Меню

Разработка преобразователя постоянного тока



Что такое инвертор, он же преобразователь напряжения с 12 на 220 Вольт?

Простые схемы преобразователей, принципы работы, виды инверторов по
формам выходного напряжения.

Инвертор (в узком электротехническом понимании этого слова) – это устройство для преобразования постоянного тока в переменное с изменением величины действующего значения напряжения. В ещё более узком – преобразователь постоянного напряжения (12, 24 или 48 В) в переменное 220 В.
И наконец, в радикально узком понимании – штуковина, позволяющая запитать от автомобильного аккумулятора различные бытовые приборы, рассчитанные на сетевое питание, а короче – весьма полезный и удобный в хозяйстве прибамбас!

Катушки металлоискателя

По форме выходного напряжения инверторы подразделяются на следующие виды:

  • Постоянное выпрямленное напряжение 220 В или переменное импульсное напряжение высокой частоты (десятки килогерц). Используются такие преобразователи крайне редко, т. к. непригодны для многих источников потребления, мало того, для некоторых могут представлять серьёзную опасность и угрозу полного кирдыка.
  • Меандр 50 Гц. Используются также редко, так как выходное напряжение содержит большое количество высокочастотных составляющих. Пригодны для питания телефонных зарядок, большинства импульсных источников питания, ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп. Малопригодны для приборов с силовыми трансформаторами на железе и электромоторами переменного тока.
  • Модифицированное синусоидальное напряжение 50Гц. От инверторов с модифицированной синусоидой работает практически всё, но менее эффективно, чем с чистой синусоидой. Некоторые приборы могут больше греться, сильнее гудеть и работать с пониженной мощностью. Нежелательны для работы с электродвигателями и компрессорами, а так же чувствительной радиоаппаратурой с 50-герцовыми трансформаторами.
  • Чистое синусоидальное напряжение. Пригодно без всяких ограничений для любых потребителей электроэнергии!
    Из сказанного выше вытекает, что предпочтительными и более универсальными являются инверторы с выходным напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Причём, для их реализации подходят готовые низкочастотные силовые трансформаторы необходимой номинальной мощности, включённые «задом на перёд». То есть — его вторичная низковольтная обмотка служит первичной, а высоковольтная первичная — вторичной. Именно такие схемы мы и рассмотрим в рамках данной статьи.

    Схема простого преобразователя напряжения 220 В, 50 Гц

    Схема, изображённая на Рис.1, а также комментарии к ней заимствованы из книги М. А. Шустова «Практическая схемотехника», раздел — «Преобразователи напряжения».

    Рис.1 Схема простого преобразователя напряжения 220 В, 50 Гц

    «Максимальная выходная мощность преобразователя — 100 Вт, КПД — до 50%.
    Задающий генератор выполнен по схеме традиционного симметричного мультивибратора, выполненного на транзисторах ѴТ1 и ѴТ2 (КТ815). Выходные каскады преобразователя собраны на составных транзисторах ѴТ3 и ѴТ4 (КТ825). Эти транзисторы устанавливают без изолирующих прокладок на общий радиатор.
    Устройство потребляет от аккумулятора ток до 20 А. В качестве силового использован готовый сетевой трансформатор на 100 Вт (сечение центральной части железного сердечника — около 10 см2). У него должны быть две вторичные обмотки, рассчитанные на 8В/10А каждая. Для того, чтобы частота работы задающего генератора была равна 50 Гц, подбирают номиналы резисторов R1 и R2″.
    Так как мультивибратор генерирует меандр с заваленными фронтами, а мощные эмиттерные повторители повторяют эту форму, то и в нагрузке будет протекать переменный ток, напоминающий по форме синусоиду и дополнительных мер по сглаживанию не требуется.

    Схема простого преобразователя напряжения 220 В, 50 Гц

    Значительно повысить КПД инвертора можно, если применить в качестве силовых каскадов не повторители напряжения, а транзисторы, работающие в ключевом режиме.
    Такая модификация преобразователя приведена на Рис.2.

    Рис.2 Схема простого преобразователя напряжения с повышенным КПД

    Принцип работы преобразователя такой же, как и у предыдущего устройства. Задающий генератор (Т1, Т2) формирует два пара-фазных напряжения с частотой 50 Гц. Напряжения с выходов задающего генератора подаются на два однотипных ключевых каскада (Т3, Т4), которые коммутируют напряжение на первичной обмотке трансформатора. Поскольку мультивибратор генерирует меандр с заваленными фронтами, ключевые транзисторы срабатывают с некоторой задержкой, обуславливая формирование на выходе инвертора подобие модифицированного синусоидального напряжения.
    С указанными на схеме элементами выходная мощность преобразователя составляет около 200 Вт. Дальнейшего повышения КПД и увеличения мощности инвертора можно добиться простой заменой биполярных ключевых элементов на мощные MOSFET транзисторы, как это показано на Рис.2.

    Многочисленные и довольно популярные схемы инверторов, построенные на специализированных микросхемах для импульсных источников питания (типа TL494, TL594 и др.) обладают следующими преимуществами: высоким КПД и не менее высокой стабильность частоты, мало зависящей от напряжения питания и внешних условий.
    Приведём для примера подобную схему импульсного преобразователя напряжения +12V в

    220V мощностью 100W, опубликованную в журнале «Радиоконструктор» — 07 — 17.
    Принципиальная схема импульсного преобразователя напряжения +12V в</p data-lazy-src=

    Рис.4 Схема простого импульсного преобразователя напряжения на микросхеме 561ИЕ8

    На элементах DD1.1, DD1.2 собран задающий генератор с частотой 500 Гц. Делитель на DD2 формирует две импульсные последовательности частотой 50 Гц со сдвинутыми на 180° фазами для управления силовыми ключами VT1 и VT2 двухтактного преобразователя.
    Чтобы избежать сквозных токов переключения между выключением одного ключа и включением другого существует «мёртвая зона», равная 10% длительности периода. При подаче высокого уровня (логической «1») на вход «Блокировка» оба выходных ключа запираются.
    Выходная мощность преобразователя ограничена мощностью силового трансформатора Т1 и максимальным допустимым током выходных транзисторов.
    Коэффициент трансформации силового трансформатора Кт = 20.

    В качестве выходных транзисторов подойдут IRFZ034 (15А), IRFZ044 и RG723A (30A), IRFZ046 (50A), IRFP064 (100А). Для надёжности устройства рекомендуется иметь двойной запас по току и тройной — по напряжению. Силовые цепи должны быть по возможности короче и выполнены проводами соответствующего сечения.

    Создание преобразователей с чистым 50-герцовым синусом обычно сопряжено с использованием микроконтроллерных прибамбасов, что делает рассмотрение этого вопроса (для нас доблестных электронщиков) не таким уж и простым и в рамках данной статьи — нецелесообразным.

    Источник

    Преобразователи постоянного тока

    ЛЕКЦИЯ 3

    Реверсивные преобразователи постоянного тока. Регулировочные характеристики. Преобразователи частоты с непосредственной связью

    Инвертированием в силовой электронике называют процесс преобразования постоянного напряжения в переменное, т.е. процесс, обратный выпрямлению. Устройства, осуществляющие такое преобразование, являются инверторами. Различают два типа инверторов:

    • зависимые инверторы, или инверторы, ведомые сетью;

    • независимые или автономные инверторы.

    Автономный инвертор может работать при условии отсутствия на его выходе каких-либо источников переменного напряжения. При этом частота выходного напряжения автономного инвертора определяется частотой импульсов управления вентилями инвертора, а форма и величина выходного напряжения – характером и величиной нагрузки и в определенной мере – схемой автономного инвертора.

    Различают три типа автономных инверторов:

    1) инверторы тока;

    2) резонансные инверторы;

    3) инверторы напряжения.

    Инвертор тока – исторически первый тип автономного инвертора – ха-рактеризуется двумя отличительнымиэнергетическими признаками. Во-первых, входная цепь инвертора тока есть цепь со свойствами источника по-стоянного тока, а функция вентилей инвертора сводится к периодическому переключению направления этого тока в выходной цепи инвертора. Значит, на выходе вентильного коммутатора будет переменный ток (или, образно говоря, периодически переключаемый по направлению постоянный ток), т.е. цепь со свойствами источника переменного тока. Во-вторых, нагрузкой инвертора тока должна быть цепь со свойствами, близкими к источнику напряжения, т.е. с близким к нулевому внутренним динамическим сопротивлением, допускающим протекание через него скачкообразно меняющегося тока. Практически это обеспечивается включением на выход вентильного коммутатора конденсатора, что позволит уже подключить после него любую реальную нагрузку с индуктивностью, не допускающей скачков тока. Условная схема инвертора тока с механическим коммутатором показана на рис. 2.1.1,а, а диаграммы напряжений и токов на входе и выходе коммутатора – на рис. 2.1.1,б.

    Переменный прямоугольный ток I2 на выходе коммутатора порождает переменное линейно изменяющееся напряжение на конденсаторе С. Коммутатор при этом выполняет функцию преобразования постоянного тока в переменный, т.е. в соответствии с (1.4.3) части 1

    Читайте также:  Датчик тока пусковой ток

    где ψк – коммутационная функция коммутатора (вентильного комплекта), имеющая здесь вид прямоугольного колебания единичной амплитуды. Кроме того, в соответствии со вторым уравнением (1.4.3) части 1

    т.е. коммутатор еще выполняет и обратную функцию, т.е. преобразование переменного напряжения U2 на конденсаторе С в постоянное (выпрямленное) напряжение U1 в звене постоянного тока источника тока I. При этом в связи с отсутствием в примере потребления активной мощности с выхода инвертора среднее значение входного напряжения инвертора U1 равно нулю.

    ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР ТОКА

    Принципиальная схема однофазного инвертора тока показана на рис. 2.1.2. Здесь функцию коммутатора выполняет однофазная мостовая схема на тиристорах. Режим источника тока на входе инвертора, получающего питание от источника напряжения Uвх, создан включением в цепь постоянного тока дросселя Ld с индуктивностью, достаточной для подавления возможных пульсаций входного тока. Нагрузка инвертора состоит из сопротивления R.

    Диаграммы токов и напряжений элементов инвертора показаны на рис. 2.1.3. Конденсатор С, помимо отмеченной функции энергетического буфера (по току) между выходом инвертора с разрывным током и нагрузкой, не допускающей в общем случае скачков тока в ней, имеет еще одну функцию.
    Он обеспечивает искусственную коммутацию тиристоров инвертора, т.е. вы­ключение тиристоров под действием напряжения заряженного конденсатора, прикладываемого к тиристорам в обратном направлении. Так, при проводя­щих тиристорах Т1 и Т4 диагонали моста конденсатор С заряжается от источ­ника входного напряжения Uвх в полярности «плюс» слева конденсатора и «минус» справа. Тогда при включении тири­сторов Т2, Т4 второй диагонали моста через них

    к тиристорам Т 1 и Т2 скачком приложится обрат­ное напряжение и они выключатся. Конденсатор С теперь начнет перезаряжаться в обратную полярность, как видно из диаграмм на рис. 2.1.3, а за время действия tсх на тиристоре обратного напряжения он должен успеть восстановить свои управляющие свойства.

    Для получения внешних и регулировочных характеристик инвертора тока построим модель преобразователя в рамках метода АДУ(1). Зависимость выходного напряжения ин­вертора тока от частоты импульсов управления вентилями ω, которая может быть названа регулировочной характеристикой, т.е. здесь имеет место частот­ный способ регулирования величины

    переменного напряжения, что не всегда приемлемо.

    В инверторе тока показательна еще его входная характеристика, опреде­ляемая здесь как зависимость относительного среднего значения входного тока инвертора Id от относительной проводимости нагрузки, т.е. I * d = f где за базовый ток по-прежнему принят ток, равный отношению базового на­пряжения к базовому сопротивлению: График этой зависимости построен на рис. 2.1.5б.

    Таким образом, на основании выполненного анализа можно заключить, что инвертор тока:

    .не допускает режимов холостого хода и имеет ограничение по пре­дельному значению тока нагрузки;

    .имеет внешнюю характеристику с участком резкого спада напряжения;

    .имеет форму выходного напряжения, зависящую от величины нагрузки (треугольная форма в режимах, близких к холостому ходу, и синусоидаль­ная — в режимах предельных нагрузок);

    .является инерционным преобразователем, так как скорость изменения режима определяется скоростью изменения тока в реакторе с большой индук­тивностью Ld;

    .не рационален для получения низких частот выходного напряжения, так как при этом возрастают массогабаритные показатели реактора и конден­сатора.

    Для ослабления этих недостатков или даже устранения некоторых из них модифицируют классическую схему [13] так называемого параллельного ин­вертора тока за счет [14-22]:

    .введения дополнительных конденсаторов на выходе инвертора;

    .введения отсекающих вентилей;

    . введения вентилей обратного тока;

    .введения тиристорно-индуктивного регулятора;

    Таким образом, автономные инверторы тока имеют следующие свойства:

    • сильную зависимость величины и формы выходного напряжения от величины и характера нагрузки в классическом варианте инвертора. Ограничение на минимум нагрузки диктуется допустимой степенью возрастания напряжения на выходе инвертора. Ограничения на максимум нагрузки обусловлены требованием восстановления управляющих свойств тиристоров. Влияние изменения частоты выходного напряжения на его величину такое же, как влияние изменения нагрузки;

    • большую величину индуктивности реактора в звене постоянного тока для реализации режима источника тока, что ухудшает массогабаритные показатели инвертора тока;

    • большую инерционность регулирования величины выходного напряжения за счет регулирования входного напряжения инвертора из-за большой электромагнитной постоянной времени реактора в звене постоянного тока;

    • возможность уменьшения пределов изменения напряжения на внешней характеристике инвертора модифицированной схемы инвертора путем применения или выпрямителя обратного тока, или тиристорно-индуктивного регулятора; возможность снижения величины (а значит, и массогабаритных показателей) коммутирующей емкости за счет применения отсекающих вентилей; возможность улучшения гармонического состава выходного напряжения инвертора, особенно при низких частотах, методом широтно-импульсного формирования токов вентилей;

    • благоприятный с позиций электромагнитной совместимости режим нагрузки источника входного напряжения постоянным током со входа инвертора тока.

    Резонансными называются инверторы, у которых периодический характер электромагнитных процессов в нагрузке обусловлен колебательными свойствами LC-контура инвертора. При этом возможны три варианта композиции LC-контура и нагрузки:

    • последовательное включение нагрузки в последовательный LC-контур – последовательные резонансные инверторы;

    • параллельное подключение нагрузки к L или С LC-контура;

    • подключение нагрузки параллельно к части С контура.

    Эти три вида подключения нагрузки определяют три вида резонансных инверторов:

    параллельный;

    последовательно-параллельный;

    последовательный.

    Кроме того, различают резонансные инверторы с закрытым входом, у которых индуктивность резонансного контура находится в цепи постоянного тока (на входе) инвертора, и с открытым входом, у которых эта индуктивность находится на стороне переменного тока инвертора (в выходной цепи).

    ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ

    РЕЗОНАНСНЫЕ ИНВЕРТОРЫ С ЗАКРЫТЫМ ВХОДОМ

    Схема параллельного резонансного инвертора аналогична схеме параллельного инвертора тока на рис. 2.1.2 и отличается только параметрами индуктивности реактора в звене постоянного тока. Из этой индуктивности и емкости на выходе инвертора образуется LC-контур, индуктивность и емкость которого разделены вентильным комплектом. Параметры колебательного контура и частота импульсов управления вентилями моста выбраны так, что ток во входном реакторе имеет прерывистый характер. Это обеспечивает естественное отключение тиристоров при спаде тока в них до нуля. Действительно, при включении в момент t0 тиристоров Т1, Т4 конденсатор стремится зарядиться через индуктивность реактора до напряжения, превышающего напряжение входного источника (рис. 2.2.1).

    В момент t1, когда колебательная полуволна тока реактора спадет до нуля, тиристоры Т1 и Т4 окажутся под обратным напряжением, равным разности напряжения на конденсаторе и напряжения входного источника. До момента времени t2 конденсатор разряжается только током нагрузки. В момент времени t2 включаются тиристоры Т2, Т3 второй диагонали моста. Если к этому моменту времени конденсатор не успел разрядиться до уровня напряжения входного источника, то тиристоры Т1, Т4 останутся под обратным напряжением до момента t3 смены полярности напряжения на конденсаторе.

    РЕЗОНАНСНЫЕ ИНВЕРТОРЫ С ОТКРЫТЫМ ВХОДОМ

    КЛАССИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ РЕЗОНАНСНЫХ

    ИНВЕРТОРОВ (БЕЗ ОБРАТНЫХ ВЕНТИЛЕЙ)

    Нулевая, полумостовая и мостовая схемы последовательных резонансных инверторов показаны на рис. 2.2.2. Все они работают, как и параллельные резонансные инверторы, в режиме прерывистого входного тока. Типовые диаграммы входного тока инвертора, напряжения на конденсаторе и тока нагрузки приведены на рис. 2.2.3.

    В отличие от параллельных инверторов здесь напряжение на конденсаторе колебательного контура не спадает во время нулевой паузы, но ток нагрузки имеет прерывистый характер. Аналитическое исследование прерывистого режима работы последовательного резонансного инвертора осложнено теми же трудностями, что и у параллельного резонансного инвертора, и поэтому здесь не приводится. С ним можно ознакомиться по монографиям [15] и прежним учебникам [9]. Да и сами эти схемы утрачивают свое доминирующее значение для создания преобразователей повышенной частоты из-за невозможности режима холостого хода и существенной зависимости режима работы от параметров нагрузки. Их потеснили схемы резонансных инверторов с вентилями обратного тока на тиристорах или на транзисторах, у которых нет ограничений, связанных с обеспечением времени на восстановление их управляющих свойств после интервала проводимости ими тока.

    РЕЗОНАНСНЫЕ ИНВЕРТОРЫ С ВЕНТИЛЯМИ

    Тиристорные инверторы.Схема полумостового последовательного ре-зонансного инвертора на тиристорах с диодами обратного тока приведена на рис.2.2.4, а для случая доступности средней точки источника входного напря-жения и на рис. 2.2.4,б – вариант с расщепленным фильтровым (коммутирующим) конденсатором, когда средняя точка источника недоступна.

    Работают схемы аналогично. Сначала рассмотрим случай, когда частота импульсов управления тиристорами ниже частоты резонанса контура LкCк и он работает в режиме прерывистого тока (рис 2.2.5).

    В момент времени t1 включается тиристор Т1 и конденсатор Ск заряжается в колебательном режиме до напряжения, близкого к двойному напряжению источника входного напряжения Uвх/2. В момент времени t2 зарядная полуволна тока через тиристор спадает до нуля и он закрывается. Конденсатор на интервале t2t3 заряжается также в колебательном режиме через диод обратного тока D1 на источник входного напряжения Uвх. Величина остаточного напряжения на конденсаторе в момент времени t3 зависит от соотношения волнового сопротивления колебательного контура ρк с сопротивлением нагрузки и в установившемся режиме равна взятому с обратным знаком начальному напряжению на конденсаторе в момент времени t1.

    В момент времени t2 включается тиристор Т2 и происходят аналогичные процессы перезаряда конденсатора в отрицательную полярность через тиристор Т2 и диод D2 до момента времени t6. С момента времени t7 начинается новый период формирования напряжения на конденсаторе.

    В рассмотренном режиме прерывистого тока нагрузки включение и выключение тиристоров и диодов происходит при нулевых токах в них, что снижает потери на коммутацию. Время, предоставляемое на восстановление управляющих свойств тиристоров, равно времени протекания тока через диоды обратного тока (интервалы t2t3 и t5t6). Действующее или среднее по модулю выходное напряжение регулируют длительностью бестоковых пауз t3t4, t6t7, что достигается изменением частоты импульсов управления тиристорами. Такое регулирование связано с ухудшением качества выходного напряжения и обычно приемлемо, только если выходное напряжение инвертора подвергается дальнейшему преобразованию, обычно выпрямлению и фильтрации постоянного тока.

    Читайте также:  Номинальный ток расцепления это

    Качество выходного напряжения можно улучшить при режиме работы с непрерывным током нагрузки, временные диаграммы для этого случая показаны на рис. 2.2.6. Здесь включение тиристора Т2 в момент t3 происходит раньше спада тока до нуля в диоде D1, что возможно, так как к тиристору Т2 при проводящем диоде D1 приложено прямое напряжение Uвх. Уменьшение временного интервала t2t3 приводит к увеличению остаточного напряжения на конденсаторе в момент его перезаряда в обратную полярность, что, естественно, вызовет рост амплитуды напряжения на конденсаторе. Значит, и в режиме непрерывного тока нагрузки регулирование частоты выходного напряжения инвертора будет регулировать величину выходного напряжения без того искажения формы, которое присуще режиму прерывистого тока. Другая возможность регулирования выходного напряжения инвертора при выполнении его по однофазной мостовой схеме, вентильный комплект которой подобен реверсивному ШИП на рис. 1.1.6,б, связана с однополярным широтно-импульсным регулированием выходного напряжения вентильного комплекта. Подробнее о широтно-импульсном регулировании см. в разделе 2.3.

    В практических схемах таких инверторов нагрузка (обычно выпрямитель для получения постоянного напряжения другого уровня, чем Uвх) подключается через выходной трансформатор Тр, как показано на рис. 2.2.7,а. В первом случае роль индуктивности колебательного контура будет практически выполнять суммарная индуктивность рассеивания обмоток трансформатора, если пренебречь влиянием индуктивности намагничивания трансформатора по сравнению с нагрузкой.

    Во втором случае (рис. 2.2.7,б) приведенное сопротивление нагрузки ока-зывается включенным параллельно конденсатору. Ниже для этого случая включения нагрузки найдем внешнюю и регулировочную характеристики резонансного инвертора и качество его выходного напряжения, воспользовавшись методом АДУ. Для упрощения анализа сначала расчет сделаем по первой гармонике методом АДУ(1), а затем оценим методом АДУ2 степень искажения реальной кривой напряжения по коэффициенту гармоник напряжения.

    По этому соотношению можно построить как внешние характеристики резонансного инвертора при , так и регулировоч-

    ные характеристики. Семейства этих характеристик показаны соответственно на рис. 2.2.9 и 2.2.10.

    Необходимо иметь в виду, что рабочие участки на этих характеристиках ограничиваются условием, чтобы время проводимости диода обратного тока (интервал t2t3 на рис. 2.2.6) было больше времени, требуемого на восстановление управляющих свойств тиристоров tв, определяемого их типом и равного для высокочастотных тиристоров порядка 10…40 мкс.

    Графики зависимости коэффициента гармоник от относительной частоты управления при показаны на рис. 2.2.11.

    Параллельный резонансный инвертор критичен к максимальной нагрузке, но работоспособен на холостом ходу. Последовательный резонансный инвертор критичен к минимальной нагрузке, но сохраняет работоспособность при коротком замыкании нагрузки. Поэтому наилучшими свойствами в допустимом диапазоне изменения нагрузки априори должен обладать последовательно-параллельный резонансный инвертор, полумостовой вариант которого показан на рис. 2.2.12.

    В отличие от LC колебательной цепи в ранее рассмотренных резонансных инверторах, здесь LCC колебательная цепь дает одну дополнительную степень свободы для формирования характеристик инвертора помимо обеспечения требуемых значений собственной частоты колебательного контура и его волнового сопротивления. Но опять остается проблема обеспечения времени, предоставляемого схемой на восстановление управляющих свойств тиристоров, анализ которого может быть сделан в общем случае только численно.

    Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

    Источник

    Тиристорный преобразователь постоянного тока

    Для выравнивания переменного тока в постоянный требуется использование специальных устройств. Тиристорный преобразователь частоты для индукционного нагрева применяется в различных областях промышленности для регулирования напряжения и прочих параметров электрической энергии.

    Принцип работы и конструкция

    Для преобразования нагрузки может использоваться тиристорный или транзисторный высоковольтный преобразователь на базе IGBT. Тиристорный частотный преобразователь (ТП, ТПР или ТПЧ) – это электрическое устройство для преобразования переменного тока в постоянный, регулирования его уровня и прочих характеристик. С его помощью можно уравнивать различные параметры электрических редукторов: скорость вращения в момент пуска, угол и прочие.

    Фото — тиристорный уравнитель

    Тиристорный преобразователь применяется для двигателя постоянного тока (ДПТ) вместе с системой автоматического регулирования (FR A700 в Mitsubishi Electric, Siemens Simoreg DC Master, Omron Yaskawa). Он имеет очень широкую область применения благодаря своим достоинствам:

    1. Высокий показатель КПД – до 95 % (к примеру, у модели ПН-500);
    2. Широкий спектр контроля. Его можно использовать для двигателя с мощностью от десятых киловатта до нескольких мегакиловатт;
    3. Способность выдерживать сильные импульсные нагрузки при включении электродвигателя в сеть;
    4. Высокие показатели надежности и долговечности;
    5. Точность в работе.

    Но у такой системы есть определенные недостатки. В первую очередь – это низкий коэффициент мощности, который проявляется при глубоком регулировании производственных процессов. Компенсировать его можно при помощи дополнительных устройств. Кроме этого, мощный преобразователь вызывает помехи в электрической сети, что сказывается на работе чувствительного электро- и радиооборудования.

    1. Трансформатор или реактор;
    2. Выпрямительные блоки;
    3. Дополнительный реактор, сглаживающий преобразование;
    4. Система защиты оборудования от перенапряжений.

    Большинство современных преобразователей подключаются к трансформатору через реактор. Трансформатор в этой схеме является согласующим звеном между входящим и выходным напряжением, он уравновешивает разницу между ними. Помимо него, электросхема также включает в себя специальный сглаживающий реактор. Этот прибор необходим для нейтрализации определенных пульсаций, возникающих при выпрямлении и изменении типа тока. Но система не всегда включает в себя реактор, т. к. при достаточной индуктивности асинхронного двигателя в нем нет необходимости.

    Агрегат пропускает через автономный инвертор (расположенный во входящем звене) первичную нагрузку. Они попадают в выпрямляющие блоки, установленные в выходном звене. Для подключения других индукционных потребителей используются специальные шины, которые помогают выравнивать питание в целой группе устройств.

    Такой преобразователь бывает низкочастотный и высокочастотный. В зависимости от потребных частот и имеющихся параметров электричества подбирается нужная модель. Нужно отметить, что в станках, где используется трехфазный ток, применяется другой тип подключения. Однофазный переносит воздействия и преобразования, в то время как на преобразовании трехфазного тока теряется КПД.

    преобразовательный пункт

    Фото — преобразовательный пункт

    Система используется в плавке металлов, сварочных работах, контроле кранового механизма и многих других производственных и технологических процессах. Применение такого принципа работы позволяет реализовать систему генератор-двигатель без использования генератора. Благодаря этому производится широкая регулировка частот вращения шпинделя даже на самых малых скоростях, настраиваются механические и другие характеристики электропривода и прочие параметры.

    Разработка

    Электрическая схема тиристорный преобразователь-двигатель (к примеру, КТЭ) для плавного переключения может быть двух видов:

    1. Однофазной;
    2. Многофазной.

    В зависимости от типа исполнения варьируются соотношения расчетных единиц и принципы работы преобразователя.

    нулевая схема трехфазного преобразованияФото — нулевая схема трехфазного преобразования

    На этом чертеже схематически показано изменение электрической энергии при работе тиристорного преобразователя в режиме выпрямителя и инвертора. В то же время, для мостовой схемы можно сделать такую же диаграмму, но только состоящую из двух нулевых. Именно она наиболее часто используется при проектировании преобразователя для станочного оборудования. Это происходит из-за того, что исходное фазовое напряжение в ней в два раза превышает фазовой напряжение (Udo) в нулевой схеме работы.

    питание

    Фото — питание

    Однофазная схема используется для контроля питания и работы привода машин с высоким индуктивным сопротивлением. Она работает в пределах мощности от 10 кВт до 20, намного реже – при больших мощностях. К примеру, подойдет для электрической печи, домашнего станка.

    однолинейная схема

    Фото — однолинейная схема

    Трехфазная используется для оборудования, где требуется от 20 кВт для работы. К примеру, для синхронных приводов, двигателя крана и экскаватора. Еще одной популярной многофазной схемой контроля является шестифазная (Кемрон). Её проект предусматривает использование в конструкции уравнительного реактора, который направлен на контроль низкого напряжения и высокого тока. Этот силовой электрический прибор пропускает и преобразовывает электрическую энергию параллельным путем, а не последовательным (как большая часть аналогичных устройств). Его более сложно разработать своими руками, но степень надежности и эффективности значительно больше, нежели у однофазного тиристорного преобразователя. Но такой реверсивный контроллер имеет серьезный недостаток – его КПД менее 70 %.

    Своими руками можно сделать собственный преобразователь, но многое зависит от используемой базы. Внизу дана схема, разработанная на основе Micro-Cap 9. Главной особенностью этой модели является необходимость в совместном моделировании различных узлов.

    Схема тиристорного уравнителя

    Фото — Схема тиристорного уравнителя

    Видео: как работают тиристорные преобразователи

    Техническое описание и обзор цен

    Характеристики тиристорных преобразователей зависят от типа их исполнения и функциональных особенностей.

    Параметры ТПЧ 320 800
    Выходная мощность, кВт 320 800
    Максимальная полная мощность, кВ-А 640 1250
    Частота, Гц 50 50
    Входящее напряжение, В 380 500
    Максимальный ток, А 630 1000
    КПД, % 94 94
    Выходное напряжение, В 800 1000
    Номинальный ток, А 400
    Максимальный ток, А 800
    Входящее напряжение, В 460
    Габаритные размеры, мм 800x775x1637

    ЭПУ-1-1-3447Е УХЛ4 (производитель заявляет, что этот преобразователь может работать в сложных условиях, повышенной пыльности и влажности):

    Номинальный ток, А 25
    Максимальный ток, А 100
    Входящее напряжение, В 380

    Но тиристорные преобразователи продаются не только по одной единице, но и в виде выпрямляющих комплексов (КТЭУ). Если единичный уравнитель при поломке нуждается в полном ремонте или демонтаже, то у комплекса производится замена вышедшего из строя оборудования. Такие системы используются как в приводах станков, так и в ЭКТ (комплектных тиристорных электроприводах).

    Рассмотрим, какова цена тиристорного преобразователя ABB DCS400:

    Город Цена, у. е.
    Москва 100
    Санкт-Петербург 100
    Челябинск 95
    Воронеж 98
    Самара 95
    Новосибирск 95
    Ростов-на-Дону 98

    Купить устройство можно в любом магазине электрических товаров, прайс-лист зависит от характеристик и типа исполнения.

    Источник

    Преобразователь постоянного тока в постоянный

    Преобразователь постоянного тока и преобразователь постоянного тока , называемый английским DC-DC преобразователь , относятся к электрической цепи , что напряжение , подаваемое на входном напряжении постоянного тока преобразуется в напряжение постоянного тока с выше, ниже или перевернутым уровнем напряжения. Реализация происходит с помощью периодически работающего электронного переключателя и одного или нескольких накопителей энергии. Преобразователи напряжения постоянного тока относятся к числу преобразователей мощности с автоматической коммутацией . В области электроэнергетики их еще называют регуляторами постоянного тока .

    Читайте также:  Коэффициент искажения переменного тока

    Индуктивность (индуктивный преобразователь), используемая для временного хранения энергии, состоит из катушки или преобразователя-трансформатора. Напротив, преобразователи с емкостным накопителем ( емкостный преобразователь ) называются зарядовыми насосами . Зарядные насосы используются, когда либо — как в интегральных схемах — индуктивности недоступны, либо когда требуется настолько малая выходная мощность, что использование дорогих катушек не имеет смысла по сравнению с дешевыми конденсаторами.

    С другой стороны, устройства, которые преобразуют постоянное напряжение в переменное , называются инверторами ; вместе с другими типами преобразователей оба относятся к группе преобразователей .

    Оглавление

    • 1 приложений
    • 2 топологии (базовые схемы)
      • 2.1 резонансный преобразователь
      • 2.2 многофазный преобразователь
      • 2.3 Пакетный режим
    • 3 компонента в преобразователе DC / DC
      • 3.1 конденсаторы
    • 4 литературы
    • 5 веб-ссылок
    • 6 заметок
    • 7 индивидуальных доказательств

    Приложения

    Преобразователи постоянного напряжения являются частью импульсных источников питания, с которыми работают такие нагрузки, как блоки питания ПК , ноутбуки , мобильные телефоны , небольшие моторы, устройства Hi-Fi и многое другое. м. Быть в эксплуатации. Преимущества перед линейными источниками питания — лучшая эффективность и меньшее тепловыделение. Первый, в частности, играет важную роль в преобразовании напряжения батареи, так как срок службы батареи намного дольше с импульсным источником питания: с линейным регулятором напряжения или последовательным резистором, с другой стороны, мощность падает в серии резистор преобразуется в отходящее тепло. С другой стороны , коммутационные потери, возникающие в импульсном источнике питания , значительно ниже.

    Регулятор напряжения с тактовой частотой не только выполняет функцию преобразователя напряжения, но и служит фильтром, чтобы максимально снизить негативное влияние на энергосистему (так называемая обратная связь по сети ) , особенно в высокопроизводительных приложениях . Одним из примеров являются активной мощностью коррекции коэффициента (ПФ).

    Преобразователи постоянного тока в постоянный также предлагаются в виде полностью закрытых модулей преобразователей, некоторые из которых предназначены для непосредственной сборки на печатных платах . Выходное напряжение может быть меньше, равно или больше входного напряжения, в зависимости от конструкции. Самыми известными являются сборки, которые преобразуют низкое напряжение в гальванически изолированное низкое напряжение. Инкапсулированные преобразователи постоянного тока предлагаются для изоляционных напряжений от 1,5 кВ до более 3 кВ и используются для питания небольших потребителей в сетях постоянного напряжения, таких как B. до 24 В на промышленных предприятиях или до 48 В в телекоммуникациях или в области электронных сборок, например 5 В для цифровых схем или ± 15 В для работы операционных усилителей .

    Преобразователи постоянного напряжения для высоких выходных напряжений (например, электронные вспышки) также называют трансвертерами.

    В электроэнергетике и приводной технике преобразователи постоянного тока именуются преобразователями постоянного тока. Различия в первую очередь касаются использования и диапазона производительности. В качестве переключателей в области энергетических технологий здесь в качестве клапанов используются силовые MOSFET , IGBT и тиристоры . Прерыватели постоянного тока также используются в этой области применения в виде комбинации в виде двух- или четырехквадрантного прерывателя . Исходя из этой терминологии, простой прерыватель постоянного тока называется одноквадрантным прерывателем.

    Топологии (базовые схемы)

    Преобразователи постоянного напряжения классифицируются по разным критериям и делятся на разные топологии. Отнесение отдельных топологий к основным группам принципа прямого преобразователя, принципа обратного преобразователя и принципа резонансного преобразователя не стандартизировано в литературе.

    Параметр D в столбце диапазона напряжений указывает коэффициент ширины импульса, который может находиться в диапазоне от 0 до 1. Напряжение U E — это входное напряжение с допустимым диапазоном по отношению к выходному напряжению U A и коэффициенту трансформации.

    Топологии преобразователей без гальванической развязки

    Тип преобразователя Компоненты, передающие энергию Диапазон напряжения Принципиальная схема
    Нагнетательный насос
    положительный
    конденсатор U E > 0,
    U A > U E
    Нагнетательный насос pos Einf.svg
    Нагнетательный насос
    отрицательный
    конденсатор U E > 0,
    U A английском языке :
    Buck Converter
    Дроссель для хранения 0 ≤ U A ≤ U E ,
    U А. знак равно Д. ⋅ U Э. <\ Displaystyle U_ = D \ cdot U_ > U_ = D \ cdot U_ <E data-lazy-src=
    Повышающий преобразователь на
    английском языке :
    Boost Converter
    Дроссель для хранения U A ≥ U E ,
    U А. знак равно 1 1 — Д. ⋅ U Э. <\ Displaystyle U_ = <\ frac <1><1-D>> \ cdot U_ > U_ = <\ frac <1 data-lazy-src=
    Обратный конвертер
    английского языка :
    Buck Boost Converter
    Дроссель для хранения U A ≤ 0,
    U А. знак равно — Д. 1 — Д. ⋅ U Э. <\ displaystyle U_ = - <\ frac <1-D>> \ cdot U_ > U_ = - <\ frac <D data-lazy-src=
    Синхронный преобразователь Дроссель для хранения 0 ≤ U A ≤ U E , направление потока мощности выбирается
    U А. знак равно Д. ⋅ U Э. <\ Displaystyle U_ = D \ cdot U_ > U_ = D \ cdot U_ <E data-lazy-src=
    Конвертер SEPIC Два накопительных дросселя
    и конденсатор
    U E > 0,
    U А. знак равно Д. 1 — Д. ⋅ U Э. <\ displaystyle U_ = <\ frac <1-D>> \ cdot U_ > U_ = <\ frac <D data-lazy-src=
    Конвертер Ćuk Два накопительных дросселя
    и конденсатор
    U E > 0,
    U А. знак равно — Д. 1 — Д. ⋅ U Э. <\ displaystyle U_ = - <\ frac <1-D>> \ cdot U_ > U_ = - <\ frac <D data-lazy-src=
    Конвертер Zeta Два накопительных дросселя
    и конденсатор
    U E > 0,
    U А. знак равно Д. 1 — Д. ⋅ U Э. <\ displaystyle U_ = <\ frac <1-D>> \ cdot U_ > U_ = <\ frac <D data-lazy-src=
    Двойной инвертор Два накопительных дросселя
    и конденсатор
    U E > 0,
    U А. знак равно — Д. 1 — Д. ⋅ U Э. <\ Displaystyle U_ = - <\ dfrac <1-D>> \ cdot U_ > U_ = - <\ dfrac <D data-lazy-src=
    Split-Pi-Converter на
    английском языке :
    Boost Buck Converter
    Два накопительных дросселя
    и конденсатор
    Любое,
    направление потока мощности по выбору
    Split-Pi SMPS.svg
    Каскадный повышающий-понижающий преобразователь
    Английский :
    Понижающий-повышающий преобразователь
    Дроссель для хранения Любое,
    направление потока мощности по выбору
    Понижающий повышающий преобразователь.svg

    Конвертер резонанса

    Резонансные преобразователи представляют собой отдельный класс и делятся на две большие группы:

    • Для мощностей от 1 кВт и выше с целью минимизации потерь мощности во время процессов переключения в переключающих транзисторах. Эти резонансные преобразователи бывают двух вариантов, которые переключаются либо только когда напряжение пересекает ноль, либо только когда ток пересекает ноль. Путь передачи энергии, включающий в себя трансформатор, образует колебательный контур с дополнительными емкостями и индуктивностями, который определяет фиксированную частоту переключения для этих преобразователей.
    • Для очень компактных источников питания с малой мощностью в диапазоне нескольких 10 Вт, которые должны обходиться минимальным количеством компонентов и очень чувствительны к стоимости по конструкции. Преимущество в том, что вам не нужен собственный колебательный контур и управление с помощью дополнительных электронных компонентов. Примеры применения — источники питания для ламп с холодным катодом и энергосберегающихламп, также известных как инверторы .

    Что общего у обеих групп, так это то, что нет необходимости в отдельном генераторе в импульсном источнике питания, но что передающие энергию компоненты, такие как трансформатор, который может присутствовать, являются частью резонансного контура.

    Многофазный преобразователь

    Здесь, в рамках вышеупомянутых концепций (топологий), несколько групп, каждая из которых состоит из переключателя с заданными индуктивностями, соединены параллельно, причем отдельные элементы управляются в фиксированной последовательности, но регулируются соответственно более сложным образом. Этот принцип известен из трехфазного тока . Количество фаз и звеньев ограничено только соответствующей конструкцией. Формирование группы служит для повышения производительности и беспрепятственного потока электроэнергии. Мертвая точка отдельных преобразователей заменяется другой из группы, работающей в противофазе.

    Поэтому характеристики преобразователя меняются:

    • Повышение способности доставлять электроэнергию
    • Уменьшение остаточной пульсации (пульсации)
    • Снижение требуемых мощностей
    • Снижение интерференционного излучения за счет более низких частот переключения относительно силы выходного тока

    В режиме серийной съемки

    Пакетный режим — это режим работы некоторых цепей управления преобразователем; однако он не устанавливает свою собственную топологию. При низкой нагрузке за короткой последовательностью циклов преобразователя ( всплеск) следует пауза, в которой нагрузка питается исключительно от конденсатора выходного фильтра . Продолжительность паузы зависит от того, насколько быстро падает выходное напряжение, то есть от размера нагрузки. Как правило, эффективность преобразователей постоянного тока в постоянный уменьшается с уменьшением нагрузки, поскольку потери, не зависящие от нагрузки, становятся более значительными. Преимущество пакетного режима — более высокая эффективность при малых нагрузках, поскольку паузы хотя бы частично противодействуют потерям. Недостатки — это регулирование, которое иногда труднее интерпретировать, и, при определенных обстоятельствах, слышимые помехи.

    Компоненты преобразователя DC / DC

    Конденсаторы

    Преобразователям постоянного / постоянного тока требуются конденсаторы с низким последовательным сопротивлением (ESR) в силовой части, чтобы поддерживать низкие потери и избыточное тепло, а также достаточный резерв напряжения, чтобы выдерживать возникающие пики напряжения. Для этой цели используются электролитические конденсаторы с низким ESR , а в последнее время — керамические конденсаторы . Кроме того, можно снизить ESR, подключив несколько конденсаторов параллельно.

    Звуковые сигналы также могут возникать в керамических многослойных конденсаторах микросхемы (MLCC) с преобразователями постоянного напряжения на материнских платах в непосредственной близости от больших нагрузок, таких как главный процессор (ЦП) . В результате периодических низкочастотных колебаний нагрузки и продуктов интермодуляции их можно услышать в виде тонов, таких как свист или шипение, и они зависят от различных факторов, таких как структура преобразователя постоянного / постоянного тока и его рабочие параметры. Причина — слабые и в данном случае нежелательные пьезоэлектрические эффекты в керамических материалах, используемых в керамических конденсаторах, которые приводят к механическим колебаниям.

    Источник