Un convertisseur de tension de 12 à 220 V est utilisé lorsqu'il est nécessaire de connecter des appareils électriques qui consomment du courant secteur standard à une source de tension alternative. Dans de nombreux cas, ce réseau est indisponible. L'utilisation d'un groupe électrogène à essence autonome nécessite le respect des règles de son entretien: surveillance constante du niveau de carburant de travail, ventilation. L'utilisation de convertisseurs complets avec des batteries de voiture vous permet de résoudre le problème de la meilleure façon.
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But et principe de fonctionnement
Qu'est-ce qu'un convertisseur de tension. C'est le nom d'un appareil électronique qui modifie l'amplitude du signal d'entrée. Il peut être utilisé comme dispositif élévateur ou abaisseur. La tension d'entrée après conversion peut changer à la fois son amplitude et sa fréquence.De tels dispositifs qui changent la tension CC (la convertissent) en un signal de sortie CA sont appelés onduleurs.
Les convertisseurs de tension sont utilisés à la fois comme un appareil autonome qui alimente les consommateurs en énergie alternative et peuvent faire partie d'autres produits: systèmes et alimentations sans interruption, appareils pour augmenter la tension continue à la valeur requise.
Les onduleurs sont des générateurs de tension d'oscillations harmoniques. Une source CC utilisant un circuit de commande spécial crée un mode de commutation de polarité périodique. En conséquence, un signal de tension alternative est généré aux contacts de sortie de l'appareil auquel la charge est connectée. Sa valeur (amplitude) et sa fréquence sont déterminées par les éléments du circuit convertisseur.
Le dispositif de contrôle (contrôleur) définit la fréquence de commutation de la source et la forme du signal de sortie, et son amplitude est déterminée par les éléments de l'étage de sortie du circuit. Ils sont conçus pour la puissance maximale que la charge tirera sur le circuit CA.
Le contrôleur est également utilisé pour contrôler l'amplitude du signal de sortie, ce qui est obtenu en contrôlant la durée des impulsions (en augmentant ou en diminuant leur largeur). Les informations sur les modifications de la valeur du signal de sortie au niveau de la charge pénètrent dans le contrôleur via le circuit de rétroaction, sur la base desquelles un signal de commande y est généré pour enregistrer les paramètres nécessaires. Cette technique est appelée signaux PWM (modulation de largeur d'impulsion).
Dans les circuits des touches de sortie de puissance d'un convertisseur de tension 12V, de puissants transistors bipolaires composites, des thyristors à semi-conducteurs et des transistors à effet de champ peuvent être utilisés. Les circuits contrôleurs sont implémentés sur des microcircuits, qui sont des dispositifs prêts à l'emploi avec les fonctions nécessaires (microcontrôleurs), spécialement conçus pour de tels convertisseurs.
Le circuit de commande fournit la séquence de fonctionnement des touches pour fournir à la sortie de l'onduleur le signal nécessaire au fonctionnement normal des appareils consommateurs. De plus, le circuit de commande doit assurer la symétrie des alternances de la tension de sortie. Ceci est particulièrement important pour les circuits qui utilisent des transformateurs d'impulsions élévateurs à la sortie. Pour eux, l'apparition d'une composante de tension constante, qui peut apparaître lorsque la symétrie est brisée, est inacceptable.
Il existe de nombreuses options pour construire des circuits onduleurs de tension (VIN), mais 3 principales s'en distinguent:
- Pont IN sans transformateur ;
- transformateur IN avec fil neutre ;
- circuit en pont avec un transformateur.
Chacun d'eux trouve une application dans son domaine, en fonction de la source d'alimentation utilisée et de la puissance de sortie requise pour alimenter les consommateurs. Chacun d'eux doit être pourvu d'éléments de protection et de signalisation.
La protection contre les sous-tensions et les surtensions de la source DC détermine la plage de fonctionnement des onduleurs "sur l'entrée". La protection contre les tensions de sortie hautes et basses est nécessaire pour le fonctionnement normal des équipements grand public. La plage de fonctionnement est définie en fonction des exigences de la charge utilisée.Ces types de protection sont réversibles, c'est-à-dire que lorsque les paramètres de l'équipement reviennent à la normale, le travail peut être rétabli.
Si la protection se déclenche en raison d'un court-circuit dans la charge ou d'une augmentation excessive du courant de sortie, une analyse approfondie des causes de cet événement est nécessaire avant de continuer à faire fonctionner l'équipement.
Le convertisseur 12V est le plus adapté pour créer un réseau électrique local. La présence d'un grand nombre de voitures et de batteries 12V DC permet de les utiliser pour répondre aux besoins des utilisateurs. De tels réseaux peuvent être créés dans une variété d'endroits, à partir de votre propre voiture. Ils sont mobiles et ne dépendent pas du parking.
Variétés de convertisseurs de 12 à 220 volts
Les convertisseurs simples de 12 à 220 sont conçus pour les consommateurs de faible puissance. Les exigences relatives à la qualité de la tension d'alimentation de sortie et à la forme du signal sont faibles. Leurs circuits classiques n'utilisent pas de microcontrôleurs PWM. Le multivibrateur, monté sur les éléments logiques ET-NON, génère des impulsions électriques avec une fréquence de répétition de 100 Hz. Une bascule D est utilisée pour créer un signal en opposition de phase. Il divise la fréquence de l'oscillateur maître par 2. Un signal antiphase sous forme d'impulsions rectangulaires est généré aux sorties de déclenchement directe et inverse.
Ce signal, à travers les éléments tampons sur les éléments logiques, ne contrôle PAS le circuit de sortie du convertisseur, construit sur des transistors à clé. Leur puissance détermine la puissance de sortie des onduleurs.
Les transistors peuvent être composites bipolaires et inducteurs. Les circuits de puits ou de collecteur comprennent la moitié de l'enroulement primaire du transformateur. Son enroulement secondaire est conçu pour une tension de sortie de 220 V.Puisque la bascule a divisé la fréquence du multivibrateur de 100 Hz par 2, la fréquence de sortie sera de 50 Hz. Une telle valeur est nécessaire pour alimenter la grande majorité des équipements électriques et radio domestiques.
Tous les éléments du circuit sont alimentés par la batterie du véhicule, en utilisant des éléments supplémentaires pour la stabilisation et la protection contre les interférences à haute fréquence. La batterie elle-même en est également protégée.
Dans les circuits des convertisseurs simples, les éléments de protection et de contrôle automatique ne sont pas fournis. La fréquence du signal de sortie est déterminée par le choix de la capacité du condensateur et de la résistance de la résistance incluse dans le circuit oscillateur maître. Comme protection la plus simple contre un court-circuit dans la charge, un fusible est utilisé dans le circuit de la batterie de la voiture alimentant le circuit. Par conséquent, il est toujours nécessaire d'avoir un jeu de fusibles de rechange.
Des convertisseurs CC-CA modernes plus puissants sont fabriqués selon d'autres schémas. Le contrôleur PWM définit le mode de fonctionnement. Il détermine également l'amplitude et la fréquence du signal de sortie.
Le circuit convertisseur de 2 000 W (12 V + 220 V + 2 000 W) utilise la connexion en parallèle d'éléments actifs de puissance dans ses étages de sortie pour obtenir la puissance de sortie requise. Avec ce circuit, les courants des transistors sont sommés.
Mais un moyen plus fiable d'augmenter le paramètre de puissance consiste à combiner plusieurs convertisseurs DC / DC comme signal d'entrée d'un onduleur DC / AC (courant continu / courant alternatif) commun, dont la sortie est utilisée pour connecter une charge puissante.Chacun des convertisseurs DC/DC se compose d'un onduleur avec une sortie de transformateur et un redresseur pour cette tension. Aux bornes de sortie, il y a une tension constante d'environ 300 V. Tous sont connectés en parallèle à la sortie.
Il est difficile d'obtenir plus de 600 W de puissance à partir d'un onduleur. L'ensemble du circuit de l'appareil est alimenté par la tension de la batterie.
De tels circuits sont pourvus de tous les types de protection, y compris la protection thermique. Des capteurs de température sont montés à la surface des radiateurs des transistors de sortie. Ils génèrent une tension en fonction du degré d'échauffement. Le dispositif de seuil le compare à celui défini au stade de la conception et émet un signal pour arrêter le dispositif avec l'alarme correspondante. Chaque type de protection est équipé de son propre dispositif de signalisation, souvent sonore.
Un refroidissement forcé supplémentaire est également utilisé à l'aide d'un refroidisseur d'air installé dans le boîtier, qui entre automatiquement en fonctionnement à la commande du capteur thermique correspondant. De plus, le boîtier lui-même est un dissipateur thermique fiable, car il est en tôle ondulée.
Selon la forme d'onde de tension de sortie
Les convertisseurs de tension monophasés peuvent être divisés en deux groupes :
- avec une onde sinusoïdale pure en sortie ;
- avec une onde sinusoïdale modifiée.
Dans les onduleurs du premier groupe, le convertisseur haute fréquence crée une tension constante. Sa valeur est proche de l'amplitude du signal sinusoïdal qu'il est nécessaire d'obtenir en sortie de l'appareil.Dans un circuit en pont, une composante de forme très proche d'une sinusoïde est séparée de cette tension continue par une modulation de largeur d'impulsion du contrôleur et un filtre passe-bas. Les transistors de sortie s'ouvrent plusieurs fois dans chaque demi-cycle pendant un temps qui varie selon la loi harmonique.
Une onde sinusoïdale pure est nécessaire pour les appareils qui ont un transformateur ou un moteur à l'entrée. La partie principale des appareils modernes permet une alimentation en tension dont la forme ressemble approximativement à une sinusoïde. Des exigences particulièrement faibles sont imposées par les produits avec alimentations à découpage.
Dispositifs de transformateur
Les convertisseurs de tension peuvent contenir des transformateurs. Dans les circuits onduleurs, ils participent au fonctionnement des oscillateurs maîtres bloquants qui génèrent des impulsions de forme quasi rectangulaire. Dans le cadre d'un tel générateur, un transformateur d'impulsions est utilisé. Ses enroulements sont connectés de manière à créer une rétroaction positive, entraînant la création d'oscillations non amorties.
Le circuit magnétique (noyau) est constitué d'un alliage à haute capacité de champ magnétique. De ce fait, le transformateur fonctionne en mode non saturé. Différents types de ferrites, le permalloy ont ces propriétés.
Les multivibrateurs ont remplacé les générateurs de blocage de transformateur. Ils utilisent une base d'éléments moderne et ont une stabilité de fréquence plus élevée par rapport à leurs prédécesseurs. De plus, dans les circuits multivibrateurs, la modification de la fréquence de fonctionnement du générateur est réalisée de manière simple.
Dans les modèles modernes d'onduleurs, les transformateurs fonctionnent dans les étages de sortie.Grâce à la sortie du point médian de l'enroulement primaire aux collecteurs ou drains des transistors utilisés dans ceux-ci, la tension d'alimentation de la batterie est fournie. Les enroulements secondaires sont calculés à l'aide du rapport de transformation pour une tension alternative de 220 V. Cette valeur est utilisée pour alimenter la plupart des consommateurs domestiques.
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