Archief voor november 2015

Op deze site staan heel veel artikelen die de omvormer beschouwen als ‘black box’: hij krijgt een gelijkspanning van een accu en maakt daar een 230 volt wisselspanning van. Omdat ik op dit moment weer graag mijn elektronicakennis aan het bijspijkeren ben (en dan bedoel ik elektronica op circuit niveau), ben ik eens in de werking van een heel simpele omvormer gedoken. Mocht u geen elektronicakennis hebben, schrik niet. Ik zal proberen de uitleg zo eenvoudig mogelijk te houden.

Basiswerking

Om van gelijkspanning een wisselspanning te maken moeten we allereerst de gelijkspanning in mootjes hakken. Hierdoor ontstaat een spanningsvorm die lijkt op een wisselspanning. Vervolgens moeten we deze lage wisselspanning groter maken tot 230 volt. En dat is het eigenlijk!

In circuit

Hier is het schema van ons heel eenvoudige omvormertje:

(met dank aan http://www.electroschematics.com/9155/12v-to-220v-voltage-inverter/)

Wat zien we nu in dit schema? We lezen van links naar rechts. Het blokje 4047 is een zogenaamde multivibrator. Deze krijgt een 12 volt voedings(gelijk)spanning van onze accu. Dit 4047 IC (‘chip’) kan met de aangesloten potmeter (VR) en de condensator links zo worden ingesteld er een 50 hertz (hertz = aantal wisselingen per seconde) kloktrein op de uitgangen 10 en 11 ontstaat. De wisselspanningen op 10 en 11 zijn tegengesteld aan elkaar. Dus als 10 ‘hoog’ is, is 11 ‘laag’ en vice versa.

Deze pulstrein wordt gebruikt om een krachtige stroom te krijgen door de transformator, die u rechts getekend ziet. Het 4047 circuit kan slechts zeer beperkt stroom leveren. om van een kleine stroom een grote stroom te maken gebruiken we transistoren. De pulstreinen komen op de ‘gate’ (G) van de respectievelijke transistoren terecht. Als er een spanning komt op de gate dan gaat de transistor geleiden. Simpel gezegd wordt het pad tussen de ‘source’ (S) en de ‘drain’ (D) een vrije baan voor stroom. Omdat onze 12 volt accu over deze S en D is aangesloten, gaat zodra er een positieve puls binnenkomt, een grotere stroom lopen door de transistoren. Omdat onze pulstreinen tegengesteld zijn aan elkaar, gaan de transistoren om en om geleiden. De ene maakt de ‘bovenste’ (positieve) helft van de wisselspanning, de onderste de negatieve helft.

Dan iets over de transformator. Een transformator zorgt dat een wisselspanning wordt omgezet in een wisselspanning die kleiner of groter is. we nemen voor ons doel een transformator die van een lage wisselspanning een hogere maakt. Het bijzondere aan onze transformator is dat deze beschikt over twee zogenaamde primaire wikkelingen. De ene wikkeling is aangesloten op de ene transistoruitgang, de andere op de andere transistor. Door zogenaamde inductie gaat er aan de secundaire zijde van onze transformator een stroom lopen als een transistor in geleiding gaat. Omdat de stromen tegengesteld en beurtelings door de primaire wikkelingen lopen, ontstaat er effectief een wisselspanning aan de uitgang van onze inverter die wisselend plus en min is, in een ritme van 50 hertz.

We hebben nu een erg eenvoudige omvormer gemaakt die een blokvormige wisselspanning maakt. Dit werkt prima voor eenvoudige belastingen zoals gloeilampen. Voor lastigere belastingen is een andere ontwerp omvormer nodig. Zogenaamde gemodificeerde sinus omvormers maken een iets elegantere vorm:

Dit is een soort getrapte spanningsvorm, maar nog steeds geen sinus zoals deze:

Om dit te maken moet je meer uit de kast trekken. Tipje van de sluier: de sinusvorm kan worden benaderd door de transistoren niet te voeden met gelijkmatige pulstreinen, maar met zogenaamde PWM treinen (Pulse-Width Modulation). De transformator filtert deze trein om tot een sinus.

Verder is onze eenvoudige omvormer ook niet voorzien van essentiële zaken zoals:

• Oververhitting
• Onder- en bovenspanningsbeveiliging
• stroombegrenzing/alarmering
• etcetc.

Om dit te doen moet je heel wat meer uit de kast trekken. Maar in basis werkt het zoals hierboven beschreven.