Οι μετατροπείς τάσης 12 σε 220 V χρησιμοποιούνται όπου υπάρχει ανάγκη σύνδεσης ηλεκτρικών συσκευών που καταναλώνουν κανονικό ρεύμα δικτύου με πηγές εναλλασσόμενης τάσης. Σε πολλές περιπτώσεις η παροχή αυτή μπορεί να μην είναι διαθέσιμη. Η χρήση μιας αυτόνομης βενζινογεννήτριας απαιτεί τη συμμόρφωση με τους κανόνες συντήρησής της: συνεχής παρακολούθηση της στάθμης του καυσίμου λειτουργίας, εξασφάλιση εξαερισμού. Η χρήση μετατροπέων, με μπαταρίες οχημάτων, μπορεί να λύσει το πρόβλημα με τον καλύτερο δυνατό τρόπο.
Περιεχόμενο
Ονομασία και αρχή λειτουργίας
Τι είναι ο μετατροπέας τάσης. Μια ηλεκτρονική συσκευή που αλλάζει την τιμή ενός σήματος εισόδου. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συσκευή που αυξάνει ή μειώνει την τιμή της τάσης εισόδου. Η τάση εισόδου μετά τη μετατροπή μπορεί να αλλάξει τόσο το μέγεθος όσο και τη συχνότητά της. Οι συσκευές που μεταβάλλουν τη συνεχή τάση (τη μετατρέπουν) σε σήμα εξόδου εναλλασσόμενου ρεύματος ονομάζονται αντιστροφείς.
Οι μετατροπείς τάσης χρησιμοποιούνται τόσο ως αυτόνομες μονάδες παροχής εναλλασσόμενου ρεύματος στους καταναλωτές όσο και μπορούν επίσης να ενσωματωθούν σε άλλα προϊόντα: συστήματα και πηγές αδιάλειπτης παροχής ρεύματος, ενισχυτές συνεχούς ρεύματος στην απαιτούμενη τάση.
Οι αντιστροφείς είναι γεννήτριες αρμονικής τάσης. Μια πηγή συνεχούς ρεύματος δημιουργείται με τη βοήθεια ενός ειδικού κυκλώματος ελέγχου για να επιτρέπει την περιοδική αντιστροφή της πολικότητας. Το αποτέλεσμα είναι ένα σήμα εναλλασσόμενης τάσης στις επαφές εξόδου της συσκευής, στην οποία είναι συνδεδεμένο το φορτίο. Το μέγεθος (πλάτος) και η συχνότητά του καθορίζονται από το κύκλωμα του αντιστροφέα.
Η διάταξη ελέγχου (ελεγκτής) καθορίζει τη συχνότητα μεταγωγής της πηγής και τη μορφή του σήματος εξόδου, ενώ το πλάτος του καθορίζεται από τα στοιχεία του σταδίου εξόδου του κυκλώματος. Σχεδιάζονται για τη μέγιστη ισχύ που καταναλώνει το φορτίο στο κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος.
Ο ελεγκτής χρησιμοποιείται επίσης για τον έλεγχο του σήματος εξόδου, ο οποίος επιτυγχάνεται με τον έλεγχο του πλάτους παλμού (αύξηση ή μείωση του πλάτους παλμού). Οι πληροφορίες σχετικά με τις αλλαγές στην τιμή του σήματος εξόδου στο φορτίο επιστρέφονται στον ελεγκτή μέσω ενός κυκλώματος ανάδρασης, το οποίο χρησιμοποιείται για τη διαμόρφωση του σήματος ελέγχου ώστε να διατηρούνται οι απαιτούμενες παράμετροι. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται σήμα PWM (διαμόρφωση εύρους παλμών).
Τα κυκλώματα διακοπτών εξόδου ισχύος του μετατροπέα 12V μπορούν να χρησιμοποιούν σύνθετα διπολικά τρανζίστορ υψηλής ισχύος, θυρίστορ στερεάς κατάστασης και τρανζίστορ επίδρασης πεδίου. Τα κυκλώματα ελεγκτών βασίζονται σε μικροκυκλώματα, τα οποία είναι έτοιμες συσκευές με τις απαραίτητες λειτουργίες (μικροελεγκτές), ειδικά σχεδιασμένες για τέτοιους μετατροπείς.
Το κύκλωμα ελέγχου παρέχει την ακολουθία πλήκτρων για να εξασφαλίσει ότι η έξοδος του αντιστροφέα παρέχει το σήμα που απαιτείται για την κανονική λειτουργία των καταναλωτικών συσκευών. Επιπλέον, το κύκλωμα ελέγχου πρέπει να διασφαλίζει τη συμμετρία της ημιπερίεργου τάσης εξόδου. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για κυκλώματα που χρησιμοποιούν μετασχηματιστές παλμών ανύψωσης στην έξοδο. Πρέπει να αποφεύγεται η συνιστώσα DC της τάσης, η οποία μπορεί να εμφανιστεί εάν δεν διατηρείται η συμμετρία.
Υπάρχουν πολλές παραλλαγές κυκλωμάτων αντιστροφέα τάσης (VI), αλλά υπάρχουν 3 βασικές:
- Μετατροπέας γέφυρας χωρίς μετασχηματιστή IN,
- Μετασχηματιστής UUT με ουδέτερο αγωγό,
- Κύκλωμα γέφυρας με μετασχηματιστή.
Κάθε ένα από αυτά χρησιμοποιείται στον τομέα του, ανάλογα με το τροφοδοτικό που χρησιμοποιείται σε αυτό και την απαιτούμενη ισχύ εξόδου για την τροφοδοσία των καταναλωτών. Κάθε ένα από αυτά πρέπει να διαθέτει στοιχεία προστασίας και σηματοδότησης.
Η προστασία από υπο- και υπερτάσεις της πηγής συνεχούς ρεύματος καθορίζει το εύρος λειτουργίας "εισόδου" των μετατροπέων. Η προστασία από την υπέρταση και την υπόταση στην έξοδο εναλλασσόμενου ρεύματος είναι απαραίτητη για την κανονική λειτουργία του εξοπλισμού του καταναλωτή. Το εύρος ενεργοποίησης ρυθμίζεται ανάλογα με τις απαιτήσεις του χρησιμοποιούμενου φορτίου. Αυτοί οι τύποι προστασίας είναι αναστρέψιμοι, δηλαδή η λειτουργία μπορεί να αποκατασταθεί όταν ο εξοπλισμός επανέλθει στην κανονική του κατάσταση.
Εάν η προστασία έχει ενεργοποιηθεί λόγω βραχυκυκλώματος στο φορτίο ή υπερβολικής αύξησης του ρεύματος εξόδου, πρέπει να γίνει ενδελεχής ανάλυση της αιτίας του συμβάντος πριν ο εξοπλισμός συνεχίσει να λειτουργεί.
Ο μετατροπέας 12 volt είναι ο καταλληλότερος για την τοπική παροχή ρεύματος. Η διαθεσιμότητα μεγάλου αριθμού αυτοκινήτων και μπαταριών συνεχούς ρεύματος 12V επιτρέπει τη χρήση τους για την τροφοδότηση των αιτημάτων των χρηστών. Τέτοια δίκτυα μπορούν να δημιουργηθούν σε διάφορες τοποθεσίες, ξεκινώντας από το αυτοκίνητό σας. Είναι κινητά και δεν εξαρτώνται από θέση στάθμευσης.
Μετατροπείς 12 V σε 220 V
Οι απλοί μετατροπείς 12 σε 220 είναι σχεδιασμένοι για χαμηλές απαιτήσεις ισχύος. Οι απαιτήσεις όσον αφορά την ποιότητα της τάσης τροφοδοσίας εξόδου και το σχήμα του σήματος είναι χαμηλές. Τα κλασικά τους κυκλώματα δεν χρησιμοποιούν μικροελεγκτές PWM. Το flip-flop συναρμολογημένο με λογικά στοιχεία I-Ne παράγει ηλεκτρικούς παλμούς με συχνότητα επανάληψης 100 Hz. Ένας εκκινητής D χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός συμφασικού σήματος. Διαιρεί τη συχνότητα του κύριου ταλαντωτή με το 2. Το αντιφασικό σήμα με τη μορφή τετραγωνικών παλμών παράγεται στην άμεση και στην αντίστροφη έξοδο του σκανδαλιστή.
Το σήμα αυτό, μέσω των ρυθμιστικών στοιχείων στα λογικά στοιχεία, ΔΕΝ ελέγχει το κύκλωμα εξόδου του αντιστροφέα, το οποίο είναι κατασκευασμένο σε βασικά τρανζίστορ. Η ισχύς τους καθορίζει την ισχύ εξόδου των μετατροπέων.
Τα τρανζίστορ μπορούν να είναι σύνθετα διπολικά και τρανζίστορ επίδρασης πεδίου. Τα κυκλώματα αποστράγγισης ή συλλέκτη περιλαμβάνουν το μισό πρωτεύον του μετασχηματιστή. Το δευτερεύον τύλιγμά του είναι σχεδιασμένο για τάση εξόδου 220V. Δεδομένου ότι η σκανδάλη διαιρεί τη συχνότητα του πολυδονητή 100Hz με το 2, η συχνότητα εξόδου θα είναι 50Hz. Αυτή η τιμή είναι απαραίτητη για την τροφοδοσία της συντριπτικής πλειονότητας του οικιακού ηλεκτρικού και ραδιοεξοπλισμού.
Όλα τα στοιχεία του κυκλώματος τροφοδοτούνται από την μπαταρία του οχήματος με πρόσθετα στοιχεία σταθεροποίησης και προστασίας από παρεμβολές υψηλής συχνότητας. Η ίδια η μπαταρία προστατεύεται επίσης από αυτά.
Τα απλά κυκλώματα αντιστροφέα δεν περιλαμβάνουν στοιχεία προστασίας ή αυτόματου ελέγχου. Η συχνότητα του σήματος εξόδου καθορίζεται από την επιλογή του πυκνωτή και της αντίστασης του αντιστάτη που περιλαμβάνονται στο κύκλωμα του κύριου ταλαντωτή. Η απλούστερη προστασία από βραχυκύκλωμα στο φορτίο είναι μια ασφάλεια στο κύκλωμα που τροφοδοτεί την μπαταρία του αυτοκινήτου. Συνεπώς, θα πρέπει να υπάρχει πάντα διαθέσιμο ένα εφεδρικό σετ ασφαλειών.
Οι πιο ισχυροί σύγχρονοι μετατροπείς συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιούν διαφορετικό κύκλωμα. Ο ελεγκτής PWM ρυθμίζει τον τρόπο λειτουργίας. Καθορίζει επίσης το πλάτος και τη συχνότητα του σήματος εξόδου.
Το κύκλωμα μετατροπέα 2000W (12V+220V+2000W) χρησιμοποιεί παράλληλη σύνδεση ενεργών στοιχείων ισχύος στις βαθμίδες εξόδου του για να επιτύχει την απαιτούμενη ισχύ εξόδου. Σε αυτό το σχέδιο κυκλώματος, τα ρεύματα των τρανζίστορ αθροίζονται.
Ένας πιο αξιόπιστος τρόπος αύξησης της παραμέτρου ισχύος είναι όμως ο συνδυασμός πολλών μετατροπέων DC/DC ως εισόδου σε έναν κοινό αντιστροφέα DC/AC (συνεχούς ρεύματος/ εναλλασσόμενου ρεύματος), η έξοδος του οποίου χρησιμοποιείται για τη σύνδεση ενός φορτίου βαρέως τύπου. Κάθε μετατροπέας DC/DC αποτελείται από έναν μετατροπέα με έξοδο μετασχηματιστή και έναν ανορθωτή για την τάση αυτή. Στους ακροδέκτες εξόδου υπάρχει συνεχής τάση περίπου 300 V. Είναι όλα συνδεδεμένα παράλληλα στην έξοδο.
Είναι δύσκολο να λάβετε ισχύ μεγαλύτερη από 600W από έναν μόνο αντιστροφέα. Όλο το κύκλωμα της μονάδας τροφοδοτείται από την τάση της μπαταρίας.
Τα κυκλώματα αυτά διαθέτουν όλα τα είδη προστασίας, συμπεριλαμβανομένης της θερμικής προστασίας. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας είναι τοποθετημένοι στις επιφάνειες των ψύκτρων των τρανζίστορ εξόδου. Παράγουν τάση ανάλογα με το βαθμό θερμότητας. Μια συσκευή κατωφλίου το συγκρίνει με το σημείο ρύθμισης στο στάδιο του σχεδιασμού και δίνει σήμα για τη διακοπή της μονάδας με κατάλληλο συναγερμό. Κάθε τύπος προστασίας έχει το δικό του συναγερμό, συχνά ηχητικό.
Πρόσθετη εξαναγκασμένη ψύξη εφαρμόζεται μέσω ενός ψυγείου αέρα που είναι εγκατεστημένο στο περίβλημα και ενεργοποιείται αυτόματα με εντολή του αντίστοιχου θερμικού αισθητήρα. Επιπλέον, το ίδιο το περίβλημα είναι μια αξιόπιστη απαγωγή θερμότητας επειδή είναι κατασκευασμένο από κυματοειδές μέταλλο.
Σύμφωνα με τη μορφή του σήματος τάσης εξόδου
Οι μονοφασικοί μετατροπείς τάσης μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες:
- Με έξοδο καθαρού ημιτονοειδούς κύματος,
- Με τροποποιημένη ημιτονοειδή κυματομορφή εξόδου.
Στην πρώτη ομάδα, ένας μετατροπέας υψηλής συχνότητας παράγει σταθερή τάση. Η τιμή του είναι κοντά στο πλάτος του ημιτονοειδούς σήματος που απαιτείται στην έξοδο της συσκευής. Σε ένα κύκλωμα γέφυρας, ένα στοιχείο που είναι πολύ κοντά σε ημιτονοειδή κυματομορφή εξάγεται από αυτή τη συνεχή τάση με διαμόρφωση εύρους παλμών του ελεγκτή και ένα χαμηλοπερατό φίλτρο. Τα τρανζίστορ εξόδου ανοίγουν αρκετές φορές σε κάθε ημιπερίοδο για μια χρονική περίοδο που μεταβάλλεται σύμφωνα με έναν αρμονικό νόμο.
Ένα καθαρό ημιτονοειδές κύμα απαιτείται για συσκευές που έχουν μετασχηματιστή ή κινητήρα ως είσοδο. Οι περισσότερες από τις σημερινές συσκευές επιτρέπουν μια τάση της οποίας το σχήμα προσεγγίζει ένα ημιτονοειδές κύμα. Τα προϊόντα με τροφοδοτικά διακοπτόμενης λειτουργίας έχουν ιδιαίτερα χαμηλές απαιτήσεις.
Μονάδες μετασχηματιστών
Οι μετατροπείς τάσης μπορεί να περιέχουν μετασχηματιστές. Στα κυκλώματα αντιστροφέων, συμμετέχουν στη λειτουργία των ταλαντωτών φραγής, οι οποίοι παράγουν παλμούς που προσεγγίζουν ορθογώνιο σχήμα. Ένας μετασχηματιστής παλμών χρησιμοποιείται ως μέρος ενός τέτοιου ταλαντωτή. Οι περιελίξεις συνδέονται με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργείται θετική ανάδραση, η οποία οδηγεί σε αποσβεσμένη ταλάντωση.
Ο μαγνητικός πυρήνας είναι κατασκευασμένος από κράμα που έχει υψηλό μαγνητικό εύρος ζώνης. Αυτό εξασφαλίζει την ακόρεστη λειτουργία του μετασχηματιστή. Διάφοροι τύποι φερρίτη, περμαλλέι έχουν αυτές τις ιδιότητες.
Οι γεννήτριες μπλοκαρίσματος μετασχηματιστών έχουν αντικατασταθεί από πολυδονητές. Οι πολυδονητές χρησιμοποιούν κυκλώματα τελευταίας τεχνολογίας και έχουν μεγαλύτερη σταθερότητα συχνότητας από τους προκατόχους τους. Επιπλέον, τα κυκλώματα πολυδονητών μπορούν να αλλάξουν τη συχνότητα λειτουργίας του ταλαντωτή με απλό τρόπο.
Στα σύγχρονα μοντέλα αντιστροφέων, οι μετασχηματιστές λειτουργούν στα στάδια εξόδου. Το καλώδιο από το κεντρικό σημείο του πρωτεύοντος τυλίγματος τροφοδοτεί τους συλλέκτες ή την αποστράγγιση των τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται σε αυτά με τάση τροφοδοσίας μπαταρίας. Τα δευτερεύοντα τυλίγματα υπολογίζονται, χρησιμοποιώντας έναν λόγο μετασχηματισμού, στην τάση εναλλασσόμενου ρεύματος 220V. Αυτή είναι η τιμή που χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία των περισσότερων οικιακών καταναλωτών.
Σχετικά άρθρα:
