Napetostni pretvorniki 12 do 220 V se uporabljajo povsod, kjer je treba električne naprave, ki porabljajo standardni izmenični tok, priključiti na vir izmenične napetosti. V mnogih primerih to omrežje ni na voljo. Uporaba avtonomnega bencinskega generatorja zahteva skladnost s pravili njegovega vzdrževanja: stalno spremljanje delovne ravni goriva, zagotavljanje prezračevanja. Uporaba pretvornikov v povezavi z avtomobilskimi baterijami vam omogoča, da težavo rešite na najboljši način.
Vsebina
Imenovanje in načelo delovanja
Kaj je napetostni pretvornik. To je ime elektronske naprave, ki spreminja velikost vhodnega signala. Lahko se uporablja kot pripomoček, ki poveča ali zmanjša njegovo vrednost. Po pretvorbi lahko vhodna napetost spremeni svojo velikost in frekvenco. Takšne naprave, ki enosmerno napetost spremenijo (pretvorijo) v izhodni signal izmenične napetosti, imenujemo inverterji.
Napetostni pretvorniki se uporabljajo kot avtonomne naprave, ki napajajo porabnike z izmeničnim tokom, in so lahko del drugih izdelkov: sistemov in napajalnikov za neprekinjeno napajanje, naprav za povečanje enosmerne napetosti na zahtevano vrednost.
Inverterji so harmonični generatorji napetosti.Vir enosmernega toka s posebnim krmilnim vezjem ustvarja način periodičnega preklopa polarnosti. Posledično se na izhodnih kontaktih naprave, na katero je priključeno breme, oblikuje signal izmenične napetosti. Njegovo velikost (amplitudo) in frekvenco določajo elementi pretvorniškega vezja.
Krmilna naprava (krmilnik) nastavi frekvenco preklopa vira in obliko izhodnega signala, njegovo amplitudo pa določajo elementi izhodne stopnje vezja. Zasnovani so za največjo moč, ki jo porabi breme v izmeničnem tokokrogu.
Krmilnik se uporablja tudi za krmiljenje izhodnega signala, kar dosežemo s krmiljenjem širine impulza (povečanje ali zmanjševanje širine impulza). Podatki o spremembah vrednosti izhodnega signala na obremenitvi prihajajo v krmilnik preko povratnega vezja, na podlagi katerega se v krmilniku oblikuje krmilni signal za vzdrževanje potrebnih parametrov. Ta metoda se imenuje signali PWM (impulzna širina modulacije).
Izhodna stikalna vezja 12V napetostnega pretvornika lahko uporabljajo močne sestavljene bipolarne tranzistorje, polprevodniške tiristorje, poljske tranzistorje. Krmilna vezja so izdelana na mikrovezjih, ki so pripravljene za delovanje naprave s potrebnimi funkcijami (mikrokontrolerji), posebej zasnovane za takšne pretvornike.
Krmilno vezje zagotavlja zaporedje ključev za zagotavljanje izhoda pretvornika s signalom, potrebnim za normalno delovanje potrošniških naprav. Poleg tega mora krmilno vezje zagotavljati simetrijo polvalovne izhodne napetosti. To je še posebej pomembno za vezja, ki na izhodu uporabljajo pospeševalne impulzne transformatorje. Za njih je konstantna komponenta napetosti, ki se lahko pojavi, če je simetrija porušena, nesprejemljiva.
Obstaja veliko variant napetostnih inverterskih vezij (VIC), vendar obstajajo 3 osnovne:
- Netransformatorski most IN;
- Transformator z ničelnim vodnikom;
- Mostno vezje s transformatorjem.
Vsak od njih najde uporabo na svojem področju, odvisno od uporabljenega napajalnika in potrebne izhodne moči za napajanje porabnikov. Vsak od njih mora imeti zaščitne in signalne elemente.
Zaščita pred podnapetostjo in prenapetostjo vira enosmernega toka določa območje delovanja pretvornikov "po vhodu". Prenapetostna in podnapetostna AC izhodna zaščita je potrebna za normalno delovanje potrošniške opreme. Območje delovanja je nastavljeno glede na zahteve uporabljene obremenitve. Te vrste zaščite so reverzibilne, tj., ko se oprema povrne v normalno delovanje, se lahko obnovi.
Če se je zaščita sprožila zaradi kratkega stika v bremenu ali čezmernega povečanja izhodnega toka, je pred nadaljevanjem uporabe opreme potrebna temeljita analiza vzroka dogodka.
12V pretvornik je najprimernejši za ustvarjanje lokalnega elektroenergetskega sistema. Razpoložljivost velikega števila avtomobilov in 12-voltnih enosmernih baterij omogoča njihovo uporabo za oskrbo zahtev uporabnikov. Takšna omrežja je mogoče ustvariti na različnih mestih, začenši z lastnim avtomobilom. So mobilni in niso odvisni od parkirnega mesta.
Različice pretvornikov od 12 do 220 voltov
Preprosti pretvorniki od 12 do 220 so zasnovani za majhne porabnike energije. Zahteve glede kakovosti izhodne napajalne napetosti in oblike signala so nizke. Njihova klasična vezja ne uporabljajo mikrokontrolerjev PWM. Multivibrator, sestavljen na logičnih elementih I-NE, ustvarja električne impulze s frekvenco 100 Hz. Za ustvarjanje protifaznega signala se uporablja D-sprožilec. Frekvenco glavnega oscilatorja deli z 2. Protifazni signal v obliki pravokotnih impulzov se generira na direktnih in inverznih izhodih sprožilca.
Ta signal prek vmesnih elementov na logičnih elementih NE krmili izhodnega vezja pretvornika, ki je zgrajen na ključnih tranzistorjih. Njihova moč določa izhodno moč pretvornikov.
Tranzistorji so lahko sestavljeni bipolarni in tranzistorji z efektom polja. Odvodni ali kolektorski krogi vključujejo polovico primarnega transformatorja. Njegovo sekundarno navitje je zasnovano za izhodno napetost 220 V. Ker je sprožilec frekvenco multivibratorja 100 Hz razdelil na 2, bo izhodna frekvenca 50 Hz. Ta vrednost je potrebna za napajanje velike večine domače električne in radijske opreme.
Vse elemente vezja napaja avtomobilski akumulator z dodatnimi stabilizacijskimi in visokofrekvenčnimi protišumnimi elementi. Pred njimi je zaščitena tudi sama baterija.
Sheme preprostih pretvornikov ne vključujejo zaščitnih in avtomatskih krmilnih elementov. Frekvenca izhodnega signala je določena z izbiro upora kondenzatorja in upora, vključenega v vezje oscilatorja. Kot najenostavnejša zaščita pred kratkim stikom v bremenu se uporablja varovalka v tokokrogu, ki napaja tokokrog do akumulatorja avtomobila. Zato je potrebno vedno imeti rezervni komplet varovalk.
Močnejše sodobne pretvornike DC v AC izdelujejo druga vezja. Krmilnik PWM nastavi način delovanja. Določa tudi amplitudo in frekvenco izhodnega signala.
2000W pretvorniško vezje (12V+220V+2000W) uporablja vzporedno povezavo močnostnih aktivnih elementov v svojih izhodnih stopnjah za pridobitev zahtevane izhodne moči. S to zasnovo vezja se seštejejo tokovi tranzistorjev.
Toda zanesljivejši način za povečanje parametra moči je kombinacija več pretvornikov DC/DC kot vhoda v skupni pretvornik DC/AC (enosmerni/izmenični tok), katerega izhod se uporablja za priključitev težkega bremena.Vsak pretvornik DC/DC je sestavljen iz pretvornika s transformatorskim izhodom in usmernika za to napetost. Na izhodnih sponkah je enosmerna napetost približno 300 V. Na izhodu so vsi povezani vzporedno.
Iz enega razsmernika je težko dobiti več kot 600 W moči. Celotno vezje naprave se napaja z napetostjo baterije.
Takšna vezja so opremljena z vsemi vrstami zaščite, vključno s toplotno zaščito. Temperaturni senzorji so nameščeni na površinah hladilnikov izhodnih tranzistorjev. Proizvajajo napetost, ki je odvisna od stopnje segrevanja. Pražna naprava jo primerja s tisto, ki je bila nastavljena v fazi načrtovanja, in daje signal za zaustavitev delovanja naprave z ustreznim alarmom. Vsaka vrsta zaščite je opremljena s svojo signalno napravo, pogosto zvočno.
Dodatno prisilno hlajenje se uporablja s pomočjo zračnega hladilnika, nameščenega v ohišju, ki se samodejno aktivira na ukaz ustreznega termičnega senzorja. Poleg tega je ohišje samo zanesljivo odvod toplote, saj je izdelano iz valovite kovine.
Glede na obliko izhodnega napetostnega signala
Enofazne napetostne pretvornike lahko razdelimo v dve skupini:
- S čistim sinusnim izhodom;
- S spremenjenim sinusnim izhodom.
V prvi skupini pretvornikov visokofrekvenčni pretvornik ustvarja konstantno napetost. Njegova vrednost je blizu amplitude sinusnega signala, ki je potreben na izhodu naprave. V mostnem vezju se iz te napetosti izloči konstantna napetost s širinsko modulacijo krmilnika in nizkopasovnim filtrom, ki je zelo blizu sinusne oblike. Izhodni tranzistorji se večkrat odprejo v vsaki polperiodi za čas, ki se spreminja po harmoničnem zakonu.
Čisti sinusni val je potreben za naprave, ki imajo kot vhod transformator ali motor.Večina današnjih naprav omogoča napajanje z napetostmi, katerih oblika se približa sinusni. Izdelki s stikalnimi napajalniki imajo še posebej nizke zahteve.
Transformatorske naprave
Napetostni pretvorniki lahko vsebujejo transformatorje. V inverterskih vezjih so vključeni v delovanje glavnih blokirnih generatorjev, ki proizvajajo impulze, ki so blizu pravokotne oblike. Kot del takega generatorja se uporablja impulzni transformator. Njegovi navitji so povezani tako, da ustvarjajo pozitivno povratno zvezo, kar ima za posledico ustvarjanje nedušenih nihanj.
Magnetno jedro je izdelano iz zlitine, ki ima visoko magnetno pasovno širino. To omogoča, da transformator deluje v nenasičenem načinu. Te lastnosti imajo različne vrste ferita, permaloja.
Transformatorske blokirne generatorje so zamenjali multivibratorji. Uporabljajo sodobno elementno bazo in imajo večjo frekvenčno stabilnost kot njihovi predhodniki. Poleg tega multivibratorska vezja na preprost način spreminjajo delovno frekvenco oscilatorja.
V sodobnih modelih pretvornikov transformatorji delujejo v izhodnih stopnjah. Skozi vodnik od središča primarnega navitja do kolektorjev ali odtokov tranzistorjev, ki se uporabljajo v njih, se napaja napajalna napetost iz baterije. Sekundarna navitja so izračunana z uporabo transformacijskega razmerja za izmenično napetost 220 V. Ta vrednost se uporablja za napajanje večine domačih porabnikov.
Povezani članki:
