Spanningsomzetters van 12 tot 220 V worden overal gebruikt waar elektrische apparaten die standaard netstroom verbruiken, op wisselspanningsbronnen moeten worden aangesloten. In veel gevallen zal deze netvoeding niet beschikbaar zijn. Het gebruik van een autonome benzinegenerator vereist dat de regels voor het onderhoud ervan worden nageleefd: voortdurende controle van het bedrijfsbrandstofpeil, zorgen voor ventilatie. Het gebruik van omvormers, compleet met voertuigaccu's, kan het probleem op de best mogelijke manier oplossen.
Inhoud
Benaming en werkingsprincipe
Wat een spanningsomzetter is. Een elektronisch apparaat dat de waarde van een ingangssignaal verandert. Het kan worden gebruikt als een apparaat dat de waarde van de ingangsspanning verhoogt of verlaagt. De spanningsingang na conversie kan zowel zijn magnitude als zijn frequentie veranderen. Apparaten die de gelijkspanning veranderen (omzetten) in een wisselspanningssignaal, worden omvormers genoemd.
Spanningsomvormers worden zowel gebruikt als op zichzelf staande eenheden die wisselstroom aan verbruikers leveren, als als onderdeel van andere producten: systemen en bronnen voor ononderbreekbare stroomvoorziening, gelijkspanningsopvoereenheden tot de vereiste waarde.
Omvormers zijn harmonische spanningsgeneratoren. Een gelijkstroombron wordt gecreëerd door middel van een speciale regelkring om de polariteit periodiek om te schakelen. Het resultaat is een wisselspanningssignaal op de uitgangscontacten van het toestel, waarop de belasting is aangesloten. De magnitude (amplitude) en frequentie worden bepaald door het invertercircuit.
De regelinrichting (controller) bepaalt de schakelfrequentie van de bron en de vorm van het uitgangssignaal, en de amplitude daarvan wordt bepaald door de elementen van de eindtrap van de schakeling. Zij zijn ontworpen voor het maximale vermogen dat door de belasting in de wisselstroomkring wordt verbruikt.
De regelaar wordt ook gebruikt om het uitgangssignaal te regelen, hetgeen wordt bereikt door de pulsbreedte te regelen (verhogen of verlagen van de pulsbreedte). Informatie over veranderingen in de waarde van het uitgangssignaal naar de belasting wordt teruggekoppeld naar de regelaar door een terugkoppelingscircuit, dat wordt gebruikt om het regelsignaal te vormen om de vereiste parameters te handhaven. Deze methode wordt PWM (Pulse Width Modulation) signaal genoemd.
De vermogensschakelcircuits van de 12V-omvormer kunnen samengestelde bipolaire transistors met hoog vermogen, thyristors in vaste toestand en veldeffecttransistors gebruiken. Regelaarcircuits zijn gebaseerd op microschakelingen, dat wil zeggen gebruiksklare apparaten met de nodige functies (microcontrollers), speciaal ontworpen voor dergelijke converters.
Het regelsysteem zorgt voor de toetsenvolgorde om ervoor te zorgen dat de uitgang van de omvormer het signaal levert dat nodig is voor de normale werking van de verbruikstoestellen. Bovendien moet het regelsysteem zorgen voor symmetrie van de halfgolvige uitgangsspanning. Dit is vooral belangrijk voor schakelingen die gebruik maken van step-up pulstransformatoren aan de uitgang. De gelijkstroomcomponent van de spanning, die kan optreden als de symmetrie wordt verbroken, moet worden vermeden.
Er zijn vele varianten van spanningsomvormerschakelingen (VI), maar er zijn 3 basisvarianten:
- Een transformatorloze brugomvormer IN;
- Transformator UUT met nulleider;
- Brugschakeling met een transformator.
Elk van hen wordt gebruikt op zijn eigen gebied, afhankelijk van de voeding die erin wordt gebruikt en het vereiste uitgangsvermogen om de verbruikers te voeden. Elk moet beveiligings- en signaleringselementen hebben.
De beveiliging tegen onderspanning en overspanning van de DC-bron bepaalt het "ingangs"-werkingsbereik van de omvormers. De overspannings- en onderspanningsbeveiliging van de wisselstroomuitgang is noodzakelijk voor de normale werking van de apparatuur van de consument. Het uitschakelbereik wordt ingesteld volgens de eisen van de gebruikte belasting. Deze soorten beveiliging zijn omkeerbaar, d.w.z. dat de werking kan worden hersteld wanneer de apparatuur weer normaal functioneert.
Indien de beveiliging is geactiveerd ten gevolge van een kortsluiting in de belasting of een buitensporige toename van de uitgangsstroom, moet een grondige analyse van de oorzaak van het voorval worden uitgevoerd voordat de apparatuur verder kan worden gebruikt.
De 12 volt omvormer is het meest geschikt voor de plaatselijke stroomvoorziening. Dankzij de beschikbaarheid van een groot aantal auto's en 12V-gelijkstroomaccu's kunnen deze worden gebruikt om aan de vraag van de gebruikers te voldoen. Dergelijke netwerken kunnen op verschillende plaatsen worden opgezet, te beginnen bij uw eigen auto. Zij zijn mobiel en niet afhankelijk van een parkeerplaats.
Omvormers van 12 V naar 220 V
Eenvoudige omvormers van 12 naar 220 zijn ontworpen voor lage vermogensvereisten. De eisen aan de kwaliteit van de uitgangsspanning en aan de vorm van het signaal zijn laag. Hun klassieke circuits maken geen gebruik van PWM microcontrollers. De flip-flop, geassembleerd met I-Ne logische elementen, genereert elektrische pulsen met een herhalingsfrequentie van 100 Hz. Een D-trigger wordt gebruikt om een in-phase signaal te creëren. Hij deelt de frequentie van de master oscillator door 2. Het tegenfasesignaal in de vorm van vierkante pulsen wordt gegenereerd aan de directe en inverse uitgangen van de trigger.
Dit signaal, via de bufferelementen op de logische elementen, bestuurt NIET het uitgangscircuit van de omvormer, dat is opgebouwd uit sleuteltransistoren. Hun vermogen bepaalt het uitgangsvermogen van de omvormers.
De transistors kunnen samengestelde bipolaire en veldeffecttransistors zijn. De aftap- of collectorcircuits omvatten de helft van de primaire van de transformator. De secundaire wikkeling is ontworpen voor een uitgangsspanning van 220V. Aangezien de trigger de frequentie van de 100Hz multivibrator door 2 deelt, zal de uitgangsfrequentie 50Hz zijn. Deze waarde is nodig om het overgrote deel van de elektrische en radioapparatuur in huis van stroom te voorzien.
Alle circuitcomponenten worden gevoed door de voertuigaccu, met extra elementen voor stabilisatie en bescherming tegen hoogfrequente interferentie. De batterij zelf is er ook tegen beschermd.
De eenvoudige omvormerschakelingen bevatten geen beveiligings- of automatische besturingselementen. De uitgangsfrequentie wordt bepaald door de keuze van de condensator en de weerstand die in het circuit van de masteroscillator zijn opgenomen. De eenvoudigste beveiliging tegen kortsluiting in de belasting is een zekering in het circuit dat de autoaccu voedt. Een reserveset zekeringen moet daarom altijd beschikbaar zijn.
De krachtigere moderne converters van gelijkstroom naar wisselstroom gebruiken een ander circuit. De PWM-regelaar stelt de bedrijfsmodus in. Hij bepaalt ook de amplitude en frequentie van het uitgangssignaal.
De 2000W-omvormerschakeling (12V+220V+2000W) maakt gebruik van parallelschakeling van actieve vermogenselementen in zijn eindtrappen om het vereiste uitgangsvermogen te verkrijgen. In dit circuitontwerp worden de stromen van de transistors bij elkaar opgeteld.
Maar een meer betrouwbare manier om de vermogensparameter te verhogen is het combineren van verschillende DC/DC-omzetters als ingang voor een gemeenschappelijke DC/AC (gelijkstroom/alternatorstroom) omvormer, waarvan de uitgang wordt gebruikt om een zware belasting aan te sluiten. Elke DC/DC-omvormer bestaat uit een omvormer met een transformatoruitgang en een gelijkrichter voor die spanning. Op de uitgangsklemmen staat een gelijkspanning van ongeveer 300 V. Ze zijn allemaal parallel geschakeld aan de uitgang.
Het is moeilijk om meer dan 600W vermogen uit een enkele omvormer te halen. Het hele circuit van het toestel wordt gevoed door de batterijspanning.
Deze circuits zijn voorzien van alle soorten beveiliging, inclusief thermische beveiliging. Temperatuursensoren worden gemonteerd op de oppervlakken van de koellichamen van de uitgangstransistoren. Ze wekken een spanning op die afhangt van de mate van warmte. Een drempelinrichting vergelijkt dit met het setpoint in de ontwerpfase en geeft een signaal om de eenheid met een passend alarm te stoppen. Elk type beveiliging heeft zijn eigen alarm, vaak hoorbaar.
Extra geforceerde koeling wordt toegepast door middel van een in de behuizing geïnstalleerde luchtkoeler die automatisch in werking treedt op commando van de respectieve thermische sensor. Bovendien is de behuizing zelf een betrouwbaar koellichaam omdat zij is gemaakt van gegolfd metaal.
Volgens de vorm van het uitgangsspanningssignaal
Eenfasige spanningsomzetters kunnen in twee groepen worden verdeeld:
- Met een zuivere sinusgolf uitgang;
- Met een aangepaste sinusvormige uitgangsgolf.
In de eerste groep produceert een hoogfrequent converter een constante spanning. De waarde ligt dicht bij de amplitude van het vereiste sinusoïdale signaal aan de uitgang van het apparaat. In een brugschakeling wordt uit deze gelijkspanning een component gehaald die zeer dicht bij een sinusvormige golfvorm ligt, door pulsbreedtemodulatie van de regelaar en een laagdoorlaatfilter. De uitgangstransistors openen meerdere malen in elke halve periode gedurende een periode die varieert volgens een harmonische wet.
Een zuivere sinusgolf is vereist voor apparaten die een transformator of motor als ingang hebben. De meeste van de huidige apparaten maken een spanning mogelijk waarvan de vorm een sinusgolf benadert. Producten met geschakelde voedingen hebben bijzonder lage eisen.
Transformator eenheden
Spanningsomvormers kunnen transformatoren bevatten. In invertercircuits zijn zij betrokken bij de werking van blokgeneratoren, die pulsen produceren die de vorm van een rechthoek benaderen. Een pulstransformator wordt gebruikt als onderdeel van zo'n oscillator. De wikkelingen zijn zo aangesloten dat een positieve terugkoppeling ontstaat, die resulteert in een gedempte oscillatie.
De magnetische kern is gemaakt van een legering met een grote magnetische bandbreedte. Dit garandeert de onverzadigde werking van de transformator. Verschillende soorten ferriet, permalloy hebben deze eigenschappen.
Transformator-blokkeergeneratoren zijn vervangen door multivibratoren. Multivibratoren maken gebruik van de modernste schakelingen en hebben een hogere frequentiestabiliteit dan hun voorgangers. Bovendien kunnen multivibrator-schakelingen de werkfrequentie van de oscillator op een eenvoudige manier wijzigen.
In moderne omvormermodellen werken transformatoren in de eindtrappen. De leiding vanaf het middelpunt van de primaire wikkeling voorziet de collectoren of drain van de transistoren die erin worden gebruikt van een voedingsspanning van de batterij. De secundaire wikkelingen worden, met behulp van een transformatieverhouding, berekend op de wisselspanning van 220V. Dit is de waarde die wordt gebruikt om de meeste huishoudelijke verbruikers van stroom te voorzien.
Verwante artikelen:
