Ein Spannungswandler von 12 auf 220 V wird dort eingesetzt, wo elektrische Geräte, die normalen Netzstrom verbrauchen, an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen werden müssen. In vielen Fällen ist dieses Netzwerk nicht verfügbar. Die Verwendung eines autonomen Benzingenerators erfordert die Einhaltung der Wartungsvorschriften: ständige Überwachung des Arbeitskraftstoffstands, Belüftung. Die Verwendung von Konvertern komplett mit Autobatterien ermöglicht es Ihnen, das Problem am besten zu lösen.
Inhalt
Zweck und Funktionsprinzip
Was ist ein spannungswandler. Dies ist der Name eines elektronischen Geräts, das die Größe des Eingangssignals ändert. Es kann als Step-up- oder Step-down-Gerät verwendet werden. Die Eingangsspannung kann nach der Umwandlung sowohl ihre Größe als auch ihre Frequenz ändern.Solche Geräte, die die Gleichspannung in ein Wechselstrom-Ausgangssignal umwandeln (umwandeln), werden Wechselrichter genannt.
Spannungswandler werden sowohl als eigenständiges Gerät verwendet, das Verbraucher mit Wechselstrom versorgt, als auch als Teil anderer Produkte: Systeme und unterbrechungsfreie Stromversorgungen, Geräte zur Erhöhung der Gleichspannung auf den erforderlichen Wert.
Wechselrichter sind Spannungsgeneratoren harmonischer Schwingungen. Eine DC-Quelle, die eine spezielle Steuerschaltung verwendet, erzeugt einen Modus der periodischen Polaritätsumschaltung. Dadurch wird an den Ausgangskontakten des Gerätes, an dem die Last angeschlossen ist, ein Wechselspannungssignal erzeugt. Sein Wert (Amplitude) und seine Frequenz werden durch die Elemente der Wandlerschaltung bestimmt.
Das Steuergerät (Controller) stellt die Schaltfrequenz der Quelle und die Form des Ausgangssignals ein, und seine Amplitude wird durch die Elemente der Ausgangsstufe der Schaltung bestimmt. Sie sind für die maximale Leistung ausgelegt, die die Last aus dem Wechselstromkreis ziehen wird.
Die Steuerung wird auch verwendet, um die Größe des Ausgangssignals zu steuern, was durch Steuern der Impulsdauer (Erhöhen oder Verringern ihrer Breite) erreicht wird. Informationen über Änderungen des Werts des Ausgangssignals an der Last gelangen über die Rückkopplungsschaltung in die Steuerung, auf deren Grundlage ein Steuersignal darin erzeugt wird, um die erforderlichen Parameter zu speichern. Diese Technik wird PWM-Signale (Pulsweitenmodulation) genannt.
In den Schaltungen der Leistungsausgangstasten eines 12-V-Spannungswandlers können leistungsstarke zusammengesetzte Bipolartransistoren, Halbleiterthyristoren und Feldeffekttransistoren verwendet werden. Steuerschaltungen werden auf Mikroschaltungen implementiert, die gebrauchsfertige Geräte mit den erforderlichen Funktionen (Mikrocontroller) sind, die speziell für solche Wandler entwickelt wurden.
Die Steuerschaltung stellt die Betätigungsfolge der Tasten bereit, um den Ausgang des Wechselrichters mit dem Signal zu versorgen, das für den normalen Betrieb von Verbrauchergeräten erforderlich ist. Außerdem muss die Regelschaltung für die Symmetrie der Halbwellen der Ausgangsspannung sorgen. Dies ist besonders wichtig für Schaltungen, die am Ausgang Aufwärtstransformatoren verwenden. Für sie ist das Auftreten einer konstanten Spannungskomponente, die auftreten kann, wenn die Symmetrie gebrochen wird, nicht akzeptabel.
Es gibt viele Möglichkeiten, Spannungsinverter-Schaltungen (VIN) zu konstruieren, aber drei Hauptarten werden davon unterschieden:
- IN transformatorlose Brücke;
- Trafo IN mit Neutralleiter;
- Brückenschaltung mit Transformator.
Jeder von ihnen findet in seinem Bereich Anwendung, abhängig von der darin verwendeten Stromquelle und der erforderlichen Ausgangsleistung für Stromverbraucher. Jeder von ihnen muss mit Schutz- und Signalelementen ausgestattet sein.
Der Unterspannungs- und Überspannungsschutz der DC-Quelle bestimmt den Arbeitsbereich der Wechselrichter „am Eingang“. Für den normalen Betrieb von Verbrauchergeräten ist ein Schutz gegen hohe und niedrige Ausgangs-Wechselspannung erforderlich. Der Betriebsbereich wird entsprechend den Anforderungen der verwendeten Last eingestellt.Diese Arten von Schutz sind reversibel, dh wenn die Geräteparameter wieder normal sind, kann die Arbeit wiederhergestellt werden.
Wenn der Schutz aufgrund eines Kurzschlusses in der Last oder einer übermäßigen Erhöhung des Ausgangsstroms auslöst, ist eine gründliche Analyse der Ursachen dieses Ereignisses erforderlich, bevor das Gerät weiter betrieben wird.
Der 12-V-Konverter ist am besten geeignet, um ein lokales Stromnetz aufzubauen. Das Vorhandensein einer großen Anzahl von Autos und 12-V-Gleichstrombatterien ermöglicht es, sie zu verwenden, um die Bedürfnisse der Benutzer zu erfüllen. Ausgehend vom eigenen Auto lassen sich solche Netzwerke an den unterschiedlichsten Orten aufbauen. Sie sind mobil und unabhängig vom Parkplatz.
Sorten von Konvertern von 12 bis 220 Volt
Einfache Konverter von 12 bis 220 sind für Verbraucher mit geringer Leistung ausgelegt. Die Anforderungen an die Qualität der Ausgangsversorgungsspannung und die Form des Signals sind gering. Ihre klassischen Schaltungen verwenden keine PWM-Mikrocontroller. Der auf den Logikelementen AND-NOT aufgebaute Multivibrator erzeugt elektrische Impulse mit einer Wiederholrate von 100 Hz. Ein D-Flip-Flop wird verwendet, um ein gegenphasiges Signal zu erzeugen. Er teilt die Frequenz des Masteroszillators durch 2. An den direkten und inversen Triggerausgängen wird ein gegenphasiges Signal in Form von Rechteckimpulsen erzeugt.
Dieses Signal steuert über die Pufferelemente auf den Logikelementen NICHT die Ausgangsschaltung des Wandlers, die auf Schlüsseltransistoren aufgebaut ist. Ihre Leistung bestimmt die Ausgangsleistung der Wechselrichter.
Transistoren können zusammengesetzte Bipolar- und Feldtransistoren sein. Die Senken- oder Kollektorschaltungen umfassen die Hälfte der Primärwicklung des Transformators. Seine Sekundärwicklung ist für eine Ausgangsspannung von 220 V ausgelegt.Da das Flip-Flop die 100-Hz-Multivibratorfrequenz durch 2 teilt, beträgt die Ausgangsfrequenz 50 Hz. Ein solcher Wert ist erforderlich, um die überwiegende Mehrheit der elektrischen und Funkgeräte im Haushalt mit Strom zu versorgen.
Alle Elemente der Schaltung werden von der Fahrzeugbatterie gespeist, wobei zusätzliche Elemente zur Stabilisierung und zum Schutz vor hochfrequenten Störungen verwendet werden. Auch der Akku selbst ist davor geschützt.
In den Schaltungen einfacher Konverter sind keine Schutzelemente und keine automatische Steuerung vorgesehen. Die Frequenz des Ausgangssignals wird durch die Wahl der Kapazität des Kondensators und des Widerstandswerts des in der Master-Oszillatorschaltung enthaltenen Widerstands bestimmt. Als einfachster Schutz gegen einen Kurzschluss in der Last wird eine Sicherung im Stromkreis der den Stromkreis versorgenden Autobatterie eingesetzt. Daher ist es immer notwendig, einen Satz Sicherungseinsätze als Ersatz vorrätig zu haben.
Leistungsstärkere moderne DC-AC-Wandler werden nach anderen Schemata hergestellt. Der PWM-Controller stellt die Betriebsart ein. Es bestimmt auch die Amplitude und Frequenz des Ausgangssignals.
Die 2000-W-Wandlerschaltung (12 V + 220 V + 2000 W) verwendet eine Parallelschaltung von aktiven Leistungselementen in ihren Ausgangsstufen, um die erforderliche Ausgangsleistung zu erhalten. Bei dieser Schaltung werden die Ströme der Transistoren aufsummiert.
Eine zuverlässigere Möglichkeit, den Leistungsparameter zu erhöhen, besteht jedoch darin, mehrere DC / DC-Wandler als Eingangssignal eines gemeinsamen DC / AC-Wechselrichters (Gleichstrom / Wechselstrom) zu kombinieren, dessen Ausgang zum Anschluss einer leistungsstarken Last verwendet wird.Jeder der DC/DC-Wandler besteht aus einem Wechselrichter mit Trafoausgang und einem Gleichrichter für diese Spannung. An den Ausgangsklemmen liegt eine konstante Spannung von ca. 300 V. Alle sind am Ausgang parallel geschaltet.
Es ist schwierig, mehr als 600 W Leistung aus einem Wechselrichter herauszuholen. Die gesamte Schaltung des Gerätes wird von der Batteriespannung versorgt.
Solche Schaltungen sind mit allen Arten von Schutz versehen, einschließlich thermischem Schutz. Auf der Oberfläche der Strahler der Ausgangstransistoren sind Temperatursensoren angebracht. Sie erzeugen je nach Erwärmungsgrad Spannung. Das Schwellwertgerät vergleicht es mit dem in der Entwurfsphase eingestellten und gibt ein Signal aus, um das Gerät mit dem entsprechenden Alarm zu stoppen. Jede Zündschutzart ist mit einem eigenen, oft akustischen Signalgeber ausgestattet.
Auch eine zusätzliche Zwangskühlung kommt mit Hilfe eines im Gehäuse verbauten Luftkühlers zum Einsatz, der auf Befehl des entsprechenden Thermosensors automatisch in Betrieb geht. Darüber hinaus ist das Gehäuse selbst ein zuverlässiger Kühlkörper, da es aus Wellblech besteht.
Entsprechend der Wellenform der Ausgangsspannung
Einphasige Spannungswandler lassen sich in zwei Gruppen einteilen:
- mit einer reinen Sinuswelle am Ausgang;
- mit einer modifizierten Sinuswelle.
Bei den Wechselrichtern der ersten Gruppe erzeugt der Hochfrequenzwandler eine konstante Spannung. Sein Wert liegt nahe an der Amplitude des Sinussignals, das am Ausgang des Geräts erhalten werden muss.In einer Brückenschaltung wird von dieser Gleichspannung durch Pulsweitenmodulation des Reglers und eines Tiefpassfilters ein sehr sinusähnlicher Anteil abgetrennt. Die Ausgangstransistoren öffnen mehrmals in jeder Halbwelle für eine Zeit, die gemäß dem Oberschwingungsgesetz variiert.
Bei Geräten, die am Eingang einen Trafo oder Motor haben, ist eine reine Sinuswelle notwendig. Der Hauptteil moderner Geräte ermöglicht eine Spannungsversorgung, deren Form ungefähr einer Sinuskurve ähnelt. Besonders geringe Anforderungen werden an Produkte mit Schaltnetzteilen gestellt.
Transformer-Geräte
Spannungswandler können Transformatoren enthalten. In Wechselrichterschaltungen sind sie am Betrieb von Master-Sperrschwingern beteiligt, die Impulse erzeugen, die eine nahezu rechteckige Form haben. Als Teil eines solchen Generators wird ein Impulstransformator verwendet. Seine Wicklungen sind so verschaltet, dass eine positive Rückkopplung entsteht, wodurch ungedämpfte Schwingungen entstehen.
Der Magnetkreis (Kern) besteht aus einer Legierung mit hoher Magnetfeldkapazität. Aus diesem Grund arbeitet der Transformator in einem ungesättigten Modus. Verschiedene Arten von Ferriten, Permalloy, haben diese Eigenschaften.
Multivibratoren haben Transformatorblockiergeneratoren ersetzt. Sie verwenden eine moderne Elementbasis und haben im Vergleich zu ihren Vorgängern eine höhere Frequenzstabilität. Außerdem wird bei Multivibratorschaltungen auf einfache Weise eine Änderung der Betriebsfrequenz des Generators erreicht.
In modernen Wechselrichtermodellen arbeiten Transformatoren in den Endstufen.Durch den Ausgang vom Mittelpunkt der Primärwicklung zu den Kollektoren oder Drains der darin verwendeten Transistoren wird die Versorgungsspannung von der Batterie zugeführt. Die Sekundärwicklungen werden mit dem Übersetzungsverhältnis für eine Wechselspannung von 220 V berechnet. Dieser Wert wird verwendet, um die meisten Haushaltsverbraucher zu versorgen.
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