Un convertitore di tensione da 12 a 220 V viene utilizzato dove è necessario collegare dispositivi elettrici che consumano corrente di rete standard a una fonte di tensione alternata. In molti casi, questa rete non è disponibile. L'uso di un generatore di benzina autonomo richiede il rispetto delle regole per la sua manutenzione: monitoraggio costante del livello del carburante di lavoro, ventilazione. L'utilizzo di convertitori completi di batterie per auto permette di risolvere il problema nel migliore dei modi.
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Scopo e principio di funzionamento
Che cos'è un convertitore di tensione. Questo è il nome di un dispositivo elettronico che cambia l'ampiezza del segnale in ingresso. Può essere utilizzato come dispositivo step up o step down. La tensione di ingresso dopo la conversione può cambiare sia l'ampiezza che la frequenza.Tali dispositivi che cambiano la tensione CC (la convertono) in un segnale di uscita CA sono chiamati inverter.
I convertitori di tensione vengono utilizzati sia come dispositivo autonomo che fornisce ai consumatori energia CA, sia come parte di altri prodotti: sistemi e gruppi di continuità, dispositivi per aumentare la tensione continua al valore richiesto.
Gli inverter sono generatori di tensione di oscillazioni armoniche. Una sorgente CC che utilizza uno speciale circuito di controllo crea una modalità di commutazione periodica della polarità. Di conseguenza, viene generato un segnale di tensione CA sui contatti di uscita del dispositivo a cui è collegato il carico. Il suo valore (ampiezza) e frequenza sono determinati dagli elementi del circuito del convertitore.
Il dispositivo di controllo (controller) imposta la frequenza di commutazione della sorgente e la forma del segnale di uscita e la sua ampiezza è determinata dagli elementi dello stadio di uscita del circuito. Sono classificati per la potenza massima che il carico assorbirà sul circuito CA.
Il controller viene utilizzato anche per controllare l'ampiezza del segnale di uscita, che si ottiene controllando la durata degli impulsi (aumentando o diminuendo la loro ampiezza). Le informazioni sulle variazioni del valore del segnale di uscita sul carico entrano nel controller attraverso il circuito di feedback, sulla base del quale viene generato un segnale di controllo per salvare i parametri necessari. Questa tecnica è chiamata segnali PWM (pulse width modulation).
Nei circuiti delle chiavi di uscita di potenza di un convertitore di tensione a 12 V possono essere utilizzati potenti transistor bipolari compositi, tiristori a semiconduttore e transistor ad effetto di campo. I circuiti di controllo sono implementati su microcircuiti, che sono dispositivi pronti per l'uso con le funzioni necessarie (microcontrollori), appositamente progettati per tali convertitori.
Il circuito di controllo fornisce la sequenza di funzionamento dei tasti per fornire all'uscita dell'inverter il segnale necessario per il normale funzionamento dei dispositivi di consumo. Inoltre, il circuito di controllo deve garantire la simmetria delle semionde della tensione di uscita. Ciò è particolarmente importante per i circuiti che utilizzano trasformatori di impulsi step-up in uscita. Per loro, l'aspetto di una componente di tensione costante, che può apparire quando la simmetria è interrotta, è inaccettabile.
Esistono molte opzioni per la costruzione di circuiti di inverter di tensione (VIN), ma da essi si distinguono 3 principali:
- IN ponte senza trasformatore;
- trasformatore IN con neutro;
- circuito a ponte con trasformatore.
Ciascuno di essi trova applicazione nel proprio campo, a seconda della fonte di alimentazione utilizzata in esso e della potenza di uscita richiesta per alimentare i consumatori. Ciascuno di essi deve essere dotato di elementi di protezione e segnalazione.
La protezione di sottotensione e sovratensione della sorgente CC determina il campo di funzionamento degli inverter "sull'ingresso". La protezione contro la tensione CA di uscita alta e bassa è necessaria per il normale funzionamento delle apparecchiature di consumo. Il campo di funzionamento è impostato in base ai requisiti del carico utilizzato.Questi tipi di protezione sono reversibili, ovvero quando i parametri dell'apparecchiatura vengono ripristinati alla normalità, il lavoro può essere ripristinato.
Se la protezione interviene a causa di un cortocircuito nel carico o di un aumento eccessivo della corrente di uscita, è necessaria un'analisi approfondita delle cause di tale evento prima di continuare a far funzionare l'apparecchiatura.
Il convertitore 12V è il più adatto per creare una rete elettrica locale. La presenza di un gran numero di auto e di batterie a 12V DC ne consente l'utilizzo per soddisfare le esigenze degli utenti. Tali reti possono essere create in una varietà di luoghi, a partire dalla propria auto. Sono mobili e non dipendono dal parcheggio.
Varietà di convertitori da 12 a 220 volt
I convertitori semplici da 12 a 220 sono progettati per i consumatori a bassa potenza. I requisiti per la qualità della tensione di alimentazione in uscita e la forma del segnale sono bassi. I loro circuiti classici non utilizzano microcontrollori PWM. Il multivibratore, montato sugli elementi logici AND-NOT, genera impulsi elettrici con una frequenza di ripetizione di 100 Hz. Un D-flip-flop viene utilizzato per creare un segnale anti-fase. Divide la frequenza dell'oscillatore principale per 2. Sulle uscite trigger diretto e inverso viene generato un segnale antifase sotto forma di impulsi rettangolari.
Questo segnale, attraverso gli elementi buffer sugli elementi logici, NON controlla il circuito di uscita del convertitore, costruito su transistor a chiave. La loro potenza determina la potenza di uscita degli inverter.
I transistor possono essere compositi bipolari e di campo. I circuiti del lavello o del collettore comprendono metà dell'avvolgimento primario del trasformatore. Il suo avvolgimento secondario è progettato per una tensione di uscita di 220 V.Poiché il flip-flop ha diviso per 2 la frequenza del multivibratore a 100 Hz, la frequenza di uscita sarà di 50 Hz. Tale valore è necessario per alimentare la stragrande maggioranza delle apparecchiature elettriche e radiofoniche domestiche.
Tutti gli elementi del circuito sono alimentati dalla batteria del veicolo, utilizzando elementi aggiuntivi per la stabilizzazione e la protezione contro le interferenze ad alta frequenza. Anche la batteria stessa è protetta da loro.
Nei circuiti dei convertitori semplici non sono previsti elementi di protezione e controllo automatico. La frequenza del segnale di uscita è determinata dalla scelta della capacità del condensatore e dalla resistenza del resistore incluso nel circuito dell'oscillatore principale. Come protezione più semplice contro un cortocircuito nel carico, viene utilizzato un fusibile nel circuito della batteria dell'auto che alimenta il circuito. Pertanto, è sempre necessario disporre di un set di fusibili di scorta.
I moderni convertitori CC-CA più potenti sono realizzati secondo altri schemi. Il controller PWM imposta la modalità operativa. Determina inoltre l'ampiezza e la frequenza del segnale di uscita.
Il circuito del convertitore da 2000 W (12 V+220 V+2000 W) utilizza il collegamento in parallelo di elementi attivi di potenza nei suoi stadi di uscita per ottenere la potenza di uscita richiesta. Con questo circuito si sommano le correnti dei transistor.
Ma un modo più affidabile per aumentare il parametro di potenza è combinare diversi convertitori CC/CC come segnale di ingresso di un comune inverter CC/CA (corrente continua/corrente alternata), la cui uscita viene utilizzata per collegare un carico potente.Ciascuno dei convertitori CC/CC è costituito da un inverter con un'uscita del trasformatore e un raddrizzatore per questa tensione. Ai terminali di uscita è presente una tensione costante di circa 300 V. Tutti sono collegati in parallelo all'uscita.
È difficile ottenere più di 600 W di potenza da un inverter. L'intero circuito del dispositivo è alimentato dalla tensione della batteria.
Tali circuiti sono dotati di tutti i tipi di protezione, compresa la protezione termica. I sensori di temperatura sono montati sulla superficie dei radiatori dei transistor di uscita. Generano tensione a seconda del grado di riscaldamento. Il dispositivo di soglia lo confronta con quello impostato in fase di progettazione ed emette un segnale di arresto del dispositivo con il relativo allarme. Ogni tipo di protezione è dotato di un proprio dispositivo di segnalazione, spesso sonoro.
Il raffreddamento forzato aggiuntivo viene utilizzato anche con l'ausilio di un raffreddatore d'aria installato nella custodia, che entra automaticamente in funzione al comando del corrispondente sensore termico. Inoltre, la custodia stessa è un dissipatore di calore affidabile, poiché è realizzata in metallo ondulato.
In base alla forma d'onda della tensione di uscita
I convertitori di tensione monofase possono essere suddivisi in due gruppi:
- con un'onda sinusoidale pura in uscita;
- con un'onda sinusoidale modificata.
Negli inverter del primo gruppo, il convertitore ad alta frequenza crea una tensione costante. Il suo valore è vicino all'ampiezza del segnale sinusoidale, che deve essere ottenuto all'uscita del dispositivo.In un circuito a ponte, un componente di forma molto simile a una sinusoide è separato da questa tensione CC mediante la modulazione dell'ampiezza dell'impulso del controller e un filtro passa-basso. I transistor di uscita si aprono più volte in ogni semiciclo per un tempo che varia secondo la legge armonica.
Un'onda sinusoidale pura è necessaria per i dispositivi che hanno un trasformatore o un motore in ingresso. La parte principale dei dispositivi moderni consente l'alimentazione di tensione, la cui forma ricorda approssimativamente una sinusoide. Requisiti particolarmente bassi sono imposti dai prodotti con alimentatori switching.
Dispositivi di trasformazione
I convertitori di tensione possono contenere trasformatori. Nei circuiti inverter, partecipano al funzionamento degli oscillatori di blocco master che generano impulsi di forma quasi rettangolare. Come parte di un tale generatore, viene utilizzato un trasformatore di impulsi. I suoi avvolgimenti sono collegati in modo tale da creare un feedback positivo, con conseguente creazione di oscillazioni non smorzate.
Il circuito magnetico (nucleo) è costituito da una lega ad alta capacità di campo magnetico. Per questo motivo, il trasformatore funziona in modalità insatura. Vari tipi di ferriti, permalloy hanno queste proprietà.
I multivibratori hanno sostituito i generatori di blocco dei trasformatori. Usano una moderna base di elementi e hanno una stabilità in frequenza maggiore rispetto ai loro predecessori. Inoltre, nei circuiti multivibratori, la modifica della frequenza operativa del generatore si ottiene in modo semplice.
Nei moderni modelli di inverter, i trasformatori funzionano negli stadi di uscita.Attraverso l'uscita dal punto medio dell'avvolgimento primario ai collettori o agli scarichi dei transistor utilizzati in essi, viene fornita la tensione di alimentazione dalla batteria. Gli avvolgimenti secondari sono calcolati utilizzando il rapporto di trasformazione per una tensione alternata di 220 V. Questo valore viene utilizzato per alimentare la maggior parte delle utenze domestiche.
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