Как преобразовать постоянное напряжение в переменное. Преобразователи постоянного напряжения в переменное. Большая энциклопедия нефти и газа.
Отключение электроэнергии в наших домах, увы, становится традицией. Неужели ребенку придется делать уроки при свече? Или как раз интересный фильм по телевизору, вот бы досмотреть. Все это поправимо, если у вас есть автомобильный аккумулятор. К нему можно собрать устройство, называемое преобразователем постоянного напряжения в переменное (ипи по западной терминологии DC-AC преобразователь).
Напряжение постоянного тока прерывается и усиливается. Основная трудность заключается в том, что при каждом прерывании хеширования существует пик напряжения, который включает размещение фильтров для сглаживания сигнала. Сигнал выходной сигнал квадратного сигнала трапециевидный синусоидальный сигнал. . Этот тип преобразователя находится все реже и реже, потому что он соответствует базовой и устаревшей технологии. Более того, он создает проблемы совместимости.
Он идеально подходит для большинства электроприборов, за исключением электродвигателей или духовок и микроволн, для которых эффективность низкая. Этот тип преобразователя обычно используется для высокой мощности, например, на больших устройствах для ночного использования вместо генераторных установок, которые являются шумными. Они также могут использоваться для запуска электродвигателей.
На рис.1 и 2 показаны две основные схемы таких преобразователей. В схеме на рис.1 используются четыре мощных транзистора VT1...VT4, работающих в ключевом режиме. В одном полупериоде напряжения 50 Гц открыты транзисторы VT1 и VT4. Ток от аккумулятора GB1 протекает через транзистор VT1, первичную обмотку трансформатора T1 (слева направо по схеме) и транзистор VT4. Во втором полупериоде открыты транзисторы VT2 и VT3, ток от аккумулятора GB1 идет через транзистор VT3, первичную обмотку трансформатора TV1 (справа налево по схеме) и транзистор VT2. В результате ток в обмотке трансформатора TV1 получается переменным, и во вторичной обмотке напряжение повышается до 220 6. При использовании 12-вопьтового аккумулятора коэффициент К= 220/12=18,3.
Температура конвертера оказывает прямое влияние на эффективность устройства. Нужно быть осторожным в отношении объявленных значений, потому что иногда некоторые производители используют холодные значения, которые имеют порядок на 10% выше значений, измеренных после одного часа использования.
Преобразователь характеризуется двумя значениями мощности. Номинальная мощность: что соответствует мощности, которую можно использовать при нормальном использовании. Мгновенная мощность: соответствует мощности, которую может принимать преобразователь при включении питания. Это значение не является незначительным для использования типа двигателя, когда пусковые токи могут быть в три раза больше номинальной мощности. Для преобразователей низкой мощности до 150 Вт подключение осуществляется через гнездо прикуривателя.
Генератор импульсов с частотой 50 Гц можно построить на транзисторах, логических микросхемах и любой другой элементной базе На рис.1 показан генератор импульсов на интегральном таймере КР1006ВИ1 (микросхема DA1). С выхода DA1 импульсы частотой 50 Гц проходят через два инвертора на транзисторах VT7, VT8. От первого из них импульсы поступают через усилитель тока VT5 на пару VT2, VT3, со второго - через усилитель тока VT6 на пару VT1, VT4. Если в качестве VT1...VT4 использовать транзисторы с высоким коэффициентом передачи тока ("супербета"), например, типа КТ827Б или мощные полевые транзисторы, например, КП912А, то усилители тока VT5, VT6 можно не ставить.
С другой стороны, для более высоких мощностей электропроводка должна заботиться, потому что токи вызова могут быть очень важными. Поэтому особое внимание должно быть уделено выбору и позиционированию преобразователя как можно ближе к батареям. С другой стороны, для устройств, требующих постоянного тока, рекомендуется использовать их для достижения наилучшей производительности.
После генерации энергии и ее хранения в батареях вам часто потребуется преобразовать очень низкий ток постоянного тока от батарей в стандартный ток для вашего оборудования в 220 вольт. Это работа преобразователя постоянного тока. Тем не менее, рекомендуется тщательно подумать, прежде чем принимать решение об использовании преобразователя постоянного тока. Действительно, это усложняет установки значительно и имеет печальную тенденцию сделать их менее надежными, когда оборудование плохое или плохое.
В схеме на рис.2 используются только два мощных транзистора VT1 и VT2, но зато первичная обмотка трансформатора имеет вдвое больше витков и среднюю точку. Генератор импульсов в этой схеме тот же самый, базы транзисторов VT1 и VT2 подключаются к точкам А и Б схемы генератора импульсов на рис.1.
Время работы преобразователя определяется емкостью аккумулятора и мощностью нагрузки. Если допустить разряд аккумулятора на 80 % (такой разряд допускают свинцовые аккумуляторы), то выражение для времени работы преобразователя имеет вид:
Также необходимо контролировать внутреннее потребление конвертера, в режиме ожидания и дальше. У некоторых преобразователей такое потребление, что они будут потреблять большую часть вашей энергии для них в одиночку. Когда они не обязательно, тогда лучше обойтись без него. Если, однако, это абсолютно необходимо, его следует тщательно выбрать.
Чтобы выбрать конвертер постоянного тока, сначала вам нужно точно определить, какова будет его задача. Потому что они существуют из всех видов и могут выполнять очень разнообразные задачи. Проще говоря, все приложения, которые не требуют запуска двигателя, смогут проходить с преобразователем в квадратном или синусоидальном сигнале, модифицированном с низким уровнем конца.
Т(ч) = (0,7WU)/P, где W - емкость аккумулятора, Ач; U - номинальное напряжение аккумулятора, В; Р - мощность нагрузки, Вт. В этом выражении учтен также КПД преобразователя, составляющий 0,85...0,9.
Для приложений с моторным или высокотехнологичным оборудованием немного хрупким, вам придется либо инвестировать в материал в чистый синусоидальный сигнал, либо в высококачественный модифицированный синус. После выбора конвертера постоянного тока вам нужно будет рассчитать мощность, которая вам понадобится. Для этого добавьте мощности устройств, которые будут работать в одно и то же время. Ваш конвертер должен иметь более высокую мощность с запасом не менее 20-30%, чтобы избежать его максимальной мощности.
Требуется 142 Вт. Планируйте, чтобы многие бренды демонстрировали более высокую власть, чем реальность. Именно поэтому мы предпочтем конвертеры либо чистые синусы, либо модифицированные синусы очень хорошего качества. Размер кабелей, используемых для подключения преобразователей, еще более строг, чем в остальной части установки, и вам часто приходится выбирать очень большие секции. Не стесняйтесь переключаться на 24 вольта или даже 48, как только сможете.
Тогда, например, при использовании автомобильного аккумулятора емкостью 55 Ач с номинальным напряжением 12 В при нагрузке на лампочку накаливания мощностью 40 Вт время работы составит 10...12 ч, а при нагрузке на телевизионный приемник мощностью 150 Вт 2,5—3ч.
Приведем данные трансформатора Т1 для двух случаев: для максимальной нагрузки 40 Вт и для максимальной нагрузки 150 Вт.
В качестве функции безопасности вы не должны забывать устанавливать предохранитель между батареями и преобразователями, а также выключатель остаточного тока, чтобы защитить его от коротких замыканий в системах со стороны использования. Также интересно установить выходной счетчик для количественной оценки потребляемой энергии, что очень помогает сбалансировать производство.
Схема подключения преобразователя постоянного тока. Требования к энергосбережению электронных устройств постоянно растут и в то же время требуют высокой эффективности и низкого энергопотребления в режиме ожидания. Переход от одного решения к другому требует полной реорганизации, выбора внешнего компонента, редактирования электронной платы и последующего тестирования и проверки.
В таблице: S - площадь сечения магнитопровода; W1, W2 - количество витков первичной и вторичной обмоток; D1, D2 - диаметры проводов первичной и вторичной обмоток.
Можно использовать готовый силовой трансформатор, сетевую обмотку его не трогать, а домотать первичную обмотку. В этом случае после намотки нужно включить в сеть сетевую обмотку и убедиться, что напряжение на первичной обмотке равно 12 В.
Важность функций безопасности. В этом случае встроенный чип управления, используемый в проекте, является критическим выбором, а используемые схемы и детали во многом зависят от выбора этого компонента. Первый шаг - найти преобразователь, который может обеспечить функции, необходимые для проектирования источника питания. В частности, функции защиты - очень важный аспект в проектировании энергосистемы, часто недооцениваемый, но все же важный для безопасности и надежности. Функции защиты электропитания важны не только для безопасности, но и для надежности цепи.
Если использовать в качестве мощных транзисторов VT1...VT4 в схеме на рис.1 или VT1, VT2 в схеме на рис.2 КТ819А, то следует помнить следующее. Максимальный рабочий ток этих транзисторов 15 А, поэтому если рассчитывать на мощность преобразователя свыше 150 Вт, то необходимо ставить либо транзисторы с максимальным током свыше 15 А (например, КТ879А), либо включать параллельно по два транзистора. При максимальном рабочем токе 15 А мощность рассеяния на каждом транзисторе составит примерно 5 Вт, тогда как без радиатора максимальная рассеиваемая мощность - 3 Вт. Поэтому на этих транзисторах необходимо ставить небольшие радиаторы в виде металлической пластины площадью 15-20 см.
Существуют разные типы входов, выходов и температуры. Неожиданное событие может нанести значительный урон. Реализация этих функций по внешним схемам включает в себя использование большого количества дополнительных частей, больший отпечаток, меньшую степень надежности, большую работу по проектированию и тестированию. По этим причинам высокоинтегрированное решение часто оценивается и обычно обеспечивает производительность и энергопотребление, которые обычно превосходят решение с дискретным компонентом.
Функции защиты позволяют обеспечить безопасность и надежность системы в экстремальных условиях эксплуатации, а также улучшить допуски по току и превышению допуска. Проект, который не может обеспечить достаточный запас прочности, на самом деле может вызвать больше отходов при серийном производстве и сделать его очень переменным, а также возможные катастрофические последствия пробоя в течение срока службы конечного продукта. Каждый компонент схемы всегда подвержен изменчивости, но хорошо продуманная система должна гарантировать надежность этих полей.
Выходное напряжение преобразователя имеет форму разнополярных импульсов амплитудой 220 В. Такое напряжение вполне подходит для питания различной радиоаппаратуры, не говоря уже об электрических лампочках. Однако однофазные электромоторы с напряжением такой формы работают плохо. Поэтому включать в такой преобразователь пылесос или магнитофон не стоит. Выход из положения можно найти, намотав на трансформаторе Т1 дополнительную обмотку и нагрузив ее на конденсатор Ср (на рис.2 показан пунктиром). Этот конденсатор выбран такой величины, чтобы образовался контур, настроенный на частоту 50 Гц. При мощности преобразователя 150 Вт емкость такого конденсатора можно вычислить по формуле С = 0,25 / U2, где U -напряжение, образующееся на дополнительной обмотке, например, при U = 100 В, С = 25 мкФ. При этом конденсатор должен работать на переменном напряжении (можно использовать металлобумажные конденсаторы К42У или подобные) и иметь рабочее напряжение не меньше 2U. Такой контур забирает на себя часть мощности преобразователя. Эта часть мощности зависит от добротности конденсатора. Так, для металлобумажных конденсаторов тангенс угла диэлектрических потерь составляет 0,02...0,05, поэтому КПД преобразователя снижается примерно на 2...5%.
Повышение эффективности и снижение расхода топлива. Не менее важно улучшить мощность источника питания и снизить энергопотребление устройства, когда он находится в режиме ожидания. Выше определенного поглощения мощности требуется коррекция коэффициента мощности, которая предполагает использование дополнительных схем и управление повышенной сложностью системы. В этом контексте размер и эффективность конвертера являются компромиссными. Другим очень важным аспектом является требование уменьшить размер или увеличить плотность мощности.
Во избежание выхода из строя аккумуляторной батареи преобразователь не мешает оборудовать сигнализатором разряда. Простая схема такого сигнализатора показана на рис.3. Транзистор VT1 является пороговым элементом. Пока напряжение аккумуляторной батареи в норме транзистор VT1 открыт и напряжение на его коллекторе ниже порогового напряжения микросхемы DD1.1, поэтому генератор сигнала звуковой частоты на этой микросхеме не работает. Когда напряжение батареи опускается до критического значения, транзистор VT1 запирается (точка запирания устанавливается переменным резистором R2), начинает работать генератор на микросхеме DD1 и акустический элемент НА1 начинает "пищать". Вместо пьезоэлемента можно применить динамический громкоговоритель малой мощности.
Последние интегральные схемы предлагают несколько встроенных функций защиты. Сдержанный проект потребует значительного количества компонентов и значительного объема. Наконец, энергоблоки подчиняются многочисленным нормам и сертификатам, которые связаны с сложными и дорогостоящими измерениями и испытаниями. Постоянно растущий спрос на надежность, надежность и эффективность привел к разработке инновационных технологий и компонентов. Первой и самой непосредственной выгодой является повышение эффективности.
Это позволяет достичь беспрецедентной плотности мощности с использованием традиционной кремниевой технологии. Поскольку вы не указали текущее потребление или эффективность, давайте рассмотрим три разных подхода. Встраиваемые таймеры, основанные на микроконтроллерах, обычно используют неизолирующие источники питания, например.
После использования преобразователя аккумулятор необходимо зарядить. Для зарядного устройства можно использовать тот же трансформатор Т1, но количества витков в первичной обмотке недостаточно, так как она рассчитана на 12 В, а нужно, по крайней мере, 17 В. Поэтому при изготовлении трансформатора следует предусмотреть дополнительную обмотку для зарядного устройства. Естественно, при зарядке аккумулятора схему преобразователя необходимо отключить.
Без изоляции Ток нагрузки не является гибким, он должен быть зафиксирован в небольшом окне. Очень маленький Очень дешево Отлично подходит для очень легких грузов. . Вы всегда можете использовать трансформатор, мостовой выпрямитель и линейный регулятор, например.
- Самый простой в использовании.
- Предназначен для средних токовых нагрузок - например, радио часов.
- Полная изоляция Относительно недорого.
В. Д. Панченко, г.Киев
Преобразователем напряжения называется устройство, которое изменяет вольтаж цепи. Это электронный прибор, который используется для изменения величины входного напряжения устройства. Преобразователи напряжениямогут повышать или понижать входное напряжение, в том числе менять величину и частоту первоначального напряжения.
Избежание этого достигается за счет аварийного источника питания, корни которого находятся в начале прошлого века. Некоторые из его принципов сохранились и по сей день, но их реализация осуществляется с использованием самых современных средств электроники.
Также приводятся типичные приложения. Основная функция инверторов состоит в том, чтобы преобразовать постоянное напряжение в переменное, причем последнее обычно больше, чем постоянное. К нему обычно добавляется стабилизация переменного напряжения и различных защит. Существует два принципа трансформации. При первом постоянном напряжении он немедленно преобразуется в переменное, а затем требуемое значение переменного напряжения получается трансформатором. Преимуществом является относительно простая и дешевая схема инвертора, а недостаток - значительный размер трансформатора, который увеличивается с выходной мощностью.
Необходимость применения данного устройства преимущественно возникает в случаях, когда необходимо использовать какой-либо электрический прибор в местах, где невозможно использовать имеющиеся стандарты или возможности электроснабжения. Преобразователи могут использоваться в виде отдельного устройства либо входить в состав систем бесперебойного питания и источников электрической энергии. Они широко применяются во многих областях промышленности, в быту и других отраслях.
Второй принцип заключается в том, чтобы сначала увеличить напряжение постоянного тока через схемы, похожие на повышающие стабилизаторы клавиш, а затем преобразовать в переменное напряжение. Это позволяет избежать установки трансформатора на выходе инвертора, но схема более сложная и дорогостоящая. Чтобы иметь гальваническое разделение между выходом и входом, в этих инверторах стабилизатор подъема также нуждается в трансформаторе.
Основная схема широко используемых полупроводниковых инверторов приведена на рис. 1а, и он работает в соответствии с первым принципом, причем форма его выходного напряжения представлена на фиг. 1б. Частота импульсов также зависит от выходного напряжения, которое обычно является частотой сети. Для обеспечения достаточной стабильности блок содержит кварцевый генератор и делитель частоты. Это основной недостаток инверторов в этой схеме, поскольку в случае нагрузок с очень высоким пусковым током они автоматически выключаются.
Устройство
Для преобразования одного уровня напряжения в иное часто используют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:
1.Инвертирующие.
2.Повышающие.
3.Понижающие.
Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:
1.Ключевой коммутирующий элемент.
2.Источник питания.
3.Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
4.Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.
5.Блокировочный диод.
Включение указанных пяти элементов в разных сочетаниях дает возможность создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.
Регулирование уровня выходящего напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, которые управляют работой ключевого коммутирующего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения создает автоматическое изменение ширины импульсов.
Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение иного значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике. Устройство трансформатора включает следующие элементы:
1.Магнитопровод.
2.Первичная и вторичная обмотка.
3.Каркас для обмоток.
4.Изоляция.
5.Система охлаждения.
6.Иные элементы (для доступа к выводам обмоток, монтажа, защиты трансформатора и так далее).
Напряжение, которое будет выдавать трансформатор на вторичной обмотке, будет зависеть от витков, которые имеются на первичной и вторичной обмотке.
Существуют и иные виды преобразователей напряжения, которые имеют иную конструкцию. Их устройство в большинстве случаев выполнено на полупроводниковых элементах, так как они обеспечивают значительный коэффициент полезного действия.
Принцип действия
Преобразователь напряжение вырабатывает напряжение питания необходимой величины из иного питающего напряжения, к примеру, для питания определенной аппаратуры от аккумулятора. Одним из главных требований, которые предъявляются к преобразователю, является обеспечение максимального коэффициента полезного действия.
Преобразование переменного напряжения легко можно выполнить при помощи трансформатора, вследствие чего подобные преобразователи постоянного напряжения часто создаются на базе промежуточного преобразования постоянного напряжения в переменное.
1.Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
2.Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
3.В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.
4.Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
5.Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.
6.В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.
В иды
Преобразователи можно классифицировать по ряду направлений.
Преобразователи напряжения постоянного тока;
1) регуляторы напряжения;
2) преобразователи уровня напряжения;
3) линейный стабилизатор напряжения.
Преобразователи переменного тока в постоянный;
1) импульсные стабилизаторы напряжения;
2) блоки питания;
3) выпрямители.
Преобразователи постоянного тока в переменный: инверторы.
Преобразователи переменного напряжения;
1) трансформаторы переменной частоты;
2) преобразователи частоты и формы напряжения;
3) регуляторы напряжения;
4) преобразователи напряжения;
5) трансформаторы разного рода.
Преобразователи напряжения в электронике в соответствии с конструкцией также делятся на следующие типы:
1.На пьезоэлектрических трансформаторах.
2.Автогенераторные.
3.Трансформаторные с импульсным возбуждением.
4.Импульсные источники питания.
5.Импульсные преобразователи.
6.Мультиплексорные.
7.С коммутируемыми конденсаторами.
8.Бестрансформаторные конденсаторные.
Особенности
1.При отсутствии ограничений по объему и массе, а также при высоком значении питающего напряжения преобразователи рационально использовать на тиристорах.
2.Полупроводниковые преобразователи на тиристорах и транзисторах могу быть регулируемыми и нерегулируемыми. При этом регулируемые преобразователи могут применяться как стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
3.По способу возбуждения колебаний в устройстве могут быть схемы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Схемы с независимым возбуждением выполняются из усилителя мощности и задающего генератора. Импульсы с выхода генератора направляются на вход усилителя мощности, что позволяет управлять им. Схемы с самовозбуждением – это импульсные автогенераторы.
Применение
1.Для распределения и передачи электрической энергии. На электростанциях генераторы переменного тока обычно вырабатывается энергия напряжением 6-24 кВ. Для передачи энергии на дальние расстояния выгодно использовать большее напряжение. Вследствие этого на каждой электростанции ставят трансформаторы, повышающие напряжение.
2.Для различных технологических целей: электротермических установок (электропечные трансформаторы), сварки (сварочные трансформаторы) и так далее.
3.Для питания различных цепей;
1) автоматики в телемеханике, устройств связи, электробытовых приборов;
2) радио- и телевизионной аппаратуры.
Для разделения электрических цепей данных устройств, в том числе согласования напряжений и так далее. Трансформаторы, применяемые в данных устройствах, в большинстве случаев имеют малую мощность и невысокое напряжение.
4.Преобразователи напряжения практически всех типов широко применяются в быту. Блоки питания многих бытовых приборов, сложных электронных устройств, инверторные блоки широко используются для обеспечения требуемого напряжения и обеспечения автономного энергоснабжения. К примеру, это может быть инвертор, который может быть использован для аварийного или резервного источника питания бытовых приборов (телевизор, электроинструмент, кухонная техника и так далее), потребляющих переменный ток напряжением 220 Вольт.
5.Наиболее дорогими и востребованными в медицине, энергетике, военной сфере, науке и промышленности являются преобразователи, которые имеют выходное переменное напряжение с чистой формой синусоиды. Подобная форма пригодна для работы устройств и приборов, которые имеют повышенную чувствительность к сигналу. К ним можно отнести измерительную и медицинскую аппаратуру, электрические насосы, газовые котлы и холодильники, то есть оборудование, в составе которых имеются электромоторы. Преобразователи часто необходимы и для продления времени службы оборудования.
Достоинства и недостатки
К достоинствам преобразователей напряжения можно отнести:
1.Обеспечение контроля входного и выходного режима тока. Эти устройства трансформируют переменный ток в постоянный, служат в качестве распределителей напряжения постоянного тока и трансформаторов. Поэтому их часто можно встретить в производстве и быту.
2.Конструкция большинства современных преобразователей напряжения имеет возможность переключения между разным входным и выходным напряжением, в том числе предполагает выполнение подстройки выходного напряжения. Это позволяет подбирать преобразователь напряжения под конкретный прибор или подключаемую нагрузку.
3.Компактность и легкость бытовых преобразователей напряжения, к примеру, автомобильных преобразователей. Они миниатюрны и не занимают много места.
4.Экономичность. КПД преобразователей напряжения достигает 90%, благодаря чему существенно экономится энергия.
5.Удобство и универсальность. Преобразователи позволяют подключать быстро и легко любой электроприбор.
6.Возможность передачи электроэнергии на дальние расстояния благодаря повышению напряжения и так далее.
7.Обеспечение надежной работы критических узлов: охранных систем, освещения, насосов, котлов отопления, научного и военного оборудования и так далее.
К недостаткам преобразователей напряжения можно отнести:
1.Восприимчивость преобразователей напряжения к повышенной влажности (кроме преобразователей, специально созданных для работы на водном транспорте).
2.Занимают некоторое место.
3.Сравнительно высокая цена.
