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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Convertidor de tensión CC de batería de 12 V a tensión CA de 220 V 50 Hz. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Convertidores de tensión, rectificadores, inversores Muchos convertidores de voltaje se describen en la literatura, pero casi todos tienen serios inconvenientes. He diseñado un convertidor desprovisto de estas deficiencias. Al hacerlo, partí de los siguientes criterios: 1. La potencia máxima entregada a la carga debe ser de al menos 1 kW. Esta condición nos obligó a abandonar los transistores potentes en la sección de potencia (que son un "punto doloroso" en los convertidores de potencia de 100-300 W) y utilizar trinistores potentes. 2. Se logra una tensión de salida cercana a la sinusoidal en la salida del convertidor seleccionando la capacitancia de un capacitor conectado en paralelo con la carga o usando inversores de corriente en la sección de potencia. 3. Eliminación de corrientes "de paso". Este problema es muy relevante y radica en que el tiempo de encendido de un transistor o trinistor es menor que el tiempo de apagado, es decir un dispositivo se enciende y suministra corriente al devanado primario del transformador, y el segundo, que ya debería estar apagado en este momento, también suministra corriente al devanado. Resolví este problema reduciendo la duración de los pulsos de control por un tiempo suficiente para cerrar completamente el trinistor. 4. El apagado automático del dispositivo cuando la batería está completamente descargada se logra mediante el uso de un dispositivo de umbral. 5. El encendido automático del convertidor en caso de corte de energía y la carga de la batería (con desconexión del cargador cuando está completamente descargada) en presencia de tensión de red se garantizan mediante el uso de un circuito en un relé y un cargador automático. El diagrama funcional del convertidor se muestra en la Fig.1.
En presencia de una tensión de red de 220 V, la carga se conecta a la red y la batería se conecta al cargador. En caso de fallo de la tensión de red, se suministra tensión de batería de 12 V al convertidor de tensión y se le conecta una carga. Todas estas operaciones son realizadas por el dispositivo de conmutación, que incluye un cargador automático. El oscilador maestro (MG) genera pulsos rectangulares con una duración de 10 ms y una frecuencia de 50 Hz. Desde las salidas del ZG, los pulsos llegan a la línea de retardo (LZ) y al vibrador único. El LZ sirve para asegurar que el nivel del logaritmo "1" llegue al circuito de coincidencia 1 μs más tarde que el pulso del vibrador único. La duración del pulso vibrador único se resta de la duración del pulso MO y debe ser mayor que la duración del bloqueo de los trinistores utilizados. El formador de pulsos de salida (WF) genera pulsos de control a los electrodos de control de los trinistores de la unidad de potencia (MF). El diagrama esquemático del sistema de control para la parte de potencia del convertidor de voltaje se muestra en la Fig. 2, y los diagramas de voltaje en los puntos característicos se muestran en la Fig. 3.
ZG se hace sobre los elementos Y-NO DD1.1, DD1.2. La frecuencia del pulso en su salida se establece utilizando un medidor de frecuencia seleccionando la resistencia R1. Los pulsos de frecuencia de 50 Hz se alimentan a través de la LZ en la cadena integradora R2C2 a la entrada DD1.4. El tiempo de retardo del pulso es de aproximadamente 1 µs. La entrada 13 DD1.4 recibe pulsos de un solo vibrador DD2.1, cuyos pulsos de activación son las caídas de tensión positivas de los pulsos ZG. La duración de los pulsos vibradores individuales está determinada por los elementos R3C3. La línea de retardo se usa para garantizar que la caída de voltaje positiva del pulso ZG llegue a la entrada 12 DD1.4 más tarde que la caída de voltaje negativa del pulso de un disparo aparece en la entrada 13 DD1.4, y no hay un aumento negativo de el pulso basado en el transistor VT1 con una duración igual al tiempo de respuesta del disparador DD2.1. La duración del pulso del vibrador único se elige para que sea de aproximadamente 20 μs en función del cierre confiable de los trinistores de la sección de potencia del tipo TCh125, cuyo tiempo de activación es de 6 μs. Cuando se utilizan otros tipos de trinistores, es necesario recalcular los valores de R3 y C3. Un pulso positivo de control con una duración de 2 μs se retira del colector del transistor VT9,98. De manera similar, se genera un impulso Uу2, que está en antifase con el impulso Uу1. La potencia y el valor de las resistencias R8 y R9 se seleccionan de acuerdo con el tipo de transistores utilizados: R9 = R8 < 12 V / Iabierto, PR8 = PR9 = 144 / R8 = 144 / R9. Si se utilizan varias baterías conectadas en serie en el convertidor de voltaje, las dimensiones del transformador T1 se reducirán significativamente y para obtener la potencia requerida en la carga, se pueden seleccionar trinistores con una corriente más baja. El diseño del circuito de la parte de potencia del convertidor se puede resolver de la manera más sencilla mediante el uso de potentes tiristores bloqueables (Fig. 4).
La carga del inversor es el devanado primario del transformador T1. La carga de 220 V está conectada al devanado secundario del transformador. El transformador se calcula según la metodología que se ha publicado repetidamente en la literatura educativa. Se conecta un capacitor en paralelo con la carga para obtener una forma de voltaje cercana a la sinusoidal. Su capacidad depende de la carga, se determina experimentalmente. En presencia de un pulso de control Uу1, los tiristores VS1 y VS4 se encienden y VS2 y VS3 se apagan. El devanado del transformador w1 está conectado con el extremo izquierdo a la barra de alimentación positiva y con el extremo derecho a la negativa, y la corriente fluye, como se muestra en la Fig. 4. En ausencia de Uy1 y la presencia de Uy2, VS1 y VS4 se apagan, el voltaje y la corriente del devanado w1 cambian de dirección. Al bloquear VS1 y VS4 en el momento t2, a pesar de la llegada del pulso de desbloqueo a VS2 y VS3, la corriente de carga iн debido a la presencia de la inductancia Lн tenderá a mantener su dirección. Para abrir paso a la corriente de carga después de bloquear VS1 y VS4, los tiristores se derivan con diodos VD10 - VD40. Por lo tanto, la corriente de carga en t2 Una solución de circuito más compleja para construir la parte de potencia del convertidor es el uso de un inversor de corriente que se muestra en la Fig.5.
Los inversores de corriente con un controlador de tiristores inductivos se usan ampliamente en la industria, por ejemplo, en sistemas de alimentación ininterrumpida, su potencia alcanza cientos de kilovatios. La forma de onda del voltaje de salida es casi sinusoidal, lo que les permite usarse sin filtros en el lado de CA. Debido a la gran inductancia del inductor de suavizado Ld, la corriente del inversor id (corriente de fuente E) puede considerarse perfectamente suavizada. Un pulso positivo Uy1 abre los tiristores VS1 y VS4, un pulso positivo Uy2 abre los tiristores VS2 y VS3. La corriente de entrada del inversor id, debido a la conmutación periódica que realizan los tiristores, se convierte en la diagonal del puente en una corriente alterna de forma rectangular. Condensador Sk - conmutación. Sirve para crear un voltaje de bloqueo en los transistores. Para eliminar la fuerte dependencia del voltaje de la carga de la magnitud de la carga, se utilizó un convertidor de voltaje de CA ajustable con una carga inductiva (elementos VS5, L). La corriente que consume tiene el 1er armónico, cuyo desfase relativo al voltaje es siempre igual a π/2. La amplitud del primer armónico de corriente depende del ángulo de control α, que es igual al cambio de fase de los pulsos de control en VS1 en relación con el momento del cambio de voltaje Un. Por lo tanto, este circuito convertidor de voltaje se considera como una inductancia controlada. Al ajustar iL cambiando el ángulo α usando el circuito de control, es necesario establecer la misma corriente iL, en la que el ángulo de cambio β entre la corriente iн y el voltaje Un permaneció sin cambios, entonces el voltaje en la carga será constante cuando el cambios de corriente de carga. Fórmulas para calcular Sk, Ld, L. Para conmutación normal, el ángulo de cambio β entre tensión y corriente debe ser β≥ωtoff, donde ω = =2πf = 314 s-1 frecuencia angular; toff - tiempo de apagado del tiristor; tgβ = bc/(ynsosϕn tgϕn), donde bc = ωC es el módulo de conductancia del capacitor Sk; yn = 1/zn módulo de conductividad de carga. Potencia de carga activa Рн = Еid = =Unincosϕ. Potencia reactiva del condensador Qc = = U2нωСк. Potencia de carga reactiva Qн = Рнtgϕн. Potencia reactiva consumida por el inversor Qi = Qc - Qn. Tensión de carga Un = 0,35πE[1 + (ωCk /yn cosϕn - tgϕn)2]1/2. Capacitancia Ск = Рн(tgβ + tgϕн)/ωU2н. Inductancia de estrangulamiento Ld≥ {E[1 - cos(β + π/6)]cosϕ}/72fPнcosβ si β<π/6. Ld≥ E2sin2β/144fPnsos2β si β≥π/6; Carga inductiva L≥1,4Uнsin(α- π/2)/ωiL ≥ 1,4Uн.ωiL, donde α es el ángulo de control del triac VS5, iL = Iw1maxsin(α- π/2). Para iL actual, también se selecciona triac VS. Un diagrama esquemático del control del triac VS5 se muestra en la Fig.6. Este circuito está construido sobre un vibrador único DD2.1, que produce pulsos con una duración de no más de 10 ms (se selecciona la capacitancia del capacitor C1). El vibrador único se pone en marcha mediante impulsos del circuito de control (Fig. 2). La duración de los pulsos está regulada por la resistencia R1. Del colector del transistor VT2, se toman los pulsos de control del triac Uy3. El valor y la potencia de la resistencia R3 dependen de la corriente de apertura del triac VS5 seleccionado en la sección de potencia: R3 < E/I abierto; РR3==E2/R3. Si la potencia de carga requerida no supera los 200 ... 300 W, la parte de potencia del convertidor se puede hacer en transistores de acuerdo con el diagrama de la Fig. 7. La ausencia del efecto de "corrientes de paso" está asegurada por el diseño del circuito del sistema de control de acuerdo con la Fig.2. Autor: A. N. Mankovsky
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