Розробка інвертора напруги для апаратури зв'язку (стр. 9 из 12)
Для контролю вихідної напруги і струму необхідний пристрій індикації. Щоб захистити всі системи пристрою від перевищення напруги та перенавантаження, від обриву фази необхідні схеми захисту від цих чинників. Для здобуття напруги живлення низьковольтних пристроїв необхідне вторинне джерело живлення, яке вироблятиме необхідні напруги.
3.1 Опис структурної схеми інвертора
Структурна схема джерела інвертора представлена Рис.3.1.1.
Побудова систем інвертного живлення залежить від вирішуваними ними задач. В деяких випадках необхідно якнайменший час переключення навантаження на живлення від АБ чи навпаки. В інших потрібно забезпечити довготривалу роботу від АБ, при цьому час переключення не являється критичною величиною. Тобто, можна сказати, що для кожного конкретного випадку потрібно вирішувати іншу технічну задачу.
Розроблюваний блок для забезпечення безперервного живлення різноманітних пристроїв (серверів, персональних комп’ютерів, модемів та ін.) напругою 220В, 50Гц.
Система призначена для живлення пристроїв, що мають джерела живлення т 220В 50Гц. Це дозволяє зменшити вимоги щодо розробки нашого приладу, так як імпульсні джерела живлення здатні працювати з мережею ± 20% від нормального значення. Ще однією перевагою є здатність їх працювати, що мають не синусоїдальну характеристику напруги (апроксимована синусоїда, квазі синусоїда).
Розглянемо основні блоки, що входять до складу пристрою:
1. Пристрій формування імпульсів.
2. Акумуляторна батарея.
3. Пристрої захисту.
4. Пристрій комутації.
5. Трансформатор вихідний.
Для забезпечення роботи та функціонування всіх частин ДБЖ, необхідна ланка, котра здійснювала б зв’язок між всіма цими частинами. Можна розглянути декілька видів таких схем:
1. Аналогові системи, операції регулювання в яких здійснюються шляхом порівняння, підсилення, перетворення аналогових сигналів. Похибка установки параметрів в такій системі сильно залежить від параметрів активних і пасивних елементів схеми. Такі системи використовуються, в основному в недорогих пристроях.
2. Цифрові системи, операції керування проводяться над цифровими величинами, отриманими із аналогових сигналів шляхом оцифровування аналого-цифровими перетворювачами (АЦП). Точність таких систем набагато вища за рахунок використання математичного апарату числення.
3. Комбіновані, операції керування та регулювання в яких виконуються або аналоговими, або цифровими пристроями. Перетворювач виконує роль перетворювача постійної напруги 12В в змінну 220В 50Гц. Даний пристрій побудований на схемі мультивібратора. На його виході утворюються імпульси різної полярності, але не стабільно, тобто залежить від зміни вхідної напруги. Напруга на акумуляторі змінюється в межах 9.14В, а вихідна ДБЖ повинна залишатись стабільною. Перетворювач постійної напруги в змінну здійснює формування вихідної напруги 220В, 50Гц.
Рис.3.1.1 Структурна схема інвертора напруги.
У початковий момент часу роботи на вхід перетворювача подається постійна напруга акумулятора 12 В. Пристрій захисту перетворювача забезпечує плавне включення і запобігає від невірно увімкненого живлення. Постійна напруга потрапляє на пристрій комутації, який здійснює обробку отриманих імпульсів від мультивібратора. За допомогою пристрою управління регулятором здійснюється регулювання на виході мультивібратора частоти імпульсів, що забезпечує отримання потрібної частоти. Необхідна змінна напруга поступає на вхід вихідного підвищувального трансформатора, на виході якого утворюється змінна напруга. Для захисту пристрою від перенапруження використовують запобіжники, він спрацьовує у разі виникнення аварійної ситуації. Живлення пристрою здійснюється за допомогою акумуляторної батареї. Схема структурна приведена на Рис.3.1.1
3.2 Вибір схеми інвертора, опис принципу дії
Розглянемо спершу можливі варіанти побудови схем інвертора напруги. У інверторі навантаження включається послідовно. Параметри комутуючого контура вибираються так, щоб забезпечити коливальний характер анодного струму тиристорів. Живлення схем здійснюється від джерела постійного струму, що має малий внутрішній опір. Схема, приведена на Рис.4.1 При значній розбіжності частот не забезпечується нормальний процес комутації, і робота інвертора стає неможливою. Ця схема так само забезпечує захист транзисторів від пробоя, високої швидкості наростання струму, при короткому замиканні (КЗ) в навантаженні і при “перекиданні” інвертора, перегоряє захисний запобіжник.
Вибір схеми інвертора, побудованою з використанням діодів в ланцюгах транзисторів, для захисту від шкідливих імпульсів. Схема перетворювача постійної напруги 12 в змінну 220 В приведена на Рис.4.1 Цей інвертор підходить для живлення споживачів, яким необхідна змінна напруга 220 В із загальною потужністю до 150 Вт.
Рис.4.1 Принципова схема інвертора
Інвертор складається із задаючого генератора (симетричний мультивібратор на VT1, VT2) і силового ланцюга (VT3. VT8). Інвертор працює таким чином. Після включення постійної напруги живлення, задаючий генератор на VT1 і VT2 починає генерувати імпульси, що управляють. Ці імпульси через R5 і СЗ подаються на одне плече силового ланцюга, а через R6 і С4 - на друге. Коли на колекторі VT1 - високий рівень (логічна "1"), а на колекторі VT2 - низький рівень ("0"), транзистори VT4, VT6 і VT8 відкриті, і струм тече по ланцюгу: "+" джерела живлення - обмотка W1" - перехід колектор-емітер транзистора VT8 - "-" джерела живлення. У цей момент транзистори VT3, VT5 і VT7 закриті.
У наступний момент на колекторі VT2 буде "1", а на колекторі VT1 - "0". Транзистори VT3, VT5, VT7 відкриті, і струм потече по ланцюгу: "+" джерела живлення - обмотка W1' - перехід колектор-емітер VT7 - "-" джерела живлення. Транзистори VT4, VT6 і VT8 закриті. Завдяки цьому, до первинної обмотки вихідного трансформатора прикладається змінна напруга прямокутної форми, амплітуда якої приблизно рівна напрузі живлення.
Створюване в магнітопроводі магнітне поле індукує у вторинній обмотці електрорушійну силу, величина якої визначається числом витків вторинної обмотки W2. Діоди VD1 і VD2 служать для запобігання викидам напруги негативної амплітуди при роботі задаючого генератора, а діоди VD3 і VD4 оберігають від пробою могутні транзистори в силовому ланцюзі на неодруженому ходу (за відсутності навантаження у вторинній обмотці трансформатора). Трансформатор TV намотаний на магнітопроводі Ш36х36. Обмотки W1' і W1" мають по 28 витків дроти ПЕЛ d2,1 мм (кожна), а обмотка W2 - 600 витків дроту ПЕЛ d0,59 мм. Спочатку намотується обмотка W2, а поверх неї - обмотки W1' і W2". На Рис.4.2 схема розташування на ній елементів. Транзистори VT5, VT7 і VT6, VT8 встановлюються по два на окремих радіаторах без ізолюючих прокладок.
Рис.4.2 Схема розташування елементів
Для контролю роботи схеми бажано включити між позитивним полюсом живлення і середньою точкою обмотки W1 амперметр з межею вимірювання 10 А (показаний на схемі рис.1). Він призначений для візуального стеження за величиною струму, що протікає через транзистори силового ланцюга. При включенні максимального навантаження у вторинну обмотку цей струм не повинен перевищувати 10 А. Прі відсутності навантаження він повинен бути менше 5 А. Якщо ж при включенні інвертора у відсутність навантаження струм перевищує 10 А, це означає, що пробитий (або включений неправильно) який-небудь з діодів VD3, VD4 або транзисторів силового ланцюга. Наладка інвертора полягає в настройці задаючого генератора і здійснюється за допомогою осцилографа або частотоміра. Вхід осцилографа (частотоміра) підключається до колектора одного з транзисторів VT1 або VT2, і на генератор подається живлення.
За допомогою RP частота генератора встановлюється 50 Гц. Осцилографом бажано проконтролювати і форму прямокутних імпульсів. Настроєний інвертор вмонтовується у відповідному корпусі, на передню панель якого виводяться амперметр, утримувач запобіжника, вимикач задаючого генератора, клеми підключення навантаження і акумуляторної батареї живлення, а також індикатори включення акумулятора (червоний) і задаючого генератора (зелений). Інвертор може здійснювати живлення споживача потужністю 100 Вт не менше 2 годин при використанні акумуляторної батареї ємкістю 44 А*ч.
Настройка перетворювача полягає в установці частоти задаючого генератора змінним резистором R9. Для настройки підключити осцилограф або частотомір до колектора одного з транзисторів мультивібратора і включити живлення перетворювача. Регулюванням змінного резистора добитися частоти коливань, що генеруються, 50 Гц. При розробці перетворювача допустимі наступне заміни елементів: 2T6551 - KT601A, 2Т7531 - КТ807а, 2N3055 - Тт819гм, 2D5607 - Д226А, діод КД208а застосований російського виробництва. Як індикатори можна застосувати світлодіоди АЛ307в (зелений) і АЛ307б (червоний).
4. Вибір елементної бази
Інвертор напруги здійснює живлення від джерела постійного струму. Враховуючи все вище перераховане вибиратимемо елементну базу.