12-220 V:n jännitemuuntimia käytetään aina, kun tavallista verkkovirtaa käyttäviä sähkölaitteita on tarpeen kytkeä vaihtojännitelähteisiin. Monissa tapauksissa tätä verkkovirtaa ei välttämättä ole saatavilla. Itsenäisen bensiinigeneraattorin käyttö edellyttää sen huoltoa koskevien sääntöjen noudattamista: polttoaineen tason jatkuva seuranta, ilmanvaihdon järjestäminen. Muuntimien ja ajoneuvojen akkujen käyttö voi ratkaista ongelman parhaalla mahdollisella tavalla.
Sisältö
Nimitys ja toimintaperiaate
Mikä on jännitemuunnin. Elektroninen laite, joka muuttaa tulosignaalin arvoa. Sitä voidaan käyttää laitteena, joka lisää tai vähentää tulojännitteen arvoa. Muuntamisen jälkeen syötetty jännite voi muuttaa sekä suuruuttaan että taajuuttaan. Näitä laitteita, jotka muuttavat tasajännitteen (muuntavat sen) vaihtovirtaiseksi lähtösignaaliksi, kutsutaan inverttereiksi.
Jännitemuuntimia käytetään sekä itsenäisinä yksikköinä, jotka syöttävät vaihtovirtaa kuluttajille, että niitä voidaan sisällyttää muihin tuotteisiin: keskeytymättömiin sähkönsyöttöjärjestelmiin ja -lähteisiin, tasavirran vahvistimiin, joilla saadaan tarvittava jännite.
Invertterit ovat harmonisen jännitteen generaattoreita. Tasavirtalähde luodaan erityisellä ohjauspiirillä, joka mahdollistaa napaisuuden ajoittaisen kääntämisen. Tuloksena on vaihtojännitesignaali sen laitteen lähtökoskettimissa, johon kuorma on kytketty. Sen suuruus (amplitudi) ja taajuus määräytyvät taajuusmuuttajan piirin mukaan.
Ohjauslaite (ohjain) asettaa lähteen kytkentätaajuuden ja lähtösignaalin muodon, ja sen amplitudi määräytyy piirin lähtövaiheen elementtien mukaan. Ne on suunniteltu vaihtovirtapiirin kuorman kuluttaman enimmäistehon mukaan.
Ohjainta käytetään myös lähtösignaalin ohjaamiseen, mikä tapahtuu ohjaamalla pulssin leveyttä (pulssin leveyden lisääminen tai vähentäminen). Takaisinkytkentäpiiri syöttää tiedot kuormaan menevän lähtösignaalin arvon muutoksista takaisin säätimelle, jota käytetään ohjaussignaalin muodostamiseen vaadittujen parametrien ylläpitämiseksi. Tätä menetelmää kutsutaan PWM-signaaliksi (Pulse Width Modulation).
12 V:n vaihtosuuntaajan teholähtökytkinpiireissä voidaan käyttää suuritehoisia komposiittibipolaaritransistoreja, puolijohdetyristoreja ja kenttäefektitransistoreja. Ohjainpiirit perustuvat mikropiireihin, jotka ovat valmiita laitteita, joissa on tarvittavat toiminnot (mikrokontrollerit) ja jotka on suunniteltu erityisesti tällaisia muuntimia varten.
Ohjauspiiri antaa avainsekvenssin, jolla varmistetaan, että vaihtosuuntaajan lähtö tuottaa kuluttajalaitteiden normaaliin toimintaan tarvittavan signaalin. Lisäksi ohjauspiirin on varmistettava, että lähtöjännite on symmetrinen. Tämä on erityisen tärkeää piireissä, joissa käytetään ulostulossa step-up-pulssimuuntajia. Jännitteen tasavirtakomponenttia, joka voi esiintyä, jos symmetriaa ei säilytetä, on vältettävä.
Jännitevaihtosuuntaaja (VI) -piirejä on monia muunnelmia, mutta niistä on kolme perusversiota:
- Muuntajaton siltasuuntaaja IN;
- muuntajan jännitevaihtosuuntaaja, jossa on nollajohdin;
- Siltapiiri muuntajalla.
Kutakin niistä käytetään omalla alallaan, riippuen siinä käytettävästä virtalähteestä ja tarvittavasta lähtötehosta kuluttajien syöttämiseksi. Jokaisessa on oltava suojaus- ja merkinantolaitteet.
Tasajännitelähteen ali- ja ylijännitesuojaus määrittää taajuusmuuttajien "tulo"-toiminta-alueen. Yli- ja alijännitesuojaus vaihtovirtalähdössä on välttämätön kuluttajan laitteiden normaalin toiminnan kannalta. Laukaisualue asetetaan käytettävän kuorman vaatimusten mukaisesti. Tämäntyyppiset suojaukset ovat palautuvia, eli toiminta voidaan palauttaa, kun laitteisto palautetaan normaaliksi.
Jos suojaus on lauennut kuorman oikosulun tai lähtövirran liiallisen kasvun vuoksi, tapahtuman syy on analysoitava perusteellisesti ennen kuin laitteen toimintaa voidaan jatkaa.
12 V:n invertteri soveltuu parhaiten paikallisen virtalähteen luomiseen. Koska autoja ja 12 V:n tasavirta-akkuja on saatavilla suuri määrä, niitä voidaan käyttää käyttäjien tarpeisiin. Tällaisia verkkoja voidaan perustaa useisiin eri paikkoihin, alkaen omasta autostasi. Ne ovat liikkuvia eivätkä ole riippuvaisia pysäköintipaikasta.
12 V:n ja 220 V:n väliset muuntimet
Yksinkertaiset 12-220-muuntimet on suunniteltu pienen tehontarpeen vuoksi. Lähtöjännitteen laatua ja signaalin muotoa koskevat vaatimukset ovat alhaiset. Niiden klassisissa piireissä ei käytetä PWM-mikrokontrollereita. I-Ne-logiikkaelementeistä koottu flip-flop tuottaa sähköimpulsseja, joiden toistotaajuus on 100 Hz. D-triggeriä käytetään vaiheisen signaalin luomiseen. Se jakaa pääoskillaattorin taajuuden kahdella. Vastavaihesignaali, joka on neliöpulssien muodossa, tuotetaan liipaisimen suorassa ja käänteisessä ulostulossa.
Tämä signaali ei logiikkaelementtien puskurielementtien kautta ohjaa invertterin lähtöpiiriä, joka on rakennettu avaintransistoreiden varaan. Niiden teho määrittää taajuusmuuttajien lähtötehon.
Transistorit voivat olla yhdistettyjä bipolaarisia ja kenttäefektitransistoreja. Tyhjennys- tai keräilypiireihin kuuluu puolet muuntajan ensiöpiiristä. Sen toisiokäämi on suunniteltu 220 voltin lähtöjännitteelle. Koska liipaisin jakaa 100 Hz:n multivibraattorin taajuuden kahdella, lähtötaajuus on 50 Hz. Tätä arvoa tarvitaan suurimmalle osalle kotitalouksien sähkö- ja radiolaitteista.
Kaikki piirin komponentit saavat virtansa ajoneuvon akusta, ja niiden lisäksi on lisätty vakautus ja suojaus suurtaajuushäiriöitä vastaan. Myös itse akku on suojattu niitä vastaan.
Yksinkertaiset taajuusmuuttajapiirit eivät sisällä suojaus- tai automaattisia ohjauselementtejä. Lähtötaajuus määräytyy pääoskillaattoripiiriin sisältyvän kondensaattorin kapasiteetin ja vastusresistanssin valinnan perusteella. Yksinkertaisin suojaus kuorman oikosulkua vastaan on sulake auton akkua syöttävässä virtapiirissä. Varasulakkeita on siksi aina oltava saatavilla.
Tehokkaammat nykyaikaiset tasavirtamuuntimet käyttävät eri piiriä. PWM-säädin asettaa toimintatilan. Se määrittää myös lähtösignaalin amplitudin ja taajuuden.
2000W:n muuntopiirissä (12V+220V+2000W) käytetään tehoaktiivisten elementtien rinnankytkentää sen lähtövaiheissa tarvittavan lähtötehon saavuttamiseksi. Tässä piirisuunnittelussa transistorien virrat lasketaan yhteen.
Luotettavampi tapa tehoparametrin kasvattamiseen on kuitenkin yhdistää useita DC/DC-muuntimia, jotka syötetään yhteiseen DC/AC-taajuusmuuttajaan (tasavirta/vaihtovirta), jonka ulostuloa käytetään raskaan kuorman kytkemiseen. Jokainen DC/DC-taajuusmuuttaja koostuu muuntajalähdöllä varustetusta taajuusmuuttajasta ja tasasuuntaajasta kyseistä jännitettä varten. Lähtöliittimissä on noin 300 V:n tasajännite. Ne kaikki on kytketty rinnakkain lähtöön.
Yhdestä invertteristä on vaikea saada yli 600 W tehoa. Koko laitteen virtapiiri saa virtansa akun jännitteestä.
Näissä piireissä on kaikenlainen suojaus, myös lämpösuojaus. Lämpötila-anturit on asennettu lähtötransistorien jäähdytyslevyjen pinnoille. Ne tuottavat lämpöasteesta riippuvan jännitteen. Kynnyslaite vertaa sitä suunnitteluvaiheessa asetettuun asetusarvoon ja antaa signaalin yksikön sammuttamiseksi asianmukaisella hälytyksellä. Jokaisella suojaustyypillä on oma hälytys, joka on usein äänimerkillä varustettu.
Pakotettu lisäjäähdytys tapahtuu koteloon asennetun ilmanjäähdyttimen avulla, joka aktivoituu automaattisesti vastaavan lämpöanturin käskystä. Lisäksi itse kotelo on luotettava jäähdytyselementti, koska se on valmistettu aaltopahvista.
Lähtöjännitesignaalin muodon mukaan
Yksivaiheiset jännitemuuntimet voidaan jakaa kahteen ryhmään:
- Puhtaalla siniaaltolähdöllä;
- Muunnetulla sinimuotoisella lähtöaaltomuodolla.
Ensimmäisessä ryhmässä suurtaajuusmuuttaja tuottaa vakiojännitteen. Sen arvo on lähellä laitteen ulostuloon vaaditun sinimuotoisen signaalin amplitudia. Siltapiirissä tästä tasavirtajännitteestä erotetaan komponentti, joka on hyvin lähellä sinimuotoista aaltomuotoa, säätimen ja alipäästösuodattimen pulssinleveysmodulaation avulla. Lähtötransistorit avautuvat useita kertoja jokaisella puolijaksolla ajanjakson ajan, joka vaihtelee harmonisen lain mukaan.
Puhdasta siniaaltoa tarvitaan laitteissa, joiden tulona on muuntaja tai moottori. Useimmat nykyiset laitteet mahdollistavat jännitteen, jonka muoto on likimain siniaalto. Kytkentävirtalähteillä varustettujen tuotteiden vaatimukset ovat erityisen alhaiset.
Muuntajayksiköt
Jännitemuuntimet voivat sisältää muuntajia. Invertteripiireissä ne osallistuvat estogeneraattoreiden toimintaan, jotka tuottavat pulsseja, joiden muoto lähestyy neliöaaltoa. Tällaisen oskillaattorin osana käytetään pulssimuuntajaa. Käämit on kytketty siten, että syntyy positiivinen takaisinkytkentä, joka johtaa vaimennettuun värähtelyyn.
Magneettiydin on valmistettu seoksesta, jolla on suuri magneettinen kaistanleveys. Näin varmistetaan muuntajan kyllästämätön toiminta. Erilaisilla ferriittityypeillä ja permaseoksilla on nämä ominaisuudet.
Muuntajien estogeneraattorit on korvattu multivibraattoreilla. Multivibraattoreissa käytetään uusinta tekniikkaa, ja niiden taajuusvakaus on edeltäjiään korkeampi. Lisäksi multivibraattoripiireillä voidaan muuttaa oskillaattorin toimintataajuutta yksinkertaisella tavalla.
Nykyaikaisissa invertterimalleissa muuntajat toimivat lähtövaiheissa. Primaarikäämityksen keskipisteestä lähtevä johto syöttää niissä käytettävien transistorien kollektoreihin tai tyhjennykseen pariston syöttöjännitettä. Toisiokäämitykset lasketaan muunnossuhteen avulla 220V:n vaihtojännitteeseen. Tätä arvoa käytetään useimpien kotitalouksien sähkönsyöttöön.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
