Меню

Инверторный преобразователь напряжения принцип работы



Преобразователь напряжения 12/220 вольт (инвертор) — принцип работы

Большинство домашних электроприборов рассчитаны на питание от бытовой однофазной сети электроснабжения. То есть, они имеют рабочее напряжение 220-240 вольт. Мы очень сильно привыкли к различным электроприборам. Потому и хочется пользоваться ими всегда. В том числе и там где нет сети электроснабжения. Использовать для этого электрогенератор не всегда удобно. Ведь даже небольшой генератор достаточно громоздок и тяжел.

Альтернативой генератору может служить аккумулятор. Тем более, что передвигаются в места, в которых нет электроснабжения, обычно на автомобиле. В этом случае всегда под рукой автомобильный аккумулятор. Причем при разрядке аккумулятора , его можно подзарядить от генератора автомобиля. Главное, чтобы не закончился бензин. Однако, существует проблема с подобным питанием. Ведь автомобильный аккумулятор выдает постоянный ток с напряжением 12 вольт. А бытовые электроприборы питаются переменным током с напряжением 220 вольт.

Эту проблему и решает преобразователь напряжения 12/220 вольт. Такой преобразователь обычно называют инвертором. Слово «инвертор» (invertere) можно перевести с латыни как «переворачивать, поворачивать», и даже как «извращать». То есть, инвертор «переводит» или приводит что-либо в противоположное состояние. В данном случае инвертор приводит в противоположное состояние электрический ток . Под инвертором может пониматься электронный усилитель который «переворачивает» сигнал. То есть, сдвигает фазу выходного сигнала на какой-то электрический угол относительно входного сигнала. А также, инвертор изменяющий частоту переменного тока. И наконец, инвертор как устройство для преобразования постоянного тока в переменный. О последнем устройстве и идет речь.

По большому счету, инвертор должен выполнить два действия. Во-первых, увеличить напряжение с 12 до 220 вольт. Во-вторых, инвертор должен преобразовать постоянный ток в переменный. Преобразование постоянного тока в переменный в инверторе происходит дважды.

Напряжение повышается с помощью импульсного трансформатора . Применение именно импульсного трансформатора трактуется значительным уменьшением размеров всего устройства. Однако, трансформатор может преобразовать напряжение только переменного тока . Потому посредством переключения электронных ключей, току придается определенная частота. Главную роль в таких ключах могут играть, например, полевые транзисторы. Управляются транзисторы специализированной микросхемой-генератором. Эта микросхема и задает частоту сигнала, который затем посылает на транзисторы. Это частота составляет десятки килогерц. Потому как импульсный трансформатор может работать только с высокочастотными токами. В итоге, после трансформатора получается ток нужного напряжения, но со слишком большой частотой. Потому переменный ток с помощью диодного моста выпрямляется и получается пульсирующий ток. Затем посредством конденсатора сглаживаются пульсации тока. И снова мы имеем постоянный ток. Однако, уже нужного нам напряжения.

Теперь необходимо снова преобразовать постоянный ток в переменный. Но уже нужной нам частоты. Для того, чтобы произвести это превращение в инверторе, постоянно меняется направление тока. Изменение направления происходит опять таки посредством переключения цепей этого тока. То есть, происходит то же самое действие, как если бы мы взяли батарейку и переставляли её полюса между двух входных контактов. Но изменяется направление очень быстро. Именно с той скоростью, которая нужна для создания нужной частоты электрического тока. А именно, для создания частоты 50 герц. То есть, переключение происходит 100 раз в секунду . Управляются это переключение второй микросхемой-генератором сигнала нужной частоты. Переключение происходит также с помощью групп полевых транзисторов. Потому как микросхема не может самостоятельно коммутировать большие токи. А вот силовые транзисторы рассчитаны на протекание по ним тока большой силы. Безусловно, для питания нагрузки определенной мощности подбираются подходящие транзисторы. На выходе получается переменный ток с модифицированной синусоидой частотой 50 герц и напряжением 220 вольт.

Читайте также:  Мтз трансформатора с пуском по напряжению

Некоторые схемы инверторов

Это очень примерное объяснение принципа работы инвертора-преобразователя. Разумеется, процессы происходящие в устройстве многочисленнее и сложнее. Существует много различных схем построения инверторов. К примеру, для того чтобы получить на выходе переменный ток с более чистой синусоидой, применяется управление транзисторами с помощью ШИМ контроллера. То есть, специализированной микросхемой с управлением посредством широтно-импульсной модуляции. Такая микросхема многократно коммутирует соответствующую пару транзисторов на интервале каждого полупериода выходного напряжения инвертора. В итоге, с помощью высокочастотного фильтра нижних частот вычленяется синусоидальная составляющая выходного напряжения инвертора.

Разумеется, преобразователь напряжения 220 на 12 вольт нужная и полезная вещь. Однако, нужно правильно применять это устройство. Нельзя перегружать инвертор. Нужно правильно рассчитывать мощность подключаемых электроприборов. При этом необходимо учитывать, что пусковые токи двигателей минимум в три раза больше рабочих. Если для инвертора в качестве источника питания используется автомобильный аккумулятор, то нужно соблюдать правила безопасности.

При подключении к аккумулятору мощного инвертора нужно совершать это подключение непосредственно к аккумулятору. Лучше всего это делать, отключив аккумулятор от сети электроснабжения автомобиля. Однако, необходимо постоянно контролировать заряд аккумулятора. Чтобы не разрядить его полностью. Ведь в этом случае не получится завести двигатель автомобиля. В гнездо прикуривателя можно включать лишь маломощные инверторы до 100 ватт. Стационарное подключение инвертора или не стоит делать вовсе или делать в специализированной мастерской. Чтобы подключение осуществлялось отдельным кабелем. Чтобы оно проводилось с осуществлением всех правил безопасности. И бесспорно, в любом случае инвертор нужно подключать через предохранитель соответствующего для данной мощности номинала.

Преобразователи напряжения с 12 на 220 вольт

Разумеется, инвертор 220/12 применяется не только с автомобильным аккумулятором. У него может быть множество различных ниш для использования. Например, преобразование постоянного тока полученного от солнечных батарей или ветрогенератора .

Для вашего удобства подборка публикаций

Читайте также:  График напряжений с разными сопротивлениями

Спасибо за посещение канала, чтение заметки, упоминание в социальных сетях и других интернет — ресурсах, а также подписку, лайки, дизлайки и комментарии ( Лайки и дизлайки можно ставить не регистрируясь и не заходя в аккаунт )

Источник

Как работает преобразователь напряжения? Виды, мощность, схемы

В этой статье рассматриваются электросхемы преобразователей напряжения, назначение и принцип работы оборудования. Также здесь объясняется, какие бывают устройства, даются рекомендации по их выбору, указываются ключевые характеристики.

Принцип работы преобразователей напряжения

Преобразователи представляют собой устройства, предназначенные для преобразования входного напряжения. Они могут повышать или понижать его, преобразовывать постоянный электроток в переменный и наоборот. Соответственно, принцип функционирования оборудования зависит от его типа. Существуют следующие основные разновидности устройств.

Преобразователи постоянного напряжения в постоянное

Они также называются DC/DC‑конвертеры. Применяются в вычислительной аппаратуре, средствах связи, схемах управления и автоматики. Обеспечивают снижение или повышение напряжения от источника электропитания (например, аккумуляторов или гальванических элементов) до нужного для питания нагрузки значения. Некоторые модели также могут инвертировать сигнал для получения напряжения с обратной полярностью. Электросхема конвертеров обычно включает такие элементы, как входной фильтр, конденсатор, катушки индуктивности, ключевого транзистора или тиристора, диода. Управление ключом осуществляется с помощью ШИМ. Ниже представлена функциональная схема повышающего преобразователя.

В категорию DC/DC‑конвертеров входят высоковольтные преобразователи. Они используются для нагрузок с малыми потребляемыми токами, которые не требуют значительной мощности источника электропитания. К ним относятся, например, счетчики радиационных излучений, ионизаторы воздуха, аноды электроннолучевых трубок в осциллографах.

Большинство современных ДС/ДС‑преобразователей имеет гальваническую развязку. В таких устройствах входные и выходные электроцепи разделены изоляционным барьером. Это решение позволяет защитить людей и подключаемую нагрузку от аварийного повышения напряжения на входе, а также улучшает помехозащищенность конвертера.

Преобразователи переменного напряжения в постоянное (выпрямители)

AC/DC‑преобразователи применяются для преобразования переменного напряжения (например, стандартного напряжения бытовых или промышленных электросетей 220/380 В) в стабилизированное постоянное напряжение. Устройства широко применяются в промышленной автоматизации, изготовлении источников питания, телекоммуникациях, на транспорте, в гальванике, энергосиловых установках, сварочных аппаратах. В зависимости от используемых силовых ключей, выпрямители бывают:

1. Тиристорными. Они состоят, как правило, из таких основных компонентов:

  • трансформатор. Необходим для понижения/повышения напряжения, а также гальванической развязки выпрямителя от электросети;
  • тиристорный мост (вентильная группа). Предназначен для преобразования переменного электротока в постоянный и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока, вне зависимости от колебаний напряжения на входе;
  • блок управления вентильной группой;
  • емкостной, индуктивный или комбинированный фильтр (LC-фильтр). Предназначен для сглаживания пульсаций выходных параметров.

2. Транзисторными. В состав таких выпрямителей входят следующие элементы:

  • входной LC-фильтр. Необходим для защиты питающей сети от помех, создаваемых выпрямителем;
  • диодный мост;
  • ВЧ-преобразователь. Предназначен для преобразования постоянного тока в высокочастотный импульсный и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока, вне зависимости от колебаний входного напряжения;
  • ВЧ-трансформатор. Предназначен для понижения/повышения напряжения импульсного тока;
  • диодный или транзисторный выпрямительный мост. Предназначен для преобразования высокочастотного импульсного тока в постоянный;
  • блок управления;
  • выходной LC-фильтр.
Читайте также:  Как сделать регулируемый стабилизатор напряжения

Преобразователи постоянного напряжения в переменное

Эти устройства называют DC/AC‑инверторами. Они могут применяться как отдельная аппаратура или входить в состав источников бесперебойного питания и систем преобразования электроэнергии. Формирование переменного напряжения осуществляется с помощью транзисторов и ШИМ. Периодическое высокочастотное открывание/закрывание транзисторов в электросхеме обеспечивает изменение направление движения тока и получение синусоиды.

Важно не только то, как работает инвертор напряжения, но и какую топологию формирования синусоидального сигнала он использует. Есть два основных варианта:

Топология «полумост» со сквозной нейтралью. Она отличается минимальным количеством силовых транзисторов и достаточно простой схемой. К недостаткам относится необходимость применения двухполярного источника электропитания, удвоенное число высоковольтных конденсаторов. Этот вариант используют обычно для не очень мощных нагрузок (0,5-1 кВт).

Мостовая топология. Наиболее распространенная схема в силовых преобразователях. Характеризуется повышенной надежностью, не требует большой входной емкости, обеспечивает минимальные пульсации на транзисторах. К недостаткам относится повышенная сложность драйверов и увеличенное число транзисторов.

Критерии выбора и расчет инвертора напряжения

Важнейшие характеристики инвертора:

  • частота преобразователя напряжения и форма напряжения. Желательно приобрести аппарат, который выдает чистый синусоидальный сигнал. К такому преобразователю можно подключать даже высокочувствительное оборудование;
  • номинальная мощность. Она должна быть выше, чем суммарная нагрузка всех подключенных потребителей;
  • максимальная пиковая мощность. Это значение определяет, какую наибольшую нагрузку выдержит устройство при подключении техники с малым значением коэффициента cos ф. К такому оборудованию относятся электродвигатели, насосы, компрессоры;
  • значение входного/выходного напряжения и силы электротока.

Чтобы выполнить расчет необходимой мощности DC/AC преобразователя, необходимо:

  1. Сложить мощность, потребляемую подключаемым оборудованием. Ее берут из паспортных данных на технику. Например, холодильник — 200 Вт, стиральная машина — 1500 Вт, пылесос — 1000 Вт. Итого в сумме: 200 + 1500 + 1000 = 2700 Вт.
  2. Учесть пиковую нагрузку. Для этого полученную сумму умножаем на коэффициент 1,3 (для рассматриваемого примера: 2700*1,3 = 3510 Вт).
  3. Учесть коэффициент cos ф для получения результата в вольт-амперах. Его значение для разного оборудования варьируется в пределах 0,60. 0,99. Для расчета лучше принять минимальную величину. 3510/0,6 = 5850 ВА ≈ 6 кВА. Именно на это значение следует ориентироваться при выборе инвертора.

Заключение

В статье были рассмотрены основные разновидности преобразователей напряжения, особенности их работы и сферы применения. Также были приведены типовые электросхемы преобразователей напряжения и описаны критерии выбора DC/AC инверторов.

Источник