Аккумуляторный инвертор для котла

Доступность и умеренная цена транзисторных инверторов также могли бы способствовать более широкому их внедрению и в практику физико-химического эксперимента.

Вот далеко не полный список возможных приложений инверторов в экспериментальной лаборатории. Источники питания для печей с низкоомными трубчатыми нагревателями. Источники питания дуговых разрядов (плазмохимические реакторы с дуговым разрядом, электродуговая плавка). Источники питания высоковольтных неравновесных разрядов (импульсные разряды, высокочастотные коронные и дуговые разряды, барьерные разряды (озонаторы)). Индукционный нагрев (индукционные печи, закалка, плавка). К сожалению, приобрести за разумную аккумуляторный инвертор для котла универсальный инвертор мощностью несколько киловатт с регулируемой частотой преобразования до двух-трех сотен килогерц – задача практически неразрешимая.

Таких просто нет в продаже по вполне понятным причинам.

Во-первых, очень непроста разработка такого универсального инвертора, пригодного к серийному производству.

Во-вторых, у таких унифицированных инверторов нет непосредственного применения в быту.

Поэтому производителям бытовой техники проще и дешевле использовать специализированные стабилизатор напряжения 10ква решения для каждого класса задач (сварка, электропитание, балласты и т.д.). С другой стороны, для исследовательской лаборатории универсальность и гибкость оборудования – обычно один из самых важнейших критериев, часто перевешивающий остальные. Это несколько смещает акценты в сторону универсальных решений. Конечно, в ряде случаев можно попытаться приспособить некоторые бытовые решения для исследовательских задач. Например, можно приобрести и модифицировать готовый сварочный инвертор для питания низковольтной дуги. Это может оказаться дешевле, чем изготавливать инвертор в непрофильной лаборатории. Или можно переоборудовать компьютерный блок питания для получения среднечастотного инвертора на аккумуляторный инвертор для котла сотен ватт.

Но грамотное выполнение таких задач потребует от экспериментатора квалификации не меньше, чем изготовление собственного инвертора, а гибкость и универсальность полученного решения будет весьма невелика.

Приведем еще несколько соображений, почему изготовление самодельного лабораторного инвертора может оказаться неплохим решением. Во-первых, «нагрузка» на лабораторный инвертор обычно существенно меньше, чем на бытовые или промышленные образцы.

Поэтому лабораторный инвертор может представлять собой скорее макет (прототип), чем промышленный образец, готовый к серийному производству.

Во-вторых, в условиях обычной исследовательской экспериментальной лаборатории нет таких жестких требований к надежности и экономичности устройства, как в промышленности или в быту. Это существенно «облегчает аккумуляторный инвертор для котла», связанную с автоматическим контролем функционирования устройства, защитой от внештатных ситуаций и перегрузок.

Этот фактор становится еще более весомым, если учесть, что работа с этим оборудованием будет вестись достаточно квалифицированным персоналом.

В-третьих, поскольку речь не идет о серийном выпуске отработанного прототипа, то силовые комплектующие можно взять с большим избыточным «запасом прочности».

Одновременно можно упростить и схемотехнические решения, повышающие надежность устройства. Ну и, наконец, универсальный лабораторный инвертор может (как «конструктор») представлять собой набор отдельных модулей, часть из которых может быть выполнена в виде макетов с навесным монтажом, упрощающих их модификацию, анализ и ремонт.

Модернизация и развитие этих модулей («обвязка» защитными и диагностическими цепями, автоматизация защиты и контроля) в условиях ограниченного бюджета может проводиться постепенно, лишь по мере необходимости.

С учетом этих соображений в лаборатории плазмохимии ИХХТ СО РАН был разработан и изготовлен прототип лабораторного инвертора, описанию которого посвящена данная статья. Инвертор может работать в диапазоне частот 60-300 кГц, мощность (для полумоста) – до 2 кВт. Все модули и основные технические детали рассмотрены с детализацией, достаточной для воспроизводства устройства любым квалифицированным экспериментатором, не имеющим специальной подготовки в области силовой электроники.

Инвертор 12 в 400

В конце статьи приводятся примеры практического использования макета для нагрева и плавки. Различные варианты инверторов подробно описаны литературе [1, 2].

В данной статье речь пойдет о так называемом двухтактном «полумостовом» инверторе.

Блок-схема полумостового инвертора представлена на рис.1. Сетевое напряжение выпрямляется и подается на конденсатор C, к которому подключен силовой модуль. Силовой модуль содержит два полупроводниковых ключа (K1 и K2) и конденсаторный делитель (C1 и C2). Нагрузка подключается к общим точкам ключей и конденсаторов делителя. При помощи модуля управления ключи K1 и K2 включаются/выключаются попеременно с заданной частотой, подключая связанный с ними конец нагрузки то к верхней (по схеме), то к нижней шине питания. В результате на нагрузке получается переменное напряжение с амплитудой, равной половине напряжения питания.

Работа такого идеального инвертора, состоящего из идеальных ключей, действительно выглядит довольно просто. Проблемы начинаются тогда, когда мы приступаем к изготовлению реального инвертора из реальных компонентов.

Эти проблемы приводят не только к усложнению схемотехнических решений, но и формируют вполне определенные требования к типу используемых компонентов, качеству монтажа, правилам компоновки, запуска и отладки.

Без учета большинства этих требований сделать работоспособный инвертор не удается. Дорогие силовые транзисторы будут сгорать либо сразу при включении питания, либо в первые секунды работы. Более подробно они будут обсуждаться при описании конкретных модулей.

Оно заключается в том, что работа ключей K1 и K2 должна быть согласованной, т.е.

они должны открываться/закрываться попеременно и никогда не должны быть полностью открыты одновременно. Это необходимо для устранения так называемых «сквозных токов», текущих через оба открытых ключа, минуя нагрузку.

Кроме этого, поскольку реальные ключи имеют конечное (ненулевое) время открытия/закрытия, то открывающие сигналы модуля управления должны подаваться с некоторой задержкой после сигнала закрытия другого ключа.

Эти задержки называются «мертвым временем» (dead-time) и должны быть предусмотрены в любом варианте модуля управления.

Другая проблема связана с тем, что все реальные элементы и соединения имеют конечную индуктивность. Поэтому даже при работе на чисто активную нагрузку при закрытии ключей возникают «выбросы» напряжения. Естественно, эти эффекты существенно возрастают при работе на аккумуляторный инвертор для котла нагрузку, которая и нужна для данной задачи. Для решения этой проблемы обычно используют так называемые «возвратные диоды», включенные параллельно ключам.

Кроме этого, необходимо выбирать ключи с некоторым запасом по рабочему напряжению (как минимум, вольт на 200). Еще одна группа проблем связана с паразитными индуктивностями монтажа. Дело в том, что при очень быстром коммутировании больших токов заметные «наводки» появляются даже на стабилизатор напряжения 7810р очень небольших индуктивностях. Для того, чтобы «почувствовать» эти эффекты, сделаем простую оценку. Пусть мы коммутируем ток ΔJ 10A за время Δt 10нс (10-8 с). Напряжение U, возникающее на индуктивности L, можно оценить как U L ΔJ/Δt. Индуктивность одного дюйма (2.54 см (!)) провода диаметром 1 мм порядка 10 нГн (10-8 Гн).

В результате получаем наводку на этом дюйме провода U 10-8*10/10-8 = 10 В (!). Это напряжение сравнимо с напряжением питания микросхем драйверов для управления ключами!

Такая наводка вполне может открыть ключ в самый неподходящий момент (например, когда уже открыт второй ключ) со всеми вытекающими печальными последствиями.

Поэтому правильная компоновка и монтаж играют особую роль в быстродействующей силовой электронике. Единого рецепта здесь нет, но нужно придерживаться нескольких простых правил, уменьшающих паразитные индуктивности (либо эффекты от их наличия). Силовые проводники, по которым текут коммутируемые токи, нужно делать как можно короче, прямее и толще.

По-возможности, необходимо разделять силовые и управляющие цепи, а сами силовые элементы располагать как можно аккумуляторный инвертор для котла друг к другу.

При разводке земляных цепей придерживаться правила «одной точки».

Всегда нужно помнить о том, что на любом аккумуляторный инвертор для котла, по которому течет большой ток, есть разность потенциалов, которая сопоставима с уровнем управляющих сигналов. Поэтому не стоит, например, заземлять различные элементы управляющих цепей в разных аккумуляторный инвертор для котла земляной шины, по которой течет большой импульсный ток. Это чревато непредсказуемой работой управляющего модуля. Более того, многие разработчики указывают правила монтажа для критических узлов в документации к ним.

Тогда можно изготовить, пусть не идеальный, но вполне работающий прибор. Цепи выпрямителя и силового модуля находятся под высоким напряжением без гальванической развязки от питающей сети.

Поэтому при работе с инвертором нужно соблюдать предельную осторожность. ВСЕ МАНИПУЛЯЦИИ с этими модулями можно проводить ТОЛЬКО ПОСЛЕ ВЫКЛЮЧЕНИЯ ПИТАНИЯ И ПОЛНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ПРИБОРА ОТ СЕТИ! Перейдем теперь к описанию отдельных узлов лабораторного инвертора.

В данной реализации инвертора это самый простой, но и самый громоздкий узел.

Он содержит большой и тяжелый ЛАТР (лабораторный автотрансформатор) для регулирования выходного напряжения выпрямителя и один громоздкий низкочастотный развязывающий трансформатор.

Выбор такого решения обусловлен следующими причинами. На стадии первоначального знакомства с силовой электроникой и отладки желательно иметь возможность фиат дукато бензиновый двигатель 2 литра плавно регулировать постоянное напряжение, подаваемое на ключи.

Самый простой способ, доступный практически в любой экспериментальной лаборатории – это ЛАТР.

Карта