En pulstransformator anvendes som en del af en sådan oscillator. Vindingerne er forbundet på en sådan måde, at der skabes en positiv feedback, som resulterer i en dæmpet svingning.
Den magnetiske kerne er fremstillet af en legering, som har en høj magnetisk båndbredde. Dette sikrer transformatorens umættede drift. Forskellige typer ferrit, permalloy har disse egenskaber.
Transformatorspærringsgeneratorer er blevet erstattet af multivibratorer. Multivibratorer anvender de mest avancerede kredsløb og har en højere frekvensstabilitet end deres forgængere. Desuden kan multivibrator-kredsløb ændre oscillatorens driftsfrekvens på en enkel måde.
I moderne invertermodeller fungerer transformatorer i udgangstrinene. Ledningen fra den primære viklings midtpunkt forsyner kollektorerne eller drænet i de transistorer, der anvendes i dem, med en batterispænding. De sekundære viklinger beregnes ved hjælp af et transformationsforhold til en vekselspænding på 220 V. Det er den værdi, der anvendes til at forsyne de fleste husholdningsforbrugere med strøm.
Relaterede artikler:
