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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Dispositivo de proteção para conversor inversor. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Conversores de tensão, retificadores, inversores Recentemente, conversores inversores de tensão CC de 12 V a 230 V CA com uma aproximação de três níveis de meias ondas de tensão senoidal tornaram-se difundidos. Eles são usados principalmente para alimentação de reserva de equipamentos domésticos, incluindo aqueles críticos para a forma de tensão de alimentação. Infelizmente, muitas vezes o fabricante, para reduzir o custo do projeto, utiliza soluções de circuito que causam danos, senão ao equipamento conectado, pelo menos ao próprio inversor. Uma das características frequentemente encontradas e, mais importante, não documentadas dos inversores é a impossibilidade de seu uso a longo prazo no modo de operação combinada da carga e carregamento da bateria. Ou seja, entende-se que na presença de tensão de rede a carga deve ser desconectada do inversor, podendo funcionar como carregador, e na ausência de tensão de rede a carga deve ser conectada manualmente e o cabo de alimentação desconectado da rede elétrica para evitar a transição para o modo combinado quando a tensão da rede for restaurada. Em princípio, tal implementação é normal para dispositivos utilizados em condições de campo, onde a possibilidade de modo combinado está praticamente excluída. Mas se o inversor for usado como fonte de energia de reserva automática, torna-se arriscado. Na prática, o autor teve que lidar com um mau funcionamento típico recorrente de inversores de diversas capacidades que surgiu por esse motivo. Para evitar tais falhas, propõe-se a utilização de um dispositivo externo simples. Ele foi projetado para funcionar com baterias automotivas de chumbo-ácido e protege o inversor da comutação para o modo combinado e da necessária comutação dos circuitos de potência, monitorando a tensão da bateria e controlando a inclusão do carregador do inversor, além de proteger a bateria de descarga profunda. Funcionalmente, o dispositivo consiste em dois nós: um deles (seu diagrama é mostrado na Fig. 1) é usado para controlar a tensão da bateria, o segundo (Fig. 2) é usado para controlar a tensão da rede e comutação (os elementos são numerados através). Consideremos o princípio de funcionamento do primeiro nó. Sua base é um comparador baseado no amplificador operacional K140UD1A, montado de acordo com o circuito clássico. A fonte de tensão de referência é o diodo zener VD1. Quando a tensão de alimentação cai para o valor limite definido pelo resistor de ajuste R2, o comparador muda para um estado de nível de saída alto. Após algum tempo, determinado pela constante de tempo do circuito R10C3 e pela tensão de ruptura do diodo zener VD3, o transistor VT1 abre e o relé K1 é acionado. Atrasar sua ativação é recomendado para alternar modos com segurança e concluir todos os processos transitórios. O LED HL1 (vermelho) indica o estado do comparador (acende quando aparece um nível alto na saída deste). O valor da histerese de comutação é definido alterando a resistência do resistor de corte R8.
Quando há tensão de rede, o nó monitora a tensão da bateria e controla o carregador do inversor. O limite inferior para ligar o carregador é 12,2 V quando a carga da bateria está desligada, o limite superior para desligar é 13,8 V [1-5]. Na ausência de tensão de rede, o nó protege a bateria contra descarga profunda e coloca o inversor no estado desligado com tensão de 11,3 V e operando sob carga [1, 3, 6, 7]. A correção necessária do limite inferior é garantida alterando a resistência do braço inferior do divisor R1-R3 usando os elementos VT2, R18 da unidade de monitoramento e comutação de tensão da rede. Esta unidade (Fig. 2) contém um transformador abaixador T1, quatro chaves eletrônicas nos transistores VT2-VT5 e três relés K2-K4. Na ausência de tensão de rede, os relés K2, K3 são desenergizados, seus contatos ficam na posição mostrada no diagrama, a carga é conectada à saída do conversor U1. Neste caso, o transistor VT3 está fechado, e o VT5, ao contrário, está aberto (a tensão de polarização para sua base é fornecida pela bateria), então o relé K4 está ligado, e seus contatos K4.1, juntamente com o normalmente fechado K1.2, certifique-se de que o conversor esteja ligado. O transistor VT2 também está fechado e não afeta o limite de comutação do comparador. Se a tensão da bateria cair para 11,3 V, então para evitar descarga profunda, o comparador comuta, o transistor VT1 abre, fazendo com que o relé K1 funcione e seus contatos K1.2 abram, desligando o inversor U1. Os contatos K1.1 fecharão neste caso, mas devido à falta de tensão de rede isso não causará quaisquer consequências. Quando a tensão de entrada é restaurada e a tensão da bateria está normal, os relés K2, K3 são ativados e a carga é comutada para alimentação da rede elétrica. Os transistores VT3, VT5 mudam de estado para o oposto, o relé K4 é desenergizado e desliga o inversor. Ao mesmo tempo, o transistor VT2 abre, o resistor R18 é conectado em paralelo com R3 (ver Fig. 1), o que garante a correção do limite inferior para 12,2 V. Se a tensão da bateria for superior a este valor, nada mais acontecerá, e se for menor, a comutação do comparador acionará o relé K1 e ligará o modo de carregamento da bateria com contatos fechados K1.1. O fechamento do transistor VT3 no momento da perda da tensão da rede é acompanhado por uma abertura de curto prazo do transistor VT4 (durante o carregamento do capacitor C5 através de sua junção de emissor e resistores R16, R19). O transistor aberto ignora o diodo zener VD1, o comparador entra em um estado com baixo nível de tensão de saída, independentemente da tensão da bateria, e o conversor é forçado a ligar. Isto é necessário porque quando a tensão da rede falha, o dispositivo pode estar no modo de carregamento, a tensão da bateria será claramente superior ao limite de comutação do comparador e precisará ser redefinida para seu estado original. A operação adicional do dispositivo depende do nível de carga da bateria de acordo com o princípio operacional descrito. O diodo VD8 serve para descarregar rapidamente o capacitor C5 quando a tensão da rede for restaurada. LED HL2 (cor verde) - indicador da presença de tensão de rede. Pelo brilho dos LEDs HL1 e HL2, você pode avaliar o modo de operação do dispositivo e do inversor. Portanto, se HL1 acender significa que não há tensão de rede, o inversor está desligado e a tensão da bateria está abaixo de 11,3 V. O brilho do LED HL2 indica a presença de tensão de rede e a bateria está totalmente carregada. Por fim, o acendimento simultâneo de ambos os indicadores indica que há tensão na rede e que a bateria está carregando. O dispositivo utiliza resistores fixos de pequeno porte de qualquer tipo indicado nos diagramas de dissipação de potência. Resistores trimmer - de preferência multivoltas (com motor de acionamento sem-fim). Capacitores polares - óxido K50-83, K50-16 de capacidade semelhante ou similares importados, C2 - qualquer cerâmica de pequeno porte, por exemplo, K10-73-1b, K10-17v. Em vez de K140UD1A, outros amplificadores operacionais da série K(R)140UD1 ou qualquer amplificador operacional com parâmetros semelhantes, uma tensão de alimentação aceitável de 12 V ± 5% e circuitos de correção correspondentes podem ser usados como comparador. Os transistores VT2-VT4 são substituíveis por quaisquer análogos com parâmetros não piores que os usados pelo autor (por exemplo, série KT3102 doméstica ou BC547 importado com qualquer índice de letras). Em vez do KT972A, você pode instalar outros transistores desta série ou usar transistores compostos de transistores convencionais de baixa e alta potência conectados de maneira apropriada (por exemplo, as séries KT315 e KT817). Diodo Zener VD1 - com tensão de estabilização de 5...6 V com corrente de estabilização de 5 mA, VD2 - 11 V, com a menor corrente mínima possível e corrente máxima de estabilização de pelo menos 12 mA, VD3 - 3.. .3,6 V. Em vez de KS211Zh (VD2) você pode usar KS211E ou qualquer um dos KS211G, KS211D (no segundo caso, R9 deve ser substituído por um resistor com resistência de 160 Ohms e potência de dissipação de 0,25 W). Relés K1 - K4 - OMRON G2RL112DC ou similar para montagem em circuito impresso com tensão nominal de enrolamento de 12 V, projetado para chavear tensão de 240 V em corrente de pelo menos 5 A (a potência máxima de carga depende da corrente permitida). O transformador T1 é um transformador abaixador com enrolamento secundário de 2x9 V com corrente de 100 mA. LEDs HL1 e HL2 - respectivamente AL307BM e AL307VM, AL307GM ou superbrilhantes, por exemplo, CREE C503-GC (HL1) e C503-RC (HL2). O aparelho é montado em caixa plástica, IP65 ou IP67, com dimensões internas de 110x110x82 mm. A localização das placas e elementos remotos dentro do gabinete é mostrada na Fig. 3. Os contatos do relé K1.2, K4.1 são conectados ao fio aberto da chave de alimentação do inversor. Ao instalar circuitos de energia, devem ser observadas as regras de segurança elétrica.
A configuração consiste em definir os limites de comutação do comparador usando os resistores de ajuste R2 e R8, bem como possivelmente selecionar o resistor R18. Durante a configuração, recomenda-se alimentar a unidade comparadora a partir de uma fonte externa regulada. Ao conectar os terminais coletor e emissor do transistor VT2 com um jumper, primeiro, usando o resistor R2, defina o limite inferior para 12,2 V, depois, usando R8, defina o limite superior para 13,8 V. Por aproximações sucessivas, o comparador é claramente ativado nos valores de tensão especificados. Depois disso, removendo o jumper dos terminais VT2, verifique o deslocamento do limite inferior para um nível de 11,3 V. Se necessário, selecione o resistor R18, substituindo-o temporariamente por um resistor de corte com resistência de 6,8...10 kOhm. Neste ponto, o ajuste pode ser considerado completo. Literatura
Autor: D. Pankratiev
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