Необхідність схем інверторів з чистою синусоїдою

Розробкою схем інвертора з чистою синусоїдою зайняті не тільки багато народні умільці, а й науково-технічні центри. Інвертори, або блоки безперебійного живлення, набули популярності з розвитком компютерних технологій. Збої в програмному забезпеченні, втрата інформації при раптовому відключенні живлення змусили вжити необхідних заходів безпеки. Перші пристрої видавали імпульсна напруга прямокутної форми - меандр. Вони забезпечували невеликий проміжок часу, протягом якого можна було зберегти інформацію і виконати штатний виключення компютера. Подальші розробки дозволили створити вдосконалені моделі перетворювачів.

Збільшення ємності акумуляторів, номінальної потужності інверторів дозволило не тільки збільшити час роботи компютерів, але і застосувати ІБП для роботи інших пристроїв і приладів при перебоях в електропостачанні.

Перший досвід експлуатації показав, що тривала робота обладнання на імпульсній напрузі призводить до прискореного зносу і відмови техніки. Певні категорії обладнання виявилися нездатними працювати на напрузі, що відрізняється від синусоїди. Потужність джерел живлення не дозволяла підключати кілька пристроїв одночасно.

Виникла необхідність в інверторах з синусоїдальною формою напруги, здатних витримати навантаження в кілька кіловат. Часткове вирішення проблеми було знайдено. Виробники запропонували перетворювачі з квазі - синусом. Така форма є синусоїдою, що складається з безлічі невеликих сходинок.

Природна і штучна синусоїда

Синусоїдальна форма напруги, що виробляється промисловими генераторами, створюється обертанням полюсів магнітного поля. Робота електродвигунів заснована на створенні електроенергією обертового магнітного поля для впливу на ротор. При формі напруги, що відрізняється від синусоїди, обертання ротора буде відбуватися нерівномірно, з прискоренням або уповільненням, що відібється на технічному стані двигуна і робочої частини.

Використання напруги спотвореної форми поки не пройшло достатніх випробувань на практиці, тому використовувати його для живлення дорогого устаткування без гарантій виробника небажано. Більшість ДБЖ призначений для підтримки основних життєво необхідних функцій.

Напруга не завжди має ідеальну форму. Підвищують і знижують трансформаторні станції, різні види споживає обладнання створюють певні зміни в форму напруги. Переважне використання індуктивних навантажень без компенсаційних конденсаторних установок створює в мережі певне зрушення фаз, що впливає на форму синусоїди. Масове підключення імпульсних блоків живлення також вносить свою частку спотворень, незважаючи на наявність фільтрів.

Отримати чистий синус при використанні радіоелектронних компонентів досить складно. Рішення начебто лежить на поверхні. Прямокутний імпульс в спрощеному уявленні складається з гармонійного ряду синусоїд, перша з яких відповідає частоті імпульсів. Потрібно всього лише встановити на виході відповідний фільтр.

Ефективність експлуатації такого пристрою досить низька. Значна частина енергії затримається на елементах фільтра і перетворюється в тепло. Вага і габаритні розміри перетворювача значно зростуть. Виділити і використовувати відфільтровану енергію для зарядки також досить складно. Схема значно ускладниться, зросте її вартість, знизиться надійність.

Більшість експериментаторів сходиться на думці, що модифікована синусоїда цілком прийнятна для більшості побутових і промислових пристроїв, приладів.

Схема інвертора з чистим синусом

Харчування перетворювача (рис.1) може бути від джерела зі складною формою напруги або постійного струму. При використанні акумулятора фільтр Ф і діодний міст М можна не встановлювати. Для роботи низьковольтної частини схеми використовується міст М1, зібраний на малопотужних діодах. Виготовити таку схему своїми руками досить складно. У виконавця повинен бути певний досвід виконання подібних робіт.

Схема працює в такий спосіб. Генератор, що задає на мікросхемі D5 створює синусоїдальний сигнал з частотою 50 Гц. Його схема являє собою модифікований варіант генератора Вина. Зміни внесені для збільшення надійності схеми і зменшення споживання енергії. Контролери D1, D2 модулюють синусоїдальний сигнал. Для модуляції на мікросхемах використовуються різні входи: прямий і інвертується. Тому одна сторона запускається при позитивній хвилі, друга - при негативній. З контролерів вихідний сигнал надходить на мікросхеми D3, D4, що формують сигнал для управління транзисторами.

Силова частина зібрана за принципом мостової схеми. Навантаження підключається в одну діагональ моста, напругу живлення - в іншу. При проходженні одного з напівперіодів струм проходить від мінусової клеми через VT4, обмотку L1, навантаження, VT1, плюсову клему джерела живлення. При іншому напівперіоді працюють транзистори VT2, VT3.

Захист по перевищенню максимально допустимого струму зібрана на резисторах R17-19, R22 і діодах VD11,12. При перевищенні падіння напруги на резисторах в силовому ланцюзі різниця надходить на відповідні контакти D1, D2, і схема припиняє роботу.

додатковий фільтр

Наявний в наявності перетворювач з прямокутним імпульсним напругою можна модернізувати, встановивши на виході фільтр (рис.2), що відсіває вищі гармоніки. Точний розрахунок і ретельне виготовлення деталей допоможуть знизити втрати на фільтрі до мінімуму.

При виготовленні слід враховувати, що пристрій використовується для силових ланцюгів. Всі елементи і комплектуючі повинні витримувати максимально допустимий струм.

До складу входять два LC контура з резонансною частотою 50 Гц. В одному з них ємність з індуктивністю підключені послідовно, у другому - паралельно. Дроселі для контурів розраховуються і виготовляються ідентично, конденсатори також повинні мати однакові параметри. Оптимальна ємність для конденсаторів 100 мкФ, допустиме напругу не менше 300 В. Електролітичні полярні конденсатори використовувати не можна.

Сердечники для котушок індуктивності повинні бути з трансформаторного заліза. Для точної підгонки дроселя в залозі потрібно вирізати зазор. Необхідна кількість витків можна розрахувати, використовуючи співвідношення для розрахунку резонансної частоти контуру. Для намотування бажано використовувати гнучкий мідний дріт. Мінімальний переріз повинен бути не менше 2,5 мм².

https://youtube.com/embed/AdBP7R8QFJQ

Загальну площу намотування необхідно порівняти з розмірами вікна в осерді. Після складання необхідно виконати підгонку котушок, підключивши до мережевої напруги 220 В (рис.3). Опір навантаження являє собою лампу розжарювання, вимірювальний прилад можна використовувати будь-якого типу з необхідним діапазоном. Правильна настройка визначається по максимальному напрузі. У зазор потрібно укласти прокладки дещо більше розрахункової величини. Потім слід зменшувати товщину прокладок, контролюючи напруга по вольтметру. Значення має збільшуватися при зміні товщини зазору, потім знижуватися. Зазор при максимальній напрузі є найоптимальнішим варіантом. При наладці необхідно стягувати залізо сердечника до щільного контакту з прокладним матеріалом. Після підгонки слід зібрати і підключити фільтр.

https://youtube.com/embed/fNx1AA3sTQo

При наявності осцилографа можна перевірити форму напруги до і після фільтра. При наявності всіх необхідних деталей і певного досвіду пристрій цілком доступно для виготовлення своїми руками.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!