Инверторы часто необходимы в там, где невозможно получить питание переменного тока от сети. Инвертор используется для преобразования мощности постоянного тока в мощность переменного тока. Инверторы могут быть двух типов: чистые синусоидальные инверторы и модифицированные инверторы. Эти инверторы чистой синусоидальной волны стоят довольно дорого, в то время как модифицированные инверторы стоят намного дешевле.
Модифицированные инверторы производят прямоугольную волну, и не используются для питания чувствительного электронного оборудования. В этой статье приведена простая инверторная схема, управляемая напряжением, использующая силовые транзисторы в качестве переключающих устройств, которая преобразует сигнал 12В постоянного тока в однофазный 220В переменного тока.
Принцип, лежащий в основе схемы
Основная идея каждой схемы инвертора состоит в том, чтобы создавать колебания с использованием заданного постоянного тока и прогонять эти колебания через первичную обмотку трансформатора путем усиления тока. Это первичное напряжение затем повышается до более высокого напряжения в зависимости от количества витков в первичной и вторичной обмотках катушек.
Схема инвертора
Преобразователь 12В постоянного тока в 220В переменного тока также может быть собран с использованием простых транзисторов. Преобразователь можно использовать для питания ламп мощностью до 35 Вт, но его можно также использовать для управления более мощными нагрузками, добавив больше полевых МОП-транзисторов.
Инвертор, реализованный в этой схеме, работает с устройствами, которым не требуется чистый синусоидальный переменный ток.
Принципиальная электрическая схема
Необходимые компоненты
- Аккумулятор 12В (можно заказать здесь)
- МОП-транзистор IRF 630-2
- 2Н2222 Транзисторы
- 2.2 мкф конденсаторы-2
- Резистор 680 Ом-2 и 12к-2
- Повышающий трансформатор 12В–220В
- Транзистор 2N2222 (можно заказать здесь)
- Транзистор IRF630 (можно заказать здесь)
Работа
Схему можно разделить на три части: генератор, усилитель и трансформатор. Требуется генератор на 50 Гц, так как частота переменного тока составляет 50 Гц.
Это может быть достигнуто путем создания нестабильного мультивибратора, который будет генерировать прямоугольную волну на частоте 50 Гц. В цепи R1, R2, R3, R4, C1, C2, T2 и T3 образуют генератор.
Каждый транзистор производит инвертирующие прямоугольные волны. Значения R1, R2 и C1 (R4, R3 и C2 идентичны) будут определять частоту. Формула для частоты прямоугольной волны, генерируемой нестабильным мультивибратором, имеет следующий вид:
F = 1 / (1,38 * R2 * C1)
Инвертирующие сигналы генератора усиливаются силовыми МОП-транзисторами T1 и T4. Эти усиленные сигналы подаются на повышающий трансформатор, центральный вывод которого подключен к 12В постоянного тока.
Коэффициент трансформатора должен быть 1:19, чтобы преобразовать 12В в 220В. Трансформатор объединяет оба инвертирующих сигнала для генерации переменного выходного сигнала прямоугольной формы в 220 В. Чтобы увеличить мощность инвертора, необходимо увеличить количество полевых МОП-транзисторов.
Схема преобразователя постоянного тока с 12В на 220В с использованием нестабильного мультивибратора
В инверторных схемах могут использоваться тиристоры в качестве переключающих устройств или транзисторы. Обычно для устройств малой и средней мощности используются силовые транзисторы. Причина использования силовых транзисторов заключается в том, что они имеют очень низкий выходной импеданс, позволяющий протекать на выходе максимальному току.
Одно из важных применений транзистора — переключение. В этом случае транзистор смещен в области насыщения и отсечки.
Когда транзистор смещен в области насыщения, переходы коллектор-эмиттер и коллектор-база смещены в прямом направлении. Здесь напряжение коллектор-эмиттер минимально, а коллекторный ток максимален.
Другой важный аспект этой схемы — генератор. Важное использование таймера 555 IC в его использовании в качестве нестабильного мультивибратора.
Нестабильный мультивибратор генерирует выходной сигнал, который переключается между двумя состояниями и, следовательно, может использоваться в качестве генератора. Частота колебаний определяется номиналами конденсатора и резисторов.
Принципиальная электрическая схема
Компоненты схемы
- V1 = 12 В
- R1 = 10 К
- R2 = 150 К
- R3 = 10 Ом
- R4 = 10 Ом
- Q1 = TIP41
- Q2 = TIP42
- D1 = D2 = 1N4007
- C3 = 2200 мкФ
- T1 = повышающий трансформатор 12В/220В
Объяснение конструкции схемы
Конструкция осциллятора: в качестве осциллятора можно использовать нестабильный мультивибратор. Здесь сконструирован нестабильный мультивибратор с таймером 555. Как известно, частота колебаний таймера 555 в нестабильном режиме определяется выражением:
f = 1,44 / (R1 + 2 * R2) * С
где R1 — сопротивление между разрядным выводом и Vcc, R2 — сопротивление между разрядным выводом и пороговым выводом, а C — емкость между пороговым выводом и землей. Также рабочий цикл выходного сигнала определяется как:
D = (R1 + R2) / (R1 + 2 * R2)
Поскольку наши требования составляют f = 50Гц и D = 50% и предполагая, что C равно 0,1 мкФ, мы можем вычислить значения R1 и R2 как 10 кОм и 140 кОм соответственно. Здесь мы предпочли использовать потенциометр 150K для точной настройки выходного сигнала.
Также между выводом управления и землей используется керамический конденсатор емкостью 0,01 мкФ.
Схема коммутации: Наша главная цель — переменный ток напряжением 220В. Требуется использование транзисторов высокой мощности, чтобы обеспечить прохождение максимального количества тока к нагрузке. По этой причине мы используем силовой транзистор TIP41 с максимальным током коллектора 6А, где ток базы равен току коллектора, деленному на коэффициент усиления постоянного тока. Это дает ток смещения около 0,4А * 10, т.е. 4А. Однако, поскольку этот ток больше максимального тока базы транзистора, мы предпочли значение меньше максимального тока базы. Предположим, что ток смещения равен 1А. Тогда резистор смещения равен:
R b = (V cc — V BE (ON) ) / I смещение
Для каждого транзистора V BE (ON) составляет около 2В. Таким образом, R b для каждого рассчитано равным 10Ом. Поскольку диоды используются для смещения, прямое падение напряжения на диодах должно быть равно прямому падению напряжения на транзисторах. По этой причине используются диоды 1N4007.
Конструктивные соображения для транзисторов PNP и NPN одинаковы. Мы использовали силовой транзистор PNP TIP42.
Расчет выходной нагрузки: поскольку выходной сигнал схемы переключения является выходом с широтно-импульсной модуляцией, он может содержать гармонические частоты, отличные от основной частоты переменного тока. По этой причине необходимо использовать электролитический конденсатор, для пропускания через него только основную частоту. Здесь мы используем электролитный конденсатор емкостью 2200 мкФ, достаточно большой, чтобы отфильтровать гармоники. Поскольку требуется выходное напряжение 220В, предпочтительно использовать повышающий трансформатор. Здесь используется повышающий трансформатор 12 В/220 В.
Работа цепи преобразователя 12В постоянного тока в 220В переменного тока
Когда это устройство питается от аккумулятора 12В, таймер 555, подключенный в нестабильном режиме, выдает прямоугольный сигнал с частотой 50 Гц.
Когда на выходе высокий логический уровень, диод D2 будет проводить ток, и ток пройдет через диоды D1, R3 на базу транзистора Q1.
Таким образом, транзистор Q1 будет включен. Когда выход находится на низком логическом уровне, диод D1 будет проводить ток, и ток будет течь через D1 и R4 к базе Q2, заставляя его включиться.
Это позволяет создавать постоянное напряжение через первичную обмотку трансформатора через чередующиеся интервалы. Конденсатор обеспечивает требуемую основную частоту сигнала.
Этот сигнал 12В переменного тока проходит через первичную обмотку трансформатора, затем повышается до сигнала 220В переменного тока на вторичной обмотке трансформатора.
Применение схемы преобразователя 12В постоянного тока в 220В переменного тока
- Эта схема может использоваться в автомобилях и других транспортных средствах для зарядки небольших аккумуляторов.
- Эта схема может использоваться для управления двигателями переменного тока малой мощности.
Ограничения
- Поскольку используется таймер 555, выходной сигнал может незначительно изменяться в районе требуемого рабочего цикла 50%, т.е. точный сигнал рабочего цикла 50% трудно достичь.
- Использование транзисторов снижает эффективность схемы.
- Использование переключающих транзисторов может вызвать перекрестные искажения выходного сигнала. Однако это ограничение было до некоторой степени уменьшено за счет использования смещающих диодов.
Примечание
Вместо таймера 555 можно использовать любой нестабильный мультивибратор. Например, эти схемы также могут быть собраны с использованием нестабильного мультивибратора 4047, выходной ток которого усиливается и подается на трансформатор.
С Уважением, МониторБанк