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無線電子工学および電気工学の百科事典 DC 電圧コンバータ 12 V バッテリから AC 電圧 220 V 50 Hz。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / 電圧変換器、整流器、インバーター 多くの電圧コンバータが文献に記載されていますが、ほとんどすべてに重大な欠点があります。 私はこれらの欠点のないコンバータを設計しました。 その際、私は次の基準に基づいて作業を進めました。 1. 負荷に供給される最大電力は少なくとも 1 kW である必要があります。 この状況により、電源セクションの強力なトランジスタ（100 ～ 300 W の電力コンバータの「問題点」）を放棄し、強力なトリニスタを使用する必要がありました。 2. コンバータの出力における正弦波に近い出力電圧は、負荷と並列に接続されたコンデンサの静電容量を選択するか、電源セクションで電流インバータを使用することによって達成されます。 3. 「貫通」電流の排除。 この問題は非常に関連しており、トランジスタまたはトリニスタのターンオン時間がターンオフ時間よりも短いという事実にあります。 XNUMX つのデバイスがオンになり、変圧器の一次巻線に電流を供給します。もう XNUMX つのデバイスは、この時点ではすでにオフになっているはずですが、巻線にも電流を供給します。 私は、トリニスタを完全に閉じるのに十分な時間だけ制御パルスの継続時間を短縮することで、この問題を解決しました。 4. バッテリーが深く放電した場合のデバイスの自動シャットダウンは、しきい値デバイスを使用することによって実現されます。 5. リレーと自動充電器の回路を使用することにより、停電時のコンバータの自動スイッチオンと、主電源電圧の存在下でのバッテリの充電 (完全放電時に充電器からの切断を伴う) が保証されます。 コンバータの機能図を図1に示します。
220 V の主電源電圧が存在する場合、負荷はネットワークに接続され、バッテリーは充電器に接続されます。 主電源電圧に障害が発生した場合、12 V のバッテリ電圧が電圧コンバータに供給され、負荷が電圧コンバータに接続されます。 これらすべての操作は、自動充電器を含むスイッチングデバイスによって実行されます。 マスター オシレーター (MG) は、持続時間 10 ms、周波数 50 Hz の方形パルスを生成します。 ZG の出力から、パルスは遅延線 (LZ) と単一のバイブレーターに到着します。 LZ は、対数「1」のレベルが単一の振動子からのパルスより 1 μs 遅れて一致回路に到達するようにする役割を果たします。 単一のバイブレータ パルスの持続時間は MO パルスの持続時間から差し引かれ、使用されるトリニスタの遮断時間よりも長くなければなりません。 出力パルス整形器 (WF) は、電源ユニット (MF) のトリニスタの制御電極に制御パルスを生成します。 電圧変換器のパワー部の制御系の概略図を図2に、特徴点における電圧線図を図3に示します。
ZG は要素 AND-NOT DD1.1、DD1.2 で作成されます。 出力のパルス周波数は、周波数計を使用して抵抗 R1 を選択して設定します。 50 Hz の周波数パルスは、積分チェーン R2C2 上の LZ を介して入力 DD1.4 に供給されます。 パルス遅延時間は約 1 μs です。 入力１３ DD13 は単一の振動子 DD1.4 のパルスを受け取り、そのトリガパルスは ZG パルスの正の電圧降下です。 単一のバイブレータ パルスの持続時間は、要素 R2.1C3 によって決まります。 遅延線は、ZG パルスの正の電圧降下が、単一バイブレータ パルスの負の電圧降下が入力 3 DD12 に現れるよりも遅く入力 1.4 DD13 に到着するようにするために使用され、トリガ DD1.4 の応答時間に等しい持続時間を持つトランジスタ VT1 に基づくパルスの負のサージが発生しないようにします。 単一バイブレータのパルス持続時間は、オン時間が 20 μs である TCh125 タイプの電源セクションのトリニスタが確実に閉じることに基づいて、約 6 μs になるように選択されます。 他のタイプのトリニスタを使用する場合は、R3とC3の値を再計算する必要があります。 持続時間 2 μs の制御正パルスがトランジスタ VT9,98 のコレクタから除去されます。 同様に、インパルス Uу2 とは逆位相のインパルス Uу1 が生成されます。 抵抗 R8 および R9 の電力と値は、使用するトランジスタのタイプに従って選択されます。R9 = R8 < 12 V / Iopen、PR8 = PR9 = 144 / R8 = 144 / R9。 直列に接続された複数のバッテリが電圧コンバータで使用される場合、変圧器 T1 の寸法が大幅に縮小され、負荷で必要な電力を得るために、より低い電流のトリニスタを選択できます。 コンバータの電源部分の回路設計は、強力なロック可能なサイリスタを使用することで最も簡単に解決できます (図 4)。
インバータの負荷は変圧器 T1 の一次巻線です。 220 V 負荷は変圧器の二次巻線に接続されます。 変圧器は、教育文献で繰り返し公開されている方法論に従って計算されます。 正弦波に近い電圧形状を得るために、コンデンサが負荷と並列に接続されます。 その容量は負荷に依存し、実験的に決定されます。 制御パルス Uу1 が存在すると、サイリスタ VS1 と VS4 がオンになり、VS2 と VS3 がオフになります。 トランスw1の巻線は、図4に示すように、左端が正の電力母線に、右端が負の電力母線に接続され、電流が流れます。 Uy1 が存在せず、Uy2 が存在すると、VS1 と VS4 がオフになり、巻線 w1 の電圧と電流の方向が変わります。 t1 の時点で VS4 と VS2 をロックすると、ロック解除パルスが VS2 と VS3 に到着したにもかかわらず、インダクタンス Lн の存在により負荷電流 iн はその方向を維持する傾向があります。 VS1 と VS4 をロックした後に負荷電流の道を開くために、サイリスタはダイオード VD10 ～ VD40 で分路されます。 したがって、t2 での負荷電流は コンバータの電力部分を構築するためのより複雑な回路ソリューションは、図 5 に示す電流インバータの使用です。
誘導サイリスタ コントローラを備えた電流インバータは、無停電電源装置などの産業界で広く使用されており、その電力は数百キロワットに達します。 出力電圧波形は正弦波に近いため、AC側にフィルタなしで使用できます。 平滑インダクタ Ld のインダクタンスが大きいため、インバータ電流 id (電源電流 E) は完全に平滑化されていると考えることができます。 正のパルス Uy1 はサイリスタ VS1 と VS4 を開き、正のパルス Uy2 はサイリスタ VS2 と VS3 を開きます。 インバータ id の入力電流は、サイリスタによって実行される周期的なスイッチングにより、ブリッジの対角線で長方形の交流電流に変換されます。 コンデンサSk - スイッチング。 これは、トランジスタに阻止電圧を生成する役割を果たします。 負荷の大きさに対する負荷電圧の強い依存性を排除するために、誘導負荷（要素 VS5、L）を備えた調整可能な AC 電圧コンバータが使用されました。 消費する電流には 1 次高調波が含まれており、電圧に対する位相シフトは常に π/2 に等しくなります。 第 1 電流高調波の振幅は、電圧変化の瞬間 Un に対する VS5 の制御パルスの位相シフトに等しい制御角度 α に依存します。 したがって、この電圧変換回路は制御されたインダクタンスとしてみなされます。 制御回路を用いて角度αを変化させてiLを調整することにより、電流iнと電圧Unとのずれ角βが変化しない同じ電流iLを設定する必要があり、負荷電流が変化しても負荷にかかる電圧は一定となります。 Sk、Ld、L の計算式。 通常のスイッチングでは、電圧と電流の間のシフト角 β は β≧ωtoff である必要があります。ここで、ω = =2πf = 314 s-1 角周波数。 toff - サイリスタのターンオフ時間。 tgβ = bc/(ynsosϕn tgϕn)、ここで bc = ωC はコンデンサ Sk のコンダクタンス係数です。 yn = 1/zn 負荷導電率。 有効負荷電力Рн = Еid = = Unincosϕ. コンデンサの無効電力Qc==U2нωСк。 無効負荷電力Qн=Рнtgϕн。 インバータで消費される無効電力 Qi = Qc - Qn。 負荷電圧Un = 0,35πE[1 + (ωCk /yn cosϕn - tgϕn)2]1/2。 静電容量Ск = Рн(tgβ + tgϕн)/ωU2н。 チョークインダクタンス Ld≥ {E[1 - cos(β + π/6)]cosϕ}/72fPнcosβ (β<π/6 の場合)。 β≧π/2の場合、Ld≧E2sin144β/2fPnsos6β。 誘導負荷 L≧1,4Uн.ωiL≧2Uн.ωiL、αはトライアック制御角VS1,4、iL = Iw5maxsin(α- π/1)。 電流 iL にはトライアック VS も選択されます。 トライアックVS5の制御概念図を図6に示します。 この回路は DD2.1 シングル バイブレータ上に構築されており、持続時間 10 ミリ秒以下のパルスを生成します (コンデンサ C1 の静電容量が選択されます)。 単一のバイブレータは、制御回路からのインパルスによって起動されます (図 2)。 パルスの持続時間は抵抗器 R1 によって調整されます。 トランジスタＶＴ２のコレクタから、トライアックＵｙ３の制御パルスが取り出される。 抵抗器 R2 の値と電力は、電力セクションで選択したトライアック VS3 の開放電流によって決まります。 R3 < E/I open; РR5==E3/R3。 必要な負荷電力が200 ... 300 Wを超えない場合、図7の図に従ってコンバータの電力部分をトランジスタで作ることができます。 「貫通電流」の影響がないことは、図 2 に従った制御システムの回路設計によって保証されます。 著者: A.N.マンコフスキー
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