Практически все бытовые электрические приборы на территории РФ работают от сети 220 Вольт 50 Гц. Она обеспечивает питанием электротехнику относительно небольшой мощности. Когда необходимо в разы увеличить производительность приборов, 220 Вольт 50 Гц не могут обеспечить этого. Именно поэтому специально для высокотехнологичного мощного промышленного оборудования стали использовать сеть 380 Вольт 400 Гц.
Водяная скважина или напорный насос часто накладывают наибольший спрос на инвертор. Это требует особого внимания. Большинство насосов вызывают очень сильный всплеск тока во время запуска. Инвертор должен иметь достаточную волновую способность для управления им при работе любых других нагрузок, которые могут быть включены. Важно, чтобы размер инвертора был достаточным, особенно для обработки стартового всплеска. Увеличьте его еще больше, если вы хотите, чтобы он запускал насос, не заставляя свет мерцать или мигать.
Сила холостого хода - это потребление инвертора, когда он включен, но нагрузки не работают. Это «потерянная» мощность, поэтому, если вы ожидаете, что инвертор будет включен много часов, в течение которого будет очень мало нагрузки, вы хотите, чтобы это было как можно меньше.
В военной технике и авиационном оборудовании используется различное напряжение, рассчитанное на частоту 400 Гц. Это обусловлено тем, что необходимо было увеличить эффективность, снизив габариты приборов и оставив небольшим их вес, сохранив мощностные характеристики. Также можно встретить строительный инструмент, рассчитанный на напряжение 36 Вольт 200 Гц. Все эти устройства относятся к специальному оборудованию и в массовом использовании практически не применяются.
Большинство современных гаджетов привлекают определенную силу, когда они подключены. Некоторые из них используют силу, чтобы ничего не делать. Его электрическая система глаз работает днем и ночью, наблюдая за вашим сигналом, чтобы включить экран. Каждое устройство с внешним трансформатором настенной розетки использует питание, даже если прибор выключен. Эти небольшие нагрузки называются «фантомными нагрузками», потому что их мощность неожиданно, невидима и легко забывается.
Аналогичная проблема связана с «нагрузкой на холостом ходу». Это устройства, которые должны быть все время, чтобы функционировать, когда это необходимо. К ним относятся детекторы дыма, системы сигнализации, огни детекторов движения, факсимильные аппараты и автоответчики. Системы центрального отопления имеют трансформатор в своей цепи термостата, который постоянно остается. Аккумуляторные устройства потребляют энергию даже после того, как их батареи достигнут полной зарядки. Если это тепло, это указывает на потерю энергии.
Современная силовая электротехника, изготовленная на основе биполярных IGBT-транзисторов - частотные преобразователи 50 Гц. Они позволяют подключать в сеть 220 Вольт приборы, работающие от 380 Вольт, при этом не внося изменения в систему электропитания объекта (автоматизированной системы). В некоторых случаях требуется наоборот, частотный преобразователь 400 Гц понижающей частоты.
Инверторы - преимущества чистых инверторов синусоидальной волны над модифицированными инверторами синусоидальной волны. В синусоидальной волне напряжение поднимается и плавно падает с плавно меняющимся фазовым углом, а также мгновенно изменяет полярность, когда она пересекает 0 вольт. В модифицированной синусоидальной волне напряжение поднимается и падает резко, фазовый угол также резко изменяется, и он некоторое время сидит на 0 вольт, прежде чем менять полярность. Таким образом, любое устройство, которое использует схему управления, которая воспринимает фазовое или мгновенное пересечение нулевого напряжения, не будет работать должным образом из напряжения, имеющего модифицированную синусоидальную форму.
Преимущества инвертора
Преобразователь частоты 50 Гц в 400 Гц позволяет использовать устройства без потери их мощности при подключении через инвертор в обычную бытовую сеть.
Кроме этого преобразователь частоты 50 400 Гц, используемый в асинхронных двигателях, обеспечивает:
- защиту исполнительного устройства от перегрузок;
- возможность программирования;
- подключение удаленного логического управления;
- реверсное вращение;
- подключение дополнительных устройств (электромеханизмов).
Асинхронные (синхронные двигатели более экономичны и имеют практически неограниченный ресурс, именно поэтому они востребованы на различном производстве, бытовых и промышленных объектах.
Кроме того, поскольку модифицированная синусоидальная волна является формой прямоугольной волны, она состоит из множества синусоидальных волн нечетных гармоник основной частоты модифицированной синусоидальной волны. Например, 60 Гц. модифицированная синусоидальная волна будет состоять из синусоидальных волн с нечетными гармоническими частотами 3-го, 5-го, 7-го и так далее.
Преимущества синусоидальных инверторов
Напряжение, ток, коэффициент мощности, типы нагрузок
При напряжении с синусоидальной формой мгновенное значение и полярность напряжения изменяются по времени, а волновая форма подобна синусоидальной волне. Существует 60 таких циклов за 1 секунду. Циклы в секунду называются «частотой» и также называются «Герц». Если к этому типу напряжения подключена линейная нагрузка, то нагрузка будет потреблять ток, который также будет иметь одинаковую синусоидальную форму. Однако максимальное значение тока будет зависеть от полного сопротивления нагрузки.Изменять скорость вращения ротора можно с помощью встроенного потенциометра, уменьшая или увеличивая частоту тока на преобразователе частоты 50 Гц в любую другую. Инверторы рассчитаны на изменение этого показателя от 0 до 400 Гц. При вращении на малых скоростях следует учесть быстрый нагрев прибора.
Преобразователи частоты 50 400 Гц, предлагаемые нашей компанией LS General, изготовлены по современным технологиям известными зарубежными и отечественными компаниями. Мы предлагаем купить преобразователь частоты 400 Гц таких известных компаний, как Hyundai, LG, Instart и Веспер.
Эта разность фаз определяет «коэффициент мощности» нагрузки. Коэффициент мощности резистивной нагрузки равен единице. Номинальная выходная мощность инверторов обычно задается для резистивного типа нагрузок, которые имеют единый коэффициент мощности. Обычно используются два значения: среднеквадратичное значение и пиковое значение.
Нелинейный характер тока, потребляемого источниками питания с коммутационным режимом
Большинство современных электронных устройств используют встроенный универсальный тип режима переключения источников питания для управления электронными схемами. Это происходит из-за зарядки входного фильтра конденсатора в основном вокруг положительных и отрицательных пиковых участков синусоидального входного напряжения.
Частотный преобразователь 400 Гц следует выбирать, исходя из технических параметров оборудования и возможных потерь силовых линий. Но обязательно следует учитывать мощность двигателя, которая не должна превышать аналогичный показатель инвертора. В некоторых случаях допускается, чтобы мощность преобразователя частоты 50 400 Гц и привода находилась в одинаковых соотношениях.
Инверторы - заземление и нейтральное соединение
В линейной нагрузке коэффициент гребня равен. Инверторы защищены от превышения тока путем отсечения пиков выходного напряжения или путем полного отключения выходного напряжения инвертора.
Проводники для распределения электроэнергии
Они называются «токонесущими» проводниками. Третий проводник используется для заземления, чтобы предотвратить накопление напряжений, которые могут привести к чрезмерным опасностям для подключенного оборудования или людей. Это называется «несущим без тока» проводником.В. ПОЛЯКОВ, г. Москва
Журнал Радио, 2000 год, №3
Некоторые бытовые приборы импортного производства требуют напряжения питания частотой 60 Гц. В часах, например, эта частота используется как образцовая для задающего генератора. Чтобы обеспечить их нормальную работу, автор статьи предлагает использовать несложный преобразователь для получения напряжения питания искомой частоты.
Термин «заземленный» указывает, что одна или несколько частей электрической системы соединены с землей, которая, как считается, имеет нулевое напряжение или потенциал. В некоторых областях вместо заземления используется термин «заземление». «Заземленный проводник» представляет собой «токопроводящий» проводник, который обычно несет ток и также соединен с землей. «Заземленная система» - это система, в которой заземлен один из токопроводящих проводников.
«Провод заземления оборудования» - это проводник, который обычно не передает ток и также подключен к земле. Он используется для соединения открытых металлических поверхностей электрооборудования вместе, а затем с землей. Примерами являются оголенный медный проводник в неметаллическом кабеле с оболочкой и зеленый изолированный проводник в силовых кабелях в переносном оборудовании. Эти заземляющие проводники оборудования помогают предотвратить поражение электрическим током и позволяют устройствам сверхтока работать надлежащим образом при возникновении замыканий на землю.
Возникла проблема: привезенные знакомыми из Америки красивые настольные электронные часы с будильником и радиоприемником требуют питания 110 В 60 Гц. При подключении к сети через купленный уже в России адаптер неизвестного производства, но с надписью - "Input: 220 V 50 Hz. output: 110 V 60 Hz" часы функционируют, однако отстают на 10 минут в час. Радиоприемник работает нормально. Что делать?
Размер этого проводника должен согласовываться с размером используемых сверхтоковых устройств. «Заземляющий электрод» - это металлическое устройство, которое используется для фактического контакта с землей. Другие типы заземляющих электродов включают металлические водопроводные трубы и металлические строительные рамы.
«Провод заземляющего электрода» представляет собой проводник между общей точкой заземления в системе и заземляющим электродом. «Бонд» относится к соединению между «заземленным проводником», проводниками заземления оборудования и проводником «заземляющего электрода». Связывание также используется для описания соединения всех открытых металлических поверхностей вместе для завершения заземления оборудования.
"Вскрытие" показало, что часы используют питающую сеть как источник сигнала образцовой частоты, а в адаптере нет ничего, кроме трансформатора и выключателя. В полном соответствии с частотой сети часы "насчитывают" в час не 60. а только 50 минут.
Для решения проблемы были определены следующие пути: встроить в часы генератор частотой 60 Гц или изготовить преобразователь не только напряжения, но и частоты питания. Учитывая отсутствие схемы часов и нежелание портить чужую вещь, пришлось выбрать второй путь, тем более, что даже при самой яркой индикации времени и максимальной громкости приемника требовалась мощность не более 1.5 Вт.
Заземленная система распределения электроэнергии
В соответствии с этой системой требуется заземление одного из двух токопроводящих проводников. Поскольку этот проводник соединен с землей, он будет находиться вблизи нулевого напряжения или потенциала. При контакте с этим проводником не возникает риска поражения электрическим током. Соединение между «нейтральным» и проводником заземляющего электрода производится только в одной точке системы. Это известно как основание системы. Это одноточечное соединение обычно выполняется в служебном входе или в центре нагрузки.
Схема разработанного устройства приведена на рисунке
Преобразование выполняется в два этапа: сначала напряжение сети 220 В выпрямляют диодным мостом VD1-VD4, затем из полученного постоянного напряжения формируют переменное частотой 60 Гц. Задающий генератор собран на "часовой" микросхеме К176ИЕ5 (DDI), содержащей собственно генератор и двоичные делители частоты. В стандартном включении с кварцевым резонатором на 32768 Гц на выводе 5 этой микросхемы получают импульсы частотой 1 Гц. Чтобы увеличить ее до 60 Гц, нужно во столько же раз увеличить частоту кварцевого резонатора: 32768*60= 1966080 Гц. Можно использовать резонаторы и на частоты 983040 или 30720 Гц. если выходной сигнал снимать соответственно с выводов 4 или 1 микросхемы.
Если это соединение случайно сделано более чем в одном месте, то нежелательные токи будут протекать в заземляющих проводниках оборудования. Эти нежелательные токи могут привести к тому, что инверторы и контроллеры заряда будут ненадежными и могут помешать работе датчиков замыкания на землю и устройств с перегрузкой по току.
Инверторы, в которых один из токопроводящих проводников не соединен с шасси
Этот проводник будет иметь повышенное напряжение относительно заземления и может вызвать электрический шок при касании. Этот зеленый «заземляющий проводник оборудования» соединен с металлическим корпусом устройства или устройства. В этих инверторах ни один из двух полюсов не может быть назван нейтральным, поскольку оба эти полюса изолированы от шасси инвертора. Следовательно, не прикасайтесь к нейтральному гнезду розетки!
Питают микросхему DDI через простейший параметрический стабилизатор из стабилитрона VD5 и резистора R5.
Полученный сигнал прямоугольной формы частотой 60 Гц управляет электронным ключом на транзисторах VT1. VT2, включенных по последовательной двухтактной схеме. В первом полупериоде, когда уровень напряжения на выходе DDI высокий, ток подключенной к розетке XS1 нагрузки течет от точки соединения конденсаторов С2 и СЗ к минусовому выводу конденсатора С2 через резистор R9. диод VU6 и открытый транзистор VT2. Транзистор VT1 в это время закрыт, так как к его эмиттерному переходу приложено закрывающее напряжение около 0,6 В, падающее на диоде VD6 Конденсатор СЗ заряжается, а С2 - разряжается.
Инверторы - ограничение электромагнитных помех
Инвертор содержит внутренние переключающие устройства, которые генерируют проводимые и излучаемые электромагнитные помехи.
Задание зарядных устройств и генераторов переменного тока для инверторов
Инвертор потребует использования аккумуляторных батарей с активной нагрузкой. Батареи с глубоким циклом спроектированы с толстопленочными электродами, которые служат в качестве первичных источников энергии, имеют постоянную скорость разряда, чтобы иметь возможность глубоко разряжаться до 80% емкости и многократно принимать подзарядку.Во втором полупериоде уровень напряжения на выходе DDI низкий и транзистор VT2 закрыт. Но транзистор VT1 открыт, так как в цепи его базы течет ток. создаваемый приложенным к резистору R7 напряжением на конденсаторе Сб. От плюсового вывода конденсатора СЗ через открытый транзистор VT1 ток течет через нагрузку уже в противоположном направлении, заряжая конденсатор С2 и разряжая СЗ. Если бы "вольтодобавки" (конденсатора С6) не было, для полного открывания транзистора VT1 пришлось бы уменьшить во много раз сопротивление резисторов R6 и R7. А транзистор VT2. когда он открыт, оказался бы дополнительно нагружен током, протекающим через эти резисторы.
Существуют две категории кислотных батарей с глубоким циклом - влажные и герметичные. Аккумулятор с влажной ячейкой имеет высокую устойчивость к перезарядке. Тем не менее, он будет выделять водородный газ при зарядке, который должен быть правильно вентилирован, и уровень воды должен быть проверен часто. Гель-ячейка наименее подвержена экстремальным температурам, хранению при низком заряде и низкой скорости саморазряда.
Емкость аккумулятора - это мера энергии, которую аккумулятор может хранить и доставлять на нагрузку. Это определяется тем, сколько тока любая данная батарея может доставить в течение установленного периода времени. Емкость аккумулятора также выражается как резервная емкость в минутах. Приблизительная взаимосвязь между двумя единицами выглядит следующим образом. Ниже приведена диаграмма некоторых размеров батарей, используемых для питания инверторов.
В установившемся режиме напряжения на конденсаторах С2 и СЗ равны между собой, а на выходе преобразователя - переменное напряжение часто той 60 Гц прямоугольной формы амплитудой 150 В (половина выпрямленного). Казалось бы. задача решена Но хотя амплитуда синусоиды с эффективным значением ПО В и близка к 150 В. прямоугольного напряжения такой амплитуды для питания конкретных часов оказалось многовато. Пришлось принимать меры, чтобы его несколько понизить и сгладить. Для этого предназначены резистор R9 и конденсатор С5. емкость которого подобрана так, чтобы образовать с первичной обмоткой имеющегося в часах трансформатора питания колебательный контур, настроенный на частоту 60 Гц. В результате сглаживаются крутые фронты выходного напряжения и немного уменьшается ток, потребляемый часами.
Снижение полезной емкости при более высоких скоростях сброса
Это соотношение не является линейным, но более или менее соответствует приведенной ниже таблице. Таблица 1: Емкость аккумулятора в зависимости от скорости разряда.
Глубина разрядки и время работы от батареи
Чем глубже батарея разряжается в каждом цикле, тем меньше время автономной работы. Использование большего количества батарей, чем минимум, приведет к увеличению срока службы батареи. Типичный график жизненного цикла приведен ниже в таблице 2.Потеря емкости аккумулятора при низких температурах
Таблица 2: Типичная диаграмма жизненного цикла. Рекомендуется, чтобы глубина разряда была ограничена до 50%. Батареи теряют способность при низких температурах.
Серия и параллельное подключение батарей
Отрицательный результат первой батареи подключен к положительному значению второй батареи.Последний момент надо пояснить подробнее, известно, что любой трансформатор потребляет некоторый реактивный (индуктивный) ток. идущий на намагничивание его магнитопровода. Присоединяя параллельно первичной обмотке конденсатор, мы создаем в проводах питания еще один реактивный ток. но емкостный, противофазный индуктивному. Реактивные токи компенсируются, и устройство потребляет только активный ток. зависящий от нагрузки. Это достигается при равенстве реактивных сопротивлений конденсатора и первичной обмотки - резонансе. Конечно, намагничивающий реактивный ток трансформатора никуда не исчезает, просто он теперь циркулирует в контуре, а но в подводящих проводах. При подключении трансформатора непосредственно к сети такие "мелочи", может быть, и не имеют значения, но когда ток отдают "живые" транзисторы, отнюдь не большой мощности, снижение его весьма полезно.
Практически конденсатор С5 был подобран по минимуму тока, показываемого авометром. включенным последовательно в разрыв одного из сетевых проводов. Без конденсатора ток составил около 25. а с конденсатором емкостью 0.25 мкФ - менее 15 мА.
О деталях преобразователя. Подстроечный конденсатор С1 керамический КПК-М. Он служит для регулировки хода часов. Конденсатор С4 - любой малогабаритный керамический. Его устанавливают непосредственно около микросхемы. Конденсаторы С5 и С6 могут быть любого типа на напряжение не менее 160 В. Емкость оксидных конденсаторов фильтра С2. СЗ может быть и больше указанной. Все резисторы МЛТ номинальной мощностью не менее указанной на схеме. Диоды годятся любые выпрямительные с максимальным выпрямленным током не менее 50... 100 мА и обратным напряжением не менее 300 В. Транзисторы также можно выбрать другие, но допустимые коллекторный ток и напряжение должны быть не меньше, чем у КТ604А.
Эскиз печатной платы не приводится, поскольку ее размеры и расположение деталей во многом зависят от их типов и конструкции корпуса. Автор собрал преобразователь в корпусе от зарядного устройства ЗУ-Д-0.1 с сетевой пилкой (она использована в качестве ХР1). На одной из торцевых стенок корпуса необходимо установить розетку XS1 под импортную сетевую вилку с плоскими контактами. После небольшой доработки подходит розетка дли радиотрансляционной сети. В корпусе следует предусмотреть несколько отверстий для вентиляции, а на транзисторы лучше надеть небольшие теплоотводы в виде пружинящих "звездочек" из листовой латуни - все-таки при круглосуточной работе транзисторы, хоть и не сильно, но нагреваются.
Налаживание преобразователя сводится к описанному выше подбору емкости конденсатора С5 и установке подстроечным конденсатором С1 точного значения частоты задающего генератора Если имеется цифровой частотомер, это можно сделать достаточно быстро, присоединив его к выводу 12 микросхемы К176ИЕ5, в противном случае придется следить за ходом часов.
Учитывая гальваническую связь преобразователя с питающей сетью и имеющееся в его цепях напряжение 300 В. при налаживании следует соблюдать меры электробозопасности.