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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Dispositivo di protezione per convertitore inverter. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Convertitori di tensione, raddrizzatori, inverter Recentemente, si sono diffusi convertitori di inverter da 12 V CC a 230 V CA con un'approssimazione a gradini a tre livelli delle semionde di una tensione sinusoidale. Sono utilizzati principalmente per l'alimentazione di backup delle apparecchiature domestiche, comprese quelle critiche per la forma della tensione di alimentazione. Sfortunatamente, molto spesso, per ridurre i costi di costruzione, un produttore utilizza soluzioni circuitali che causano danni, se non alle apparecchiature collegate, quindi all'inverter stesso. Una delle caratteristiche frequentemente riscontrate e, soprattutto, non documentate degli inverter è l'impossibilità del loro utilizzo a lungo termine nella modalità di funzionamento combinato sul carico e sulla ricarica della batteria. Cioè, resta inteso che in presenza di tensione di rete, il carico deve essere scollegato dall'inverter, e può funzionare come caricabatterie, e in assenza di tensione di rete, è necessario collegare manualmente il carico e scollegare il cavo di alimentazione dalla rete per evitare il passaggio in modalità combinata al ripristino della tensione di rete . In linea di principio, tale implementazione è normale per i dispositivi utilizzati sul campo, dove la possibilità della modalità combinata è praticamente esclusa. Ma se si intende utilizzare l'inverter come fonte di alimentazione di backup automatica, ciò diventa rischioso. In pratica l'autore ha dovuto fare i conti con un ricorrente malfunzionamento tipico di inverter di varia potenza che si manifestava per questo motivo. Per prevenire tali guasti, si propone di utilizzare un semplice dispositivo esterno. È progettato per funzionare con batterie per autoveicoli al piombo e fornisce protezione dell'inverter dal passaggio alla modalità combinata e dalla necessaria commutazione dei circuiti di alimentazione, monitorando la tensione sulla batteria e controllando l'inclusione del caricabatterie dell'inverter, oltre a proteggere il batteria da scarica profonda. Funzionalmente, il dispositivo è costituito da due nodi: uno di essi (il suo schema è mostrato in Fig. 1) serve per controllare la tensione della batteria, il secondo (Fig. 2) - per controllare la tensione di rete e la commutazione (numerazione degli elementi attraverso). Considera il principio di funzionamento del primo nodo. La sua base è un comparatore basato sull'unità organizzativa K140UD1A, assemblato secondo lo schema classico. La sorgente di tensione esemplare è il diodo zener VD1. Quando la tensione di alimentazione scende al valore di soglia impostato dal trimmer R2, il comparatore si porta ad un livello di uscita alto. Dopo un certo tempo, determinato dalla costante di tempo del circuito R10C3 e dalla tensione di rottura del diodo zener VD3, il transistor VT1 si apre e il relè K1 viene attivato. Il suo ritardo di accensione è consigliato per la commutazione in modalità sicura e il completamento di tutti i transitori. Il LED HL1 (bagliore rosso) indica lo stato del comparatore (si accende quando all'uscita di quest'ultimo compare un livello alto). Il valore dell'isteresi di commutazione viene impostato modificando la resistenza del resistore di sintonia R8.
Quando la tensione di rete è presente, il nodo monitora la tensione della batteria e controlla l'inverter caricabatteria. La soglia inferiore per l'accensione del caricabatterie è 12,2 V quando il carico della batteria è spento, la soglia superiore per lo spegnimento è 13,8 V [1-5]. In assenza di tensione di rete, il nodo protegge la batteria dalla scarica completa e commuta l'inverter allo stato spento a una tensione di 11,3 V e al funzionamento sotto carico [1, 3, 6, 7]. La necessaria correzione della soglia inferiore viene fornita modificando la resistenza del braccio inferiore del divisore R1-R3 utilizzando gli elementi VT2, R18 dell'unità di controllo e commutazione della tensione di rete. Questo nodo (Fig. 2) contiene un trasformatore step-down T1, quattro interruttori elettronici sui transistor VT2-VT5 e tre relè K2-K4. In assenza di tensione di rete, i relè K2, K3 sono diseccitati, i loro contatti sono nella posizione indicata nello schema, il carico è collegato all'uscita del convertitore U1. In questo caso, il transistor VT3 è chiuso e VT5, al contrario, è aperto (la tensione di polarizzazione viene fornita alla sua base dalla batteria), quindi il relè K4 è acceso ei suoi contatti K4.1, insieme a normalmente chiuso K1.2, accendere il convertitore. Anche il transistor VT2 è chiuso e non influisce sulla soglia di commutazione del comparatore. Se la tensione della batteria scende a 11,3 V, quindi per evitare una scarica profonda, il comparatore commuterà, il transistor VT1 si aprirà, per cui il relè K1 funzionerà e i suoi contatti K1.2 si apriranno, spegnendo il invertitore U1. I contatti K1.1 si chiuderanno, ma a causa della mancanza di tensione di rete, ciò non causerà alcuna conseguenza. Quando la tensione di ingresso viene ripristinata e la tensione di batteria è normale, i relè K2, K3 vengono attivati e il carico viene commutato sull'alimentazione di rete. I transistor VT3, VT5 cambiano il loro stato al contrario, il relè K4 è diseccitato e spegne l'inverter. Allo stesso tempo, il transistor VT2 si apre, il resistore R18 è collegato in parallelo con R3 (vedi Fig. 1), che fornisce la correzione della soglia inferiore a 12,2 V. Se la tensione della batteria è superiore a questo valore, non accadrà nient'altro, e se è inferiore, la commutazione del comparatore attiverà il relè K1 e l'attivazione della modalità di carica della batteria chiudendo i contatti K1.1. La chiusura del transistor VT3 al momento della perdita della tensione di rete è accompagnata da un'apertura a breve termine del transistor VT4 (durante la carica del condensatore C5 attraverso la sua giunzione dell'emettitore e i resistori R16, R19). Un transistor aperto devia il diodo zener VD1, il comparatore entra in uno stato di bassa tensione di uscita indipendentemente dalla tensione della batteria e il convertitore è forzato ad accendersi. Ciò è necessario, poiché al momento dell'interruzione della tensione di rete il dispositivo potrebbe trovarsi in modalità di ricarica, la tensione della batteria sarà chiaramente al di sopra della soglia di commutazione del comparatore e dovrà essere ripristinata allo stato originale. L'ulteriore funzionamento del dispositivo dipende dal livello di carica della batteria secondo il principio di funzionamento descritto. Il diodo VD8 serve a scaricare rapidamente il condensatore C5 al ripristino della tensione di rete. LED HL2 (bagliore verde) - un indicatore della presenza della tensione di rete. Dal bagliore dei LED HL1 e HL2, si può giudicare la modalità operativa del dispositivo e dell'inverter. Quindi, se HL1 è acceso, significa che non c'è tensione di rete, l'inverter è spento e la tensione della batteria è inferiore a 11,3 V. Il LED HL2 è acceso, indica la presenza della tensione di rete e la batteria è completamente carica. Infine, l'accensione simultanea di entrambi gli indicatori indica che c'è tensione nella rete e che la batteria è in carica. Il dispositivo utilizza resistenze fisse di piccole dimensioni di qualsiasi tipo indicato sui diagrammi di potenza dissipata. Resistenze trimmer - preferibilmente multigiro (con motore a vite senza fine). Condensatori polari - ossido K50-83, K50-16 di capacità simile o simili importati, C2 - qualsiasi ceramica di piccole dimensioni, ad esempio K10-73-1b, K10-17v. Invece di K140UD1A, è possibile utilizzare come comparatore altri amplificatori operazionali della serie K(R) 140UD1 o qualsiasi amplificatore operazionale con parametri simili, una tensione di alimentazione consentita di 12 V ± 5% e circuiti di correzione appropriati. I transistor VT2-VT4 sono intercambiabili con qualsiasi analogo con parametri non peggiori di quelli utilizzati dall'autore (ad esempio, serie KT3102 domestica o BC547 importato con qualsiasi indice di lettere). Invece di KT972A, è possibile installare altri transistor di questa serie o utilizzare transistor compositi da transistor convenzionali a bassa potenza e ad alta potenza collegati in modo appropriato (ad esempio, le serie KT315 e KT817). Diodo Zener VD1 - con una tensione di stabilizzazione di 5 ... 6 V a una corrente di stabilizzazione di 5 mA, VD2 - 11 V, con la corrente minima più bassa possibile e una corrente di stabilizzazione massima di almeno 12 mA, VD3 - 3 .. 3,6 V. Al posto di KS211Zh (VD2) è possibile utilizzare KS211E o uno qualsiasi tra KS211G, KS211D (nel secondo caso, R9 va sostituito con una resistenza da 160 Ohm e una potenza di dissipazione di 0,25 W). Relè K1 - K4 - OMRON G2RL112DC o simili per cablaggio stampato con una tensione nominale degli avvolgimenti di 12 V, progettati per una tensione di commutazione di 240 V con una corrente di almeno 5 A (la potenza di carico massima dipende dalla corrente consentita). Trasformatore T1 - step-down con un avvolgimento secondario 2x9 V a una corrente di 100 mA. LED HL1 e HL2 - rispettivamente AL307BM e AL307VM, AL307GM o super luminosi, ad esempio CREE C503-GC (HL1) e C503-RC (HL2). Il dispositivo è assemblato in un contenitore plastico IP65 o IP67 con dimensioni interne di 110x110x82 mm. La posizione delle schede e degli elementi remoti all'interno della custodia è mostrata in fig. 3. I contatti del relè K1.2, K4.1 sono collegati all'interruzione del cavo dell'interruttore di alimentazione dell'inverter. Quando si installano circuiti di alimentazione, è necessario osservare le norme di sicurezza elettrica.
L'istituzione consiste nell'impostare le soglie di commutazione del comparatore utilizzando i trimmer R2 e R8, nonché con l'eventuale selezione del resistore R18. Durante la regolazione, si consiglia di alimentare il gruppo comparatore da una fonte regolata esterna. Collegando i terminali del collettore e dell'emettitore del transistor VT2 con un ponticello, prima, usando il resistore R2, impostare la soglia inferiore di 12,2 V, quindi con l'aiuto di R8 - i 13,8 V superiori. Attraverso approssimazioni successive, un chiaro il funzionamento del comparatore si ottiene ai valori di tensione specificati. Successivamente, rimuovendo il ponticello dai terminali VT2, controllare l'offset della soglia inferiore al livello di 11,3 V. Se necessario, selezionare il resistore R18, sostituendolo temporaneamente con un resistore di sintonia con una resistenza di 6,8 ... 10 kOhm. Su questo, l'adeguamento può essere considerato completo. Letteratura
Autore: D. Pankratiev
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