Розрахунок діючого значення вихідної напруги
перетворювача в залежності від форми сигналу
При використанні вітрогенераторів в якості джерела енергії необхідно мати проміжний накопичувач енергії. Як правило, для цього використовується акумуляторна батарея з досить низьким вихідним постійною напругою - 12 або 24 В. У той же час більшість споживчих навантажень розраховані на підключення до мереж змінного струму напругою 110 - 380 В частотою 45 - 65 Гц. Тому потрібно перетворювач постійної напруги акумуляторної батареї (найбільш поширені автомобільні акумулятори напругою 12 В) в змінну напругу (найчастіше 220 В 50 Гц) [1, 2].
Навантаження, що підключаються до мережі змінного струму, можуть не мати блоку живлення і мати індуктивний характер (вібраційний насос, електромагніт, електродвигун) або резистивний характер (лампа розжарювання, нагрівальний прилад).
При наявності блоку живлення він може бути трансформаторних або бестрансформаторного типу.
Синусоїдальна форма вихідного сигналу перетворювача при малому коефіцієнті гармонік відповідає паспортним вимогам навантажень, що підключаються до мережі змінного струму. зокрема, по співвідношенню амплітудного і чинного значень напруги. Однак перетворювач з синусоїдальною формою вихідного сигналу складний в конструюванні і виготовленні. Бажано спростити перетворювач за рахунок використання інших форм вихідного сигналу, зрозумівши умови, при яких такий перетворювач може використовуватися для можливо більшої кількості типів навантажень.
Форма вихідного сигналу найбільш просто реалізуються перетворювачів може бути прямокутної, прямокутної з паузою, трапецеидальной.
При цьому виникає проблема вибору параметрів сигналу, зокрема, амплітудного значення напруги. Для навантажень з безтрансформаторним блоком живлення. побудованому за схемою випрямляч-фільтр-перетворювач, максимальне амплітудне значення будь-якого сигналу незалежно від його форми може становити 310 В, причому, як правило, це значення може бути істотно зменшена.
Для навантажень резистивного типу (ламп розжарювання), розрахованих на синусоїдальну напругу з діючим значенням 220 В, амплітудне напруга 310 В для сигналу прямокутної форми без паузи є надмірним (діюче значення сигналу прямокутної форми одно його амплітудному значенням, в даному випадку 310 В), і його необхідно зменшити.
Розглянемо випадок трансформаторного блоку живлення. Смуга пропускання трансформаторів по частоті вельми широка (до тисяч герц), тому напруга на виході трансформатора матиме прямокутну форму. Так як стоять далі по схемі стабілізатори розраховані на використання змінної напруги з амплітудним значенням (наведеним до входу) 310 В, то застосування прямокутного напруги з амплітудним значенням 310 В буде перевантажувати трансформатор, а при менших значеннях амплітуди погіршаться умови роботи стабілізаторів.
Величину чинного напруги для періодичного сигналу Ud = U (t) з періодом T і кругової частотою w = 2 p / T можна розрахувати за формулою:
Для синусоїдального сигналу з періодом T, круговою частотою w = 2 p / T і амплітудним значенням U0.
Для прямокутного сигналу з періодом T, круговою частотою w = 2 p / T і амплітудним значенням U0.
Для прямокутного сигналу з паузою (період T. кругова частота w = 2 p / T, тривалість імпульсу позитивної і негативної полярності t. Тривалість паузи T / 2 - t) з амплітудним значенням U0.
Для такого сигналу співвідношення (2) досягається при t = T / 4. т. е. тривалість імпульсу з позитивною полярністю і тривалість імпульсу з негативною полярністю t повинна дорівнювати половині напівперіоду, а тривалість паузи повинна дорівнювати тривалості імпульсу t. При цьому чинне значення напруги Ud дорівнюватиме діючим значенням напруги синусоїдального сигналу з такою ж амплітудою.
Для трапецеидального сигналу з періодом T, круговою частотою w = 2 p / T і амплітудним значенням U0.
Тут t - тривалість вершини імпульсу.
При t = T / 8 (четвертої частини полупериода) діюче значення напруги Ud буде таким же, як для випадку синусоїдального сигналу з такою ж амплітудою U0.
Беручи за критерій співвідношення для амплітудного і чинного значення вихідного напруги перетворювача як для випадку синусоїдального сигналу (2)
можна зробити висновок, що прийнятною формою вихідного сигналу перетворювача є прямокутна з паузою, коли тривалість як негативного, так і позитивного імпульсу дорівнює тривалості паузи (половина полупериода), або трапецеїдальних, коли тривалість плоскої вершини імпульсу становить четверту частину напівперіоду. Вихідний сигнал трапецеподібні краще, так як коефіцієнт гармонік для нього менше.
Таким чином, можливо конструювання перетворювача з вихідним сигналом трапецеподібні частотою 50 Гц, у якого тривалість плоскої вершини імпульсу становить четверту частину напівперіоду. Амплітуда вихідного напруги повинна бути близько 310 В. Чинне значення напруги при цьому буде дорівнює 220 В. Такий перетворювач підходить за своїми параметрами для більшості застосовуваних типів навантажень.
- Перетворювач напруги = 12 /
220 В 50 Гц 600 Вт
- Амплітуда - максимальне абсолютне значення.
- Електрична напруга - різниця електричних потенціалів у відповідних точках.