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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Dispositivo de protección para convertidor inversor. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Convertidores de tensión, rectificadores, inversores Recientemente, se han generalizado los convertidores inversores de tensión CC de 12 V a CA 230 V con una aproximación escalonada de tres niveles de medias ondas de tensión sinusoidal. Se utilizan principalmente para el suministro de energía de respaldo de equipos domésticos, incluidos los críticos para la forma de voltaje de suministro. Desafortunadamente, muy a menudo el fabricante, para reducir el coste del diseño, utiliza soluciones de circuitos que causan daños, si no al equipo conectado, sí al propio inversor. Una de las características más frecuentes y, lo más importante, no documentada de los inversores es la imposibilidad de su uso a largo plazo en el modo de funcionamiento combinado de la carga y la carga de la batería. Es decir, se entiende que en presencia de tensión de red se debe desconectar la carga del inversor, pudiendo éste funcionar como cargador, y en ausencia de tensión de red se debe conectar la carga manualmente y desconectar el cable de alimentación. de la red eléctrica para evitar la transición al modo combinado cuando se restablezca la tensión de red. En principio, esta implementación es normal para dispositivos utilizados en condiciones de campo, donde la posibilidad de un modo combinado está prácticamente excluida. Pero si se supone que el inversor se utiliza como fuente de energía de respaldo automática, se vuelve riesgoso. En la práctica, el autor tuvo que lidiar con un mal funcionamiento típico y recurrente de inversores de diversas capacidades que surgía por este motivo. Para evitar este tipo de fallos, se propone utilizar un dispositivo externo simple. Está diseñado para funcionar con baterías de plomo-ácido para automóviles y protege el inversor del cambio al modo combinado y el cambio necesario de los circuitos de alimentación, monitorea el voltaje en la batería y controla la inclusión del cargador del inversor, además de proteger la batería de descarga profunda. Funcionalmente, el dispositivo consta de dos nodos: uno de ellos (su diagrama se muestra en la Fig. 1) se usa para controlar el voltaje de la batería, el segundo (Fig. 2) se usa para controlar el voltaje de la red y la conmutación (los elementos están numerados a través de). Consideremos el principio de funcionamiento del primer nodo. Su base es un comparador basado en el amplificador operacional K140UD1A, ensamblado según el circuito clásico. La fuente de voltaje de referencia es el diodo zener VD1. Cuando el voltaje de suministro cae al valor umbral establecido mediante la resistencia de ajuste R2, el comparador cambia a un estado de nivel de salida alto. Después de un tiempo, determinado por la constante de tiempo del circuito R10C3 y el voltaje de ruptura del diodo zener VD3, el transistor VT1 se abre y se activa el relé K1. Se recomienda retrasar su activación para cambiar de modo de forma segura y completar todos los procesos transitorios. El LED HL1 (rojo) indica el estado del comparador (se enciende cuando aparece un nivel alto en la salida de este último). El valor de la histéresis de conmutación se establece cambiando la resistencia de la resistencia de ajuste R8.
Cuando hay tensión de red, el nodo monitorea la tensión de la batería y controla el cargador inversor. El umbral inferior para encender el cargador es de 12,2 V cuando la carga de la batería está apagada, el umbral superior para apagar es de 13,8 V [1-5]. En ausencia de tensión de red, el nodo protege la batería de una descarga profunda y apaga el inversor con una tensión de 11,3 V y funcionando bajo carga [1, 3, 6, 7]. La corrección necesaria del umbral inferior se garantiza cambiando la resistencia del brazo inferior del divisor R1-R3 utilizando los elementos VT2, R18 de la unidad de conmutación y monitoreo de voltaje de red. Esta unidad (Fig. 2) contiene un transformador reductor T1, cuatro interruptores electrónicos en transistores VT2-VT5 y tres relés K2-K4. En ausencia de tensión de red, los relés K2, K3 están desenergizados, sus contactos están en la posición que se muestra en el diagrama, la carga está conectada a la salida del convertidor U1. En este caso, el transistor VT3 está cerrado y VT5, por el contrario, está abierto (la tensión de polarización a su base se suministra desde la batería), por lo que el relé K4 se enciende y sus contactos K4.1, junto con los normalmente cerrado K1.2, asegúrese de que el convertidor esté encendido. El transistor VT2 también está cerrado y no afecta el umbral de conmutación del comparador. Si el voltaje de la batería cae a 11,3 V, para evitar una descarga profunda, el comparador conmuta, el transistor VT1 se abre, como resultado de lo cual se activa el relé K1 y sus contactos K1.2 se abren, apagando el inversor U1. Los contactos K1.1 se cerrarán en este caso, pero debido a la falta de tensión de red esto no tendrá consecuencias. Cuando se restablece el voltaje de entrada y el voltaje de la batería es normal, los relés K2, K3 se activan y la carga cambia a la red eléctrica. Los transistores VT3, VT5 cambian de estado al contrario, el relé K4 se desactiva y apaga el inversor. Al mismo tiempo, se abre el transistor VT2, la resistencia R18 está conectada en paralelo con R3 (ver Fig. 1), lo que asegura la corrección del umbral inferior a 12,2 V. Si el voltaje de la batería es superior a este valor, no sucederá nada más. y si es menor, al cambiar el comparador se activará el relé K1 y se activará el modo de carga de la batería con los contactos cerrados K1.1. El cierre del transistor VT3 en el momento de la pérdida de tensión de red va acompañado de una apertura breve del transistor VT4 (mientras se carga el condensador C5 a través de su unión de emisor y las resistencias R16, R19). El transistor abierto pasa por alto el diodo Zener VD1, el comparador entra en un estado con un nivel de voltaje de salida bajo independientemente del voltaje de la batería y el convertidor se ve obligado a encenderse. Esto es necesario porque cuando falla la tensión de red, el dispositivo puede estar en modo de carga, la tensión de la batería será claramente superior al umbral de conmutación del comparador y será necesario restablecerla a su estado original. El funcionamiento posterior del dispositivo depende del nivel de carga de la batería según el principio de funcionamiento descrito. El diodo VD8 sirve para descargar rápidamente el condensador C5 cuando se restablece la tensión de red. LED HL2 (color verde): indicador de la presencia de tensión de red. Por la iluminación de los LED HL1 y HL2 se puede juzgar el modo de funcionamiento del dispositivo y del inversor. Entonces, si HL1 se enciende, significa que no hay tensión de red, el inversor está apagado y el voltaje de la batería está por debajo de 11,3 V. El brillo del LED HL2 indica la presencia de tensión de red y la batería está completamente cargada. Finalmente, el encendido simultáneo de ambos indicadores indica que hay voltaje en la red y la batería se está cargando. El dispositivo utiliza resistencias fijas de pequeño tamaño de cualquier tipo indicadas en los diagramas de disipación de potencia. Resistencias recortadoras, preferiblemente de varias vueltas (con motor de tornillo sin fin). Condensadores polares: óxido K50-83, K50-16 de capacidad similar o importados similares, C2: cualquier cerámica de tamaño pequeño, por ejemplo, K10-73-1b, K10-17v. En lugar del K140UD1A, otros amplificadores operacionales de la serie K(R)140UD1 o cualquier amplificador operacional con parámetros similares, se puede utilizar como comparador una tensión de alimentación aceptable de 12 V ± 5 % y los circuitos de corrección correspondientes. Los transistores VT2-VT4 son reemplazables por cualquier análogo con parámetros que no sean peores que los utilizados por el autor (por ejemplo, la serie nacional KT3102 o el BC547 importado con cualquier índice de letras). En lugar de KT972A, puede instalar otros transistores de esta serie o utilizar transistores compuestos de transistores convencionales de baja y alta potencia conectados de forma adecuada (por ejemplo, las series KT315 y KT817). Diodo Zener VD1 - con una tensión de estabilización de 5...6 V a una corriente de estabilización de 5 mA, VD2 - 11 V, con la corriente mínima más baja posible y una corriente de estabilización máxima de al menos 12 mA, VD3 - 3.. .3,6 V. En lugar de KS211Zh (VD2), puede utilizar KS211E o cualquiera de KS211G, KS211D (en el segundo caso, R9 debe sustituirse por una resistencia con una resistencia de 160 ohmios y una potencia de disipación de 0,25 W). Relés K1 - K4 - OMRON G2RL112DC o similar para montaje en circuito impreso con una tensión nominal de devanado de 12 V, diseñados para una tensión de conmutación de 240 V a una corriente de al menos 5 A (la potencia de carga máxima depende de la corriente permitida). El transformador T1 es un transformador reductor con un devanado secundario de 2x9 V a una corriente de 100 mA. LED HL1 y HL2: respectivamente AL307BM y AL307VM, AL307GM o superbrillantes, por ejemplo, CREE C503-GC (HL1) y C503-RC (HL2). El dispositivo se monta en una caja de plástico, IP65 o IP67, con unas dimensiones internas de 110x110x82 mm. La ubicación de las placas y elementos remotos dentro de la caja se muestra en la Fig. 3. Los contactos de relé K1.2, K4.1 se conectan al cable abierto del interruptor de alimentación del inversor. Al instalar circuitos de energía, se deben observar las reglas de seguridad eléctrica.
La configuración consiste en configurar los umbrales de conmutación del comparador utilizando las resistencias de ajuste R2 y R8, así como posiblemente seleccionando la resistencia R18. Durante la configuración, se recomienda alimentar la unidad comparadora desde una fuente regulada externa. Conectando los terminales del colector y del emisor del transistor VT2 con un puente, primero, usando la resistencia R2, establezca el umbral inferior en 12,2 V, luego, usando R8, establezca el umbral superior en 13,8 V. Mediante aproximaciones sucesivas, el comparador se activa claramente a los valores de voltaje especificados. Después de esto, quitando el puente de los terminales VT2, verifique el cambio del umbral inferior a un nivel de 11,3 V. Si es necesario, seleccione la resistencia R18, reemplazándola temporalmente con una resistencia de recorte con una resistencia de 6,8...10 kOhm. En este punto, el ajuste puede considerarse completo. Literatura
Autor: D. Pankratiev
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