Convertisseur de tension continue batterie 12 V vers tension alternative 220 V 50 Hz. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Convertisseurs de tension, redresseurs, onduleurs

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De nombreux convertisseurs de tension sont décrits dans la littérature, mais presque tous présentent de sérieux inconvénients. J'ai conçu un convertisseur dépourvu de ces défauts. Pour ce faire, je suis parti des critères suivants :

1. La puissance maximale fournie à la charge doit être d'au moins 1 kW. Cette condition nous a obligés à abandonner les transistors puissants dans la section de puissance (qui sont un "point sensible" dans les convertisseurs de puissance 100-300 W) et à utiliser des trinistors puissants.

2. Une tension de sortie proche de la sinusoïdale à la sortie du convertisseur est obtenue en sélectionnant la capacité d'un condensateur connecté en parallèle avec la charge ou en utilisant des onduleurs de courant dans la section de puissance.

3. Élimination des courants "traversants". Ce problème est très pertinent et réside dans le fait que le temps d'activation d'un transistor ou d'un trinistor est inférieur au temps de désactivation, c'est-à-dire un appareil s'allume et fournit du courant à l'enroulement primaire du transformateur, et le second, qui devrait déjà être éteint à ce moment, fournit également du courant à l'enroulement. J'ai résolu ce problème en réduisant la durée des impulsions de commande d'un temps suffisant pour fermer complètement le trinistor.

4. L'arrêt automatique de l'appareil lorsque la batterie est profondément déchargée est obtenu à l'aide d'un dispositif de seuil.

5. La mise en marche automatique du convertisseur en cas de coupure de courant et la charge de la batterie (avec déconnexion du chargeur lorsqu'elle est complètement déchargée) en présence de tension secteur sont assurées par l'utilisation d'un circuit sur relais et d'un chargeur automatique.

Le schéma fonctionnel du convertisseur est illustré à la Fig.1.

En présence d'une tension secteur de 220 V, la charge est connectée au réseau et la batterie est connectée au chargeur. En cas de panne de courant secteur, une tension de batterie de 12 V est fournie au convertisseur de tension et une charge y est connectée. Toutes ces opérations sont effectuées par le dispositif de commutation, qui comprend un chargeur automatique.

L'oscillateur maître (MG) génère des impulsions rectangulaires d'une durée de 10 ms et d'une fréquence de 50 Hz. A partir des sorties du ZG, les impulsions arrivent à la ligne à retard (LZ) et au vibreur unique. Le LZ sert à garantir que le niveau du log "1" arrive au circuit de coïncidence 1 μs plus tard que l'impulsion du vibrateur unique. La durée de l'impulsion unique du vibreur est soustraite de la durée de l'impulsion MO et doit être supérieure à la durée de blocage des trinistors utilisés. Le formateur d'impulsions de sortie (WF) génère des impulsions de commande vers les électrodes de commande des trinistors de l'unité de puissance (MF).

Le schéma de principe du système de commande de la partie puissance du convertisseur de tension est illustré à la Fig. 2, et les diagrammes de tension aux points caractéristiques sont illustrés à la Fig. 3.

(cliquez pour agrandir)

ZG se fait sur les éléments ET-NON DD1.1, DD1.2. La fréquence des impulsions à sa sortie est réglée à l'aide d'un fréquencemètre en sélectionnant la résistance R1. Des impulsions de fréquence de 50 Hz sont transmises à travers le LZ sur la chaîne d'intégration R2C2 à l'entrée DD1.4. Le temps de retard d'impulsion est d'environ 1 µs. L'entrée 13 DD1.4 reçoit des impulsions d'un seul vibreur DD2.1 dont les impulsions de déclenchement sont les chutes de tension positives des impulsions ZG. La durée des impulsions du vibrateur unique est déterminée par les éléments R3C3. La ligne à retard est utilisée pour s'assurer que la chute de tension positive de l'impulsion ZG arrive à l'entrée 12 DD1.4 plus tard que la chute de tension négative de l'impulsion unique apparaît à l'entrée 13 DD1.4, et qu'il n'y a pas de surtension négative de l'impulsion repose sur le transistor VT1 avec une durée égale au temps de réponse du déclencheur DD2.1.

La durée d'impulsion du vibreur unique est choisie d'environ 20 µs en fonction de la fermeture fiable des trinistors de la section de puissance de type TCh125 dont le temps passant est de 6 µs. Lors de l'utilisation d'autres types de trinistors, il est nécessaire de recalculer les valeurs de R3 et C3. Une impulsion positive de commande d'une durée de 2 µs est retirée du collecteur du transistor VT9,98. De même, une impulsion Uó2 est générée, qui est en opposition de phase avec l'impulsion Uó1. La puissance et la valeur des résistances R8 et R9 sont choisies en fonction du type de transistors utilisés : R9 = R8 < 12 V / Iopen, PR8 = PR9 = 144 / R8 = 144 / R9.

Si plusieurs batteries connectées en série sont utilisées dans le convertisseur de tension, les dimensions du transformateur T1 seront considérablement réduites, et pour obtenir la puissance requise à la charge, des trinistors avec un courant plus faible peuvent être sélectionnés.

La conception du circuit de la partie puissance du convertisseur peut être résolue le plus simplement en utilisant de puissants thyristors verrouillables (Fig. 4).

La charge de l'onduleur est l'enroulement primaire du transformateur T1. La charge 220 V est connectée à l'enroulement secondaire du transformateur. Le transformateur est calculé selon la méthodologie qui a été publiée à plusieurs reprises dans la littérature pédagogique. Un condensateur est connecté en parallèle avec la charge pour obtenir une forme de tension proche de la sinusoïdale. Sa capacité dépend de la charge, elle est déterminée expérimentalement.

En présence d'une impulsion de commande Uó1, les thyristors VS1 et VS4 sont activés et VS2 et VS3 sont désactivés. L'enroulement du transformateur w1 est connecté avec l'extrémité gauche au bus d'alimentation positif et avec l'extrémité droite au négatif, et le courant circule, comme illustré à la Fig. 4. En l'absence de Uy1 et en présence de Uy2, VS1 et VS4 sont bloqués, la tension et le courant de l'enroulement w1 changent de sens.

Lors du verrouillage de VS1 et VS4 à l'instant t2, malgré l'arrivée de l'impulsion de déverrouillage sur VS2 et VS3, le courant de charge ií dû à la présence de l'inductance Lí aura tendance à conserver son sens. Afin d'ouvrir la voie au courant de charge après le verrouillage de VS1 et VS4, les thyristors sont shuntés avec des diodes VD10 - VD40. Par conséquent, le courant de charge à t2

Une solution de circuit plus complexe pour construire la partie puissance du convertisseur est l'utilisation d'un onduleur de courant illustré à la Fig.5.

Les onduleurs de courant avec un contrôleur à thyristor inductif sont largement utilisés dans l'industrie, par exemple, dans les alimentations sans coupure, leur puissance atteint des centaines de kilowatts. La forme d'onde de la tension de sortie est proche de la sinusoïdale, ce qui permet de les utiliser sans filtres du côté AC.

En raison de la grande inductance de l'inductance de lissage Ld, le courant de l'onduleur id (courant de source E) peut être considéré comme parfaitement lissé. Une impulsion positive Uy1 ouvre les thyristors VS1 et VS4, une impulsion positive Uy2 ouvre les thyristors VS2 et VS3. Le courant d'entrée de l'onduleur id, dû à la commutation périodique effectuée par les thyristors, est converti dans la diagonale du pont en un courant alternatif de forme rectangulaire. Condensateur Sk - commutation. Il sert à créer une tension de blocage sur les transistors.

Pour éliminer la forte dépendance de la tension de la charge à l'amplitude de la charge, un convertisseur de tension alternative réglable avec une charge inductive (éléments VS5, L) a été utilisé. Le courant qu'il consomme a la 1ère harmonique dont le déphasage par rapport à la tension est toujours égal à π/2. L'amplitude de la 1ère harmonique de courant dépend de l'angle de commande α, qui est égal au déphasage des impulsions de commande sur VS5 par rapport à l'instant de changement de tension Un. Par conséquent, ce circuit convertisseur de tension est considéré comme une inductance contrôlée. En ajustant iL en modifiant l'angle α à l'aide du circuit de commande, il est nécessaire de régler le même courant iL, auquel l'angle de décalage β entre le courant iн et la tension Un est resté inchangé, puis la tension sur la charge sera constante lorsque le changements de courant de charge.

Formules de calcul de Sk, Ld, L. Pour une commutation normale, l'angle de décalage β entre tension et courant doit être β≥ωtoff, où ω = =2πf = 314 s-1 fréquence angulaire ; toff - temps de désactivation du thyristor ; tgβ = bc/(ynsosϕn tgϕn), où bc = ωC est le module de conductance du condensateur Sk ; yn = 1/zn module de conductivité de la charge.

Puissance de charge active Рн = Еid = =Unincosϕ.

Puissance réactive du condensateur Qc = = U2нωСк.

Puissance de charge réactive Qн = Рнtgϕн.

Puissance réactive consommée par l'onduleur Qi = Qc - Qí.

Tension de charge Un = 0,35πE[1 + (ωCk /yn cosϕn - tgϕn)2]1/2. Capacité Ск = Рн(tgβ + tgϕн)/ωU2н.

Inductance de self Ld≥ {E[1 - cos(β + π/6)]cosϕ}/72fPícosβ si β<π/6. Ld≥ E2sin2β/144fPnsos2β si β≥π/6 ;

Charge inductive L≥1,4Uнsin(α- π/2)/ωiL ≥ 1,4Uн.ωiL, où α est l'angle de commande du triac VS5, iL = Iw1maxsin(α - π/2). Pour le courant iL, le triac VS est également sélectionné.

Un schéma de principe de la commande du triac VS5 est représenté sur la Fig.6. Ce circuit est construit sur un vibrateur unique DD2.1, qui produit des impulsions d'une durée maximale de 10 ms (la capacité du condensateur C1 est sélectionnée). Le vibrateur unique est démarré par des impulsions du circuit de commande (Fig. 2). La durée des impulsions est régulée par la résistance R1. Du collecteur du transistor VT2, les impulsions de commande du triac Uy3 sont prélevées. La valeur et la puissance de la résistance R3 dépendent du courant d'ouverture du triac sélectionné VS5 dans la partie puissance : R3 < E/I ouvert ; РR3==E2/R3.

Si la puissance de charge requise ne dépasse pas 200 ... 300 W, la partie puissance du convertisseur peut être réalisée sur des transistors selon le schéma de la Fig. 7. L'absence de l'effet des "courants traversants" est assurée par la conception du circuit du système de commande selon la Fig.2.

Auteur : A.N.Mankovsky

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