Spannungswandler von 12 auf 220 V werden überall dort eingesetzt, wo elektrische Geräte, die normalen Netzstrom verbrauchen, an Wechselspannungsquellen angeschlossen werden müssen. In vielen Fällen ist diese Netzversorgung nicht verfügbar. Die Verwendung eines autonomen Benzingenerators erfordert die Einhaltung der Regeln für seine Wartung: ständige Überwachung des Kraftstoffstandes, Sicherstellung der Belüftung. Der Einsatz von Umformern mit Fahrzeugbatterien kann das Problem optimal lösen.
Inhalt
Bezeichnung und Funktionsweise
Was ein Spannungswandler ist. Ein elektronisches Gerät, das den Wert eines Eingangssignals ändert. Er kann als Gerät verwendet werden, das den Wert der Eingangsspannung erhöht oder senkt. Die Eingangsspannung kann sich nach der Umwandlung sowohl in der Höhe als auch in der Frequenz ändern. Geräte, die die Gleichspannung in ein Wechselstrom-Ausgangssignal umwandeln, werden Wechselrichter genannt.
Spannungswandler werden sowohl als eigenständige Geräte zur Versorgung von Verbrauchern mit Wechselstrom eingesetzt als auch in andere Produkte integriert: unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme und -quellen, Gleichstromverstärker für die erforderliche Spannung.
Wechselrichter sind Generatoren von Oberschwingungsspannungen. Eine Gleichstromquelle wird mit Hilfe eines speziellen Steuerkreises erzeugt, um eine periodische Umpolung zu ermöglichen. Das Ergebnis ist ein Wechselspannungssignal an den Ausgangskontakten des Geräts, an das die Last angeschlossen ist. Seine Größe (Amplitude) und Frequenz wird von der Wechselrichterschaltung bestimmt.
Das Steuergerät (Controller) bestimmt die Schaltfrequenz der Quelle und die Form des Ausgangssignals, dessen Amplitude durch die Elemente der Ausgangsstufe der Schaltung bestimmt wird. Sie sind für die maximale Leistung ausgelegt, die von der Last im Wechselstromkreis aufgenommen wird.
Der Regler wird auch zur Steuerung des Ausgangssignals verwendet, was durch die Steuerung der Impulsbreite (Erhöhung oder Verringerung der Impulsbreite) erreicht wird. Informationen über Änderungen des Ausgangssignalwerts an die Last werden über einen Rückführungskreis an den Regler zurückgegeben, der daraus das Steuersignal zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Parameter bildet. Diese Methode wird als PWM-Signal (Pulsweitenmodulation) bezeichnet.
Für die Ausgangsschaltkreise des 12-V-Wechselrichters können Hochleistungs-Bipolartransistoren, Halbleiter-Thyristoren und Feldeffekttransistoren verwendet werden. Die Steuerschaltungen basieren auf Mikroschaltungen, d. h. auf einsatzbereiten Geräten mit den erforderlichen Funktionen (Mikrocontrollern), die speziell für solche Umrichter entwickelt wurden.
Die Steuerschaltung sorgt für die Tastensequenz, um sicherzustellen, dass der Wechselrichterausgang das für den normalen Betrieb der Verbrauchergeräte erforderliche Signal liefert. Darüber hinaus muss die Steuerschaltung die Symmetrie der Halbwellen-Ausgangsspannung gewährleisten. Dies ist besonders wichtig für Schaltungen, die am Ausgang Aufwärtsimpulstransformatoren verwenden. Die Gleichstromkomponente der Spannung, die auftreten kann, wenn die Symmetrie nicht eingehalten wird, muss vermieden werden.
Es gibt viele Varianten von Spannungsumrichterschaltungen (VI), aber es gibt 3 grundlegende Varianten:
- Ein transformatorloser Brückenwechselrichter IN;
- Transformator-Spannungswechselrichter mit Nullleiter;
- Brückenschaltung mit einem Transformator.
Jedes von ihnen wird in seinem eigenen Bereich eingesetzt, je nach der darin verwendeten Stromversorgung und der erforderlichen Ausgangsleistung zur Versorgung der Verbraucher. Jede muss über Schutz- und Signalisierungselemente verfügen.
Der Schutz gegen Unter- und Überspannung der DC-Quelle bestimmt den "Eingangs"-Betriebsbereich der Wechselrichter. Der Über- und Unterspannungsschutz am AC-Ausgang ist für den normalen Betrieb der Verbrauchergeräte erforderlich. Der Auslösebereich wird entsprechend den Anforderungen der verwendeten Last eingestellt. Diese Schutzarten sind reversibel, d. h. der Betrieb kann wieder aufgenommen werden, wenn das Gerät wieder in den Normalzustand versetzt wird.
Wenn der Schutz aufgrund eines Kurzschlusses in der Last oder eines übermäßigen Anstiegs des Ausgangsstroms ausgelöst wurde, muss eine gründliche Analyse der Ursache des Ereignisses durchgeführt werden, bevor das Gerät wieder in Betrieb genommen werden kann.
Der 12-Volt-Wechselrichter ist am besten für die lokale Stromversorgung geeignet. Da eine große Anzahl von Autos und 12-V-Gleichstrombatterien zur Verfügung steht, können diese zur Versorgung der Nutzer verwendet werden. Solche Netze können an verschiedenen Orten eingerichtet werden, angefangen bei Ihrem eigenen Auto. Sie sind mobil und nicht auf einen Parkplatz angewiesen.
12-V-auf-220-V-Wandler
Einfache 12-zu-220-Wandler sind für einen geringen Leistungsbedarf ausgelegt. Die Anforderungen an die Qualität der Ausgangsspannung und an die Form des Signals sind gering. Ihre klassischen Schaltungen verwenden keine PWM-Mikrocontroller. Das mit I-Ne-Logikelementen bestückte Flip-Flop erzeugt elektrische Impulse mit einer Wiederholfrequenz von 100 Hz. Ein D-Trigger wird verwendet, um ein phasengleiches Signal zu erzeugen. Er teilt die Frequenz des Hauptoszillators durch 2. Das Gegenphasensignal in Form von Rechteckimpulsen wird an den direkten und inversen Ausgängen des Triggers erzeugt.
Dieses Signal steuert über die Pufferelemente auf den Logikelementen NICHT die Ausgangsschaltung des Wechselrichters, die auf Schlüsseltransistoren aufgebaut ist. Ihre Leistung bestimmt die Ausgangsleistung der Wechselrichter.
Bei den Transistoren kann es sich um Bipolar- und Feldeffekttransistoren handeln. Die Drain- oder Kollektorkreise umfassen die Hälfte der Primärseite des Transformators. Seine Sekundärwicklung ist für eine Ausgangsspannung von 220 V ausgelegt. Da der Trigger die Frequenz des 100Hz-Multivibrators durch 2 teilt, beträgt die Ausgangsfrequenz 50Hz. Dieser Wert ist notwendig, um die meisten elektrischen Geräte und Funkgeräte im Haushalt mit Strom zu versorgen.
Alle Schaltungskomponenten werden von der Fahrzeugbatterie gespeist und verfügen über zusätzliche Elemente zur Stabilisierung und zum Schutz vor hochfrequenten Störungen. Auch die Batterie selbst ist vor ihnen geschützt.
Die einfachen Wechselrichterschaltungen enthalten weder Schutz- noch automatische Steuerelemente. Die Frequenz des Ausgangssignals wird durch die Wahl der Kondensatoren und Widerstände im Hauptoszillatorkreis bestimmt. Der einfachste Schutz gegen einen Kurzschluss im Verbraucher ist eine Sicherung im Stromkreis, der die Autobatterie versorgt. Ein Ersatzsatz Sicherungen sollte daher immer verfügbar sein.
Die leistungsfähigeren modernen Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler verwenden eine andere Schaltung. Der PWM-Regler bestimmt die Betriebsart. Er bestimmt auch die Amplitude und Frequenz des Ausgangssignals.
Die 2000-W-Wandlerschaltung (12V+220V+2000W) nutzt die Parallelschaltung von aktiven Leistungselementen in ihren Ausgangsstufen, um die erforderliche Ausgangsleistung zu erzielen. Bei diesem Schaltungsentwurf werden die Ströme der Transistoren addiert.
Eine zuverlässigere Methode zur Erhöhung der Leistungsparameter ist jedoch die Kombination mehrerer DC/DC-Wandler als Eingang zu einem gemeinsamen DC/AC (Gleichstrom/Wechselstrom)-Wechselrichter, dessen Ausgang zum Anschluss einer Hochleistungslast verwendet wird. Jeder DC/DC-Wechselrichter besteht aus einem Wechselrichter mit einem Transformatorausgang und einem Gleichrichter für diese Spannung. An den Ausgangsklemmen liegt eine Gleichspannung von etwa 300 V an. Am Ausgang sind sie alle parallel geschaltet.
Es ist schwierig, mehr als 600 W Leistung aus einem einzigen Wechselrichter zu gewinnen. Der gesamte Stromkreis des Geräts wird von der Batteriespannung gespeist.
Diese Stromkreise sind mit allen Arten von Schutzvorrichtungen ausgestattet, einschließlich Wärmeschutz. Die Temperatursensoren sind an den Oberflächen der Kühlkörper der Ausgangstransistoren angebracht. Sie erzeugen eine Spannung, die vom Grad der Hitze abhängt. Ein Schwellenwertgerät vergleicht diesen Wert mit dem Sollwert in der Planungsphase und gibt ein Signal zur Abschaltung des Geräts mit einem entsprechenden Alarm. Jede Art von Schutz hat ihren eigenen, oft akustischen Alarm.
Eine zusätzliche Zwangskühlung erfolgt durch einen im Gehäuse installierten Luftkühler, der sich auf Befehl des jeweiligen Wärmesensors automatisch aktiviert. Darüber hinaus ist das Gehäuse selbst ein zuverlässiger Kühlkörper, da es aus gewelltem Metall besteht.
Entsprechend der Form des Ausgangsspannungssignals
Einphasige Spannungswandler können in zwei Gruppen unterteilt werden:
- Mit einer reinen Sinuswelle als Ausgang;
- Mit einer modifizierten sinusförmigen Ausgangswellenform.
In der ersten Gruppe erzeugt ein Hochfrequenzwandler eine konstante Spannung. Sein Wert liegt in der Nähe der Amplitude des am Geräteausgang benötigten Sinussignals. In einer Brückenschaltung wird aus dieser Gleichspannung durch Pulsweitenmodulation des Reglers und eines Tiefpassfilters eine Komponente extrahiert, die einer sinusförmigen Wellenform sehr nahe kommt. Die Ausgangstransistoren öffnen sich mehrmals in jeder Halbperiode für ein zeitlich veränderliches Oberwellengesetz.
Für Geräte, die einen Transformator oder Motor als Eingang haben, ist eine reine Sinuswelle erforderlich. Die meisten heutigen Geräte lassen eine Spannung zu, deren Form einer Sinuskurve nahekommt. Produkte mit Schaltnetzteilen haben besonders niedrige Anforderungen.
Transformatoreneinheiten
Spannungswandler können Transformatoren enthalten. In Wechselrichterschaltungen sind sie am Betrieb von Blockiergeneratoren beteiligt, die Impulse mit nahezu rechteckiger Form erzeugen. Ein Impulstransformator wird als Teil eines solchen Oszillators verwendet. Die Wicklungen sind so angeschlossen, dass eine positive Rückkopplung entsteht, die zu einer gedämpften Schwingung führt.
Der Magnetkern besteht aus einer Legierung, die eine hohe magnetische Bandbreite aufweist. Dadurch wird der ungesättigte Betrieb des Transformators gewährleistet. Verschiedene Arten von Ferriten und Permalloy haben diese Eigenschaften.
Blockiergeneratoren für Transformatoren wurden durch Multivibratoren ersetzt. Multivibratoren verwenden modernste Schaltungen und haben eine höhere Frequenzstabilität als ihre Vorgänger. Außerdem können Multivibratorschaltungen die Betriebsfrequenz des Oszillators auf einfache Weise ändern.
In modernen Wechselrichtermodellen arbeiten Transformatoren in den Ausgangsstufen. Die Leitung aus dem Mittelpunkt der Primärwicklung versorgt die Kollektoren bzw. den Drain der darin verwendeten Transistoren mit einer Batteriespeisespannung. Die Sekundärwicklungen werden mit Hilfe eines Übersetzungsverhältnisses auf die Wechselspannung von 220 V berechnet. Dies ist der Wert, der für die Stromversorgung der meisten Haushaltskunden verwendet wird.
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