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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Conversor de tensão DC bateria de 12 V para tensão AC 220 V 50 Hz. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Conversores de tensão, retificadores, inversores Muitos conversores de tensão são descritos na literatura, mas quase todos eles apresentam sérias desvantagens. Eu projetei um conversor desprovido dessas deficiências. Ao fazê-lo, parti dos seguintes critérios: 1. A potência máxima fornecida à carga deve ser de pelo menos 1 kW. Essa condição nos forçou a abandonar transistores potentes na seção de potência (que são um "ponto sensível" em conversores de potência de 100-300 W) e usar trinistores potentes. 2. A tensão de saída próxima à senoidal na saída do conversor é obtida selecionando a capacitância de um capacitor conectado em paralelo com a carga ou usando inversores de corrente na seção de potência. 3. Eliminação de correntes "através". Esse problema é muito relevante e reside no fato de que o tempo de ativação de um transistor ou trinistor é menor que o tempo de desativação, ou seja, um dispositivo liga e fornece corrente ao enrolamento primário do transformador, e o segundo, que já deveria estar desligado neste momento, também fornece corrente ao enrolamento. Resolvi esse problema reduzindo a duração dos pulsos de controle por um tempo suficiente para fechar completamente o trinistor. 4. O desligamento automático do dispositivo quando a bateria está totalmente descarregada é obtido usando um dispositivo de limite. 5. O acionamento automático do conversor em caso de falta de energia e o carregamento da bateria (com desconexão do carregador quando totalmente descarregado) na presença de tensão de rede são assegurados por meio de um circuito em um relé e um carregador automático. O diagrama funcional do conversor é mostrado na Fig.1.
Na presença de tensão de rede de 220 V, a carga é conectada à rede e a bateria é conectada ao carregador. No caso de uma falha de tensão de rede, a tensão da bateria de 12 V é fornecida ao conversor de tensão e uma carga é conectada a ele. Todas essas operações são realizadas pelo dispositivo de comutação, que inclui um carregador automático. O oscilador mestre (MG) gera pulsos retangulares com duração de 10 ms e frequência de 50 Hz. Das saídas do ZG, os pulsos chegam à linha de atraso (LZ) e ao vibrador único. O LZ serve para garantir que o nível do log. "1" chegue ao circuito de coincidência 1 μs depois do pulso do único vibrador. A duração do pulso único do vibrador é subtraída da duração do pulso MO e deve ser maior que a duração do bloqueio dos trinistores usados. O formador de pulso de saída (WF) gera pulsos de controle para os eletrodos de controle dos trinistores da unidade de potência (MF). O diagrama esquemático do sistema de controle para a parte de potência do conversor de tensão é mostrado na Fig. 2, e os diagramas de tensão em pontos característicos são mostrados na Fig. 3.
ZG é feito nos elementos AND-NOT DD1.1, DD1.2. A frequência de pulso em sua saída é definida usando um medidor de frequência selecionando o resistor R1. Pulsos de frequência de 50 Hz são alimentados através do LZ na cadeia de integração R2C2 para a entrada DD1.4. O tempo de atraso do pulso é de aproximadamente 1 µs. A entrada 13 DD1.4 recebe pulsos de um único vibrador DD2.1, cujos pulsos de disparo são as quedas de tensão positiva dos pulsos ZG. A duração dos pulsos vibratórios individuais é determinada pelos elementos R3C3. A linha de atraso é usada para garantir que a queda de tensão positiva do pulso ZG chegue à entrada 12 DD1.4 depois que a queda de tensão negativa do pulso único aparecer na entrada 13 DD1.4 e não haja surto negativo de o pulso baseado no transistor VT1 com uma duração igual ao gatilho de tempo de resposta DD2.1. A duração do pulso do vibrador único é escolhida para ser de aproximadamente 20 μs com base no fechamento confiável dos trinistores da seção de energia do tipo TCh125, cujo tempo de ativação é de 6 μs. Ao usar outros tipos de trinistores, é necessário recalcular os valores de R3 e C3. Um pulso de controle positivo com duração de 2 μs é removido do coletor do transistor VT9,98. Da mesma forma, é gerado um impulso Uу2, que está em antifase com o impulso Uу1. A potência e o valor dos resistores R8 e R9 são selecionados de acordo com o tipo de transistor utilizado: R9 = R8 < 12 V / Iopen, PR8 = PR9 = 144 / R8 = 144 / R9. Se várias baterias conectadas em série forem usadas no conversor de tensão, as dimensões do transformador T1 serão significativamente reduzidas e, para obter a potência necessária na carga, podem ser selecionados trinistores com corrente menor. O projeto do circuito da parte de potência do conversor pode ser resolvido de forma mais simples usando poderosos tiristores bloqueáveis (Fig. 4).
A carga do inversor é o enrolamento primário do transformador T1. A carga de 220 V é conectada ao enrolamento secundário do transformador. O transformador é calculado de acordo com a metodologia repetidamente publicada na literatura educacional. Um capacitor é conectado em paralelo com a carga para obter uma forma de tensão próxima a senoidal. Sua capacidade depende da carga, é determinada experimentalmente. Na presença de um pulso de controle Uу1, os tiristores VS1 e VS4 são ligados e VS2 e VS3 são desligados. O enrolamento do transformador w1 está conectado com a extremidade esquerda ao barramento de força positivo, e com a extremidade direita ao negativo, e a corrente flui, conforme mostrado na Fig. 4. Na ausência de Uy1 e na presença de Uy2, VS1 e VS4 são desligados, a tensão e a corrente do enrolamento w1 mudam de direção. Ao travar VS1 e VS4 no momento t2, apesar da chegada do pulso de desbloqueio a VS2 e VS3, a corrente de carga devido à presença da indutância Lí tenderá a manter seu sentido. Para abrir caminho para a corrente de carga após o bloqueio de VS1 e VS4, os tiristores são desviados com os diodos VD10 - VD40. Portanto, a corrente de carga em t2 Uma solução de circuito mais complexa para construir a parte de potência do conversor é o uso de um inversor de corrente mostrado na Fig.5.
Os inversores atuais com controlador de tiristor indutivo são amplamente utilizados na indústria, por exemplo, em fontes de alimentação ininterruptas, sua potência chega a centenas de quilowatts. A forma de onda da tensão de saída é próxima a senoidal, o que permite que sejam usados sem filtros no lado CA. Devido à grande indutância do indutor de suavização Ld, a corrente id do inversor (corrente da fonte E) pode ser considerada perfeitamente suavizada. Um pulso positivo Uy1 abre os tiristores VS1 e VS4, um pulso positivo Uy2 abre os tiristores VS2 e VS3. A corrente de entrada do inversor id, devido ao chaveamento periódico realizado pelos tiristores, é convertida na diagonal da ponte em uma corrente alternada de forma retangular. Capacitor Sk - comutação. Serve para criar uma tensão de bloqueio nos transistores. Para eliminar a forte dependência da tensão da carga na magnitude da carga, foi utilizado um conversor de tensão CA ajustável com carga indutiva (elementos VS5, L). A corrente que consome tem o 1º harmônico, cuja defasagem em relação à tensão é sempre igual a π/2. A amplitude do 1º harmônico de corrente depende do ângulo de controle α, que é igual à mudança de fase dos pulsos de controle em VS5 em relação ao momento da mudança de tensão Un. Portanto, este circuito conversor de tensão é considerado uma indutância controlada. Ao ajustar iL alterando o ângulo α usando o circuito de controle, é necessário definir a mesma corrente iL, na qual o ângulo de deslocamento β entre a corrente iн e a tensão Un permaneceu inalterado, então a tensão na carga será constante quando o carregar as alterações atuais. Fórmulas para cálculo de Sk, Ld, L. Para comutação normal, o ângulo de deslocamento β entre tensão e corrente deve ser β≥ωtoff, onde ω = =2πf = 314 s-1 frequência angular; toff - tempo de desligamento do tiristor; tgβ = bc/(ynsosϕn tgϕn), onde bc = ωC é o módulo de condutância do capacitor Sk; yn = módulo de condutividade de carga 1/zn. Potência de carga ativa Рн = Еid = =Unincosϕ. Potência reativa do capacitor Qc = = U2нωСк. Potência de carga reativa Qн = Рнtgϕн. Potência reativa consumida pelo inversor Qi = Qc - Qí. Tensão de carga Un = 0,35πE[1 + (ωCk /yn cosϕn - tgϕn)2]1/2. Capacitância Ск = Рн(tgβ + tgϕн)/ωU2н. Indutância de estrangulamento Ld≥ {E[1 - cos(β + π/6)]cosϕ}/72fPícosβ se β<π/6. Ld≥ E2sin2β/144fPnsos2β se β≥π/6; Carga indutiva L≥1,4Uнsin(α- π/2)/ωiL ≥ 1,4Uн.ωiL, onde α é o ângulo de controle triac VS5, iL = Iw1maxsin(α- π/2). Para iL atual, triac VS também é selecionado. Um diagrama esquemático do controle do triac VS5 é mostrado na Fig.6. Este circuito é construído em um único vibrador DD2.1, que produz pulsos com duração não superior a 10 ms (a capacitância do capacitor C1 é selecionada). O único vibrador é iniciado por impulsos do circuito de controle (Fig. 2). A duração dos pulsos é regulada pelo resistor R1. Do coletor do transistor VT2, são retirados os pulsos de controle do triac Uу3. O valor e a potência do resistor R3 dependem da corrente de abertura do triac VS5 selecionado na seção de potência: R3 < E/I aberto; РR3==E2/R3. Se a potência de carga necessária não exceder 200 ... 300 W, a parte de potência do conversor pode ser feita em transistores de acordo com o diagrama da Fig. 7. A ausência do efeito de "correntes de passagem" é garantida pelo projeto do circuito do sistema de controle de acordo com a Fig.2. Autor: A.N.Mankovsky
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