|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Przetwornica do zasilania sprzętu AGD
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Przetwornice napięcia, prostowniki, falowniki Dla uwagi czytelników podajemy opis przetwornicy rezerwowej do zasilania sprzętu gospodarstwa domowego w przypadku braku napięcia w sieci oświetleniowej. Jego cechą wyróżniającą jest obecność dwóch stopni konwersji: wysokiej częstotliwości i niskiej częstotliwości, co pozwoliło znacznie zmniejszyć wymiary i wagę urządzenia. Obecnie obserwuje się zwiększone zainteresowanie rozwojem i produkcją potężnych konwerterów do zasilania różnych urządzeń gospodarstwa domowego z akumulatorów. Wynika to w dużej mierze z dwóch czynników. Po pierwsze, różnego rodzaju ograniczenia i przerwy w dostawie prądu, które w ostatnim czasie stały się powszechną praktyką w wielu regionach kraju. Po drugie, współczesne osiągnięcia w dziedzinie przemysłowej produkcji specjalistycznych elementów elektronicznych dla techniki przetwornicowej. Należą do nich przede wszystkim wydajne, szybkie tranzystory polowe z nieodłączną łatwością sterowania i niskimi stratami w stanie włączenia, a także szeroka gama zintegrowanych kontrolerów PWM, które w rzeczywistości są jednoukładowym sterowaniem konwertera jednostki. Nie bez znaczenia jest też to, że w ostatnim czasie taka baza pierwiastków stała się dostępna dla zwykłego radioamatora, zarówno pod względem nazewnictwa, jak i kosztów. Dzięki temu możliwe stało się opracowanie urządzeń przetwarzających zawierających niewielką liczbę części, a jednocześnie charakteryzujących się wysokimi parametrami energetycznymi i eksploatacyjnymi. Opisy takich przetworników były już nie raz publikowane na łamach „Radia” [1, 2] oraz w odpowiedniej literaturze technicznej [3, 4]. Charakterystyczną cechą tych urządzeń jest to, że wszystkie działają z niską częstotliwością konwersji (zwykle 50 Hz). Wynika to z konieczności zapewnienia, aby parametry wyjściowe przetwornic odpowiadały charakterystyce częstotliwościowej domowej sieci elektrycznej, ponieważ istnieje duża klasa urządzeń elektrycznych wymagających zmiennego napięcia zasilania. Obejmują one na przykład wszystkie odbiorniki zawierające transformator sieciowy lub różne typy silników prądu przemiennego. Jednocześnie wybór niskiej częstotliwości konwersji powoduje pewne trudności konstrukcyjne i eksploatacyjne: wykonanie transformatora wyjściowego o dużej mocy, od którego zależy przede wszystkim waga i parametry wielkościowe całego urządzenia oraz charakterystyczne „buczenie” przetwornicy podczas jego działanie. Ponadto opisywane przetwornice z reguły nie są wyposażone w układy stabilizacji napięcia wyjściowego w zależności od mocy podłączonego do nich obciążenia lub stopnia rozładowania akumulatora zasilającego. W rezultacie zmiany amplitudy wyjściowego napięcia przemiennego są możliwe w dość szerokim zakresie (do 30 ... 40%), co nie zawsze korzystnie wpływa na konsumentów. Wszystko to z góry zdeterminowało projekt proponowanego konwertera, który został opracowany z uwzględnieniem wskazanych wad nieodłącznie związanych z istniejącymi urządzeniami. Funkcjonalnie przetwornica składa się z dwóch głównych części: potężnego falownika podwyższającego wysoką częstotliwość z prostownikiem wyjściowym i przełącznika falownika niskiej częstotliwości. Główne cechy techniczne
Schemat urządzenia pokazano na ryc. 1. Falownik wysokiej częstotliwości jest wykonany zgodnie ze schematem konwertera przeciwsobnego do przodu na tranzystorach VT1 -VT4 i transformatorze T1. Zaletą tego rozwiązania jest niski poziom tętnień, lepsze wykorzystanie prądowe tranzystorów przełączających oraz wyższa sprawność niż w przypadku przetwornic montowanych w układzie mostkowym. Elementy tłumiące VD2, VD3, R1, C3 służą do zmniejszenia amplitudy skoków napięcia podczas przełączania i ułatwienia pracy tranzystorów.
Zabezpieczenie falownika przed przeciążeniem lub zwarciem na wyjściu realizowane jest w oparciu o przekaźnik prądowy K1 zawarty w pierwotnym obwodzie mocy. Wykonany jest na bazie kontaktronu z jedną grupą styków zwiernych, umieszczonych w środku cewki, skręconych z jednego lub dwóch zwojów przewodu zasilającego wychodzącego z bieguna dodatniego akumulatora. Jednocześnie rezystancja wewnętrzna takiego przekaźnika jest bardzo mała i praktycznie nie ma wpływu na pracę przetwornicy w trybie normalnym. W przypadku przeciążenia styki kontaktronu są zwarte, przekazując odpowiedni sygnał do zadziałania zabezpieczenia do jednostki sterującej falownika HF A1. Szybkość zabezpieczenia prądowego wynosi 1...2 ms. Prostownik napięcia wyjściowego jest wykonany zgodnie z obwodem mostkowym na diodach VD4-VD7, co również pozwala zmniejszyć poziom tętnień i zwiększyć współczynnik wykorzystania transformatora impulsowego T1. Napięcie wyprostowane jest dostarczane do filtra wygładzającego L1C5-C7. Sygnał sprzężenia zwrotnego napięcia wymagany do działania jednostki sterującej falownika RF A1 jest usuwany z rezystancyjnego dzielnika napięcia R3-R5. Stabilizowane napięcie prądu stałego jest dostarczane do przełącznika falownika niskiej częstotliwości, wykonanego zgodnie z pełnym obwodem mostkowym na tranzystorach VT5-VT8. Napięcie przemienne o prostokątnym kształcie częstotliwości sieci generowanej przez przełącznik jest dostarczane do obciążenia przekształtnika. Tryb pracy przełącznika określa jednostkę sterującą falownika LF A2. Tranzystory VT5-VT8 sterowane są identycznymi sterownikami A4-A7, galwanicznie odizolowanymi od reszty przetwornicy. „Sercem” falownika RF jest mikroukład kontrolera PWM KR1156EU2 [5] (obcy analog – UC3825 firmy Unitrode [6]), który został zaprojektowany specjalnie do sterowania zasilaczami impulsowymi przeciwsobnymi o dużej częstotliwości przełączania, pracującymi z napięciem lub aktualne informacje zwrotne. Schemat jednostki sterującej falownika HF A1 pokazano na ryc. 2.
Częstotliwość wewnętrznego oscylatora głównego kontrolera jest określona przez wartości znamionowe elementów zewnętrznych - rezystora R9 i kondensatora C9, a przy wskazanych wartościach wynosi około 50 kHz. Sygnał piłokształtny niezbędny do działania, utworzony na kondensatorze C9, jest podawany na wejście RAMP mikroukładu. Napięcie ze źródła odniesienia +5 V jest przykładane do bezpośredniego wejścia IN wzmacniacza sygnału błędu (USO) wewnątrz mikroukładu. Wzmocnienie USO w obszarze niskich częstotliwości zależy od rezystancji rezystorów R4, R7 i wynosi 3. Kondensator C5 ma na celu skorygowanie odpowiedzi częstotliwościowej wzmacniacza w obszarze wysokich częstotliwości w celu zwiększenia stabilności cały system kontroli szerokości impulsu. Zmiana szerokości wyjściowych impulsów sterujących następuje w wyniku porównania wewnętrznego komparatora piłokształtnego regulatora napięcia działającego na wejściu RAMP z napięciem wyjściowym USO. Generowane impulsy sterujące o częstotliwości powtarzania 25 kHz z wyjść OUTA i OUTB są podawane odpowiednio na tranzystory VT1, VT2 i VT3, VT4. Kondensator C10 określa działanie węzła miękkiego startu sterownika. W momencie włączenia zasilania kondensator zaczyna się ładować ze źródła prądem 9 μA, natomiast wzrost napięcia na pinie SS w trakcie ładowania zapewnia płynne wydłużanie czasu trwania cyklu pracy sterownika. Jak widać z obwodu głównego (patrz rys. 1), w przypadku przeciążenia przekształtnika następuje zadziałanie przekaźnika prądowego K1, zwarcie styków kontaktronu K1.1. Spowoduje to otwarcie trinistora VS1, powodując włączenie diody LED „Protection” HL1, a także pojawienie się spadku napięcia o około 2 V na rezystorze R8. To napięcie jest przykładane do wejścia kontrolera SD, wprowadzając go w tryb blokowania. Wyjścia OUTA, OUTB układu DA1 są przełączane w stan wysokiej impedancji, a tranzystory przełączające VT1-VT4 są zamknięte. W celu przywrócenia urządzenia do stanu pracy po ustąpieniu przeciążenia konieczne będzie chwilowe wyłączenie zasilania przetwornicy. Stabilizator parametryczny R12VD8 ogranicza napięcie zasilania sterownika do 12 V. Zasilacz sterownika A2 jest przetwornikiem impulsowym małej mocy, wykonanym według schematu z rys. 3.
Na elementach logicznych DD1.1, DD1.2 montowany jest główny oscylator, który generuje impulsy o częstotliwości powtarzania około 100 kHz. Po tym następuje dzielnik częstotliwości przez 4, wykonany na wyzwalaczach układu DD2. Impulsy z odwrotnych wyjść wyzwalaczy DD2.1, DD2.2 oraz bezpośredniego wyjścia wyzwalacza DD2.2 podawane są na elementy logiczne DD1.3 i DD1.4. Z wyjść tych elementów generowane impulsy sterujące o częstotliwości powtarzania około 25 kHz są podawane na tranzystory VT9 i VT10, przełączając prąd uzwojenia pierwotnego transformatora T2. Schemat jednostki sterującej dla falownika niskiej częstotliwości A3 pokazano na ryc. cztery.
Na integralnym zegarze DA2, zawartym zgodnie ze standardowym schematem, montowany jest główny oscylator. Częstotliwość powtarzania generowanych impulsów jest określona przez elementy C17, R23, R24. Dla podanych wartości znamionowych jest to 100 Hz. Sygnał z generatora podawany jest do dzielnika częstotliwości przez 2, zbieranego na wyzwalaczu DD3.1, który pełni rolę dwufazowego układu kształtującego sygnał. Ponadto z kształtownika impulsy o częstotliwości 50 Hz są podawane do elementów logicznych DD4.1, DD4.2, z których wyjścia, poprzez tranzystory VT11, VT12, są podawane do odpowiednich diod LED transoptorów sterownika (A4-A7). Pojedynczy wibrator montowany na wyzwalaczu DD3.2 ma na celu uzyskanie przerwy między impulsami sterującymi. Obecność takiej przerwy jest konieczna, aby zapobiec wystąpieniu prądu przelotowego w ramionach mostka tranzystorowego VT5-VT8. Czas trwania utworzonej przerwy jest określony przez wartości elementów C19, R25, R26, a dla wskazanych na schemacie wynosi około 1 ms. Sterowniki A4-A7 do sterowania tranzystorami przełączającymi VT5-VT8 falownika niskiej częstotliwości są wykonane zgodnie z identycznymi obwodami na ryc. 5.
Sygnał sterujący jest podawany do sterownika przez transoptor diodowy U1, który zapewnia izolację galwaniczną od jednostki sterującej falownika LF. Ponadto, po wzmacniaczu na tranzystorze VT13, sygnał wchodzi do uzupełniającego stopnia wyjściowego VT14VT15, ładowanego bezpośrednio na obwód bramki tranzystora przełączającego VT5. Sterownik zasilany jest z przetwornika impulsowego małej mocy A2 poprzez transformator izolujący T3 i mostek diodowy VD15 z filtrem wygładzającym C21. Obwód R34VD14 ogranicza maksymalne napięcie bramki tranzystora polowego do 15 V. W wersji autorskiej konwerter jest montowany w metalowej obudowie o odpowiednim rozmiarze - 200x120x120 mm. Wygląd urządzenia pokazano na ryc. 6.
Wszystkie jednostki funkcjonalne przetwornicy są zmontowane na osobnych płytkach drukowanych, z wyjątkiem elementów zasilających. Szczególną uwagę należy zwrócić na topologię układu PCB kontrolera PWM, starając się nie dopuścić do bliskiego względnego położenia przewodów obwodów wejściowych i wyjściowych, a także, jeśli to możliwe, zminimalizować ich długość. Zalecam, aby płytka drukowana do tego montażu była wykonana z dwustronnej folii z włókna szklanego, wykorzystując folię z jednej strony jako wspólny przewód. Na tylnej ściance obudowy, wykonanej z litej płyta duraluminiowa o wymiarach 1x4 mm i grubości 1 mm. Instalację wykonuje się drutem miedzianym (opona) o przekroju 1 mm2. Tylna ściana od strony zewnętrznej zaopatrzona jest w pionowo ułożone żebra, dzięki czemu efektywna powierzchnia roboczej powstałego radiatora wynosi około 2 cm3. Pozostałe miejsce na tylnej ściance urządzenia zarezerwowane jest na zaciski do podłączenia akumulatora oraz bezpiecznik FU1. Tranzystory VT3-VT120 wyposażone są w małe radiatory, o powierzchni około 120 mm == 8 każdy. Zamiast tranzystorów IRFZ34N (VT1-VT4) wskazanych na schemacie, IRFZ44, BUZ11, KP723A lub jakikolwiek inny MOSFET z indukowanym kanałem n, maksymalny prąd drenu co najmniej 35 A, maksymalne napięcie dren-źródło co najmniej 55 V i rezystancja otwartego kanału nie większa niż 0,04 oma. Zamiast tranzystorów IRF820 (VT5-VT8) dopuszczalne jest stosowanie IRF830, BUZ90, KP707B1 lub innych odpowiednich konstrukcji o maksymalnym prądzie drenu co najmniej 2 A i maksymalnym napięciu dren-źródło co najmniej 400 V. Tranzystory KT972A ( VT9-VT12) są wymienne na KT829A lub kompozytowe KT315 + KT815 z dowolnymi indeksami literowymi. Zamiast pozostałych tranzystorów można użyć dowolnego bipolarnego o małej mocy o odpowiedniej strukturze. Diody KD226G (VD4-VD7) można zastąpić KD226D. Kondensatory tlenkowe C1, C2, C5, C6 - K50-24, K50-27, zdolne do pracy w obwodach o znacznych tętnieniach prądu. Pozostałe kondensatory tlenkowe zastosowane w urządzeniu to K50-6, K50-16, K53-14A, niepolarne - dowolna ceramika, na przykład KM-5, KM-6, K10-17. Łącznik Q1 - dowolny, przeznaczony na prąd znamionowy co najmniej 20 A. Przekaźnik prądowy K1 wykonany jest na bazie kontaktronu KEM-1 lub podobnego z jedną parą styków zwiernych, który charakteryzuje się możliwie najkrótszym czasem zadziałania. Kontaktron umieszczony jest w cienkościennej cylindrycznej rurce z materiału niemagnetycznego o odpowiedniej średnicy. Uzwojenie przekaźnika zawierające jeden lub dwa zwoje jest nawinięte na rurkę. Dokładna liczba obrotów jest wybierana podczas regulacji. Cewka indukcyjna L1 wykonana jest na bazie obwodu magnetycznego B28 wykonanego z ferrytu M2000NM. Uzwojenie jest nawijane na ramkę cewki, aż zostanie wypełnione drutem PEV-2 0,9. Podczas montażu między częściami obwodu magnetycznego umieszcza się uszczelkę wykonaną z materiału niemagnetycznego o grubości 0,1 mm. Indukcyjność takiego dławika wynosi około 1 mH. Transformator T1 jest uzwojony na dwóch złożonych ze sobą pierścieniowych rdzeniach magnetycznych K65x40x6 z ferrytu M4000NM. Uzwojenie I zawiera 2x6 zwojów 60 przewodów PEV-2 0,35, a uzwojenie II - 220 zwojów drutu PEV-2 0,9. Przed nawinięciem należy zaokrąglić ostre krawędzie rdzenia magnetycznego. Uzwojenie II jest nawijane jako pierwsze, obracając się. Następnie układa się izolację międzyzwojową, na której umieszcza się uzwojenie I. Aby zmniejszyć indukcyjność rozproszenia, jest ono uzwojone w dwóch drutach (dwie wiązki po 60 przewodów w każdym) i równomiernie rozmieszczone w obwodzie magnetycznym. Do uzwojenia pierwotnego można zastosować wiązkę utworzoną z miedzianego oplotu ekranującego kabla koncentrycznego o odpowiednim przekroju (5 ... 7 mm2). Aby zapewnić izolację międzyzwojową, wiązkę umieszcza się w rurze z materiału izolacyjnego (na przykład PVC) o odpowiedniej średnicy. Punkt środkowy uzwojenia pierwotnego uzyskuje się przez połączenie początku jednego półuzwojenia z końcem drugiego. Transformator T2 wykonany jest na pierścieniu K28x16x9 wykonanym z ferrytu M2000NM. Uzwojenia zawierają: pierwotne - 2x20 i wtórne - 20 zwojów drutu PEV-2 0,4. Najpierw nawijają, jak w transformatorze T1, uzwojenie wtórne, a na nim - w dwóch drutach - pierwotne. Łącząc początek jednego półuzwojenia z końcem drugiego, uzyskuje się punkt środkowy. Każdy transformator zasilający sterownika TK (trzeba będzie wykonać cztery) nawinięty jest na pierścień K20x12x6 wykonany z ferrytu M2000NM. Uzwojenia zawierają: pierwotne - 30, wtórne - 40 zwojów drutu PEV-2 0,28. Uzwojenie wtórne jest uzwojone jako pierwsze. Do założenia przetwornicy potrzebne będzie źródło 10...15 V DC o prądzie wyjściowym 5...10 A. W tym celu można wykorzystać ładowarkę samochodową, najlepiej wyposażoną w zabezpieczenie przed przeciążeniem prądu wyjściowego. Części o wysokiej i niskiej częstotliwości konwertera są regulowane osobno. Po zamontowaniu części wysokoczęstotliwościowej urządzenia należy upewnić się, że instalacja jest poprawna i wysokiej jakości. Następnie silnik rezystora zmiennego R4 ustawia się w górnym położeniu zgodnie ze schematem. Zasilanie dostarczane jest do urządzenia poprzez rezystor ograniczający prąd o rezystancji 10 omów i mocy 5 W. W takim przypadku prąd jałowy nie powinien przekraczać 300 mA, a napięcie na wyjściu prostownika VD4-VD7 powinno mieścić się w zakresie 190 ... pracowało przy prądzie około 200 A. Następnie przekaźnik prądowy jest podłączony do urządzenia i regulowana jest część wysokoczęstotliwościowa, zasilana z akumulatora. Stopniowo zwiększając moc obciążenia podłączonego do prostownika VD4-VD0,5 do 25 W, kontrolują pobierany prąd, napięcie wyjściowe i tryb termiczny przetwornicy. Podczas długotrwałej pracy temperatura radiatora nie powinna przekraczać 4°C. W związku z tym ustanowienie części urządzenia o wysokiej częstotliwości można uznać za zakończone. Zasilacz sterowników i same sterowniki nie wymagają regulacji podczas bezbłędnej instalacji. Ustanowienie jednostki sterującej falownika niskiej częstotliwości polega na ustawieniu częstotliwości generatora zegara (100 Hz) za pomocą rezystora strojenia R23 oraz czasu trwania przerwy między impulsami wyjściowymi (około 1 ms) za pomocą rezystora strojenia R26. Po zmontowaniu całej części niskoczęstotliwościowej przetwornicy, na jego wejście podawane jest stałe napięcie 10 ... 15 V (biorąc pod uwagę polaryzację), jednocześnie kontrolując wyjściowe napięcie przemienne na rezystorze R6 za pomocą oscyloskopu. Obserwowany sygnał wyjściowy powinien mieć przebieg prostokątny, symetryczny o współczynniku wypełnienia równym 2, bez widocznych zniekształceń. W razie potrzeby dokonaj dodatkowej regulacji czasu trwania przerwy między półokresami meandra za pomocą rezystora strojenia R26. To kończy regulację części niskoczęstotliwościowej przetwornika. Ponadto części o wysokiej i niskiej częstotliwości są ze sobą połączone, a wydajność konwertera jest monitorowana jako całość w całym zakresie mocy, w razie potrzeby regulując wyjściowe napięcie przemienne 220 V za pomocą rezystora zmiennego R4. Napięcie wyjściowe należy mierzyć przyrządem wskazującym pokazującym wartość skuteczną (efektywną)! Podsumowując, chciałbym zauważyć, że proponowane urządzenie można łatwo dostosować do wymaganej charakterystyki wyjściowej. Wybierając współczynnik podziału dzielnika rezystancyjnego R3-R5, można ustawić inne napięcie wyjściowe (np. 127 V), a zmieniając wartości elementów C17, R24 można uzyskać inne wartości częstotliwości wyjściowej (na przykład 400 Hz). literatura
Autor: I.Polej, Jużnosachalińsk
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ EiceDRIVER X3 - rodzina analogowych i cyfrowych izolowanych sterowników bramek ▪ Wydajny kryształ LED na podczerwień firmy Osram ▪ Opaska na nadgarstek z mikrofonem ultradźwiękowym ▪ Przewody elektryczne wykonane z tworzywa sztucznego
▪ sekcja serwisu Dozymetry. Wybór artykułu ▪ artykuł Jamesa Richardsona. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Jakim zwierzętom trzecie oko pomaga poruszać się w kosmosie? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Kompozycja funkcjonalna telewizorów Futic. Informator
Komentarze do artykułu: Peter Masz płyty do tego falownika?
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony