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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Schutzvorrichtung für Wechselrichterkonverter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Spannungswandler, Gleichrichter, Wechselrichter In letzter Zeit haben sich Wechselrichterwandler von Gleichspannung 12 V auf Wechselspannung 230 V mit einer dreistufigen Stufenannäherung von Halbwellen der Sinusspannung durchgesetzt. Sie dienen hauptsächlich der Notstromversorgung von Haushaltsgeräten, auch solchen, die für die Form der Versorgungsspannung von entscheidender Bedeutung sind. Um die Konstruktionskosten zu senken, verwendet der Hersteller leider häufig Schaltungslösungen, die Schäden verursachen, wenn nicht an den angeschlossenen Geräten, dann am Wechselrichter selbst. Eines der häufig anzutreffenden und vor allem nicht dokumentierten Merkmale von Wechselrichtern ist die Unmöglichkeit ihres langfristigen Einsatzes im kombinierten Betrieb der Last und des Ladens der Batterie. Das heißt, es versteht sich, dass bei vorhandener Netzspannung die Last vom Wechselrichter getrennt werden muss und dieser als Ladegerät fungieren kann. Bei fehlender Netzspannung muss die Last manuell angeschlossen und das Netzkabel abgezogen werden vom Netz trennen, um bei Netzspannungswiederkehr den Übergang in den Kombibetrieb zu verhindern. Grundsätzlich ist eine solche Implementierung für Geräte im Feldeinsatz normal, bei denen die Möglichkeit eines kombinierten Modus praktisch ausgeschlossen ist. Soll der Wechselrichter jedoch als automatische Notstromquelle genutzt werden, wird es riskant. In der Praxis musste sich der Autor mit einer aus diesem Grund immer wieder auftretenden typischen Störung von Wechselrichtern unterschiedlicher Leistung auseinandersetzen. Um solche Ausfälle zu verhindern, wird vorgeschlagen, ein einfaches externes Gerät zu verwenden. Es ist für den Betrieb mit Blei-Säure-Autobatterien konzipiert und schützt den Wechselrichter vor dem Umschalten in den kombinierten Modus und dem erforderlichen Schalten der Stromkreise, überwacht die Spannung an der Batterie und steuert die Einschaltung des Wechselrichter-Ladegeräts und schützt die Batterie vor Tiefentladung. Funktionell besteht das Gerät aus zwei Knoten: Einer davon (sein Diagramm ist in Abb. 1 dargestellt) dient zur Steuerung der Batteriespannung, der zweite (Abb. 2) dient zur Steuerung der Netzspannung und des Schaltens (Elemente sind nummeriert). durch). Betrachten wir das Funktionsprinzip des ersten Knotens. Seine Basis ist ein Komparator auf Basis des Operationsverstärkers K140UD1A, aufgebaut nach der klassischen Schaltung. Die Referenzspannungsquelle ist die Zenerdiode VD1. Wenn die Versorgungsspannung auf den durch den Trimmwiderstand R2 eingestellten Schwellenwert abfällt, schaltet der Komparator in einen hohen Ausgangspegelzustand. Nach einiger Zeit, bestimmt durch die Zeitkonstante der Schaltung R10C3 und die Durchbruchspannung der Zenerdiode VD3, öffnet der Transistor VT1 und das Relais K1 wird aktiviert. Es wird empfohlen, die Aktivierung zu verzögern, um einen sicheren Moduswechsel und den Abschluss aller Übergangsvorgänge zu gewährleisten. Die LED HL1 (rot) zeigt den Status des Komparators an (leuchtet, wenn an dessen Ausgang ein High-Pegel auftritt). Der Wert der Schalthysterese wird durch Ändern des Widerstandswerts des Trimmwiderstands R8 eingestellt.
Bei vorhandener Netzspannung überwacht der Knoten die Batteriespannung und steuert das Wechselrichterladegerät. Die untere Schwelle zum Einschalten des Ladegeräts liegt bei 12,2 V bei ausgeschalteter Batterielast, die obere Schwelle zum Ausschalten liegt bei 13,8 V [1-5]. Bei fehlender Netzspannung schützt der Knoten die Batterie vor Tiefentladung und schaltet den Wechselrichter bei einer Spannung von 11,3 V und im Lastbetrieb in den Aus-Zustand [1, 3, 6, 7]. Die notwendige Korrektur der unteren Schwelle wird durch Ändern des Widerstands des unteren Zweigs des Teilers R1-R3 mithilfe der Elemente VT2, R18 der Netzspannungsüberwachungs- und Schalteinheit sichergestellt. Diese Einheit (Abb. 2) enthält einen Abwärtstransformator T1, vier elektronische Schalter an den Transistoren VT2-VT5 und drei Relais K2-K4. Bei fehlender Netzspannung sind die Relais K2, K3 stromlos, ihre Kontakte befinden sich in der im Diagramm dargestellten Stellung, die Last ist an den Ausgang des Umrichters U1 angeschlossen. In diesem Fall ist der Transistor VT3 geschlossen und VT5 dagegen offen (die Vorspannung an seiner Basis wird von der Batterie geliefert), sodass das Relais K4 und seine Kontakte K4.1 zusammen mit dem Normalen eingeschaltet sind Bei geschlossenem K1.2 stellen Sie sicher, dass der Konverter eingeschaltet ist. Der Transistor VT2 ist ebenfalls geschlossen und hat keinen Einfluss auf die Schaltschwelle des Komparators. Sinkt die Batteriespannung auf 11,3 V, schaltet der Komparator um, um eine Tiefentladung zu vermeiden, der Transistor VT1 öffnet, wodurch das Relais K1 betätigt und seine Kontakte K1.2 geöffnet werden, wodurch der Wechselrichter U1 ausgeschaltet wird. In diesem Fall schließen die Kontakte K1.1, was jedoch aufgrund der fehlenden Netzspannung keine Folgen hat. Wenn die Eingangsspannung wiederhergestellt ist und die Batteriespannung normal ist, werden die Relais K2, K3 aktiviert und die Last wird auf Netzstrom umgeschaltet. Die Transistoren VT3, VT5 ändern ihren Zustand ins Gegenteil, Relais K4 fällt ab und schaltet den Wechselrichter ab. Gleichzeitig öffnet der Transistor VT2, der Widerstand R18 wird parallel zu R3 geschaltet (siehe Abb. 1), was eine Korrektur der unteren Schwelle auf 12,2 V gewährleistet. Wenn die Batteriespannung höher als dieser Wert ist, passiert nichts weiter. und wenn niedriger, dann löst das Schalten des Komparators das Relais K1 aus und schaltet den Batterielademodus bei geschlossenen Kontakten K1.1 ein. Das Schließen des Transistors VT3 im Moment des Netzspannungsausfalls geht mit einem kurzzeitigen Öffnen des Transistors VT4 einher (während der Kondensator C5 über seinen Emitterübergang und die Widerstände R16, R19 geladen wird). Der offene Transistor umgeht die Zenerdiode VD1, der Komparator geht unabhängig von der Batteriespannung in einen Zustand mit niedrigem Ausgangsspannungspegel über und der Wandler wird zum Einschalten gezwungen. Dies ist notwendig, da sich das Gerät bei einem Ausfall der Netzspannung möglicherweise im Lademodus befindet, die Batteriespannung deutlich über der Schaltschwelle des Komparators liegt und das Gerät in den ursprünglichen Zustand zurückgesetzt werden muss. Der weitere Betrieb des Gerätes ist entsprechend dem beschriebenen Funktionsprinzip vom Ladezustand des Akkus abhängig. Die Diode VD8 dient zur schnellen Entladung des Kondensators C5 bei Wiederherstellung der Netzspannung. LED HL2 (grüne Farbe) – Anzeige für das Vorhandensein von Netzspannung. Anhand des Leuchtens der LEDs HL1 und HL2 können Sie den Betriebszustand des Geräts und Wechselrichters beurteilen. Wenn also HL1 leuchtet, liegt keine Netzspannung an, der Wechselrichter ist ausgeschaltet und die Batteriespannung liegt unter 11,3 V. Das Leuchten der HL2-LED zeigt an, dass Netzspannung anliegt und die Batterie vollständig geladen ist. Schließlich zeigt das gleichzeitige Aufleuchten beider Anzeigen an, dass im Netz Spannung anliegt und der Akku geladen wird. Das Gerät verwendet kleine Festwiderstände aller in den Verlustdiagrammen angegebenen Typen. Trimmerwiderstände – vorzugsweise Multiturn (mit Schneckenantriebsmotor). Polarkondensatoren – Oxid K50-83, K50-16 mit ähnlicher Kapazität oder ähnlich importiert, C2 – jede kleine Keramik, zum Beispiel K10-73-1b, K10-17v. Anstelle des K140UD1A können auch andere Operationsverstärker der K(R)140UD1-Serie oder jeder Operationsverstärker mit ähnlichen Parametern, einer akzeptablen Versorgungsspannung von 12 V ± 5 % und entsprechenden Korrekturschaltungen als Komparator verwendet werden. Die Transistoren VT2-VT4 können durch alle Analoga ersetzt werden, deren Parameter nicht schlechter sind als die vom Autor verwendeten (z. B. die inländische KT3102-Serie oder der importierte BC547 mit einem beliebigen Buchstabenindex). Anstelle von KT972A können Sie andere Transistoren dieser Serie installieren oder Verbundtransistoren aus herkömmlichen Low-Power- und High-Power-Transistoren verwenden, die entsprechend verbunden sind (z. B. die Serien KT315 und KT817). Zenerdiode VD1 – mit einer Stabilisierungsspannung von 5...6 V bei einem Stabilisierungsstrom von 5 mA, VD2 – 11 V, mit möglichst geringem Minimalstrom und einem maximalen Stabilisierungsstrom von mindestens 12 mA, VD3 – 3. .3,6 V. Anstelle von KS211Zh (VD2) können Sie KS211E oder eines von KS211G, KS211D verwenden (im zweiten Fall sollte R9 durch einen Widerstand mit einem Widerstand von 160 Ohm und einer Verlustleistung von 0,25 W ersetzt werden). Relais K1 - K4 - OMRON G2RL112DC oder ähnlich für die Leiterplattenmontage mit einer Wicklungsnennspannung von 12 V, ausgelegt für Schaltspannung 240 V bei einem Strom von mindestens 5 A (die maximale Lastleistung hängt vom zulässigen Strom ab). Transformator T1 ist ein Abwärtstransformator mit einer Sekundärwicklung von 2x9 V bei einem Strom von 100 mA. LEDs HL1 und HL2 – bzw. AL307BM und AL307VM, AL307GM oder superhell, zum Beispiel CREE C503-GC (HL1) und C503-RC (HL2). Das Gerät ist in einem Kunststoffgehäuse, IP65 oder IP67, mit den Innenmaßen 110x110x82 mm montiert. Die Position der Platinen und Fernbedienungselemente im Inneren des Gehäuses ist in Abb. dargestellt. 3. Die Relaiskontakte K1.2, K4.1 werden an die offene Leitung des Wechselrichter-Leistungsschalters angeschlossen. Bei der Installation von Stromkreisen sind die Regeln der elektrischen Sicherheit zu beachten.
Der Aufbau besteht aus der Einstellung der Schaltschwellen des Komparators mithilfe der Trimmwiderstände R2 und R8 sowie ggf. der Auswahl des Widerstands R18. Während der Einrichtung wird empfohlen, die Komparatoreinheit über eine externe geregelte Quelle mit Strom zu versorgen. Durch Verbinden der Kollektor- und Emitteranschlüsse des Transistors VT2 mit einer Brücke stellen Sie zunächst mit Widerstand R2 den unteren Schwellenwert auf 12,2 V und dann mit R8 den oberen Schwellenwert auf 13,8 V ein. Durch sukzessive Annäherungen wird der Komparator eindeutig aktiviert bei den angegebenen Spannungswerten. Überprüfen Sie anschließend durch Entfernen der Brücke von den VT2-Klemmen die Verschiebung des unteren Schwellenwerts auf einen Pegel von 11,3 V. Wählen Sie bei Bedarf den Widerstand R18 aus und ersetzen Sie ihn vorübergehend durch einen Trimmwiderstand mit einem Widerstand von 6,8...10 kOhm. An diesem Punkt kann die Anpassung als abgeschlossen betrachtet werden. Literatur
Autor: D. Pankratiev
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