Меню

Транзисторный инвертор напряжения принцип работы

Транзисторный инвертор напряжения

Страницы работы

Содержание работы

Министерство образования Российской Федерации

Северо-Западный заочный технический университет

Реферат по предмету

Силовые преобразовательные установки

Тема: «Транзисторный инвертор напряжения»

Выполнил Кузьмина М.С

Шифр: 31-5630

Специальность: 140211

Санкт-Петербург

Идеальный инвертор напряжения может быть выполнен только на полностью управляемых вентилях и, в частности, на биполярных транзисторах, работающих в ключевом режиме.

Рассмотрим принцип его действия на примере однофазной мостовой схемы, собранной на транзисторах типа P-N-P Т1. Т4, встречно-параллельно которым включены диоды Д1. Д4. Введем допущения: транзисторы и диоды являются идеальными, т.е. в запертом состоянии они полностью закрыты, а падение напряжения в их открытом состоянии равняется 0; емкость конденсатора фильтра на входе инвертора бесконечно велика.

Рис. 1

Кривые напряжения и токов рассматриваемого инвертора с учетом принятых допущений построены в функции времени J=wt на рис 2. Здесь относительно осей 1 и 2 помещены прямоугольные импульсы напряжения база-эмиттер транзисторов Uбэ2=-Uбэ3 и Uбэ1=-Uбэ4. Относительно оси 3 построены кривые напряжения и тока нагрузки, а относительно оси 4 –кривая входного тока инвертора.

В интервале времени J1J2 открыты транзисторы Т2 и Т4 и направление тока нагрузки соответствует стрелке. При этом энергия поступает из электрического поля конденсатора Cd в нагрузку, где она частично расходуется в активном сопротивлении Rн, а частично запасается в магнитном поле катушки Lн.

В момент J2 напряжения база-эмиттер транзисторов меняют полярность, и транзисторы Т2 и Т4 запираются. Из-за наличия в цепи индуктивности ток нагрузки i скачком изменится не может. Если бы в схеме отсутствовали диоды, то в момент J2 возникли бы огромные перенапряжения, которые привели к пробою транзисторов. При наличии диодов перенапряжения не возникают, так как в момент J2 под действием ЭДС самоиндукции, наводимой в индуктивности Lн, отпираются диоды Д1 и Д3, вследствие чего ток в нагрузке не прекращается и сохраняет в ней прежнее направление. Но поскольку он течет теперь через диоды, а не через транзисторы. То его направление во входной цепи инвертора больше не совпадает со стрелкой на рис.1: за счет энергии, запасенной в индуктивности нагрузки, он направлен в обратную сторону, т.е. в сторону положительной обкладки конденсатора Cd. Энергия, запасенная в индуктивности нагрузки при этом частично расходуется в активном сопротивлении нагрузки Rн, а частично возвращается через диоды в конденсатор фильтра Cd, что дает основание называть диоды обратными.

В некоторый момент времени J3 энергия, запасенная в индуктивности , оказывается полностью израсходована, ток достигает нуля, и диоды Д1 и Д3 закрываются. При этом прекращается шунтирование транзисторов Т1 и Т3. И их коллекторное напряжение становится положительным. Поскольку напряжение база-эмиттер этих транзисторов в данный момент тоже положительно. То они отпираются. Тем самым образуется новая цепь тока, по которой энергия снова начинает поступать из конденсатора фильтра Cd, в нагрузку, где она частично запасается в индуктивности. Направление тока теперь противоположно указанной на рисунке 1 стрелке.

Интервал проводимости транзисторов Т1 и Т3 продолжается до момента J4, когда напряжения база-эмиттер меняют полярность. При этом открываются диоды Д2 и Д4, и в конденсатор фильтра вновь начинает возвращатся энергия, запасенная в индуктивности нагрузки Lн. В момент J5 эта энергия оказывается израсходованной. И диоды Д2 и Д4 закрываются, что приводит к открытию транзисторов Т2 и Т4, через которые энергия опять начинает поступать из конденсатора в нагрузку и т. д.

Таким образом, между конденсатором входного фильтра Cd и индуктивностью Lн осуществляется периодический обмен энергии.

В рассматриваемом инверторе при принятых допущениях в последовательной цепи между источником питания и нагрузкой нет ни активных, ни реактивных сопротивлений, и поэтому модуль выходного напряжения в любой момент времени равняется напряжению источника питания Ud. В интервалах проводимости плеч моста, обозначенных четными номерами, левый по схеме зажим нагрузки имеет положительный потенциал, а в интервалах проводимостей нечетных плеч моста – отрицательный потенциал. Таким образом, кривая выходного напряжения инвертора имеет прямоугольную форму со строго стабильной амплитудой, не зависящей от параметров нагрузки (рис 2, ось 3). В этом заключается серьезное преимущество инвертора напряжения перед инвертором тока. В котором как выше отмечалось, выходное напряжение сильно зависит от параметров нагрузки, и его амплитуда резко возрастает при приближении к холостому ходу.

Важным достоинством инвертора напряжения по сравнению с инвертором тока является возможность широтно-импульсного регулирования его выходного напряжения.

Источник



Транзисторные инверторы напряжения.

Силовая схема содержит 4 транзисторных ключа (транзистор+возвратный диод VD)

Данная цепь служит для формирования динамической траектории переключения транзисторов.

Принципы работы:

На силовые транзисторы VT подаются управляющие сигналы. В положительном полупериоде включаются тиристоры VT1, VT4, а VT2,VT3 – выключены. Инверторы напряжения предназначены для работы на индуктивно-активную нагрузку (iH нарастает по экспоненте).

Если нагрузка чисто активная, то ток нагрузки имеет форму прямоугольника, если чисто индуктивная, то ток нагрузки имеет форму прямой линии.

В интервалах времени, соответствующих отрицательному значению тока нагрузки id, осуществляется рекуперация энергии из индуктивной нагрузки в источник постоянного напряжения (id – ток, потребляемый из сети).

В интервалах времени, соответствующих положительному значению тока нагрузки, энергия от источника питания передается в нагрузку.

Источник питания должен обладать двухсторонней проводимостью – это может быть аккумулятор либо генератор постоянного напряжения.

Когда питание инвертора выполняется с выпрямителя, на входе инвертора необходимо установить конденсатор, причем его емкость должна быть достаточной, для того, чтобы поглотить реактивную энергию нагрузки.

Если данное требование не выполнить, то в цепи нагрузки возникают перенапряжения, которые не контролируются по величине и эти перенапряжения будут приложены к диодам выпрямителя источника питания, а также к силовым элементам схемы. Под действием этих перенапряжений может наступить электрический пробой.

Выбор силовых элементов:

1) Выбор транзисторов осуществляется по оптимальному току коллектора:

Максимальное напряжение приложенное к транзистору:

2) Выбор диодов осуществляется по среднему току:

Недостатки инверторов данного типа:

1) Невозможность регулировать выходное напряжение по величине, для устранения этого недостатка используются методы ШИМ (на основной частоте и на высокой частоте). Для оптимального управления: U1/f=const

Дата добавления: 2015-06-27 ; просмотров: 1737 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Что такое инвертор, он же преобразователь напряжения с 12 на 220 Вольт?

Простые схемы преобразователей, принципы работы, виды инверторов по
формам выходного напряжения.

Инвертор (в узком электротехническом понимании этого слова) – это устройство для преобразования постоянного тока в переменное с изменением величины действующего значения напряжения. В ещё более узком – преобразователь постоянного напряжения (12, 24 или 48 В) в переменное 220 В.
И наконец, в радикально узком понимании – штуковина, позволяющая запитать от автомобильного аккумулятора различные бытовые приборы, рассчитанные на сетевое питание, а короче – весьма полезный и удобный в хозяйстве прибамбас!

Катушки металлоискателя

По форме выходного напряжения инверторы подразделяются на следующие виды:

  • Постоянное выпрямленное напряжение 220 В или переменное импульсное напряжение высокой частоты (десятки килогерц). Используются такие преобразователи крайне редко, т. к. непригодны для многих источников потребления, мало того, для некоторых могут представлять серьёзную опасность и угрозу полного кирдыка.
  • Меандр 50 Гц. Используются также редко, так как выходное напряжение содержит большое количество высокочастотных составляющих. Пригодны для питания телефонных зарядок, большинства импульсных источников питания, ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп. Малопригодны для приборов с силовыми трансформаторами на железе и электромоторами переменного тока.
  • Модифицированное синусоидальное напряжение 50Гц. От инверторов с модифицированной синусоидой работает практически всё, но менее эффективно, чем с чистой синусоидой. Некоторые приборы могут больше греться, сильнее гудеть и работать с пониженной мощностью. Нежелательны для работы с электродвигателями и компрессорами, а так же чувствительной радиоаппаратурой с 50-герцовыми трансформаторами.
  • Чистое синусоидальное напряжение. Пригодно без всяких ограничений для любых потребителей электроэнергии!
    Из сказанного выше вытекает, что предпочтительными и более универсальными являются инверторы с выходным напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Причём, для их реализации подходят готовые низкочастотные силовые трансформаторы необходимой номинальной мощности, включённые «задом на перёд». То есть — его вторичная низковольтная обмотка служит первичной, а высоковольтная первичная — вторичной. Именно такие схемы мы и рассмотрим в рамках данной статьи.

    Схема простого преобразователя напряжения 220 В, 50 Гц

    Схема, изображённая на Рис.1, а также комментарии к ней заимствованы из книги М. А. Шустова «Практическая схемотехника», раздел — «Преобразователи напряжения».

    Рис.1 Схема простого преобразователя напряжения 220 В, 50 Гц

    «Максимальная выходная мощность преобразователя — 100 Вт, КПД — до 50%.
    Задающий генератор выполнен по схеме традиционного симметричного мультивибратора, выполненного на транзисторах ѴТ1 и ѴТ2 (КТ815). Выходные каскады преобразователя собраны на составных транзисторах ѴТ3 и ѴТ4 (КТ825). Эти транзисторы устанавливают без изолирующих прокладок на общий радиатор.
    Устройство потребляет от аккумулятора ток до 20 А. В качестве силового использован готовый сетевой трансформатор на 100 Вт (сечение центральной части железного сердечника — около 10 см2). У него должны быть две вторичные обмотки, рассчитанные на 8В/10А каждая. Для того, чтобы частота работы задающего генератора была равна 50 Гц, подбирают номиналы резисторов R1 и R2″.
    Так как мультивибратор генерирует меандр с заваленными фронтами, а мощные эмиттерные повторители повторяют эту форму, то и в нагрузке будет протекать переменный ток, напоминающий по форме синусоиду и дополнительных мер по сглаживанию не требуется.

    Схема простого преобразователя напряжения 220 В, 50 Гц

    Значительно повысить КПД инвертора можно, если применить в качестве силовых каскадов не повторители напряжения, а транзисторы, работающие в ключевом режиме.
    Такая модификация преобразователя приведена на Рис.2.

    Рис.2 Схема простого преобразователя напряжения с повышенным КПД

    Принцип работы преобразователя такой же, как и у предыдущего устройства. Задающий генератор (Т1, Т2) формирует два пара-фазных напряжения с частотой 50 Гц. Напряжения с выходов задающего генератора подаются на два однотипных ключевых каскада (Т3, Т4), которые коммутируют напряжение на первичной обмотке трансформатора. Поскольку мультивибратор генерирует меандр с заваленными фронтами, ключевые транзисторы срабатывают с некоторой задержкой, обуславливая формирование на выходе инвертора подобие модифицированного синусоидального напряжения.
    С указанными на схеме элементами выходная мощность преобразователя составляет около 200 Вт. Дальнейшего повышения КПД и увеличения мощности инвертора можно добиться простой заменой биполярных ключевых элементов на мощные MOSFET транзисторы, как это показано на Рис.2.

    Многочисленные и довольно популярные схемы инверторов, построенные на специализированных микросхемах для импульсных источников питания (типа TL494, TL594 и др.) обладают следующими преимуществами: высоким КПД и не менее высокой стабильность частоты, мало зависящей от напряжения питания и внешних условий.
    Приведём для примера подобную схему импульсного преобразователя напряжения +12V в

    220V мощностью 100W, опубликованную в журнале «Радиоконструктор» — 07 — 17.