Um conversor de tensão de 12 a 220 V é usado onde há necessidade de conectar dispositivos elétricos que consomem corrente de rede padrão a uma fonte de tensão alternada. Em muitos casos, esta rede não está disponível. O uso de um gerador autônomo a gasolina requer o cumprimento das regras para sua manutenção: monitoramento constante do nível de combustível de trabalho, ventilação. O uso de conversores completos com baterias de carro permite resolver o problema da melhor maneira.
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Finalidade e princípio de operação
O que é um conversor de tensão. Este é o nome de um dispositivo eletrônico que altera a magnitude do sinal de entrada. Ele pode ser usado como um dispositivo de subida ou descida. A tensão de entrada após a conversão pode alterar tanto sua magnitude quanto sua frequência.Esses dispositivos que alteram a tensão CC (a convertem) em um sinal de saída CA são chamados de inversores.
Os conversores de tensão são usados tanto como um dispositivo autônomo que fornece energia CA aos consumidores, quanto podem fazer parte de outros produtos: sistemas e fontes de alimentação ininterruptas, dispositivos para aumentar a tensão direta para o valor necessário.
Os inversores são geradores de tensão de oscilações harmônicas. Uma fonte DC usando um circuito de controle especial cria um modo de comutação periódica de polaridade. Como resultado, um sinal de tensão CA é gerado nos contatos de saída do dispositivo ao qual a carga está conectada. Seu valor (amplitude) e frequência são determinados pelos elementos do circuito conversor.
O dispositivo de controle (controlador) define a frequência de comutação da fonte e a forma do sinal de saída, e sua amplitude é determinada pelos elementos do estágio de saída do circuito. Eles são classificados para a potência máxima que a carga consumirá no circuito CA.
O controlador também é usado para controlar a magnitude do sinal de saída, o que é obtido controlando a duração dos pulsos (aumentando ou diminuindo sua largura). Informações sobre alterações no valor do sinal de saída na carga entram no controlador através do circuito de feedback, com base no qual um sinal de controle é gerado para salvar os parâmetros necessários. Esta técnica é chamada de sinais PWM (modulação de largura de pulso).
Nos circuitos das chaves de saída de energia de um conversor de tensão de 12V, podem ser usados poderosos transistores bipolares compostos, tiristores semicondutores e transistores de efeito de campo. Os circuitos controladores são implementados em microcircuitos, que são dispositivos prontos para uso com as funções necessárias (microcontroladores), especialmente projetados para tais conversores.
O circuito de controle fornece a sequência de operação das teclas para fornecer à saída do inversor o sinal necessário para o funcionamento normal dos dispositivos consumidores. Além disso, o circuito de controle deve garantir a simetria das meias ondas da tensão de saída. Isso é especialmente importante para circuitos que usam transformadores de pulso elevadores na saída. Para eles, o aparecimento de um componente de tensão constante, que pode aparecer quando a simetria é quebrada, é inaceitável.
Existem muitas opções para construir circuitos inversores de tensão (VIN), mas 3 principais são distinguidos deles:
- IN ponte sem transformador;
- transformador IN com fio neutro;
- circuito em ponte com um transformador.
Cada um deles encontra aplicação em seu campo, dependendo da fonte de energia utilizada e da potência de saída necessária para os consumidores de energia. Cada um deles deve ser dotado de elementos de proteção e sinalização.
A proteção de subtensão e sobretensão da fonte CC determina a faixa de operação dos inversores "na entrada". A proteção contra alta e baixa tensão CA de saída é necessária para a operação normal dos equipamentos de consumo. A faixa de operação é definida de acordo com os requisitos da carga utilizada.Esses tipos de proteção são reversíveis, ou seja, quando os parâmetros do equipamento são restaurados ao normal, o trabalho pode ser restabelecido.
Caso a proteção dispare devido a um curto-circuito na carga ou um aumento excessivo da corrente de saída, é necessária uma análise minuciosa das causas deste evento antes de continuar a operar o equipamento.
O conversor de 12V é o mais adequado para a criação de uma rede elétrica local. A presença de um grande número de carros e baterias de 12V DC permite que sejam usados para atender às necessidades dos usuários. Essas redes podem ser criadas em vários lugares, começando no seu próprio carro. São móveis e não dependem do estacionamento.
Variedades de conversores de 12 a 220 volts
Conversores simples de 12 a 220 são projetados para consumidores de baixa potência. Os requisitos para a qualidade da tensão de alimentação de saída e a forma do sinal são baixos. Seus circuitos clássicos não usam microcontroladores PWM. O multivibrador, montado nos elementos lógicos AND-NOT, gera impulsos elétricos com taxa de repetição de 100 Hz. Um D-flip-flop é usado para criar um sinal anti-fase. Ele divide a frequência do oscilador mestre por 2. Um sinal antifásico na forma de pulsos retangulares é gerado nas saídas de disparo direto e inverso.
Este sinal, através dos elementos buffer nos elementos lógicos, NÃO controla o circuito de saída do conversor, construído em transistores chave. A sua potência determina a potência de saída dos inversores.
Os transistores podem ser compostos bipolares e de campo. Os circuitos coletores ou coletores incluem metade do enrolamento primário do transformador. Seu enrolamento secundário é projetado para uma tensão de saída de 220 V.Como o flip-flop dividiu a frequência de 100 Hz do multivibrador por 2, a frequência de saída será de 50 Hz. Tal valor é necessário para alimentar a grande maioria dos equipamentos elétricos e de rádio domésticos.
Todos os elementos do circuito são alimentados pela bateria do veículo, utilizando elementos adicionais para estabilização e proteção contra interferências de alta frequência. A própria bateria também está protegida deles.
Nos circuitos de conversores simples não são fornecidos elementos de proteção e controle automático. A frequência do sinal de saída é determinada pela escolha da capacitância do capacitor e da resistência do resistor incluído no circuito oscilador mestre. Como a proteção mais simples contra um curto-circuito na carga, é utilizado um fusível no circuito da bateria do carro que alimenta o circuito. Portanto, é sempre necessário ter um conjunto de fusíveis sobressalentes.
Conversores DC-AC modernos mais poderosos são feitos de acordo com outros esquemas. O controlador PWM define o modo de operação. Também determina a amplitude e a frequência do sinal de saída.
O circuito conversor de 2000 W (12 V+220 V+2000 W) utiliza a conexão paralela de elementos ativos de potência em seus estágios de saída para obter a potência de saída necessária. Com este circuito, as correntes dos transistores são somadas.
Mas uma maneira mais confiável de aumentar o parâmetro de potência é combinar vários conversores DC / DC como sinal de entrada de um inversor comum DC / AC (corrente contínua / corrente alternada), cuja saída é usada para conectar uma carga poderosa.Cada um dos conversores DC/DC é composto por um inversor com saída de transformador e um retificador para esta tensão. Existe uma tensão constante de cerca de 300 V nos terminais de saída, todos ligados em paralelo na saída.
É difícil obter mais de 600 W de potência de um inversor. Todo o circuito do dispositivo é alimentado pela tensão da bateria.
Tais circuitos são fornecidos com todos os tipos de proteção, inclusive proteção térmica. Os sensores de temperatura são montados na superfície dos radiadores dos transistores de saída. Eles geram tensão dependendo do grau de aquecimento. O dispositivo de limiar compara-o com o definido na fase de projeto e emite um sinal para parar o dispositivo com o alarme correspondente. Cada tipo de proteção é equipado com seu próprio dispositivo de sinalização, muitas vezes sonoro.
O resfriamento forçado adicional também é usado com a ajuda de um resfriador de ar instalado no gabinete, que entra automaticamente em operação ao comando do sensor térmico correspondente. Além disso, o próprio gabinete é um dissipador de calor confiável, pois é feito de metal corrugado.
De acordo com a forma de onda da tensão de saída
Os conversores de tensão monofásicos podem ser divididos em dois grupos:
- com uma onda senoidal pura na saída;
- com uma onda senoidal modificada.
Nos inversores do primeiro grupo, o conversor de alta frequência cria uma tensão constante. Seu valor está próximo da amplitude do sinal senoidal, que deve ser obtido na saída do dispositivo.Em um circuito em ponte, um componente que está muito próximo de uma forma senoidal é separado dessa tensão CC por modulação de largura de pulso do controlador e um filtro passa-baixa. Os transistores de saída abrem várias vezes em cada semiciclo por um tempo que varia de acordo com a lei harmônica.
Uma onda senoidal pura é necessária para dispositivos que possuem um transformador ou motor na entrada. A parte principal dos dispositivos modernos permite o fornecimento de tensão, cuja forma se assemelha aproximadamente a uma senóide. Requisitos particularmente baixos são impostos por produtos com fontes de alimentação comutadas.
Dispositivos transformadores
Os conversores de tensão podem conter transformadores. Nos circuitos inversores, eles participam da operação de osciladores de bloqueio mestre que geram pulsos próximos ao formato retangular. Como parte de tal gerador, é usado um transformador de pulso. Seus enrolamentos são conectados de forma a criar um feedback positivo, resultando na criação de oscilações não amortecidas.
O circuito magnético (núcleo) é feito de uma liga com alta capacidade de campo magnético. Devido a isso, o transformador opera em modo não saturado. Vários tipos de ferritas, permalloy têm essas propriedades.
Os multivibradores substituíram os geradores de bloqueio de transformadores. Eles usam uma base de elementos moderna e têm uma estabilidade de frequência mais alta em comparação com seus antecessores. Além disso, em circuitos multivibradores, a alteração da frequência de operação do gerador é obtida de maneira simples.
Nos modelos modernos de inversores, os transformadores operam nos estágios de saída.Através da saída do ponto médio do enrolamento primário para os coletores ou drenos dos transistores usados neles, é fornecida a tensão de alimentação da bateria. Os enrolamentos secundários são calculados usando a relação de transformação para uma tensão alternada de 220 V. Este valor é usado para alimentar a maioria dos consumidores domésticos.
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