Схема инвертора: Как работает преобразователь напряжения? Виды, мощность, схемы

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.

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.

Схема инвертора напряжения 12В – 220 В

На рисунке приведена схема преобразователя напряжения 12В постоянного тока в 220 В переменного. Предлагаемый вариант преобразователя можно использовать для питания магнитолы, телевизионного приемника и других радиоэлектронных устройств с мощностью до 100 Вт.

Принципиальная схема

Преобразователь состоит из задающего генератора, выполненного по схеме симметричного мультивибратора на транзисторах VT1, VT2, и усилителя мощности на транзисторах VT3 – VT8. Он работает следующим образом.

При подаче питания выключателем SB1 мультивибратор начинает генерировать симметричные импульсы (меандр). С коллекторов транзисторов мультивибратора импульсы через цепочки R2C3 и R6C4 поступают на транзисторы двухтактного усилителя мощности. Когда на коллекторе транзистора VT1 высокий уровень напряжения, на коллекторе транзистора VT2 – низкий.

Рис. 1. Принципиальная схема инвертора напряжения с мощностью 100 Ватт.

В течение полупериода транзисторы VT4, VT6 и VT8 открыты через них и обмотку трансформатора Т1 протекает ток от источника питания 12 В. Транзисторы верхнего плеча усилителя мощности закрыты. В течение второго полупериода открыты транзисторы VT3, VT5 и VT7 – и ток протекает через соответствующую обмотку.

Таким образом, на первичной обмотке трансформатора Т1 формируется переменное напряжение прямоугольной формы с амплитудой, примерно равной напряжению источника.

Переменный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора индуцирует во вторичной обмотке напряжение, амплитуда которого зависит от соотношения витков вторичной и первичной обмоток.

Диоды VD1 и VD2 служат для устранения импульсов отрицательной полярности, возникающих при работе задающего генератора в моменты переходных процессов. Диоды VD3 и VD4 защищают транзисторы выходной ступени усилителя мощности от напряжений обратной полярности, возникающих за счет самоиндукции.

Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЗ6хЗ6. Каждая из половин первичной обмотки имеет по 21 витку, намотанных проводом ПЭЛ 2,1, вторичная обмотка имеет 600 витков провода ПЭЛ 0,59.

Вторичная обмотка при вы­полнении трансформатора укладывается первой, а поверх нее -первичная обмотка, которую для лучшей симметрии следует выполнять одновременно в два провода.

При выполнении транзисторы VT5 и VT7, VT6 и VT8 следует попарно расположить на теплоотводах. Теплоотводы должны быть изолированы друг от друга и от шины общей цепи питания.

Для измерения тока потребления от источника постоянного тока (он не должен превышать 10А) в разрыв провода, идущего от средней точки первичной обмотки трансформатора Т1 к плавкой вставке FU1, желательно включить амперметр с током полного отклонения 10А (на схеме не показан). Это облегчит визуальный контроль при работе с мощными потребителями.

Настройка

Настройка преобразователя состоит в установке частоты задающего генератора переменным резистором R9. Для настройки следует подключить осциллограф или частотомер к коллектору одного из транзисторов мультивибратора и включить питание преобразователя. Регулировкой переменного резистора добиться частоты генерируемых колебаний 50 Гц.

Смонтированное и отрегулированное устройство следует разместить в корпусе, на передней панели которого располагают клеммы для подключения внешнего источника тока (аккумулятора) и нагрузки, держатели плавких вставок, выключатель напряжения задающего генератора, светодиоды индикаторов рабочего состояния – красный (HL2), сигнализирующий подключение внешнего источника тока, и зеленый (HL1 ) – включение задающего генератора.

При изготовлении инвертора напряжения допустимы следующие замены элементов: 2Т6551 – КТ601А, 277531 – KT801A. 2N3055 -КТ819ГМ, 205607 -Д226А. диод КД208А применен российского производства. В качестве индикаторов можно применить светодиоды АЛ307В (зеленый) и АЛ307Б (красный).

A. Стоилов. Инвертор напряжение. Радио, телевизия, електроника”, 1998, №6, с. 12, 13  РАДИО № 10. 1998 г., с. 79.

Схема простого сварочного инвертора – электросхема инверторного сварочного аппарата

Схема простого сварочного инвертора разделяется на силовую, то есть как раз ту, которая выдает ток на дугу, и управляющую части. Инвертор по сути своей – это блок питания, достаточно мощный, позволяющий поддерживать работу дуги. По рабочим схемам напоминает импульсный блок питания, у них весьма схожая работа по преобразованию энергии.

По какому принципу работает электросхема инверторного сварочного аппарата?

Схема работает по тому же принципу, что и, например, блок питания в персональном компьютере. В процессе работы происходит преобразование тока и напряжения, причем несколько раз и в разных параметрах.

В работе прослеживаются несколько четких этапов:

1. Напряжение в розетке составляет 220V, поэтому сначала происходит выпрямление переменного напряжения.
2. Вступает в работу преобразователь, постоянное напряжение переводится в переменные высокие частоты.
3. Напряжение высокой частоты постепенно понижается до нужных значений.
4. В свою очередь, на этом этапе, уже пониженное напряжение нуждается в выпрямлении.

Весь процесс кажется немного нелогичным, но у этого есть свои причины.

Ранее в сварочных инверторах использовались трансформаторы, очень мощные, работающие за счет обмотки трансформатора и имеющие, из-за этого, размеры и вес, делающие сварочные аппараты громоздкими и неудобными в применении.

Инверторные же аппараты удалось существенно уменьшить и облегчить с помощью увеличения частоты работы до 70-80 кГц и удешевить, поскольку меди на обмотку и других материалов уходит в разы меньше.

Схема инвертора

Электросхема сварочного инвертора состоит из транзисторов, мощных, берущих на себя большую часть работы. Частота тока в сети составляет всего 50 Гц, транзисторы же переключаются с высокой частотой, поэтому необходимо обеспечить их подачей постоянного напряжения. Вот тут и вступает в работу выпрямитель, как раз занимающийся тем, чтобы поступающий ток имел постоянные параметры.

Достигается этот эффект диодным мостом и фильтрующими конденсаторами. Диодный мост очень мощный, поэтому есть необходимость ставить его в паре с охлаждающим радиатором. На нем, в свою очередь, установлен предохранитель от перегревания, который при достижении критических температур размыкается. Необходим он для того, чтобы избежать поломки прибора от перегрева. Таким образом, на первом этапе мы получаем на выходе с выпрямителя постоянный ток, имеющий значение более 220V.

Важным элементом схемы является фильтр электромагнитной совместимости, ставится он перед выпрямителем и защищает сеть от высокочастотных помех, появляющихся из-за работы инвертора.

Сам инвертор состоит из двух транзисторов на радиаторах для контроля тепла. Для понижения же напряжения схема простого сварочного инвертора успешно работает с трансформатором высокой частоты. Далее транзисторы коммутируют постоянное напряжение через обмотку трансформатора, величины достигают примерно 340V.

Если совсем по-простому, то роль трансформатора в том, что первичная обмотка выдает большое напряжение и маленький ток, а с вторичной обмотки уходит меньшее напряжение, но максимальный ток, показатели могут быть около 120 ампер.

Выходной выпрямитель – это диоды с высокими показателями быстродействия, сдвоенные, с общим катодом. Электросхема инверторного сварочного аппарата нуждается в именно быстродействующих диодах, суть их работы в том, что они очень шустро открываются и закрываются, нужно это для того, чтобы защитить сами диоды и весь прибор от перегревания и выхода из строя.

Когда инвертор включается, начинают заряжаться конденсаторы, поскольку в этот момент зарядный ток очень велик, настолько, что может вывести из строя диодные мосты, то применяется схема ограничения заряда, еще она называется «мягкий пуск». Работа его основывается на резисторе, имеющем высокое сопротивление, как раз он и принимает на себя основной удар и отвечает за ограничение тока в схеме.

Самостоятельный подход к ремонту и эксплуатации

Самые важные элементы схемы уже описаны, остается лишь добавить, что сварочный инвертор — прибор не очень сложный, при желании и заинтересованности его можно собрать своими руками. По запросу: схемы сварочных инверторов скачать, можно найти огромное количество готовых схем и видеороликов о самостоятельной сборке сварочных инверторов и их ремонте на нашем сайте.

Если вы понимаете сам принцип работы аппарата, то, достав нужные запчасти, можно очень экономно подойти к вопросу, покупать ли инвертор, чинить его самим или отнести в мастерскую.

---

Поделитесь со своими друзьями в соцсетях ссылкой на этот материал (нажмите на иконки):

Принципиальная схема сварочного инвертора для различных моделей

Современные сварочные работы проводятся при применении специальных инверторов. Ранее для подобной обработки металла использовали обычные трансформаторы, которые характеризуются меньшей эффективностью. Принципиальная схема сварочного инвертора может несколько отличаться, но все они характеризуются легкостью и компактностью. Только при учете конструктивных особенностей можно провести ремонт сварочного инвертора и его точную настройку.

Принципиальная схема сварочного инвертора

Элементы электрической схемы сварочных инверторов

Принципиальная электрическая схема инверторного сварочного аппарата предусматривает сочетание нескольких элементов, которые связаны между собой. Основными можно назвать:

1. Блок, отвечающий за подачу энергии к силовой части. Этот элемент представлен сочетанием нескольких устройств, которые способны изменять параметры тока до требуемых значений. Как правило, включается емкостный фильтр и выпрямитель.
2. В устройство входит силовой трансформатор. Также в блок питания сварочного инвертора входит транзистор 4n90.
3. Отдельный элемент отвечает за питание слаботочной части конструкции.
4. Для контроля основных параметров устанавливается ШИМ контроллер. Он представлен сочетанием датчика тока нагрузки и трансформатора.
5. Отдельный блок отвечает за защиту конструкции от воздействия тепла. При прохождении электрического тока некоторые элементы могут серьезно нагреваться. Поэтому дополнительно устанавливается охлаждающий модуль, представленный вентилятором и датчиком температуры.
6. Блоки управления, которые позволяют устанавливать основные параметры, а также элементы индикации.

Пример принципиальной схемы для тока 250А

Оборудование диодного моста для сварочного аппарата производится и устанавливается с учетом мощности устройства и некоторых других моментов. Каждый аппарат имеет свои особенности, которые рассмотрим далее подробно.

Схемы аппаратов Сварис

Сварочный аппарат Сварис 200 характеризуется простотой в применении и невысокой стоимостью. Уже моделям Сварис 160 были присущи высокие эксплуатационные характеристики, а новый вариант исполнения был усовершенствован. Схема инверторного сварочного аппарата определяет следующие эксплуатационные характеристики:

1. Максимальный показатель потребления составляет 5 кВт.
2. Сварочный ток может варьировать в пределе от 20-200 А.
3. Показатель напряжения холостого хода 62 В.
4. Показатель КПД 85%.
5. Рекомендуемые электроды 1,6-5,0.

В целом можно сказать, что инвертор выполнен по классической схеме, которая была рассмотрена выше.

Сварочный аппарат Сварис

Принципиальная схема сварочного инвертора Сварис

Схемы моделей ММА-200 и ММА-250

Большое распространение получили модели ММА-200 и ММА-250. Эти инверторы практически идентичны, разница заключается лишь в нижеприведенных моментах:

1. Схема сварочного инвертора ММА 250 предусматривает наличие в выходном каскаде по 3 резистора полевого типа. Все ни подключены параллельно. Схема сварочного инвертора ММА 200 указывает лишь на наличие двух резисторов.
2. У новой версии три импульсных трансформатора, в то время как у старой только два.

Основная схема обеих моделей практически полностью идентична.

Схема инвертора ММА-200

Схемы Inverter 3200 и 4000

Для проведения ручной дуговой сварки можно использовать Inverter 4000 или 3200. Оба аппарата обладают практически идентичной конструкцией, которая обеспечивает наличие следующих функций:

1. Защита от эффекта залипания электрода.
2. Защита основных элементов от серьезного перепада напряжения.
3. Контроль основных параметров дуги.
4. Встроенный элемент охлаждения с контрольными датчиками.

При изготовлении инверторов была обеспечена защита по классу IP21. Мощность устройства составляет 5,3 кВт, питается от стандартной сети энергоснабжения. Подробная схема inverter 3200 pro определяет весьма привлекательные свойства этих моделей, за счет чего они получили широкое распространение.

Схемы других моделей

Как ранее было отмечено, практически все инверторы работают по схожему принципу, и создаваемые схемы могут отличаться несущественно. Все сварочные аппараты делятся на несколько основных групп:

1. Для проведения электродуговой сварки при применении покрытых специальным составом электродов применяется оборудование типа ММА. Подобная схема характеризуется высокой эффективность, а конструкция имеет небольшой вес.
2. Для применения тугоплавких электродов применяется сварочное оборудование типа ММА+TIG. Они могут работать в среде инертных газов.
3. На производственных линиях встречаются агрегаты с полуавтоматической подачей прутка. В этом случае работа, как правило, проводится в среде инертных газов или в специальных ванночках.
4. При кузнечном или прочем ремонте используется точечная сварка.

Модель ARC 160, схема которой довольно сложна, может применяться для проведения самых различных работ. В отличии от arc 140, схема новой модели лишена основных недостатков.

Сварочный инвертор ТОРУС 250

Вариант исполнения торус 250 состоит из следующих элементов:

1. Генератора тактового типа, построенного на микросхеме TL Стоит учитывать, что схема мощного инвертора не предусматривает использование ШИМ, но в микросхеме есть два компаратора с датчиками тепловой защиты.
2. Система защиты и регулировочный модуль выполнены на основе LM Датчик, определяющий параметры тока, помещен на ферритовом кольце с обмоткой.
3. В схему включается также два выходных драйвера, построенные на IR

В отдельную категорию относят схему сварочного инвертора на тиристорах, которая получила весьма широкое распространение.

Ремонт Торус 250 следует проводить с открытия конструкции и визуального осмотра основных элементов. В рассматриваемом случае они следующие:

1. Выпрямитель выходного типа представлен отдельной платой, на которой размещается два радиатора. Они служат в качестве основания для размещения диодных сборок. Также в модуль входит один трансформатор и дроссель. Количество элементов в выходном выпрямителе во многом зависит от конкретной сборки.
2. Модуль ключей представлен четырьмя транзисторами в каждой из четырех групп. Для того чтобы снизить степень нагрева все они размещаются на отдельных радиаторах, которые изолированы специальными прокладками.
3. В качестве выходного выпрямителя используется мощный диодный мост. В рассматриваемом случае он расположен в нижней части конструкции. На этой модели устанавливается крайне надежный и практичный мост, который сложно спалить при исправной работе системы охлаждения.
4. Микросхема управления является основным элементом конструкции. Как правило, от правильности его работы зависит долговечность всего аппарата. Самостоятельно проверить блок можно только при наличии специального осциллографа и соответствующих навыков работы с ним.
5. Корпус с вентилятором системы охлаждения. Как правило, охлаждающий блок выходит из строя только в случае механического воздействия.

Для диагностики многих элементов приходится проводить их демонтаж. Именно поэтому лучше всего доверить работу профессионалам, так как неправильная сборка может привести к существенным проблемам.

Сварочный инвертор САИ 200, схема которого несущественно отличается от аппаратов схожего типа, применяется для ручной дуговой сварки и наплавки при применении штучных электродов. RDMMA 200 относится к оборудованию нового типа, которое создается без применения трансформаторов. За счет этого возможна более точная и плавная регулировка показателей тока, при работе не появляется сильного шума.

Инвертор САИ 200

Принципиальная схема сварочного инвертора САИ 200

В заключение отметим, что вышеприведенная информация определяет сложность конструкции сварочных инверторов. При этом производители не распространяют подробные схемы устройств, что усложняет обслуживание и ремонт. Несмотря на применение схожей схемы при создании практически всех инверторов, они существенно отличаются друг от друга. Именно поэтому перед проведением каких-либо работ нужно подробно ознакомиться с конструктивными особенностями устройства.

СХЕМА ИНВЕРТОРА

Не секрет, что эффективность переменного тока гораздо выше в сравнении с постоянным током, это доказано как практически, так и теоретически. Но очень часто случается так, что доступен только постоянный ток, например, бортовая сеть автомобиля, аккумуляторы, солнечные батареи и другие альтернативные источники энергии. В то же время, например, при использовании солнечных батарей, в течение дня солнечная энергия поступает в неравных количествах, вечером или в облачную погоду ее значительно меньше, чем днем в ясную погоду.     Для выравнивания напряжения в схеме с солнечной батареей используют аккумуляторы, которые при излишках солнечной активности заряжаются, а при недостаточности солнечного света отдают накопленную за предыдущее время энергию. Или бывает необходимость использования переменного тока, но не со стандартными параметрами. Если при помощи трансформатора мы можем понизить или повысить напряжение, то частоту переменного тока, увы, с их помощью не изменишь. Для всех вышеописанных случаев можно применить чудо современной технологии – инвертор электрической энергии.     Согласно википедии: Инвертор — устройство для преобразования постоянного в переменный ток с изменением величины частоты или напряжения.    По сути инвертор – это преобразователь постоянного тока в переменный ток. Причем получить на выходе можно любой ток, с практически любыми необходимыми параметрами. Ток, получаемый на выходе инвертора, не зависит от входящего. Единственное, что инвертор не может делать – это увеличивать электрическую энергию, дабы не нарушить закон сохранения энергии. Во всем остальном универсальность инверторов огромная, они позволяют получать не статичные параметры тока на выходе, а регулировать его.     Принцип работы инвертора, если упростить сам процесс, можно описать так: это трансформатор, к первичной обмотке которого подключены два ключа, которые поочередно открываются и закрываются. В результате работает либо левая, либо правая обмотки. В один момент времени электрический ток движется либо в одну сторону по первой обмотке, либо в противоположную по второй обмотке. В это время во вторичной обмотке индуцируется ток. Токи в обмотке нарастают и уменьшаются, во вторичной обмотке также, но при этом еще и меняя направление тока, в зависимости от того, какая первичная обмотка сейчас активна. Правда, на выходе мы получаем ступенчатую (а), либо апрокисмированую синусоиду (б), а не плавную (в), но это не существенно для работы большинства бытовых приборов. Более дорогие инверторы позволяют получать на выходе и синусоидальную форму выходного напряжения (в).    Инверторы можно разделить на автономные и сетевые. Автономные инверторы получают питание от мощных аккумуляторных батарей. Питание от них постоянное. Сетевые инверторы получают питание от постоянного тока, но входное напряжение различается по времени. Например, в случае с солнечными батареями оно может колебаться в диапазоне от 300 до 800 вольт. А вот ток на выходе должен оставаться постоянным по параметрам: и по напряжению и по частоте. А значит, в таких инверторах система контроля и коммутации более совершенная, поскольку в качестве генератора частоты используется сама сеть, и работа инвертора синхронизируется с этой сетью.     Итак, с теоретической частью разобрались. Но где же можно встретить инверторы в повседневной жизни? В больших городах трёхфазные инверторы обычно используются для создания тяги троллейбусов, трамваев, да и вообще для питания трёхфазных асинхронных электродвигателей. Однофазные инверторы есть практические в каждом офисе – источники бесперебойного питания.    Массовое использование ИБП связано с обеспечением бесперебойной работы компьютеров, позволяющее подключенному к ИБП оборудованию при пропадании электрического тока или при выходе его параметров за допустимые нормы, некоторое непродолжительное время продолжить работу. Самые распространенные бытовые ИБП оборудованы аккумулятором 12 вольт 7,2 А.      Конструктивно преобразователи сильно могут отличаться в зависимости от необходимой выходной мощности. Если инвертор с выходной мощностью до 150 ватт можно собрать, как говорится, на коленках дома из подручных радиодеталей, то с более высокими требованиями придется «повозиться». Это связано, как и большей дороговизной и дефицитностью деталей, так и возрастающим количеством выделяемой теплоты. Ниже приведу схему относительно простого, но маломощного инвертора, мощностью не более 100 ватт:    От автомобильного аккумулятора такой инвертор может питать устройство мощностью 100 ватт в течение нескольких часов, что является достаточно неплохим показателем. Вот самые необходимые параметры преобразователя:  Напряжение питания ——————– 10,5 – 14 В  Напряжение выходного сигнала —– 190 – 240 В  Частота переменного напряжения — 48 – 52 Гц  Мощность подключаемой нагрузки– до 100 Вт    В качестве задающего генератора DA1 в данном варианте используется специализированная микросхема КР1211ЕУ1. Микросхема содержит интегрированный тактовый генератор, частота генерации которого определяется постоянной времени цепи, подключаемой к выводу 7 микросхемы. Для работы системы защиты используется вывод 1 микросхемы. При подаче на него высокого уровня напряжения работа микросхемы блокируется и на выходах устанавливается низкий уровень напряжения. В рабочий режим микросхема переводится либо выключением и включением питания, либо кратковременной подачей низкого уровня напряжения на вывод 3 микросхемы. Выходные импульсы DA1 поочерёдно открывают полевые транзисторы VT4, VT5, которые создают в первичной обмотке трансформатора T1 переменный электрический ток. При этом на выводах вторичной обмотки T1 формируется выходное переменное напряжение.    Питание для микросхемы DA1 поступает от маломощного интегрального стабилизатора DA2. Наличие напряжения питания информируется светодиодом VD3. Частота формируемого переменного напряжения определяется номиналами R1, C1. Датчиком перегрузки служат параллельно соединённые резисторы R9 и R10. Протекающий по ним ток создаёт падение напряжения между базой и эмиттером транзистора VT2 через делитель R8, R11. При перегрузке транзистор VT2 открывается и через делитель R6, R5 на вывод 1 микросхемы поступает напряжение высокого уровня. Пороговая величина тока срабатывания защиты определяется номиналами R8, R11 и для данной схемы составляет 10 А.    При пониженном напряжении питания открывается транзистор VT1. Ток, протекающий через открытый транзистор VT1 и резисторы R4, R5 создаёт на выводе 1 микросхемы DA1 напряжение высокого уровня. Транзисторы VT4, VT5 должны быть установлены на радиаторы площадью 30-50 кв. см. каждый. При этом необходимо обеспечить электрическую изоляцию между радиатором и корпусом транзистора. Рекомендуется использовать прокладки из слюды или керамики, а также диэлектрические шайбы под винты и теплопроводящую пасту. В качестве Т1 подойдёт понижающий трансформатор мощностью не менее 150 Вт.    Рекомендуется использовать трансформатор ТП-190 после его несложной доработки. Доработка трансформатора заключается в том, чтобы, не прибегая к его разборке, отмотать 10 витков каждой секции вторичной обмотки. Для самостоятельного изготовления трансформатора можно рекомендовать сердечник ПЛМ27-40-58. Первичная обмотка должна содержать две секции по 32 витка провода диаметром 2 мм, а вторичная (повышающая) – 700 витков провода диаметром 0,6 мм. Соединения в цепях истоков транзисторов VT4, VT5 первичной обмотки трансформатора Т1, а также конденсатора С8 должны быть выполнены проводом сечением не менее 1,5 кв. мм.     Провода, соединяющие преобразователь с источником питания должны иметь сечение не менее 2,5 кв. мм. Резистор R19 устанавливается непосредственно на выводах конденсатора С8, а элементы R19, C9 устанавливаются на клеммах трансформатора Т1. В качестве выключателя SW1 рекомендуется использовать автомат на ток 16 А.     Элементы преобразователя, включая печатную плату, рекомендуется закрепить на металлическом шасси, которое следует соединить с «минусом» источника питания. Используемые в преобразователе полевые транзисторы имеют сопротивление открытого канала около 25 МОм, они рассчитаны на довольно большой допустимый ток стока 40 А, поэтому мощность преобразователя может быть увеличена до 250 Вт путем изменения номиналов схемы блокировки и использования соответствующего трансформатора.     Настройка инвертора сводится к подбору частотозадающего резистора R1. При отсутствии измерительных приборов частоту формируемого напряжения можно оценить с помощью простого устройства оценки частоты, схема которого приведена на рис. 5. Разъём XР1 подключается к выходу преобразователя, а разъём XР2 – в электросеть 220 В 50 Гц. При этом частота мигания светодиода VD2 соответствует разности частот напряжений преобразователя и электросети. Подбирая резистор R1, следует добиться наиболее редких миганий светодиода.    Перечень элементов для сборки данного преобразователя: Позиция   Наименование   Количество DA1 КР1211ЕУ1 – 1 DA2 78L06 Интегральный стабилизатор 2 VT1,VT2 КТ3107А – 1 VT3 KT3102A – 1 VT4,VT5 IRZ44 Полевой транзистор 2 VD1,VD2 КД522А – 2 VD3 LED 5мм,G Светодиод зелёный 1 VD4 LED 5мм,R Светодиод красный 1 R1 1,1MОм; 1,2МОм; 1,3МОм Требуется подбор 3 R2,R4 3,9 кОм Оранж. , белый, красный 1 R3,R13 6,2 кОм Голубой, красный, красный 1 R5 10 кОм Коричн., чёрный, оранж. 1 R6 9,1 кОм Белый, коричн., красный 1 R7 100 кОм Коричн., чёрный, жёлтый 1 R8 2,2 кОм Красный, красный, красный 1 R16 1,8 кОм Коричн, серый, красный 2 R9,R10 0,1 Ом 5 Вт 2 R11 1,0 кОм Коричн., чёрный ., красный 1 R12,R17 620 Ом Голубой, красный , коричн. 2 R18 82 кОм 2 Вт серый, красный, оранжевый 1 R14,R15 100 Ом Коричн., чёрный, коричн. 2 R19 1,2 кОм коричневый, красный, красный 1 C1 1000 пФ – 1 C2,C3 0,1 мкФ – 2 C4 1000мкФ 16В – 1 C5 10 мкФ 16В – 1 C6,C7 0,047 мкФ – 2 C8 10000 мкФ 16В – 1 C9 0,047 мкФ 400В – 1    В качестве корпуса использован блок питания с персонального компьютера, транзисторы КТ315 с любым буквенным индексом, КТ209 можно заменить на КТ361 так же с любым буквенным индексом. Стабилизатор напряжения 7805 лучше заменить на отечественный КР142ЕН5А. Резисторы любые, мощностью от 0,125 до 0,25 вт. Диоды подойдут тоже практически любые низкочастотные, например – КД105 или IN4002. Конденсаторы C1 типа К73-11, К10-17В с малым уходом ёмкости при прогреве. Трансформатор был взят от блока питания персонального компьютера, но можно использовать и от старых ламповых телевизоров, например – “Весна” или “Рекорд”, важно, чтобы витки, сечение и железо совпадали. С радиодеталями разобрались, теперь, как всё это собрать воедино. Ниже приведу неплохую схему инвертора:    Этот процесс можно описать так: на микросхеме D1 собран генератор прямоугольных импульсов, частота следования которых около 200 гц – диаграмма “A”. С вывода 8 микросхемы импульсы поступают далее на делители частоты, собранные на элементах D2.1 – D2.2 микросхемы D2. В результате чего на выводе 6 микросхемы D2 частота следования импульсов становится вдвое меньше – 100 гц – диаграмма “B”, а на выводе 8 импульсы становятся равным частоте 50 гц – диаграмма “C”. С вывода 9 снимаются неинвертируемые импульсы 50 гц – диаграмма “D”.      На диодах VD1-VD2 собрана логическая схема “ИЛИ”. В результате чего взятые с выводов микросхем D1 вывод 8, D2 вывод 6 импульсы образуют на катодах диодов импульс соответствующий диаграмме “E”. Каскад на транзисторах V1 и V2 служит для увеличения амплитуды импульсов необходимых для полного открывания полевых транзисторов. Транзисторы V3 и V4, подключенные к выходам 8 и 9 микросхемы D2 поочерёдно открываются, запирая тем самым то один полевой транзистор V5, то другой V6. В результате чего управляющие импульсы формируются так, что между ними существует пауза, из-за чего исключается возможность протекания сквозного тока через выходные транзисторы и значительно повышается КПД. На диаграммах “F” и “G” показаны сформированные импульсы управления транзисторами V5 и V6. Вот так будет выглядеть печатная плата:    Нам остается только подготовить трансформатор от блока питания. Для этого обмотку на напряжение 220 вольт оставляем, а остальные обмотки удаляются. Поверх этой обмотки наматываются две обмотки проводом ПЭЛ – 2 мм. Для лучшей симметрии их следует намотать одновременно в два провода. При подключении обмоток необходимо учесть фазировку. Полевые транзисторы закрепить через слюдяные прокладки на общий радиатор из алюминия. Правильно собранный инвертор начинает работать сразу после подачи питания. Единственное – бывает необходимость выставить частоту 50-60 гц подбором резистора R1 и конденсатора C1. Поделитесь полезными схемами ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ГАУСС-ГАНА     Задающий генератор пушки настроен на частоту 60-65 кГц, для 400 вольт вторичная обмотка содержит 80 витков провода 0,2 -0,6 мм. Обмотка мотается в 2 слоя по 40 витков. В качестве межслойной изоляции можно использовать несколько слоев скотча или изоленты.  ПРОСТОЙ САМОДЕЛЬНЫЙ ДИКТОФОН    В этой статье мы рассмотрим схему простейшего диктофона. Иногда возникает необходимость записи сигналов или фрагментов речи с небольшой длительностью. Данное устройство предназначено для записи звука в течении не длительного времени. Микрофон использован электретный, его можно найти повсюду, например в китайском магнитофоне.  ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ СОЛНЕЧНЫЙ    Использование солнечных водонагревателей. Возможности использования экологически чистой повсеместно доступной возобновляемой энергии солнечного излучения привлекают все большее внимание. В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в любом независимо от широты месте, около 1 000 Вт/м2.

Электрическая схема сварочного инвертора

В статье представлен обзор схемотехники силовой части источников сварочного тока инверторного типа, рассмотрены общие принципы работы, недостатки и преимущества каждой из схем. Приведены несколько запатентованных способов стимулирования зажигания дуги, представлена синтезированная типовая структурная схема инверторного сварочного аппарата.
Инверторные преобразователи напряжения на мощности от единиц ватт до десятков киловатт давно и успешно применяются при построении источников питания различного назначения. Особенностью этого класса преобразователей является работа на статическую нагрузку. В последнее десятилетие прошлого века инверторные преобразователи стали применяться при построении электросварочных аппаратов, где нагрузкой является сварочная дуга. Если первые модели таких инверторов выполнялись на тиристорах, то сейчас в качестве коммутирующих активных элементов применяются исключительно силовые МДП транзисторы. Абсолютное большинство сварочных инверторов предназначено для осуществления сварки на постоянном токе. Их структурная схема представлена на рис. 1
Рис. 1. Структура электросварочного аппарата инверторного типа.
1 – входной выпрямитель с емкостным накопителем энергии;
2 – инверторный модуль;
3 – выходной выпрямитель. При питании от однофазной сети бестрансформаторный входной выпрямитель заряжает накопительную емкость до напряжения величиной около 300В. Инверторный модуль, выполненный на ключевых активных элементах, осуществляет преобразование энергии постоянного тока в энергию тока высокой частоты с последующим его выпрямлением для питания сварочной дуги. Причем частота преобразования составляет несколько десятков килогерц. Инверторный модуль кроме ключевых элементов и системы управления ими обязательно содержит высокочастотный импульсный трансформатор. Понятно, что схемотехническое построение нверторного модуля во многом определяет качественные и количественные параметры всего сварочного аппарата. Анализ схемотехнического построения (топологии) сварочных инверторов зарубежных и отечественных производителей дает основание полагать, что число вариантов таких решений весьма ограниченно и все их можно разделить на однотактные и двухтактные. Однотактные схемы формируют импульсы одной полярности, двухтактные – двухполярные импульсы. Во всех схемах транзисторы работают в ключевом режиме, причем время включенного состояния может регулироваться, что дает возможность изменять величину нагрузочного тока. Наиболее распространенные схемотехнические решения инверторных модулей представлены на рис. 2
Рис. 2. Схемы инверторных модулей сварочных аппаратов
а) Двухтактная схема – «полный мост»
б) Двухтактная схема – «полумостовая схема»
в) Однотактная схема – «косой полумост» В двухтактной мостовой схеме формирование двухполярных импульсов происходит за счет попарного отпирания транзисторов (VT1 и VT3), (VT2 и VT4). При номинальной мощности нагрузки через транзисторы протекает лишь половина полного тока моста, а напряжение на каждом из них составляет половину напряжения на емкости С. Однако здесь требуется обеспечить полную симметрию плеча моста для исключения возможности протекания через первичную обмотку трансформаторе тока подмагничивания. Кроме того, для предотвращения опасности сквозного короткого замыкания через транзисторы необходимо задать некоторое «мертвое время», т. е. паузу между началом процесса отключения одной пары транзисторов и включения другой. В полумостовой схеме за счет наличия емкостного делителя (С2, С3) напряжение на каждом из транзисторов и на первичной обмотке трансформатора составляет 0.5Uвх т.е при питании схемы от бестрансформаторного сетевого выпрямителя оно не превышает 150В. Обеспечение сварочного тока величиной 120 – 150 А при относительном малом коэффициенте трансформации приводит к необходимости применения мощных транзисторов (либо их группового соединения) и увеличению тока, потребляемого из питающей сети.
В такой схеме так же необходимо задавать «мертвое время». Косой полумост является однотактным инвертором. Транзисторы VT1 VT2 открываются и закрываются одновременно и здесь нет опасности сквозного КЗ. На транзисторах в запертом состоянии напряжение не превышает 0,5 Uвх. Энергия выбросов, возникающих при запирании транзисторов, сбрасывается во входную емкость С через диоды VD1 и VD2. Недостатком схемы является подмагничивание сердечника трансформатора постоянной составляющей выходного тока. Эту проблему можно решить, например, путем изготовления сердечника с зазором или выбором магнитного материала сердечника с большими значениями индукции насыщения. Схема позволяет без увеличения напряжения на транзисторах и при приемлемом значении потребляемого из сети тока за счет увеличения коэффициента трансформации получить требуемое значение выходного тока. Схема проста в управлении, не требовательна к жесткому симметрированию плеч, исключает возможность возникновения «сквозного тока», обеспечивает высокий КПД за счет рекуперации энергии.
Поэтому она нашла широкое применение в сварочных инверторах. Проектирование сварочных инверторов имеет ряд особенностей. Одна из них заключается в необходимости надежного возбуждения электрической дуги. Известно, что при ручной сварке в воздушной среде на постоянном токе или на токе промышленной частоты напряжение холостого хода должно быть порядка 60-90В. В сварочных аппаратах максимальное значение напряжения холостого хода и номинальное значение сварочного тока связаны между собой и обусловлены свойствами силового контура инвертора. Учитывая, что при питании инвертора от бестранформаторного выпрямителя входное напряжение не может быть больше 310В, при Uхх порядка 70В – 80В коэффициент трансформации по напряжению (и по току) не может быть больше 4,5. При таком коэффициенте трансформации и сварочном токе 150-160А потребляемый из сети ток будет порядка 40А, что при использовании бытовой сети недопустимо. Поэтому разработчики сварочных аппаратов ищут различные способы стимулирования зажигания дуги при высоком значении коэффициента трансформации сварочного трансформатора. Для зажигания дуги необходимо осуществить ионизацию разрядного промежутка.
Сделать это можно повышением напряжения холостого хода, стимулированием промежутка высоковольтными импульсами от отдельного генератора, воздействием маломощного лазерного луча, применением вольтодобавочных схем и др. Так, предложено ввести в схему полумостового инвертора дополнительную ёмкость С4 и диод VD1 (рис. 3). При работе инвертора на холостом ходу за счёт добротности первичного контура трансформатора ёмкость С4 заряжается до напряжения, превышающего выходное напряжение сетевого выпрямителя. При зажигании дуги добротность силового контура падает, подзаряд ёмкости С4 прекращается, и напряжение на ней определяется только выходным напряжением выпрямителя. Авторы изобретения утверждают, что такое решение позволяет при питании от однофазной цепи получать токи сварки для использования электродов с диаметром до 4 мм при напряжении холостого хода 70-75 В.
Рис.3 Сварочный источник питания по патенту № 2053069 Интересное решение для стимулирования зажигания дуги путем ионизации разрядного промежутка предложено в [2]. Сварочный ток здесь представляет собой последовательность однополярных прямоугольных импульсов следующих с частотой ультразвукового частотного диапазона. На переднем и заднем фронтах этих импульсов за счет имеющих место в сварочном трансформаторе паразитных резонансных контуров формируются высокочастотные затухающие колебания достаточно большой амплитуды (рис. 4).
Рис. 4. Эпюры напряжения и тока в схеме по патенту № 2253551 [2].
а – напряжение на первичной обмотке трансформатора инвертора
б –форма сварочного тока Авторы утверждают, что за счет такой формы сварочного тока обеспечивается непрерывная ионизация газового промежутка между электродами, поэтому достигается «чрезвычайно высокая стабильность горения дуги». Такой процесс сварки авторы назвали электро-импульсным. При всей заманчивости этого способа, на наш взгляд, он имеет ряд недостатков. Во-первых, из-за большой частоты следования импульсов (50-70кГц) сварка фактически осуществляется на квазипостоянном токе со всеми присущими ему недостатками. Во-вторых значительная амплитуда напряжения ударного возбуждения создает опасность повреждения ключевых транзисторов, которые и так работают в предельных режимах по току и напряжению. Поэтому к такому способу возбуждения дуги следует относится с осторожностью.
В сварочных инверторах ключевые элементы работают в импульсном режиме с ШИМ регулированием. Спектр тока такой последовательности импульсов весьма широк и достигает по разным оценкам 20 МГц. А поскольку токи в сварочном источнике и сварочных кабелях значительны, амплитуда высокочастотных так же может быть значительной, что создает опасность передачи радиопомех в питающую сеть и окружающую среду. Поэтому в большинстве импульсных источников на входе устанавливаются сетевые фильтры, задача которых – предотвращение попадания помех в питающую сеть. Менее проработаны вопросы снижения радиоизлучения сварочных кабелей. Почему-то считается, что если на выходе импульсного источника стоит диодный выпрямитель, то никаких высокочастотных составляющих в сварочном токе быть не должно. Однако у диодов существует время обратного восстановления, поэтому утверждение, что сварочные кабели (до и сама дуга) не являются источниками высокочастотных помех, преждевременно.
Кроме того, в моменты зажигания дуги, изменении её длины и обрыве, нагрузка на инверторный преобразователь изменяется в широких пределах. Поэтому режим работы сварочного инвертора является в принципе нестационарным, что создает опасность перегрузки и повреждения транзисторов. Классический прием снижения уровня перенапряжений на транзисторах путем подключения различных демпфирующих цепей далеко не всегда дает нужный эффект. Значительным разнообразием отличаются схемы управления сварочными инверторами.
К основным их функциям следует отнести:
• формирование импульсов, обеспечивающих надежное отпирание и запирание ключевых транзисторов;
• обеспечение возможности регулирования длительности импульсов (ШИМ) при заданной частоте их следования;
• возможность задания требуемой величины сварочного тока и его поддержание на заданном уровне в процессе сварки;
• защита аппарата от перегрева, перегрузки по току, «залипания» электрода;
• исключение токовой перегрузки питающей сети переменного тока при запуске сварочного аппарата.
С учетом всех этих требований типовую структурную схему инверторного сварочного аппарата можно представить в виде рис. 5. Сетевой фильтр (1) служит для исключения прохождения помех, возникающих в процессе работы сварочного инвертора, в питающую сеть. Входной выпрямитель с емкостным накопителем (2) необходим для питания инверторного модуля и исключения импульсной нагрузки на питающую сеть. Поскольку емкость накопителя достаточно велика (до 1500 мкФ), чтобы исключить появление пика зарядного тока, первичный заряд осуществляют через управляемый токовый ограничитель, который в процессе нормальной работы аппарата отключается блоком управления зарядом (БУЗ). Инвертор (3) преобразует энергию постоянного напряжения накопителя в энергию импульсов килогерцового диапазона путём использования широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Формирование отпирающих импульсов для транзисторов инвертора осуществляется в системе управления состоящей из тактового генератора (10), ШИМ – котроллера (11) и драйвера (12). Требуемая величина сварочного тока задается в блоке задания режима (13) путем установления определенной ширины отпирающих импульсов. Поддержание заданной величины сварочного тока осуществляется по сигналу датчика тока (9). В ряде схем сварочных аппаратов путем задания соответствующего алгоритма управления обеспечивается стабилизация режима сварки за счет поддержания определенного соотношения между сварочным током и напряжением на дуге. Для этого кроме датчика тока вводится еще и датчик напряжения (8). Температурный режим внутри аппарата или его наиболее загруженных узлов контролируется с помощью датчика перегрева (7).
Рис. 5. Типовая структурная схема инверторного сварочного аппарата Путём соответствующего программирования микроконтроллера ряд фирм обеспечивает реализацию дополнительных результатов: форсирование тока при пуске, предотвращение «залипания» сварочных электродов и ряд других функций. Таким образом, повышение уровня «интеллектуальности» схемотехнических решений позволяет создавать сварочную технику с широкими функциональными возможностями.

Автор: Борисов Д.А., ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», г. Саранск

Кроме статьи “Электрическая схема сварочного инвертора” смотрите также:

Применение нулевых схем инверторов тока с квазирезонансной

В автономных инверторах напряжения и тока с квазирезонансной коммутацией электро­магнитные процессы на временных интерва­лах переключения силовых вентилей протекают при колебательном или (в общем случае) монотон­ном изменении токов через вентили и напряжений на вентилях за счет основных и (или) дополни­тельных, монтажных и собственных (паразитных) реактивных элементов цепей коммутации, включа­ющих реактивности нагрузки и схемы инвертора, в том числе и собственные реактивности вентилей [1-3]. Включение и выключение силовых вентилей в таких инверторах осуществляется при малом или нулевом значении тока и (или) напряжения на них, другими словами, имеет место «мягкая» коммута­ция, что существенно снижает коммутационные потери и перенапряжения в схемах. В коммутаци­онном процессе участвуют вспомогательные вен­тили (стабилизирующие, отсекающие, встречно-параллельные), которые являются необходимым элементом схемы автономного инвертора с квази­резонансной коммутацией. При малой относитель­ной длительности временного интервала коммута­ции (угла коммутации s), по сравнению с установ­ленным периодом выходного параметра Т, то есть при выполнении условия

s << 2π (1)

характеристики автономного инвертора в целом можно считать соответствующими (в зависимости от реализации) характеристикам инвертора напря­жения или тока.

Классификационные обозначения — «мягкая» коммутация, квазирезонансный инвертор, инвер­тор с «мягкой» коммутацией — нельзя считать в полной мере корректными. Неудачным следует признать и примененный автором термин «токо-резонансный инвертор» [4]. И совсем неправиль­ным, по моему мнению, является обозначение «резонансный инвертор тока», приведенное в ста­тье уфимских специалистов [5]. Инвертор тока не может одновременно быть резонансным инвер­тором (как, впрочем, и наоборот) — это противо­речило бы устоявшимся представлениям. В этой связи необходимо отметить, что с появлением но­вых типов полностью управляемых вентилей и раз­работкой на их основе новых серий полупроводни­ковых приборов — преобразователей электрической энергии сложившаяся классификация автономных инвер­торов по результирующей реакции нагрузочной цепи (выходной ток опережает или отстает от вы­ходного напряжения) [6, 7] нуждается в некотором уточнении. Действительно, при классическом под­ходе неясно, например, к какому классу следует от­носить автономные инверторы на полностью уп­равляемых вентилях, работающие на резистивную нагрузку. А это, в настоящее время, значительное число применений автономных инверторов [8]. Не отходя от установившейся классификационной терминологии автономные инверторы, безусловно, следует разделять на три основных класса: инверто­ры тока, напряжения и резонансные. При этом в ос­нову классификации необходимо положить отно­шение эквивалентных (кажущихся) импедансов (не смешивать с линейными электрическими) це­пей постоянного и переменного тока (напряжения) схемы инвертора относительно определенных (ха­рактеристических) точек схемы. Как известно, в цепь переменного тока (напряжения) автономно­го инвертора включается нагрузка. При этом, на­пример, очевидно, что увеличением сопротивления нагрузки в классическом параллельном инверторе тока (эквивалентный импеданс цепи постоянного тока существенно превышает эквивалентный им­педанс цепи переменного тока) всегда можно пере­вести указанный инвертор в резонансный режим работы (сравнимые эквивалентные импедансы це­пей постоянного и переменного тока). Что же каса­ется классификационной оценки типа коммутации вентилей в автономных инверторах, то, по мнению автора, в реальных системах так называемая «жесткая» коммутация фактиче­ски не реализуется. Тем не менее, возвраща­ясь к определению принципа квазирезонанс­ной коммутации, необходимо отметить, что выделение в общем электромагнитном про­цессе процесса коммутации и возможность целенаправленного регулирования (задания) его характера приводят к образованию само­стоятельной группы, куда входят соответст­вующие схемы автономных инверторов.

Квазирезонансная коммутация улучшает электромагнитную совместимость инверто­ров с питающей сетью и нагрузкой, повы­шает нагрузочную способность вентилей и надежность работы инвертора за счет обеспечения безопасных траекторий пере­ключений вентилей с малыми потерями, на­иболее оптимально соответствует свойст­вам нагрузки и способу ее подключения к инвертору в абсолютном большинстве применений. Автономные инверторы с ква­зирезонансной коммутацией особенно пер­спективны для использования на высоких частотах преобразования и в системах с по­вышенными требованиями по электромаг­нитной совместимости.

Пример мостовой схемы инвертора напря­жения с квазирезонансной коммутацией при­веден на рис. 1. Выключение вентилей в этом инверторе может осуществляться при нуле­вом значении напряжения на вентиле, а включение — при нулевых значениях тока и напряжения (за счет колебательного переза­ряда параллельного конденсатора в интерва­ле коммутации). Указанная схема была пред­ложена и впервые применена автором для бытовых индукционных электроплит [9-13]. Реализация преобразователей на основе ин­вертора напряжения с квазирезонансной коммутацией позволила создать надежные изделия с достаточно высокими технико-эко­номическими и энергетическими показателя­ми при использовании доступных в то время полупроводниковых приборов с не очень ка­чественными характеристиками. Достаточно подробно данный инвертор исследован (реа­лизация в источника питания барьер­ных генераторов озона) в [2].

Рис. 1. Схема мостового инвертора напряжения с квазирезонансной коммутацией

В настоящее время схема инвертора напря­жения с квазирезонансной коммутацией счи­тается перспективной для использования в те­лекоммуникационных системах и источниках питания электротехнологических установок различного назначения, в частности устано­вок дуговой сварки [14, 15] (в последнем случае безусловная оптимальность применения инвертора напряжения вызывает сомнение). Для указанной схемы фирмой International Rectifier специально разработан новый класс транзисторов с полевым управлением.

Инверторы тока, в отличие от инверторов напряжения, являются фактически «идеаль­ными» устройствами для большого числа применений [2, 16]. Значение инверторов то­ка в настоящее время существенно возросло с развитием силовой элементной базы.

Классическим вариантом мостовой схемы автономного инвертора тока с квазирезо­нансной коммутацией является инвертор со стабилизирующим силовым диодом (рис. 2). Режи­мы работы схемы впервые рассматривались в [17, 18]. В окончательном виде схема дана в [19], возможные способы управления ею представлены в [20-24], а подробный анализ выполнен в [25]. В настоящее время схема автономного инвертора тока с квазирезо­нансной коммутацией используется в серии преобразователей частоты для индукцион­ного нагрева на обычных симметричных (SCR) тиристорах [5, 26].

Рис. 2. Схема мостового инвертора тока со стабилизирующим силовым диодом

Следует отметить, что основным преиму­ществом данной схемы является не высокий уровень выходного напряжения, как указано в [5] (что имеет место и в классическом ин­верторе тока с «жесткой» коммутацией), а оптимальная форма тока через силовой вентиль и напряжения на нем. В свое время эта схема, а также ряд других схем [27] бы­ли предложены автором в первую очередь для новых типов приборов (реверсивно-включаемые динисторы [28], асимметрич­ные тиристоры). В указанных схемах, в от­личие от схем со встречно-параллельными вентилями, достаточно просто обеспечива­ется управление силовым вентилем (накач­ка), если, например, в качестве силовых вен­тилей используются реверсивно-включаемые динисторы и другие приборы, работающие на принципах коммутации с помощью управляющего плазменного слоя и задержанной ударно-ионизационной волны. В инверторах в этом случае отсутст­вует необходимость в применении для раз­вязки управляющих цепей отсекающих дио­дов, рассчитанных на прямой ток вентиля (при реализации преобразователей по рас­пространенным схемам резонансных инвер­торов со встречно-параллельными силовыми диодами). При работе инвертора тока с квазирезонанс­ной коммутацией обратное напряжение на вентиле, выключившемся в интервале вос­становления его управляющих свойств, равно сумме напряжений на смежном вентиле и стабилизирующем силовом диоде (в статье [5] ука­зано неверно), что является фактически оп­тимальным уровнем обратного напряжения для любого вентиля с регенеративным меха­низмом включения. Скорость нарастания то­ка вентиля ограничена схемотехнически, а фронт импульса прямого напряжения на вентиле в указанной схеме минимален, что обеспечивает ее надежную и устойчивую работу и снижает требования к демпфирую­щим цепям и их установленную мощность. Схема работоспособна и на обычных SCR — тиристорах, а также при использовании сим­метричных и асимметричных запираемых тиристоров (GTO, GCT, MCT, МТО) и тран­зисторов (IGBT, MOSFET), в том числе с об­ратной блокирующей способностью, и имеет те же положительные свойства.

Нулевые схемы инверторов тока имеют важное общее преимущество перед мосто­выми, заключающееся в уменьшенном числе силовых вентилей. При этом коэффициент использования вентилей по мощности к_Р в нулевых схемах равен соответствующему коэффициенту для мостовых схем

к_Р= Р_И/(nU_VI_V), (2)

где Р_И — выходная мощность инвертора, n — общее число силовых вентилей в схеме, U_V — максимальное значение напряжения на силовом вентиле, I_V— максимальный ток вентиля. То есть нулевые схемы инверторов тока не проигрывают мостовым схемам по установленной мощности вентилей.

Нулевая схема инвертора тока с выходным трансформатором известна достаточно дав­но [6, 7, 29]. Вариант нулевой схемы инвер­тора тока на SCR-вентилях с квазирезонанс­ной коммутацией и выходным трансформа­тором рассмотрен в [4].

Схема инвертора тока с квазирезонансной коммутацией и выходным силовым трансформато­ром на полностью управляемых вентилях приведена на рис. 3.

Рис. 3. Нулевая схема инвертора тока с выходным силовым трансформатором

Нагрузка инвертора тока имеет активно-емкостной характер. Примером такой на­грузки может служить генератор озона барь­ерного разряда. Изменение тока вентиля на интервале коммутации по колебательно­му закону, включение и выключение венти­ля при низком уровне напряжения обеспе­чиваются цепью коммутации, включающей индуктивность выходного трансформатора (а также соединительных шин) и эквивалентную емкость нагрузки. Питание генера­торов озона осуществляется через развязы­вающий согласующий трансформатор, по­этому нулевая схема инвертора тока более предпочтительна, чем мостовая схема, именно за счет простого устройства и мень­шего числа вентилей. Областями примене­ния нулевой схемы инвертора тока с квази­резонансной коммутацией и выходным трансформатором являются плазмохимия, источники питания и управления разрядных источников излучения, сварочных устано­вок и других электротехнологических уста­новок, в которых используется электричес­кий разряд.

Для индукционного нагрева, в том числе в источниках питания индукционных пла­вильных печей, целесообразно использовать нулевую схему инвертора тока с квазирезо­нансной коммутацией и нагрузкой, включа­емой между входными дросселями фильтра (рис. 4). Работу инвертора тока иллюстриру­ют временные диаграммы, приведенные на рис. 5. На диаграммах соответственно u_У1, u_У2 — импульсы управления вентилями, u_И, iИ — мгновенные значения выходного на­пряжения (напряжения на нагрузочном кон­туре С1, Z1) и выходного тока инвертора (входного тока нагрузочного контура), u_{V 1}, u_V2 — мгновенные значения напряжений на вентилях, i_{V 1}, i_V2 — мгновенные значения токов вентилей, i_D1, i_D2 — мгновенные значе­ния токов встречно-параллельных силовых диодов. Вентили инвертора VT1, VT2 работают с пе­рекрытием токов. Очередной вентиль VT1 (VT2) включается с опережением относи­тельно момента перехода мгновенного зна­чения выходного напряжения через нуль. Выключение вентилей осуществляется в мо­мент указанного перехода либо в интервале проводимости соответствующего встречно-параллельного силового диода VD2 (VD1). Угол опе­режения в оптимизируется (парарезонансное управление в≈s, в>s)

Рис. 4. Нулевая схема инвертора тока с нагрузкой, включаемой между входными дросселями фильтра

Рис. 5. Временные диаграммы сигналов в системе управления и силовой схеме инвертора тока с нагрузкой, включаемой между входными дросселями

Выходное напряжение U_V (действующее значение) в нулевой схеме инвертора тока (при равенстве углов опережения в) в два ра­за превышает выходное напряжение в мос­товой схеме

U_И = 2νЕ/сos{s/2}, (3)

где v — схемный числовой коэффициент (одинаковый для нулевой и мостовой схем н ≈ 1,11), Е — напряжение питания инверто­ра тока.

Коэффициент использования вентилей по мощности для обеих схем равен

к_Р= сos {s/2} /(4ν2^1/2) (4)

Можно легко показать, что нулевая и мос­товая схемы имеют и одинаковую установ­ленную мощность конденсаторов.

Значение индуктивности L дросселей фильт­ра L1, L2 выбирается из условия качественно­го сглаживания входного тока инвертора

Временные диаграммы сигналов в системе управления и силовой схеме инвертора тока с нагрузкой, включаемой между входными дросселями

Основным параметром сглаживающего дросселя (для заданных индуктивности и тока) являются его весогабаритные показатели. Известно, что весогабаритные показатели дроссельного оборудования могут быть сни­жены при выполнении дросселя составным (из двух дросселей, имеющих в два раза меньшую индуктивность). В реальных систе­мах нулевая схема может также не проигры­вать мостовой и по установленной мощнос­ти дроссельного оборудования.

Более высокое выходное напряжение, обеспечиваемое нулевой схемой инвертора тока, позволяет качественно улучшить энергетические характеристики плавиль­ных печей за счет снижения электрических потерь в соединительных шинах и водоохлаждаемых кабелях, используемых для под­ключения батареи компенсирующих кон­денсаторов к индуктору печи. Например, при питании индукционного плавильного комплекса от стандартной трехфазной про­мышленной сети 380 В напряжение на ин­дукторе плавильной печи может быть более 1100 В (вместо 550-600 В), что энергетичес­ки выгодно. Создаются условия для реали­зации плавильных печей с встраиваемыми батареями компенсирующих конденсато­ров, в некоторых случаях это позволяет от­казаться от применения водоохлаждаемых кабелей, увеличивает на 5-7% передавае­мую на нагрев полезную мощность и значи­тельно улучшает технико-экономические показатели. Увеличение передаваемой в на­грузку активной мощности приводит к су­щественному сокращению времени плавки.

При этом становится возможным сни­зить удельные затраты электроэнергии, например при плавке чугуна до величины 500 кВт•ч/тн.

Для дальнейшего уменьшения весогабаритных показателей и установленной мощ­ности дроссельного оборудования, а также для ограничения уровня и аварийной ско­рости нарастания тока вентилей при замы­кании витков индуктора на «землю» в схе­му инвертора тока с квазирезонансной коммутацией включается дополнительный дроссель L3 (рис. 6). В схеме силовые диоды VD3, VD4 предотвращают разряд компенсирую­щего конденсатора С1 через фильтровые дроссели L1, L2, что может, например, улучшить пусковые режимы инвертора тока с квазирезонансной коммутацией. Указанные силовые диоды являются низкочастот­ными и в номинальном режиме проводят ток постоянно.

Инвертор тока по нулевой схеме с нагруз­кой, включаемой между входными дросселя­ми фильтра, может быть выполнен и на обыч­ных SCR тиристорах с встречно-параллель­ными силовыми диодами и без них.

Рис. 6. Нулевая схема инвертора тока с квазирезонансной коммутацией и отсекающими силовыми диодами

Замыкание витков индуктора на «землю» происходит при повреждениях футеровки тигля плавильной печи, вызываемых ее раз­мывом и растрескиванием при термоударах и механических воздействиях и выходе рас­плавленного металла из тигля. Такая авария часто приводит к полному выходу из строя индуктора печи. Существуют контактные методы контроля состояния футеровки пла­вильной печи. Однако они не могут быть применены в наиболее распространенных на практике системах с глухозаземленной нейтралью. Кроме того, контактные методы достаточно сложны в реализации. Поэтому оптимальными считаются бесконтактные методы контроля состояния футеровки, на­пример использующие измерение индук­тивности плавильной печи по ходу плавки. Инверторы тока в плавильных комплексах управляются с помощью методов самовоз­буждения. Соответственно косвенный кон­троль состояния футеровки в данном случае может осуществляться путем простого кон­троля собственной частоты плавильной печи. Подобный контроль легко выполняется для любых систем, так как текущая информа­ция о собственной частоте плавильной пе­чи уже имеется в системе управления ин­вертора тока.

Схема инвертора тока с квазирезонансной коммутацией использована при разработке новой серии энергосберегающих преобразо­вателей частоты для плавильных печей на ем­кости 160 и 400 кг (по стали) типа ИСТ-0,16 и ИСТ-0,4 с рабочей частотой 4 кГц, номи­нальным выходным напряжением 1200 В и выходной мощностью 120 и 275 кВт.

Литература

1. Силкин Е. М. Релейно-импульсное управ­ление в инверторах тока и напряжения с квазирезонансной коммутацией // Тези­сы доклада международной научно-техни­ческой конференции, посвященной мето­дам и средствам управления технологичес­кими процессами. 25-27 октября 1999 г. Саранск, 1999. С. 282-284.
2. Силкин Е. М., Кузьмин А. Ф. Системы уп­равления с транзисторными преобразова­телями для промышленных озонаторов большой мощности // Электротехника. № 5’2001. С. 42-46.
3. Силкин Е. М. Транзисторные преобразова­тели частоты для индукционного нагрева // Электротехника. № 10’2004. С. 24-30.
4. П. 2081499 РФ, МКИ Н02 М 7/523. Силкин Е.М. Автономный токо-резонансный инвертор // Б. И. № 16’1997.
5. Белкин А. К., Исхаков И. Г., Таназлы Г. И. и др. Индукционная установка для разо­грева крайних ниппелей кронштейнов анододержателей // Силовая электроника. № 1’2005. С. 100-103.
6. Толстов Ю. Г. Автономные инверторы то­ка. М.: Энергия, 1978. 208 с.
7. Чиженко И. М., Руденко В. С, Сенько В. И. Основы преобразовательной техники. М.: Высшая школа, 1974. 430 с.
8. Силкин Е. М. Электронные пускорегулирующие аппараты для разрядных ламп повы­шенной мощности // Электрика. № 5’2004. С. 38-42.
9. Силкин Е. М., Дзлиев С. В., Тазихин С. Н. Разработка индукционных электроплит // Тезисы доклада научно-технической кон­ференции, посвященной научным осно­вам создания энергосберегающей техники и технологий, 27-29 ноября 1990 г. М., 1990. С. 259-261.
10. П. 2031534 РФ, МКИ Н02 М5/45. Силкин Е. М. Преобразователь переменного тока для питания индуктора // Б. И. № 8’1995.
11. П. 2040105 РФ, МКИ Н02 М5/458. Сил­кин Е. М., Мизин Г. В., Пахалин А. И. и др. Преобразователь переменного тока для питания индуктора // Б. И. № 20’1995.
12. П. 2061292 РФ, МКИ Н02 М5/44. Сил­кин Е. М., Мизин Г. В., Пахалин А. И. и др. Способ управления преобразователем ча­стоты // Б. И. № 15’1996.
13. Силкин Е. М. Транзисторные ВЧ-генераторы для электротехнологии // Тезисы докла­да II международной научно-технической конференции, посвященной электромеха­нике и электротехнологии, 1-5 октября 1996 г. Симферополь, 1996. С. 103-105.
14. International Rectifier. Catalogue СА05 — 10/2001. Moscow: IR, 2001.Башкиров В. И. Оптимизированные МОП-транзисторы для инверторов с жесткими и мягкими режимами переключения // Электротехника. № 12’2002. С. 10-14.
15. Силкин Е. М. Применение инверторов то­ка в электротермии // Вопросы преобразо­вательной техники, частотного электро­привода и управления: Межвуз. сб. статей. Саратов, 2000. С. 49-54.
16. Дзлиев С. В., Силкин Е. М. Регулируемый автономный инвертор со стабилизирую­щими диодами // Тезисы доклада Всесо­юзной научно-технической конферен­ции, посвященной автоматизации элект­ротехнологических процессов в гибких производственных системах машиност­роения на основе полупроводниковых преобразователей частоты, 21-25 мая 1987 г. Уфа, 1987. С. 39-42.
17. А. с. 1415384 СССР, МКИ Н02 М 7/523. Васильев А. С, Дзлиев С. В., Силкин Е. М. Последовательный резонансный инвер­тор // Б. И. № 29’1988.
18. А. с. 1683150 СССР, МКИ Н02 М 5/45. Силкин Е. М. Преобразователь частоты // Б. И. №37’1991.
19. Силкин Е. М. Управление по вычисляе­мому прогнозу параллельным инверто­ром тока со стабилизирующим диодом // Тезисы доклада Всесоюзной научно-тех­нической конференции, посвященной микроэлектронике в машиностроении, 14-16 ноября 1989 г. Ульяновск, 1989. С. 81-84.
20. А. с. 1690117 СССР, МКИ Н02 М 1/08. Силкин Е. М. Способ управления инверто­ром тока со стабилизирующим диодом // Б. И. №41’1991.
21. А. с. 1758802 СССР, МКИ Н02 М 5/45. Силкин Е. М. Статический преобразова­тель частоты // Б. И. № 32’1992.
22. А. с. 1753564 СССР, МКИ Н02 М 7/521. Силкин Е. М. Инвертор тока // Б. И. № 29’1992.
23. А. с.1758812 СССР, МКИ Н02 М 7/523. Силкин Е. М., Дзлиев С. В., Качан Ю. П. и др. Параллельный инвертор тока // Б. И. №32’1992.
24. Силкин Е. М., Дзлиев С. В., Тарасова М. М. Исследование возможности создания се­рии тиристорных генераторов для пита­ния электротермических и ультразвуко­вых установок на мощности 4-25 кВт, ча­стоты 4-22 кГц с применением новых схемотехнических решений // Отчет о НИР, гос. рег. №001390, инв. №88945. Ульяновск, 1990. 142 с.
25. Рогинская Л. Э., Иванов А. В., Мульменко М. М. и др. Выбор структуры и пара­метрический синтез симметричного ре­зонансного инвертора // Электротехника. № 7’1998. С. 1-5.
26. А. с. 1654955 СССР, МКИ Н02 М 7/523. Силкин Е. М. Резонансный инвертор // Б. И. № 21’1991.
27. Тучкевич В. М., Грехов И. В. Новые прин­ципы коммутации больших мощностей полупроводниковыми приборами. Л.: Наука, 1988. 117 с.
28. Бедфорд Б., Хофт Р. Теория автономных инверторов. М.: Энергия, 1969. 280 с.

Что такое инвертор? – Sunpower UK

Что такое инвертор?

Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное. В большинстве случаев входное напряжение постоянного тока обычно ниже, в то время как выходной переменный ток равен напряжению электросети, равному 120 или 240 вольт в зависимости от страны.

Инвертор может быть построен как автономное оборудование для таких приложений, как солнечная энергия, или работать в качестве резервного источника питания от батарей, которые заряжаются отдельно.

Другая конфигурация – это когда он является частью более крупной схемы, такой как блок питания или ИБП.В этом случае входной постоянный ток инвертора поступает от выпрямленного переменного тока в сети в блоке питания, либо от выпрямленного переменного тока в ИБП, когда есть питание, и от батарей в случае сбоя питания.

В зависимости от формы сигнала переключения существуют разные типы инверторов. Они имеют различные конфигурации схем, эффективность, преимущества и недостатки.

Инвертор обеспечивает переменное напряжение от источников постоянного тока и используется для питания электроники и электрического оборудования, рассчитанного на сетевое напряжение переменного тока.Кроме того, они широко используются в импульсных источниках питания инвертирующих каскадов. Схемы классифицируются по технологии переключения и типу переключателя, форме волны, частоте и форме выходного сигнала.

Базовый режим работы инвертора

Основные схемы включают в себя генератор, схему управления, схему возбуждения силовых устройств, коммутационные устройства и трансформатор.

Преобразование постоянного напряжения в переменное достигается путем преобразования энергии, накопленной в источнике постоянного тока, таком как батарея, или на выходе выпрямителя, в переменное напряжение.Это осуществляется с помощью переключающих устройств, которые постоянно включаются и выключаются, а затем повышаются с помощью трансформатора. Хотя в некоторых конфигурациях не используется трансформатор, они не используются широко.

Входное напряжение постоянного тока включается и выключается силовыми устройствами, такими как полевые МОП-транзисторы или силовые транзисторы, и импульсами, подаваемыми на первичную обмотку трансформатора. Изменяющееся напряжение в первичной обмотке индуцирует переменное напряжение во вторичной обмотке. Трансформатор также работает как усилитель, увеличивая выходное напряжение в соотношении, определяемом соотношением витков.В большинстве случаев выходное напряжение повышается со стандартных 12 вольт, подаваемых батареями, до 120 или 240 вольт переменного тока.

Три обычно используемых выходных каскада инвертора: двухтактный с трансформатором с центральным ответвлением, двухтактный полумост или двухтактный полный мост. Пуш-пул с центральным краном наиболее популярен благодаря своей простоте и гарантированным результатам; однако он использует более тяжелый трансформатор и имеет более низкий КПД.

Простой двухтактный преобразователь постоянного тока в переменный с цепью трансформатора с центральным отводом показан на рисунке ниже.

Рисунок 1 базовая схема переключения инвертора

Формы выходных сигналов инвертора

Инверторы классифицируются в соответствии с формами выходных сигналов с тремя общими типами: прямоугольная волна, чистая синусоида и модифицированная синусоида.

Прямоугольная волна проста и дешевле, однако имеет более низкое качество электроэнергии по сравнению с двумя другими. Модифицированная прямоугольная волна обеспечивает лучшее качество электроэнергии (THD ~ 45%) и подходит для большинства электронного оборудования.Они имеют прямоугольные импульсы с мертвыми зонами между положительным полупериодом и отрицательным полупериодом (THD около 24%).

Рисунок 2: Модифицированная форма синусоидального сигнала

Истинный синусоидальный инвертор имеет лучшую форму волны с самым низким THD около 3%. Однако он самый дорогой и используется в таких приложениях, как медицинское оборудование, стереосистемы, лазерные принтеры и другие приложения, требующие синусоидальных сигналов. Они также используются в инверторах связи с сетью и оборудовании, подключенном к сети.

Рисунок 3: Чистая синусоида

Приложения

Инверторы используются в различных приложениях, от адаптеров для небольших автомобилей до бытовых или офисных приложений, а также в крупных сетевых системах.

• Источники бесперебойного питания
• Как автономные преобразователи
• В солнечных энергосистемах
• Как строительный блок импульсного источника питания

Как сделать простую принципиальную схему инвертора за 5 минут

Представьте себе, что через несколько минут вы знаете, что электричество отключится. У тебя нет свечей. У вас есть только фонарик от вашего мобильного телефона. Но вам нужно сэкономить аккумулятор вашего мобильного телефона. Для использования в экстренных случаях. Как ты будешь делать?

В вашем магазине есть светодиодная лампа 220 В на 5 Вт и аккумулятор на 12 В.

ฺ Но сделать светодиодную лампу яркой только от батареи на 12 В. невозможно.

Им нужна помощь, чтобы поднять напряжение батареи, достаточное для этой лампочки. Это называется инверторной схемой.

Они могут преобразовать батарею 12 В постоянного тока в 220 В переменного тока / 120 В переменного тока, чтобы использовать небольшую лампочку или лампу максимальной мощностью 10 Вт.

Вот как сделать схему инвертора за 5 минут. В 2 простых схемах инвертора ниже. Просто используя только 2 транзистора, 2 резистора и один трансформатор.Это просто?

Они включают 2 идеи схемы

1. Принципиальная схема микроинвертора с использованием TIP41 или 2N6121
2. Схема простого инвертора Supper с использованием MJ2955 (транзисторы PNP). 2 силовых транзистора NPN, TIP41 и миниатюрный транзистор, 0,5 А. Эта схема может быть отличным выбором.

   Он может преобразовать аккумулятор 12 В в напряжение переменного тока в диапазоне от 180 до 220 В. На выходных частотах от 30 Гц до 65 Гц.

   Вы можете использовать его с бытовой техникой до 10 Вт. Например, маленькие люминесцентные лампы, светодиодные лампы, таймеры и т. Д.

   Светодиодная лампа экономит больше энергии, чем люминесцентная лампа, при той же яркости.

   Схема может вам понравиться. Потому что, собирая схему, вы просто соединяете части вместе только ногой к ноге.

   Завершение этой цепи может занять около 5 минут.

   Примечание: Пожалуйста, прочтите «Тестирование / применение» ниже для реального применения.

   Описание схемы

   В общей схеме инвертора используется генератор для управления трансформатором с силовым транзистором.

   Использование двойных транзисторов – это двухтактное переключение для попеременного включения и выключения. Оба транзистора должны иметь одинаковый коэффициент усиления. Но не надо же.

   Как это работает

   Посмотрите на блок-схему ниже.

   При подаче питания (DC12V) в цепь. Один из транзисторов насыщается (замкнутая цепь) быстрее, чем другой.

   Предположим, что Q1 первым замкнул цепь. Таким образом, ток коллектора Q1 создает магнитное поле в катушке L2. Затем через R1 он получает больше базового напряжения. Итак, Q1 быстро переходит в состояние замкнутой цепи. Кроме того, Q2 быстро размыкает цепь.

   Условие будет таким, пока сердечник трансформатора не достигнет точки насыщения. Таким образом, ток, протекающий к R1, уменьшается до тех пор, пока Q1 не перейдет в состояние замкнутой цепи. Q1 – это разомкнутая цепь.

   Напротив, в то время как Q1 медленно переходит из состояния замкнутой цепи в состояние разомкнутой цепи.Q2 начнет проводить больше токов. Ток будет протекать через R2, увеличивая ток смещения до Q2. Это позволяет быстро замкнуть Q2.

   Теперь ток батареи будет течь в катушку L1 в обратном направлении. Это заставляет индукцию напряжения иметь противоположную полярность во вторичной обмотке трансформатора.
   Q2 будет проводить ток, пока сердечник трансформатора не достигнет насыщения.

   После этого процесс замкнутого-разомкнутого контура между Q1 и Q2 снова будет таким же.Пока в цепь подается 12 В постоянного тока

   
   Принципиальная схема микропреобразователя

   Посмотрите на полную схему выше. Разработчик поместил несколько компонентов:

   • C1-конденсатор на первичный трансформатор, чтобы сделать выходное переменное напряжение сглаженным или низким уровнем шума.
   • F1-предохранитель для защиты выхода и цепи при перегрузке.
   • Светодиод 1 показывает, что цепь работает. Используйте резистор серии R3 для ограничения тока до безопасного значения.
   Как сделать инвертор

   Для в проекте используйте несколько компонентов.Итак, мы можем использовать схему подключения ниже, без разводки печатной платы. Я предлагаю следующие техники изготовления.

   Схема подключения этого проекта

   Правильный способ монтажа транзистора

   Посмотрите на рис. Ниже.

   Это правильный способ установки транзистора в радиатор. Используйте слюдяной изолятор между корпусом и корпусом транзистора. Затем используйте пластиковый изолятор. Затем закрепите корпус транзистора шестигранной гайкой и металлическим винтом.

   
   Монтаж транзистора на радиаторе

   Помните! Не прикасайтесь проводами транзистора к корпусу и не допускайте короткого замыкания между этими выводами.

   Проверить короткое замыкание!
   Мы можем проверить сопротивление, чтобы убедиться в отсутствии электрического замыкания на металлический корпус.

   Установите на цифровом мультиметре (DMM) положение «НЕПРЕРЫВНОСТЬ». Затем коснитесь концом обоих щупов между каждым выводом (B, C и E) транзистора и металлическим корпусом.Он должен молчать и читать OL.

   .

   
   Проверить короткое замыкание с помощью мультиметра

   Тестирование / применение

   Я выполняю тест, выполняя следующий шаг:

   1. Получите аккумулятор 12 В, стабилизированный источник питания 2,5 Ач или 12 В постоянного тока, ток больше 2А для тестирования.
   2. Установите шкалу цифрового мультиметра в положение ACV для измерения выхода (розетки).
   3. Примените к этому проекту аккумулятор на 12 В.
   4. Измерьте выходное напряжение.Напряжение должно быть от 220 до 330 В.

   После этого попробуйте использовать этот проект схемы инвертора для загрузки светодиодной лампы мощностью 3 Вт. Из-за низкого энергопотребления.

   Эта схема имеет выходную мощность от 5 до 10 Вт.

   Как и на видео выше, светодиодная лампа ярко светится 3 часа. Потому что он использует только 0,5 А.

   Другие варианты

   Так как у меня есть предельные компоненты.
   Собираю детали: 2 x TIP41 с радиатором, резисторы 1K на универсальной плате PCB.

   Я использую трансформатор 0,75A, 9V CT 9V.

   Но эта схема может обеспечивать другую частоту и выходной сигнал в зависимости от технических характеристик устройства. Но это неважно. Потому что мы используем нагрузку как светодиодные лампочки.

   Список компонентов

   Полупроводники
   Q1, Q2: TIP41 или 2N6121, транзисторы NPN 40W 45V 4A
   LED1: Красный светодиод или как вам нужно.
   Резисторы (0,5 Вт +/- 5% углерода)
   R1, R2: 1 кОм
   R3: 4,7 кОм
   Конденсаторы
   C1: 0.Майларовый конденсатор 1 мкФ 630 В переменного тока
   Разное
   T1: трансформатор 220 В переменного тока или 120 В первичная обмотка / 10–0–10 В, 750 мА – вторичная обмотка
   F1: предохранитель – 0,1 А
   SW1: тумблерный переключатель
   переменного тока – штекер, слюдяной изолятор, Светодиод, пластик, батарея 12 В постоянного тока, сплошные провода без 20 AWG, гайка и винт и т. Д.

   Принципиальная схема сверхпростого инвертора с использованием MJ2955

   Из предыдущей схемы, если она дает низкую выходную мощность для вас, я тоже. Мы можем изменить некоторые детали.

   На данный момент я сосредоточусь на схемах, в которых используется необходимое оборудование.И только временно.

   В случае добавления мощности более 10 Вт. Для этого требуется трансформатор, который обеспечивает ток более 2 А, а вместо этого изменяет R1 и R2 на 100 Ом 5 ​​Вт.

   Эта схема выглядит как крошечная схема инвертора выше.

   Но я меняю оба транзистора на 2N3055, а использование R1 и R2 составляет 68 Ом 5 ​​Вт.

   Принципиальная схема инвертора мощностью от 15 до 20 Вт с использованием 2N3055

   Другие идеи. Проверяю в своем магазине.Есть много MJ2955. Это спичечная пара 2N3055. Но это силовой транзистор PNP.

   Я ими почти не пользовался.

   Таким образом, я установил новую принципиальную схему инвертора. См. Рис. Это так просто. Это два MJ2955, два резистора на 68 Ом и только один трансформатор.

   Видите ли, действительно возможно!

   В данном случае мне не нужна большая мощность и длительное использование. Потому что я использую мощность 10 Вт только на короткое время (примерно 30 минут).

   Затем я ищу все запчасти в своем магазине.У меня много силовых транзисторов MJ2955.

   Итак, я выбрал принципиальную схему инвертора, как на рис. 1. Это так просто. Это два MJ2955, два резистора на 68 Ом и только один трансформатор.
   Видите ли, действительно возможно!

   Схема инвертора MJ2955

   В данном случае мне не нужна большая мощность и длительное использование. Потому что я использую мощность 10 Вт только на короткое время (примерно 30 минут).

   Оба транзистора и два резистора установлены в режим нестабильного мультивибратора.

   Мне рассказал мой друг, который является гуру в области энергетики. Хотя в схемотехнике не будет конденсаторов. Но он может генерировать частоту. Вторичный трансформатор работает как нагрузка, которая может преобразовывать электрическое напряжение в высокое. Но не уверен, что это 50 Гц. Это дает частоту от 30 Гц до 90 Гц.

   В зависимости от устройства, например, каждый транзистор имеет разные электрические свойства. Уровень напряжения аккумулятора также влияет на частоту.

   Впрочем, если в нагрузке только светодиодные лампочки.Работает без проблем.

   Давайте построим эту схему

   Эта схема очень проста и крошечная по размеру. Я собираю их на радиаторе и подключаю все провода, как показано на видео ниже.

   Примечание:
   Вот правильный способ установки транзистора в радиаторе. Помните, проверьте наличие короткого замыкания, как указано выше.

   Тестирование

   Как и на видео, в качестве источника я использую аккумулятор на 12 В, 2,5 Ач. Во-вторых, я измеряю выходное переменное напряжение как 225 вольт.Далее прикладываю к выходу светодиодные лампы. Напряжение ниже 190 вольт и может поддерживать мощность (свет сглаживается).

   
   Применение этого проекта

   Детали, которые вам понадобятся
   Q1, Q2: MJ2955 или TIP2955 PNP-транзисторы = 2 шт.
   R1, R2: резисторы 68 Ом 2 Вт на 5 Вт = 2 шт.
   T1: 12 В CT Трансформатор 12 В / 220 В или 110 В = 1 шт.
   Если вам нужна выходная мощность 20 Вт, используйте трансформатор на 1 А.
   Радиатор, аккумулятор 12 В и т. Д.

   Недостатком этой схемы является нестабильная частота. Поэтому он не подходит для длительного использования и не должен использоваться с высокоточными нагрузками. Но стоит ли оно того? Это просто и очень дешево.

   Также, Вы можете использовать представленный ниже проект, он отлично выглядит.

   Посмотрите те схемы, которые вам тоже могут понравиться

   ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

   Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

   Как сделать простой инвертор в домашних условиях

   Вы можете легко сделать инвертор дома. Чтобы понять, как легко сделать инвертор, в этом посте обсуждается простой пошаговый метод.

   Раньше наши требования к мощности (электричеству) были меньше. Но сейчас сценарий сильно изменился. От простых индукционных до сложных стиральных машин, от сотовых телефонов до наших высококлассных гаджетов, все оборудование, связанное с нашим повседневным использованием, требует источника питания. Это основная причина недавнего увеличения использования инверторов в нашем доме.На рынке доступны различные типы инверторов, но эти схемы сложны, высокопроизводительны и дороги. Итак, давайте сделаем свой инвертор дома.

   Схема (схема) для изготовления инвертора в домашних условиях

   Эта схема не имеет каких-либо функциональных ограничений и имеет КПД более 75%. Кроме того, он способен компенсировать почти все наши потребности в энергии, а также большую часть ваших требований к мощности по очень разумной цене.

   Рис.1 – Принципиальная схема для изготовления инвертора в домашних условиях

   Теория, лежащая в основе схемы

   Схема этого инвертора отличается по сравнению с обычно используемыми инверторами, поскольку в ней не задействована отдельная схема генератора для питания установленных транзисторов. Вместо этого в нашей схеме обе половины схемы функционируют как регенеративный процесс (как двухполупериодные мостовые выпрямители).

   Что бы мы ни делали для балансировки обеих частей цепи, всегда будет дисбаланс значений сопротивления и обмоток трансформаторов.Это причина того, что обе части схемы никогда не могут работать одновременно.

   Теперь предположим, что первая часть цепи начинает проводить сначала. Напряжение смещения для первой половины подается обмоткой трансформатора второй части через R2. Как только первая часть завершает стадию проводимости, выход батареи заземляется коллекторами.

   Процесс сливает любое доступное напряжение на базу через R2, и, таким образом, проводимость первой части полностью прекращается.В этом случае транзисторы во второй части получают возможность проводить ток. и, следовательно, этот цикл продолжается.

   Рис. 2 – Схема для изготовления инвертора в домашних условиях

   Элементы, необходимые для изготовления инвертора в домашних условиях

   • R1, R2 = 100 Ом / 10 Вт намотанная проволока.
   • R3, R4 = 15 Ом / 10 Вт проволочная обмотка
   • T1, T2 = 2N3055 силовые транзисторы.
   • Трансформатор = 9-0-9 Вольт / 5 Ампер.
   • Автомобильный аккумулятор = 12 Вольт / 10 Ач.
   • Алюминиевый радиатор = вырезать по требуемому размеру.
   • Шкаф металлический вентилируемый = по размеру всей сборки.

   Пошаговый метод изготовления инвертора в домашних условиях

   Шаг 1

   Возьмите алюминиевый лист и сделайте / разрежьте лист на две части размером почти 5 × 5 дюймов. Просверлите отверстия для установки силовых транзисторов. Отверстия должны быть примерно 3 мм в диаметре. Просверлите / сделайте подходящие отверстия, чтобы обеспечить легкую и надежную установку на корпусе инвертора.

   Шаг 2

   Возьмите резистор и подключите его в перекрестном режиме с плечами транзистора в соответствии со схемой, показанной ниже.

   Step 3

   Надежно закрепите транзисторы на радиаторах с помощью гаек / болтов.

   Step 4

   Соединить блок радиатор + резисторы + транзисторы со вторичной (выходной) обмоткой трансформатора.

   Step 5

   Поместите полную сборку печатной платы и трансформатора в металлический шкаф. Учтите, что вентиляция в шкафу должна быть хорошей.Присоедините точки ввода / вывода, включая держатель предохранителя, к шкафу и подключите их в соответствии со схемой, размещенной выше.

   Теперь ваш инвертор готов. Если хотите, вы можете использовать корпус для размещения инверторной цепи.

   Рис. 3 – Корпус схемы инвертора

   Операционные проверки самодельной схемы инвертора

   Совершенно необходимы рабочие проверки схемы перед ее использованием в полном объеме. Для проверки подключите лампочку мощностью 50-60 Вт к разъему инвертора.После этого вставьте аккумулятор (12 В) в гнездо i / p инвертора. Лампочка загорится ярко, что будет означать, что подключение цепи выполнено правильно и инвертор готов к работе. Однако, если лампочка не загорается, проверьте соединения еще раз.

   Где использовать этот самодельный инвертор

   Выходная мощность инвертора находится в диапазоне 70-80 Вт, а время резервного питания полностью зависит от нагрузки. Его можно использовать для питания лампочек, ламп КЛЛ, вентиляторов и других небольших электроприборов, таких как паяльник и т. Д.КПД этого инвертора составляет примерно 75%.

   Самое большое преимущество: блок схемы компактен и удобен в переноске. Он также может быть подключен к самой батарее вашего автомобиля, когда вы находитесь на улице, чтобы избежать проблем с переноской дополнительной батареи.

   Научитесь делать проектор в домашних условиях, выполнив простые действия.

   Ратна имеет степень бакалавра компьютерных наук и имеет опыт работы в сфере информационных технологий для мэйнфреймов в Великобритании. Она также является активным веб-дизайнером. Она является автором, редактором и основным партнером Electricalfundablog.

   Как работает инвертор? | Колонна для продуктов Fuji Electric

   Приводы переменного тока (низкое напряжение)

   Как работает инвертор?

   Как и чем управляет инвертор? Краткое объяснение, чтобы понять основную структуру.

   Начнем с схемы преобразователя и схемы инвертора, чтобы иметь правильное представление об устройстве инвертора

   Мы начнем введение с подробного объяснения механизма устройства инвертора. Роль инверторного устройства заключается в управлении напряжением и частотой источника питания и плавном изменении скорости вращения двигателей, используемых в бытовой технике и промышленном оборудовании.

   Первое, что нужно иметь в виду, когда дело доходит до обогащения вашего понимания внутренней структуры инверторного устройства, это то, что схема преобразователя преобразует переменный ток (AC), идущий от источника питания, в постоянный ток (DC), а инвертор схема изменяет преобразованный постоянный ток (DC) обратно в переменный ток (AC). Они работают как набор. На приведенной ниже диаграмме показана роль, которую они играют, и то, как они работают.

   Во-первых, схема преобразователя, используемая в передней части, постоянно преобразует переменный ток в постоянный.Этот процесс называется исправлением. Направление и величина волны периодически меняются с течением времени, поскольку переменный ток представляет собой синусоидальную волну. Поэтому диод, который является полупроводниковым устройством, используется для пропускания электричества в прямом направлении, чтобы преобразовать его в постоянный ток, но не в обратном направлении.

   Когда через диод проходит постоянный ток, электричество проходит только в прямом направлении, и появляется положительный пик. Однако другая половина цикла будет потрачена впустую, потому что она не преодолеет пик в отрицательном направлении.Причина, по которой структура диода имеет форму моста, заключается в том, что он может проходить отрицательный пик в прямом направлении. Это называется двухполупериодным выпрямлением, потому что оно преобразует как прямые, так и отрицательные пики волн.

   Однако двухполупериодное выпрямление само по себе не может обеспечить плавную форму волны, поскольку останутся следы переменного тока и пульсации напряжения. Следовательно, чтобы очистить их, конденсатор многократно заряжается и разряжается, мягко сглаживая и изменяя форму волны, близкую к форме сигнала постоянного тока.

   Затем схема инвертора выдает переменный ток с переменным напряжением и частотой. Механизм преобразования постоянного / переменного тока переключает силовые транзисторы, такие как «IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором)», и изменяет интервалы включения / выключения для создания импульсных волн разной ширины. Затем он объединяет их в псевдосинусоидальную волну. Это называется «широтно-импульсной модуляцией (ШИМ)».

   Компьютер автоматически регулирует ширину импульса. Некоторые из специализированных однокристальных компьютеров, управляющих двигателем, включают продукт с предустановленной функцией ШИМ.Это позволяет создавать псевдосинусоиды различной частоты и управлять скоростью вращения двигателя, просто задавая желаемые параметры.

   Классификация вариантов использования инверторных устройств и цепей по напряжению и частоте

   Инверторные схемы и устройства

   используются в различных электротехнических изделиях, таких как бытовые кондиционеры, холодильники, плиты IH (индукционного нагрева), люминесцентные лампы, блоки питания компьютеров (включая ИБП), промышленные вентиляторы, насосы, лифты и краны.Они широко используются и стали неотъемлемой частью нашей жизни.

   Тип	Элементы для изменения	Использование инвертора
   VVVF	Напряжение / частота	Промышленные двигатели, насосы, кондиционеры, холодильники и т. Д.
   CVVF	Только частота	Электромагнитная плита, рисоварка, люминесцентные лампы и т. Д.
   CVCF	Постоянное напряжение и частота	Блок питания компьютера, ИБП (источник бесперебойного питания) и т. Д.

   Как упоминалось в начале, инверторные схемы и устройства используются в бытовых кондиционерах, холодильниках, промышленных насосах, лифтах и ​​т. Д. Для регулировки скорости вращения двигателя. В этом случае инвертор используется для изменения как напряжения, так и частоты, это называется «VVVF (Variable Voltage Variable Frequency)».

   В кухонных плитах IH или люминесцентных лампах нет встроенных двигателей, но изменение частоты с помощью схемы инвертора позволяет точно регулировать температуру и яркость.Например, плита IH использует высокую частоту в своей катушке, которая нагревает кастрюлю, используя схему инвертора. Люминесцентные лампы также используют переменный ток высокой частоты для увеличения скорости освещения, чтобы поддерживать яркость и подавлять мерцание с низким энергопотреблением. В это время схема инвертора изменяет только частоту, поэтому она называется «CVVF (постоянная переменная частота напряжения)».

   И последнее, но не менее важное: схема инвертора работает и в компьютерных блоках питания.Это может показаться бессмысленным, потому что он используется для вывода постоянного переменного напряжения или частоты из постоянного переменного (или постоянного) напряжения или частоты. Однако его можно использовать в качестве стабильного источника питания, когда частота промышленного источника питания переменного тока колеблется или происходит сбой питания. Поскольку он поддерживает постоянное напряжение и постоянную частоту, он называется «CVCF (Constant Voltage Constant Frequency)».

   Сопутствующие товары

   Связанный столбец

   Как сделать схему преобразователя / инвертора с 12 В постоянного тока в 220 В переменного тока?

   Инверторы часто необходимы в местах, где невозможно получить питание переменного тока от сети.Схема инвертора используется для преобразования мощности постоянного тока в мощность переменного тока. Инверторы могут быть двух типов: истинные / чистые синусоидальные инверторы и квази или модифицированные инверторы. Эти инверторы истинной / чистой синусоидальной волны дороги, в то время как модифицированные или квазиинверторы недороги.

   Эти модифицированные инверторы генерируют прямоугольную волну и не используются для питания чувствительного электронного оборудования. Здесь построена простая инверторная схема, управляемая напряжением, использующая силовые транзисторы в качестве переключающих устройств, которая преобразует сигнал 12 В постоянного тока в однофазный 220 В переменного тока.

   Принцип, лежащий в основе этой схемы

   Основная идея, лежащая в основе каждой схемы инвертора, состоит в том, чтобы создавать колебания с использованием заданного постоянного тока и передавать эти колебания через первичную обмотку трансформатора путем усиления тока. Это первичное напряжение затем повышается до более высокого напряжения в зависимости от количества витков в первичной и вторичной катушках.

   Также получите представление о схеме преобразователя постоянного тока с 12 В в 24 В

   Схема преобразователя с использованием транзисторов

   Преобразователь с 12 В постоянного тока в 220 В переменного тока можно также спроектировать с использованием простых транзисторов.Его можно использовать для питания ламп мощностью до 35 Вт , но его можно использовать для управления более мощными нагрузками, добавив больше полевых МОП-транзисторов.

   Инвертор, реализованный в этой схеме, представляет собой преобразователь прямоугольной формы и работает с устройствами, которым не требуется чистый синусоидальный переменный ток.

   Принципиальная схема

   Необходимые компоненты

   • Батарея 12 В
   • МОП-транзистор IRF 630-2
   • 2N2222 Транзисторы
   • 2,2 мкФ конденсаторы-2
   • Резистор
   • с повышенным напряжением, центральный трансформатор, 12 В-220 В .

   Рабочий

   Схему можно разделить на три части: генератор, усилитель и трансформатор. Требуется генератор на 50 Гц, так как частота переменного тока составляет 50 Гц.

   Это может быть достигнуто путем создания нестабильного мультивибратора, который генерирует прямоугольную волну с частотой 50 Гц. В цепи R1, R2, R3, R4, C1, C2, T2 и T3 образуют генератор.

   Каждый транзистор генерирует инвертирующие прямоугольные волны. Значения R1, R2 и C1 (R4, R3 и C2 идентичны) будут определять частоту.Формула для частоты прямоугольной волны, генерируемой нестабильным мультивибратором:

   F = 1 / (1,38 * R2 * C1)

   Инвертирующие сигналы генератора усиливаются силовыми полевыми МОП-транзисторами T1 и T4. Эти усиленные сигналы подаются на повышающий трансформатор, центральный отвод которого подключен к 12 В постоянного тока.

   Выходное видео

   Коэффициент трансформации трансформатора должен быть 1:19, чтобы преобразовать 12 В в 220 В. Трансформатор объединяет оба инвертирующих сигнала для генерации переменного выходного сигнала прямоугольной формы 220 В.

   К с использованием батареи 24 В , нагрузки до 85 Вт могут питаться , но конструкция неэффективна. Чтобы увеличить мощность инвертора, необходимо увеличить количество полевых МОП-транзисторов.

   Чтобы спроектировать инвертор на 100 Вт, прочтите Простой инвертор на 100 Вт

   Схема преобразователя 12 В постоянного тока в 220 В переменного тока с использованием нестабильного мультивибратора

   В схемах инвертора можно использовать тиристоры в качестве переключающих устройств или транзисторов. Обычно для приложений малой и средней мощности используются силовые транзисторы.Причина использования силовых транзисторов заключается в том, что они имеют очень низкий выходной импеданс, позволяющий протекать на выходе максимальному току.

   Одно из важных применений транзистора – это переключение. Для этого применения транзистор смещен в области насыщения и отсечки.

   Когда транзистор смещен в области насыщения, переходы коллектор-эмиттер и коллектор-база смещены в прямом направлении. Здесь напряжение коллектор-эмиттер минимально, а коллекторный ток максимален.

   Еще одним важным аспектом этой схемы является генератор. Важное применение 555 Timer IC – это использование в качестве нестабильного мультивибратора.

   Нестабильный мультивибратор генерирует выходной сигнал, который переключается между двумя состояниями и, следовательно, может использоваться в качестве генератора. Частота колебаний определяется номиналами конденсатора и резисторов.

   [Также прочтите: Как сделать регулируемый таймер]

   Принципиальная схема

   Принципиальная электрическая схема преобразователя 12 В постоянного тока в 220 В переменного тока – ElectronicsHub.Org

   Компоненты цепи

   • V1 = 12 В
   • R1 = 10 кОм
   • R2 = 150 кОм
   • R3 = 10 Ом
   • R4 = 10 Ом
   • Q1 = TIP41
   • Q2 = TIP42
   • 1 = D2
   • C3 = 2200 мкФ
   • T1 = повышающий трансформатор 12 В / 220 В
   Описание схемы конструкции

   Конструкция генератора: В качестве генератора можно использовать нестабильный мультивибратор. Здесь сконструирован нестабильный мультивибратор с таймером 555.Мы знаем, что частота колебаний таймера 555 в нестабильном режиме определяется выражением:

   f = 1,44 / (R1 + 2 * R2) * C

   , где R1 – сопротивление между выводом разряда и Vcc, R2 – сопротивление. сопротивление между разрядным выводом и пороговым выводом, а C – это емкость между пороговым выводом и землей. Также рабочий цикл выходного сигнала определяется следующим образом:

   D = (R1 + R2) / (R1 + 2 * R2)

   Так как наше требование составляет f = 50 Гц и D = 50% и предполагается, что C равно 0.1 мкФ, мы можем рассчитать, что значения R1 и R2 составляют 10 кОм и 140 кОм соответственно. Здесь мы предпочитаем использовать потенциометр 150K для точной настройки выходного сигнала.

   Также между выводом управления и землей используется керамический конденсатор емкостью 0,01 мкФ.

   Схема коммутации: Наша главная цель – разработать сигнал переменного тока напряжением 220 В. Это требует использования мощных транзисторов, чтобы обеспечить прохождение максимального количества тока к нагрузке. По этой причине мы используем силовой транзистор TIP41 с максимальным током коллектора 6 А, где ток базы равен току коллектора, деленному на коэффициент усиления постоянного тока.Это дает ток смещения около 0,4 А * 10, то есть 4 А. Однако, поскольку этот ток больше максимального тока базы транзистора, мы предпочитаем значение меньше максимального тока базы. Предположим, что ток смещения равен 1А. Тогда резистор смещения равен

   R _b = (V _cc – V _{BE (ON)} ) / I _bias

   Для каждого транзистора V _{BE (ON)} равен около 2В. Таким образом, R _b для каждого рассчитывается как 10 Ом.Поскольку диоды используются для смещения, прямое падение напряжения на диодах должно быть равно прямому падению напряжения на транзисторах. По этой причине используются диоды 1N4007.

   Конструкция транзисторов PNP и NPN одинакова. Мы используем силовой транзистор PNP TIP42.

   Конструкция нагрузки на выходе: Поскольку выход схемы переключения является выходом с широтно-импульсной модуляцией, он может содержать гармонические частоты, отличные от основной частоты переменного тока.По этой причине необходимо использовать электролитический конденсатор, чтобы пропускать через него только основную частоту. Здесь мы используем электролитный конденсатор емкостью 2200 мкФ, достаточно большой, чтобы отфильтровать гармоники. Поскольку требуется выходное напряжение 220 В, предпочтительно использовать повышающий трансформатор. Здесь используется повышающий трансформатор 12 В / 220 В.

   Работа цепи преобразователя постоянного тока 12 В в переменный ток 220 В
   • Когда это устройство питается от батареи 12 В, таймер 555, подключенный в нестабильном режиме, выдает прямоугольный сигнал с частотой 50 Гц.
   • Когда на выходе высокий логический уровень, диод D2 будет проводить, и ток пройдет через диоды D1, R3 на базу транзистора Q1.
   • При этом транзистор Q1 будет включен. Когда выход находится на низком логическом уровне, диод D1 будет проводить, и ток будет течь через D1 и R4 к базе Q2, вызывая его включение.
   • Это позволяет создавать постоянное напряжение через первичную обмотку трансформатора с чередующимися интервалами. Конденсатор обеспечивает требуемую основную частоту сигнала.
   • Этот сигнал 12 В переменного тока на первичной обмотке трансформатора затем повышается до сигнала 220 В переменного тока на вторичной обмотке трансформатора.
   Применение схемы преобразователя 12 В постоянного тока в 220 В переменного тока
   1. Эту схему можно использовать в автомобилях и других транспортных средствах для зарядки небольших аккумуляторов.
   2. Эта схема может использоваться для управления двигателями переменного тока малой мощности.
   3. Она может использоваться в солнечной энергетической системе.
   Ограничения
   1. Поскольку используется таймер 555, выходной сигнал может незначительно изменяться в пределах требуемого рабочего цикла 50%, т.е.е. Трудно достичь точного сигнала 50% рабочего цикла.
   2. Использование транзисторов снижает КПД схемы.
   3. Использование переключающих транзисторов может вызвать перекрестные искажения выходного сигнала. Однако это ограничение было до некоторой степени уменьшено за счет использования смещающих диодов.

   Примечание

   Вместо таймера 555 можно использовать любой нестабильный мультивибратор. Например, эти схемы также могут быть построены с использованием нестабильного мультивибратора 4047, выходной ток которого усиливается и подается на трансформатор.

   [Читать: Солнечный инвертор для дома ]

   Цепь инвертора от 12 В до 220 В переменного тока

   ---

   Обзор

   Пост представляет собой схему инвертора переменного тока от 12 В до 220 В, разработанную с использованием нескольких легко доступных компонентов. Инверторы часто необходимы в местах, где невозможно получить питание переменного тока от сети. Схема инвертора используется для преобразования мощности постоянного тока в мощность переменного тока. Цепь инвертора очень полезна для выработки высокого напряжения с использованием низковольтного источника постоянного тока или батареи.Также можно использовать схему преобразователя постоянного тока, но она имеет определенные ограничения по напряжению.

   Схема инвертора от 12 В постоянного тока до 220 В переменного тока разработана с использованием микросхемы CD4047. Микросхема CD4047 действует как устройство генерации импульсов переключения. N-канальный силовой полевой МОП-транзистор IRFZ44n действует как переключатель. Вторичный трансформатор 12-0-12 В обратно используется как повышающий трансформатор для преобразования низкого переменного тока в высокий.

   ---

   Необходимые компоненты

   Для реализации этого проекта инвертора требуются следующие компоненты.

   1. IC CD4047
   2. IRFZ44 Power MOSFET – 2
   3. Вторичный трансформатор 12-0-12 / 1A
   4. Переменный резистор 22 кОм
   5. Резисторы 100 Ом / 10 Вт – 2
   6. Конденсаторы 0,22 мкФ
   7. 12 В Герметичный свинцово-кислотный аккумулятор

   ---

   Принципиальная схема и конструкция

   Принципиальная схема, показанная выше, представляет собой испытанную схему инвертора от 12 В постоянного тока до 220 В переменного тока. В нем используются 2 силовых полевых МОП-транзистора IRFZ44 для управления выходной мощностью и микросхема 4047 IC в качестве нестабильного мультивибратора, работающего на частоте около 50 Гц.

   10- и 11-контактные выходы ИС напрямую управляют силовыми полевыми МОП-транзисторами, которые используются в двухтактной конфигурации. Используйте подходящие радиаторы для полевых МОП-транзисторов, так как они будут выделять огромное количество тепла. Выходной трансформатор имеет 12В-0-12В, 1 ампер на вторичной обмотке и 220В на первичной.

   ---

   Работа контура

   Микросхема CD4047 сконфигурирована в режиме нестабильного мультивибратора с помощью переменного резистора RV1 и конденсатора C1. Изменяя значение RV1, мы можем получить другой диапазон выходного импульса на выводах Q и Q ’CD4047.Следовательно, существует изменение выходного напряжения на трансформаторе.

   n-канальные силовые полевые МОП-транзисторы IRFZ44 Дренажные контакты соединены с выводами вторичной обмотки трансформатора, а общий вывод вторичной обмотки соединен с плюсом батареи. Оба вывода истока MOSFET подключены к отрицательной клемме батареи. Когда чередующийся прямоугольный импульс от Q&Q ’управляет полевым МОП-транзистором, он включается. Затем вторичная обмотка вынуждена создавать переменное магнитное поле.Это индуцированное магнитное поле создает высокое переменное напряжение около 220 В.

   ---

   Моделирование цепей

   Схема была смоделирована с помощью Proteus. Моделирование дало желаемый результат, как показано на скриншоте ниже.

   Вы также можете проверить эту схему: Цепь удвоителя напряжения от 12 В до 24 В

   Самодельный инвертор DIY Arduino 555 схема таймера

   0.0 Базовое введение

   Как дела, друзья, добро пожаловать обратно.Сегодня мы рассмотрим очень простую схему, но тоже довольно интересную. Если вы увлекаетесь электроникой, держу пари, что вы слышали об инверторах. У нас есть выпрямители, которые передают напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, а затем у нас есть инверторы, которые передают напряжение постоянного тока в переменный. Силовой инвертор или инвертор – это электронное устройство или схема, которая преобразует постоянный ток (DC) в переменный (AC). Входное напряжение, выходное напряжение и частота, а также общая мощность зависят от конструкции конкретного устройства или схемы.Инвертор не производит никакой энергии; питание обеспечивается источником постоянного тока. Силовой инвертор может быть полностью электронным или может представлять собой комбинацию механических эффектов (например, вращающееся устройство) и электронной схемы. Статические инверторы не используют движущиеся части в процессе преобразования.

   Итак, сегодня мы увидим, как работает инвертор и как получить выходное напряжение переменного тока от батареи 12 В. Так, например, если вы находитесь в машине и вам нужно 220 В для зарядки ноутбука, это будет очень полезная схема, так как она даст вам 220 В переменного тока от 12 В постоянного тока.Итак, приступим.

   1.0 Что нам нужно?

   Я немного расскажу обо всех компонентах. Ниже представлены фотографии некоторых компонентов. Для получения более подробной информации перейдите на страницу с полным списком деталей. Там вы найдете все компоненты, цены и различные варианты.

   
   Смотрите полный список деталей здесь:

   Как дела, друзья, добро пожаловать обратно. Несколько месяцев назад я купил инвертор, указанный ниже, в местном магазине. Давайте откроем и посмотрим, что внутри.Как я уже догадалась, у нас есть трансформатор и несколько полевых МОП-транзисторов. Я подаю на вход 12 В в качестве напряжения автомобильного аккумулятора и подключаю осциллограф к выходу. Как и ожидалось, у меня есть выход переменного тока 220 В и 60 Гц, а также, как и ожидалось, это не идеальная синусоидальная волна, которую вам даст обычная домашняя розетка. Это означает, что здесь происходит некое прямоугольное переключение, поэтому я решил попробовать свой собственный проект инвертора, поэтому я попробовал некоторые схемы, которые я нашел в Интернете. Давайте отложим это в сторону и начнем обучение.

   
   

   1.0 Инвертор Arduino

   Сначала я объясню вам, как работает простой инвертор. Затем мы смоделируем схему с помощью Arduino и, наконец, сделаем ее постоянной с помощью схемы таймера 555.
   Прежде чем мы начнем, обратите внимание. Даже эта схема будет иметь низкую мощность, но высокое напряжение может повредить вам. Так что, если вы в чем-то не уверены или не используете подходящие инструменты, не включайте схему. Дважды проверьте соединения перед подачей питания и никогда, никогда не прикасайтесь к выходу переменного тока.Я уже сделал это для вас, поэтому вам не нужно этого делать. Боль безумная.

   Итак, давайте посмотрим, как работает инвертор. Мы рассмотрим базовую схему инвертора только с двумя переключателями, в данном случае с двумя N-канальными МОП-транзисторами, поэтому на выходе будет не идеальное синусоидальное напряжение переменного тока, как в домашней розетке, а скорее прямоугольная волна. Поэтому не используйте этот инвертор с высокотехнологичной электроникой, для которой нужна идеальная синусоида. Эта схема полезна для зарядных устройств мобильных устройств и ноутбуков, лампочек с низким энергопотреблением и т. Д. Как потому, что это малая мощность, так и из-за отсутствия идеального синусоидального выхода.

   
   

   Итак, у нас есть напряжение 12 В постоянного тока с одной стороны, и нам нужны колеблющиеся 220 вольт, а также 60 герц на выходе. Для этого мы будем использовать трансформатор, подобный приведенному выше, с одной катушкой на выходе и другой на входе, но катушка на входе разделена пополам таким образом, что средний контакт будет основным входом, а затем мы имеют два выхода.
   Итак, давайте теперь представим, что на каждом выходе мы добавляем переключатель в качестве кнопки, подключенной к заземлению, а средний контакт подключен к 12 В.Если мы замкнем верхний переключатель, ток будет проходить только через первую первичную катушку. Таким образом, магнитный поток индуцируется в одном направлении. Сердечник трансформатора будет передавать этот магнитный поток на вторичную катушку, и, как мы все знаем, выходное напряжение трансформатора будет определяться следующей формулой, где N – количество витков каждой катушки.

   
   

   Но мы также знаем, что трансформаторы не работают с постоянным напряжением, поэтому ток на выходе будет индуцироваться только при изменении магнитного потока.
   Статический магнитный поток, подобный этому, который мы применяем прямо сейчас, не будет индуцировать ток в катушке. Только вначале, когда кнопка нажата, в катушке будет индуцироваться ток в течение короткого периода времени. Итак, нам обязательно нужно будет замкнуть и разомкнуть переключатель, чтобы получить напряжение переменного тока на выходе. Таким образом, включение и выключение этих двух переключателей, один перевернутый в другой, создаст хороший колеблющийся магнитный поток внутри сердечника трансформатора. Этот магнитный поток вызовет ток во вторичной катушке, как гласит закон Фарадея.Итак, если у нас есть ток, у нас есть падение напряжения.
   Используя приведенную выше формулу, мы можем узнать количество витков для каждой катушки. Мы знаем, что на входе будет 12 В от батареи, и давайте сделаем первичную катушку на 100 витков. Если мы хотим 220 на выходе, нам понадобится вторичная обмотка на 1833 витка.

   1.1 Схема

   И это все. Все, что нам нужно сделать, это быстро переключить эти два переключателя, чтобы получить переменное напряжение с помощью трансформатора. Как быстро ты говоришь? Обычно напряжение домашней розетки составляет от 50 до 60 герц.Это означает, что мы должны включать и выключать каждый переключатель примерно 120 раз в секунду и получать частоту 60 герц.
   Хорошо, разумеется, в схеме не будет таких переключателей. Вместо этого мы будем использовать полевые МОП-транзисторы. Подайте напряжение на его затвор, и он будет активирован как переключатель, позволяющий току проходить от стока к истоку, в случае этого полевого МОП-транзистора IRFZ44 N.

   
   

   Для первого теста мы будем использовать Arduino, чтобы подать сигнал квадрата на затвор каждого полевого МОП-транзистора.Мы знаем, что два сигнала должны быть инвертированы друг относительно друга, поэтому, когда один высокий, другой низкий и наоборот.
   Мы также знаем, что полевые МОП-транзисторы будут работать при напряжении 12 вольт, а Arduino – при напряжении 5 В. Итак, если мы хотим также подать 12 В на затвор MOSFET, нам придется использовать драйвер MOSFET. Самым основным драйвером полевого МОП-транзистора в этом случае будет транзистор BJT NPN, подобный тому, который показан на схеме на затворе каждого полевого МОП-транзистора. Подтягивающий резистор подключен к 12 В, поэтому, когда транзистор NPN (BC547) выключен, напряжение на затворе будет 12 В.Но когда мы активируем транзистор NPN, напряжение упадет на землю. Таким образом, мы могли получить прямоугольную волну со значениями от 0 до 12 вольт и применить ее к затвору MOSFET.
   

   1.2 Тест

   Я смонтирую эту следующую схему на один из моих макетов для тестов. Подключите базу двух NPN-транзисторов к контактам 3 и 5 Arduino с резистором 100 Ом к каждому. Не забудьте разделить заземление между Arduino и схемой.

   
   

   Вот и все.Два полевых МОП-транзистора IRFz44 N, драйверы BJT с подтяжками на 12 В, трансформатор, большая входная емкость, чтобы обеспечить стабильный вход, Arduino здесь и конденсатор 400 В на выходе для сглаживания прямоугольного сигнала. Я загружаю следующий небольшой код в Arduino. Как мы видим, у нас есть два контакта, цифровые контакты 3 и 5, определенные как выходы. Я установил высокий уровень для одного вывода и низкий для другого, а через 8 мс я делаю обратное и добавляю еще 8 мс задержки. Это даст мне квадратный сигнал 62 Гц на этих контактах, как мы можем видеть здесь, на моем осциллографе.

   См. Пример кода здесь:

   Я получил свой трансформатор от старых зарядных устройств на 12 В, которые были у меня в мастерской. Если хотите, можете намотать собственный трансформатор. Поскольку вы, вероятно, захотите носить эту схему в своей машине, вам следует использовать небольшие трансформаторы, но в моем случае, для этого примера, у меня есть большой, также с металлическим сердечником. Для большей эффективности попробуйте использовать ферритовый сердечник.

   
   

   В любом случае, я сделал все подключения, загрузил код и подключил люминесцентную лампу мощностью 15 Вт на выходе.Для этой лампочки требуется напряжение 220 В и 60 Гц, так что давайте посмотрим, работает ли наша схема. Я подаю 12В на вход и готово. Свет включается без проблем. Я подключу осциллограф к выходу, и мы увидим размах напряжения 220 В на выходе. Итак, инвертор работает.

   Кстати, это инвертор очень малой мощности. Я пробовал лампочки большей мощности, но ничего не вышло. Я измерил сопротивление первичной обмотки трансформатора, и оно составляет около 6 Ом, поэтому, приложив к этой катушке 12 В, будет проходить ток около 2 ампер.Таким образом, 12 В умножить на 2 А равно входной мощности около 24 Вт. Конечно, это идеальная мощность. Я не рассчитал реальную мощность для этой цепи.

   Итак, использование Arduino не будет таким эффективным. В этом примере я запитал Arduino с помощью USB-кабеля, но в реальном инверторе я должен также питать его от батареи. А при этом батарея разряжается еще быстрее, поскольку Arduino использует линейный стабилизатор напряжения на 5 и 3,3 вольт, что совершенно неэффективно. Итак, как создать наш квадратный сигнал без Arduino?

   См. Схему 555: .