Филтри за честотни преобразуватели - диапазон на регулиране. Импулсни захранвания - инвертори Grid конвертор

Импулсните вторични захранвания се използват широко в битово и индустриално оборудване. Импулсните захранвания генерират постоянни и променливи напрежения, необходими за захранване на оборудването чрез превключване на изправените мрежово напрежение 220 волта и 50 херца.
Предимството на UPS пред традиционното трансформаторно захранване се осигурява от замяната силов трансформаторработещ при честота на промишлена мрежа от 50 Hz, импулсен трансформатор с малък размер, работещ при честоти 16 - 40 килохерца, както и използването на импулсни методи за стабилизиране на вторични напрежения вместо компенсационни. Това води до намаляване на теглото и размерите на продукта 2-3 пъти и увеличаване на Ефективност на източника до 80 - 90% , което означава допълнително спестяване на енергия.
Ключовите етапи на преобразувателя на напрежение са изградени по едноциклични и двутактови схеми.
В старите транзисторни телевизори, поради специфичния им дизайн на схемата, бяха използвани едноциклични UPS.
Едноцикличните UPS се използват и в приложения с ниска мощност до 50 ватаи още.
Добър пример са различните зарядни устройства за захранване на мобилни телефони, лаптопи и много други. Те са широко използвани поради лекотата на производство, малките размери и високата си надеждност.


Фигурата показва дъската зарядно устройствоот мобилен телефон. Той преобразува променливо напрежение от 110-220 волта в постоянно напрежение от 5 волта.

Увеличаването на мощността на едноцикличните UPS се оказва неефективно поради нарастването на общите размери и тегло на импулсния трансформатор (в сравнение с двутактната верига) и повишените изисквания към ключовия транзистор (високо напрежение и текущ).
Push-pull UPS се използват при капацитет от няколко вата до стотици вата поради тяхната простота и икономичност.
Пример за използване на двунасочен конвертор:

Енергоспестяващи лампи с мощност 20 вата.

Мощни компютърни захранвания

Верига на UPS с един цикъл

Веригата на UPS с един цикъл е преобразувател AC напрежениемрежово (или постоянно напрежение на батерията) с една стойност, в постоянно (ректифицирано) напрежение с друга стойност.
Генератор на радиочестотно напрежение с честота 20 - 100 килохерца може да бъде със самовъзбуждане (автогенератор) или с външно възбуждане (допълнителен генератор).
При маломощни (до 10 вата) и прости UPS се използва предимно самовъзбуждащ се самоосцилиращ преобразувател.
Вижте диаграмата на просто импулсно захранване с единичен край, самовъзбуждащо се.


Веригата на UPS с единичен край се състои от токоизправител(D1 - D4) с изглаждащ кондензатор C1. При него мрежовото напрежение от 220 волта се преобразува в постоянно напрежение от 310 волта. След това с помощта на генераторА импулсно напрежение(транзистор T, трансформатор Tr), се генерират правоъгълни импулси. СЪС вторична намоткасе изпращат правоъгълни импулси токоизправител(D6) с изглаждащ кондензатор (C5) се получава постоянно напрежение.
Самото преобразуване на напрежението става на феритен трансформатор. Изходно напрежениезависи от съотношението на завъртанията в първичната и вторичната намотка на трансформатора.
Значителен недостатък на схемата на преобразувател с един цикъл е високото напрежение на самоиндукция, индуцирано в първичната намотка на трансформатора, което надвишава входното захранващо напрежение Ep 2-4 пъти. В такива схеми са необходими транзистори, които имат максимално напрежениеколектор - емитер равен 700-1000 волта.

Приложи различни начининамаляване на напрежението на колектора на транзистора:
- RC веригите (C2, R3) се включват паралелно с първичната намотка на трансформатора и кондензатора C4 във веригата на вторичната намотка.
- когато се използват допълнителни устройства за стабилизиране на изходното напрежение, например широчинно-импулсна модулация (PWM), е възможно да се работи с UPS с един цикъл, когато свързаният товар се променя в широк диапазон (от P = 0 до Pmax) с постоянно изходно напрежение.
Използват се и други техники за защита на ключовия транзистор от пренапрежение.

Плюсове и минуси на едноциклична UPS верига.

Професионалисти:
- един ключов транзистор във веригата,
- веригата е по-проста от двутактова.

минуси:
- намагнитването на феритното ядро ​​се извършва само в една полярност (пасивно размагнитване на ядрото), в резултат на което магнитната индукция на ядрото не се използва напълно. Феритното ядро ​​не се използва пълноценно откъм мощност. Необходима е празнина в магнитната сърцевина.
- при средна консумация на ток от мрежата токът през транзистора е n пъти по-голям (в зависимост от коефициента на запълване на импулсите) и затова е необходимо да се избере транзистор с умишлено голям максимален ток.
- има големи пренапрежения на елементите на веригата, достигащи 700 - 1000 волта.
- необходимо е да се прилагат специални мерки за защита от пренапрежение върху елементите на веригата.

Push-pull UPS схема

Веригата на самогенератор на Push-pull на UPS се състои от 220 волтов AC входен токоизправител, генераторен стартер, генератор правоъгълни импулсии токоизправител на изходно напрежение с филтърен кондензатор.
Фигурата показва най-простата, най-разпространената схема за издърпване на автогенератор, импулсен преобразувател - инвертор, полумостова схема.

В сравнение с едноцикличната осцилаторна верига, двутактният осцилатор има по-сложна верига.

Добавено:

- устройство автоматично стартиранегенератор на импулси;
- друг ключов транзистор;
- допълнителен трансформатор Tr1, за управление на ключови транзистори;
- два полумостови кондензатора (C3, C4);
- два диода (D5, D8) за защита на транзисторите от повреда.

Push-pull UPS системата има редица предимства пред едноциклична верига:

- феритната сърцевина на изходния трансформатор Tr2 работи с активно обръщане на намагнитването (магнитопроводът се използва най-пълно мощностно);
- напрежението Uek на колектор-емитер на всеки транзистор не надвишава захранващото напрежение от 310 волта;
- когато товарният ток се промени от I = 0 до Imax, изходното напрежение се променя леко;
- високоволтовите удари в първичната намотка са много малки, съответно нивото на излъчваните смущения е по-малко

Въпреки повишената сложност, веригата за натискане и издърпване, в сравнение с едноцикличната верига, е по-лесна за настройка и работа.

Чип 1182EM2 е представител на класа на високо напрежение електронни схеми. Основната цел на IC е директното преобразуване на променливотоковото напрежение на мрежата 220 V в изправено постоянно.
Благодарение на уникалната технология е възможно да се използва микросхема за мрежата променлив токдо 264 V.

Характеристики на приложението

• Широк диапазон на входно AC напрежение от 18 V до 264 V
• Широк диапазон на входната честота от 50 до 400 Hz
• Максимален изходен постоянен ток - 100 mA

Чипът KR1182EM2 е предназначен за създаване на компактни неизолирани променливотокови захранващи устройства, например за двигатели на електрическа самобръсначка, спомагателни захранващи устройства за мощни мрежови импулсни захранвания и др. На фиг. 1 е показан функционалният електрическа схема. Типична превключваща схема и времева диаграма на работата на микросхемата са показани на фиг. 2.3.

Микросхемата съдържа 4 диода с високо напрежение, ключов стабилизатор, защитен стабилизатор и изходен диод. Ключовият стабилизатор чрез външен ограничаващ тока резистор R1 и входни диоди свързва външния запаметяващ кондензатор C3 към променливотоковата мрежа, докато се зареди до напрежение, определено от външен ценеров диод с напрежение на пробив по-малко от 70 V, свързан между щифтове 7 и 5 на микросхемата. Ако не е инсталиран външен ценеров диод, тогава това напрежение ще се определя от вътрешния защитен ценеров диод и ще бъде 70-90 V. След това стабилизаторът изключва капацитета от мрежата до следващата половин вълна на мрежовото напрежение. За остатъка от цикъла кондензаторът C3 захранва товара. Следващият цикъл на включване на стабилизатора се извършва след като входното напрежение премине през 0 V, когато напрежението на неговия вход достигне приблизително 1,5 V повече, отколкото на кондензатора за съхранение. Честотата на включване на стабилизатора, тоест честотата на зареждане на кондензатора, се определя от веригата на превключване на входните диоди - една половин вълна или две половин вълна и съответства на честотата или два пъти честотата на входното напрежение. Този принцип на управление позволява микросхемата да се използва само когато е свързана към мрежа с променлив ток и осигурява нормалното функциониране на микросхемата, когато входното напрежение се промени от 18 до 264 V и честотата на входното напрежение от 48 до 440 Hz. На входа на веригата се получава постоянно напрежение, което има пулсация с честота или два пъти по-голяма от честотата на входното напрежение и стойност, правопропорционална на тока на натоварване и обратно пропорционална на капацитета C3.
Изходният диод е проектиран да потиска отрицателните удари на напрежението при работа с индуктивен товар.

ОСНОВНИ СХЕМИ НА РАБОТА

Типична превключваща схема ви позволява да реализирате захранващи устройства в пълновълнова верига за широк диапазон от входни напрежения и изходни токове.
По-долу е даден списък на външни компоненти, описание на тяхното предназначение и препоръчителни стойности. Всяко конкретно захранване може да не изисква всички от тях.
F1 - Предпазител. Необходими за защита на микросхемата и товара при авария. Препоръчителната стойност на предпазителя е 500 mA.
R1 - Ограничаващ резистор. Ограничава тока на стабилизатора на ключа и зарядния ток на капацитет C3. Пиковата стойност на тока Ui peak/R1 не трябва да надвишава 2,5 A.
Номиналната стойност и мощността на R1 се избират в съответствие с предвидения обхват на приложение, при условие че не се превишава максималният заряден ток. Препоръчително е да използвате резистор с отрицателен температурен коефициент. Препоръчителна стойност R1=150 Ohm.
C1 - Филтърен кондензатор. R1 и C1 образуват филтър, който изглажда високочестотните удари във входното напрежение. Препоръчителен C1=0.05uF.
MON - Защита от пренапрежение. Възможно е да се използва варистор за AC напрежение до 120 V или газоразрядна лампа 500 V за AC напрежение до 240 V.
C2 - Кондензатор за забавяне. Свързването на захранването към мрежовото напрежение по принцип не е синхронизирано с него. С голяма вероятност това може да се случи в момент, когато входното напрежение е близо до пиковото напрежение или дори при повече високи напрежениясвързани с емисии в мрежата.
Тъй като в този случай кондензаторът за съхранение е напълно разреден, през микросхемата ще тече по-голям ток в сравнение с стационарното състояние. За да се увеличи надеждността на източника и без да се нарушават неговите характеристики, препоръчително е да се блокира включването на стабилизатора до следващата полувълна, което се гарантира чрез свързване на 150 pF кондензатор C2 с работно напрежение с 10 V по-високо от изход.

C3 - кондензатор за съхранение. Този кондензатор се зарежда два пъти през периода на входното напрежение, през останалото време захранва товара. Капацитетът на кондензатора се избира пропорционално на необходимия максимален ток на натоварване. Увеличаването на капацитета C3 намалява пулсациите на изходното напрежение. За максимален ток на натоварване се препоръчва кондензатор 470 µF с работно напрежение 10 V над изхода.
VD1 - ценеров диод. Той задава нивото на изходното напрежение. При липсата му вътрешният защитен ценеров диод работи при 70-90 V.

Ако е необходимо да включите и изключите постоянното изходно напрежение, без да изключвате входното мрежово напрежение, тогава се предлага да свържете механичен превключвател, оптрон или транзистор с отворен колектор към пин 7.

За галванична изолация от AC мрежата е възможно да се използва разделителен трансформатор.
Ако е необходима обща шина за натоварване и мрежово напрежение, тогава е възможно веригата да се включи в полувълнов режим.

ВНИМАНИЕ!!!

В сравнение с конвенционалните захранвания, базирани на трансформатори, захранването, базирано на чипа KR1182EM2, няма галванична изолация. Когато проектирате желания дизайн, не забравяйте необходимостта от подходяща изолация. Всяка свързана верига трябва да се счита за неизолирана.

МАКСИМАЛНИ ЕЛЕКТРИЧЕСКИ УСЛОВИЯ

CJSC „STC of Circuitry and Integrated Technologies“

• Подобни статии

• - Предлаганото устройство стабилизира напрежение до 24V и ток до 2A със защита от късо съединение. В случай на нестабилно стартиране на стабилизатора трябва да се използва синхронизация от автономен генератор на импулси (фиг. 2. Схемата на стабилизатора е показана на фиг. 1. Тригерът на Шмит е монтиран на VT1 VT2,...
• - Параметрите на регулаторите на напрежение са показани в таблица № 1, в нея са използвани следните съкращения: Uout - изходно напрежение на стабилизатора Adm - толеранс за изходно напрежение Iout - максимален изходен ток Тип +, Тип - - видове стабилизатори за положително и отрицателно напрежение Uin ...
• - В предишната статия беше разгледано как да се сглоби прост волтметър на Arduino, +5 V захранващо напрежение беше използвано като източник на референтно напрежение, но тази опция за използване на референтното напрежение има недостатък - нестабилността на захранващото напрежение ще доведе до грешка в процеса...
• - Фенове с малък опит в практическата радиоелектроника могат да сглобят прост дизайн на индикатор за напрежение на батерията, състоящ се от три светодиода, ценеров диод и 4 резистора. Индикаторът ви позволява бързо да оцените напрежението на батерията. Контролът се извършва от яркостта на блясъка ...
• - Линейните стабилизатори на напрежение са много удобни за използване в различни схеми, които не изискват висока ефективност и голяма мощност. Те осигуряват висока надеждност поради по-малко външни компоненти и по-ниски нива на шум. В допълнение към всичко в много линейни стабилизатори ...

При разработването на описаното по-долу устройство задачата беше да се създаде мрежово захранване с малък размер с висока ефективност, способно да достави мощност от 1 ... 3,5 W към товар, който е галванично несвързан към мрежата. Тези изисквания са напълно изпълнени от едноцикличен импулсно стабилизиран преобразувател на напрежение, който прехвърля енергия към вторичната верига в паузите между токовите импулси в първичната намотка на изолационния трансформатор. Една от опциите за такова устройство се предлага на вниманието на читателите (фиг. 4.3).

Основни технически характеристики:

Изходно напрежение, V, ............................................. ............±12

Обща изходна мощност, W ............................................. 3.5

Честота на преобразуване, kHz .............................................. ......... 20

Граници на промяна на мрежовото напрежение,

при което изходното напрежение се променя

не повече от 1%, V ............................................. . ..................210...250.

Устройството включва токоизправител на напрежение (VD1) с изглаждащ филтър (R4, SZ, C4), главен осцилатор (DDI.1 ... DDI.3) със стартова верига (R17, C7), правоъгълен импулсен шейпер ( DD1.4..DD1.6, VT2, VT4), електронен ключ(VT3), импулсен трансформатор (T1), регулируем източник на ток (VT5), защитно устройство срещу късо съединение в товара (R10, VT1), три токоизправителя (VD2 ... VD4) и същия брой филтърни кондензатори (C9 . .. C11) . Кондензаторите CI, C2 предотвратяват проникването на смущения в честотата на преобразуване в мрежата.

С включването на устройството в мрежата, кондензаторите C3, C4 и C7 започват да се зареждат. След като напрежението на последния от тях достигне приблизително 3 V, главният осцилатор (DDI.1 ... DDI.3) се самовъзбужда. Честотата на повторение на неговите импулси (зависи от времевата константа на веригата R7, C5) е около 20 kHz, формата наподобява зъб на трион. Оформителят (DDI.4...DDI.6, VT2, VT4) ги преобразува в квадратни вълни. Тъй като импулсните последователности в базите на транзисторите VT2 и VT4 са извън фаза, те се отварят строго алтернативно, което осигурява минималното време за отваряне и затваряне на транзистора VT3. Когато този транзистор е отворен, през намотката I протича линейно нарастващ ток и трансформаторът Т1 натрупва енергия, а когато е затворен (няма ток през първичната намотка), енергията, акумулирана от трансформатора, се преобразува в ток на вторичните намотки III ... V.

След няколко цикъла на работа на генератора, на кондензатора C7 се задава напрежение от 8 ... 10 V. Изходното напрежение на преобразувателя стабилизира регулируем източник на ток, направен на транзистори от монтажа VT5 (VT5.2 се използва като ценеров диод). Когато напрежението се колебае в мрежата или върху товара, напрежението на намотката II се променя и регулируемият източник на ток, действащ върху оформителя, променя работния цикъл на правоъгълните импулси на базата на транзистора VT3.

С увеличаване на импулсния ток през резистора R10 над определена прагова стойност, транзисторът VT1 отваря и разрежда кондензатора C6 (който служи за предотвратяване на фалшиво задействане защитно устройствоот кратки удари на ток, възникващи в момента на включване на преобразувателя, както и по време на превключване на транзистора VT3). В резултат на това импулсите на главния осцилатор спират да идват към основата на транзистора VT3 и преобразувателят спира да работи. Когато претоварването се елиминира, устройството започва отново след 0,8 ... 2 s след зареждане на кондензаторите C6 и C7.

Намотките на импулсния трансформатор Т1 са навити върху рамка от полистирол с проводник PEV-2-0.12 и поставени в бронирана магнитна верига B30, изработена от 2000NM ферит. Намотки 1.1 и 1.2 съдържат по 220 оборота, намотки II, III, IV и V - съответно 19, 18, 9 и 33 оборота. Първо се навива намотка 1.2, след това намотки I, IV, III, V и накрая намотка 1.1. Между намотките II, IV, V и 1.1 се поставят електростатични екрани под формата на един слой (приблизително 65 навивки) от проводник PEV-2-0.12. При сглобяването на трансформатора между краищата на централната част на феритните чаши се поставя уплътнение от лакирана тъкан с дебелина 0,1 mm. Трансформаторът може да бъде направен и на базата на феритна (от същата марка) В22 бронирана магнитна верига. В този случай се използва проводникът PEV-2-0.09, а броят на завъртанията на намотките 1.1 и 1.2 се увеличава до 230. Транзисторът KT859A може да бъде заменен с KT826A, KT838A, KT846A.

Настройката на устройството не е трудна. След като настроите двигателя на подстригващия резистор R15 в горната (според диаграмата) позиция, включете преобразувателя към мрежата и задайте необходимите стойности на изходното напрежение с този резистор. За да се намалят смущенията във вторичните вериги с честота на преобразуване (20 kHz), е необходимо експериментално да се избере точката на свързване на електростатичните екрани с един от проводниците на първичната верига, както и точките на свързване на кондензатора C8. За да направите това, достатъчно е да свържете един от изводите на всяка вторична намотка чрез милиамперметър за променлив ток към първичната верига и да определите посочените точки според минималните показания на устройството.

Преобразувателят, сглобен съгласно описаната схема, беше тестван за захранване на товар, който консумира 10 W мощност. В тази версия броят на завъртанията на намотките 1.1 и 1.2 е намален до 120 (с магнитна верига B30), кондензаторите C3, C4 са заменени с един оксиден капацитет от 10 μF (номинално напрежение 450 V), съпротивлението на резистора R10 е намален до 2,7 Ohm, а резисторът R18 - до 330 Ohm.

Системите за електрозахранване с едновременно използване на традиционно захранване с ток и електричество от слънцето са икономически разумно решение за частни домакинства, вили, ваканционни селища и промишлени помещения.

Незаменим елемент от комплекса е хибриден инвертор за слънчеви панели, който определя режимите на захранване с напрежение, осигуряващи непрекъсната и ефективна работа на соларната система.

За да работи системата ефективно, е необходимо не само да изберете оптималния модел, но и да го свържете правилно. И как да направите това - ще анализираме в нашата статия. Също така помислете съществуващи видовеконвертори и най-добри сделкина пазара днес.

Използването на възобновяема енергия от слънцето в комбинация с централизирано захранване осигурява редица предимства. Нормалното функциониране на слънчевата система се осигурява от координираната работа на нейните основни модели: соларни панели, батерия, както и един от ключовите елементи - инвертор.

Соларен инвертор - устройство за конвертиране постоянен ток(DC), идващи от фотоволтаични панели в променливо електричество. Работи на ток 220 V уреди. Без инвертор производството на електроенергия е безсмислено.

Схема на работа на системата: 1 - слънчеви модули, 2 - контролер за зареждане, 3 - акумулаторна батерия, 4 - преобразувател на напрежение (инвертор) с променлив ток (AC)

По-добре е да оцените възможностите на хибридния модел в сравнение с характеристиките на най-близките му конкуренти - самостоятелни и мрежови "конвертори".

Тип мрежов преобразувател

Устройството работи върху товара на общата електрическа мрежа. Изходът от преобразувателя е свързан към консуматори на електроенергия, AC мрежа.

Схемата е проста, но има няколко ограничения:

• работоспособност с наличието на променлив ток в мрежата;
• Мрежовото напрежение трябва да е относително стабилно и в работния обхват на инвертора.

Сортът е търсен в частни домове с текущата "зелена" тарифа за електрификация.

Опции за избор на соларен инвертор

Ефективността на преобразувателя и цялата система за захранване до голяма степен зависи от компетентния избор на параметрите на оборудването.

В допълнение към горните характеристики трябва да оцените:

• изходяща мощност;
• вид защита;
• работна температура;
• монтажни размери;
• наличие на допълнителни функции.

Критерий # 1 - мощността на устройството

Рейтингът на "слънчевия" инвертор се избира въз основа на максималното натоварване на мрежата и очакваното време живот на батерията. В режим на стартиране преобразувателят е в състояние да достави кратко увеличение на мощността по време на пускане в експлоатация на капацитивни товари.

Този период е типичен, когато съдомиялните машини са включени, перални машиниили хладилници.

Когато използвате осветителни лампи и телевизор, е подходящ инвертор с ниска мощност от 500-1000 вата. По правило се изисква да се изчисли общата мощност на експлоатираното оборудване. Необходимата стойност е посочена директно върху кутията на инструмента или в придружаващия документ.

Преглед на възможностите, режимите на работа и ефективността при използване на многофункционалния конвертор InfiniSolar 3 kW:

Проектирането на слънчева електрозахранваща система е сложна и отговорна задача. По-добре е да поверите изчисляването на необходимите параметри, избора на компонентите на слънчевия комплекс, свързването и пускането в експлоатация на професионалисти.

Допуснатите грешки могат да доведат до системни повреди и неефективно използване на скъпо оборудване.

Изберете най-добрата версия на конвертора за работа автономна системадоставка на енергия за слънчева енергия? Имате ли въпроси, които не сме разгледали в тази статия? Попитайте ги в коментарите по-долу - ние ще се опитаме да ви помогнем.

Или може би сте забелязали неточности или несъответствия в представения материал? Или искате да допълните теорията с практически препоръки, базирани на личен опит? Пишете ни за това, споделете вашето мнение.