Víceúrovňový pětistupňový kaskádový sinusový invertorový obvod

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





V tomto článku se naučíme, jak vytvořit víceúrovňový (pětistupňový) kaskádový invertorový obvod pomocí velmi jednoduchého mnou vyvinutého konceptu. Dozvíme se více ohledně podrobností.

Koncept okruhu

Na tomto webu jsem doposud vyvinul, navrhl a představil mnoho obvodů střídačů sinusových vln s využitím přímých konceptů a běžných komponent, jako je IC 555, které jsou spíše zaměřeny na výsledky, místo aby byly složité a plné teoretických překážek.



Vysvětlil jsem, jak jednoduše a vysoce výkonný audio zesilovač lze převést na čistý sinusový měnič , a také jsem se komplexně zabýval pozorováním sinusových vln pomocí konceptů SPWM

Na tomto webu jsme se také dozvěděli o jak převést libovolný čtvercový měnič na čistý sinusový měnič design.



Při posuzování výše uvedených obvodů střídače sinusových vln pomocí sinusově ekvivalentních PWM chápeme, že tvar vlny SPWM se přímo neshoduje se skutečným sinusovým průběhem nebo se s ním neshoduje, spíše tyto provádějí účinek nebo výsledky sinusové vlny interpretací hodnoty RMS skutečné sinusové vlny AC.

Ačkoli lze SPWM považovat za efektivní způsob replikace a implementace přiměřeně čisté sinusové vlny, skutečnost, že nesimuluje nebo se neshoduje se skutečnou sinusovou vlnou, činí tento koncept trochu nekomplikovaným, zvláště ve srovnání s 5úrovňovým kaskádovým sinusovým měničem pojem.

Můžeme porovnat a analyzovat dva typy konceptů simulace sinusových vln odkazem na následující obrázky:

Víceúrovňový kaskádový obraz křivky

5úrovňový kaskádový průběh

Můžeme jasně vidět, že víceúrovňový 5stupňový kaskádový koncept produkuje zjevnější a efektivnější simulaci skutečné sinusové vlny než koncept SPWM, který se spoléhá pouze na přizpůsobení hodnoty RMS původní velikosti sinusových vln.

Návrh konvenčního 5úrovňového kaskádového sinusového měniče může být docela složitý, ale zde vysvětlený koncept usnadňuje implementaci a využívá běžné komponenty.

Kruhový diagram

5úrovňový kaskádový sinusový měnič


POZNÁMKA: Přidejte kondenzátor 1uF / 25 na vedení pinů 15 a 16 pinů integrovaných obvodů, jinak se sekvenování nespustí.
S odkazem na výše uvedený obrázek vidíme, jak jednoduše lze 5úrovňový koncept kaskádového invertoru prakticky implementovat pouze pomocí muti-tap transformátoru, několika 4017 integrovaných obvodů a 18 výkonových BJT, které lze v případě potřeby snadno nahradit mosfety.

Zde je kaskádováno několik 4017 integrovaných obvodů, což jsou Johnsonovy 10stupňové oddělovací čipy, které vytvářejí postupně běžící nebo honící logické výšky napříč zobrazenými vývody integrovaných obvodů.

Obvodový provoz

Tato sekvenčně běžící logika se používá ke spouštění připojených výkonových BJT ve stejném pořadí, které zase přepíná vinutí transformátoru v pořadí, které způsobí, že transformátor produkuje kaskádový druh sinusově ekvivalentního průběhu.

Transformátor tvoří srdce obvodu a zaměstnává speciálně zraněnou primární jednotku s 11 odbočkami. Tyto kohoutky se jednoduše vytahují rovnoměrně z jednoho dlouhého vypočítaného vinutí.

BJT spojené s jedním z integrovaných obvodů přepínají jednu z polovin transformátoru prostřednictvím 5 odboček, což umožňuje generování 5 úrovňových kroků, což představuje jeden poloviční cyklus tvaru vlny AC, zatímco BJT spojené s ostatními integrovanými obvody mají stejnou funkci pro tvarování nahoru spodní polovinu střídavého cyklu ve formě 5úrovňového kaskádového průběhu.

Integrované obvody jsou provozovány hodinovými signály aplikovanými na uvedenou pozici v obvodu, které lze získat z jakéhokoli standardního astabilního obvodu 555 IC.

Prvních 5 sad BJT vytváří 5 úrovní křivky, zbývající 4 BJT se přepínají stejně v opačném pořadí, aby dokončily kaskádovou křivku, která má celkem 9 mrakodrapů.

Tyto mrakodrapy jsou tvořeny vytvářením vzestupných a sestupných úrovní napětí přepínáním odpovídajícího vinutí transformátoru, které jsou dimenzovány na příslušné úrovně napětí

Například vinutí č. 1 by mohlo být dimenzováno na 150 V vzhledem ke středovému kohoutku, vinutí č. 2 na 200 V, vinutí č. 3 na 230 V, vinutí č. 4 na 270 V a vinutí č. 5 na 330 V, takže pokud jsou tyto postupně přepínány sada zobrazených 5 BJT, dostaneme prvních 5 úrovní tvaru vlny, další, když jsou tato vinutí přepnuta opačně pomocí následujících 4 BJT, vytvoří sestupné 4 úrovně tvaru vlny, čímž dokončí horní polovinu cyklu 220V AC.

Totéž opakuje dalších 9 BJT spojených s dalším IC 4017, což vede ke spodní polovině 5stupňového kaskádového střídavého proudu, který dokončí jeden úplný střídavý průběh požadovaného výstupu 220V střídavého proudu.

Detaily vinutí transformátoru:

Podrobnosti o vinutí transformátoru 5úrovňového kaskádového sinusového měniče transformátoru

Jak je patrné ve výše uvedeném diagramu, transformátor je běžného typu železného jádra, který se vyrábí vinutím primárního a sekundárního vinutí s otáčkami odpovídajícími uvedeným napěťovým odbočkám.

Při připojení k odpovídajícím BJT lze u těchto vinutí očekávat, že indukují 5 úrovní nebo celkem 9 úrovní kaskádového průběhu, přičemž první 36V vinutí by odpovídalo a indukovalo 150V, 27V indukovalo ekvivalent 200V, zatímco 20V, 27V, 36V by bylo zodpovědné za výrobu 230V, 270V a 330V přes sekundární vinutí v navrhovaném kaskádovém formátu.

Sada odboček na spodní straně primární části by provedla přepnutí na dokončení 4 vzestupných úrovní průběhu.

Stejný postup by opakovalo 9 BJT spojených s komplementárním IC 4017 pro vytvoření záporného polovičního cyklu střídavého proudu ... zápor se vykreslí kvůli opačné orientaci vinutí transformátoru vzhledem ke středovému odbočce.

Aktualizace:

Kompletní schéma zapojení diskutovaného víceúrovňového sinusového invertorového obvodu


POZNÁMKA: Přidejte kondenzátor 1uF / 25 na vedení pinů 15 a 16 pinů integrovaných obvodů, jinak se sekvenování nespustí.
Potenciometr 1M spojený s obvodem 555 bude muset být upraven pro nastavení frekvence 50Hz nebo 60Hz pro střídač podle specifikací země uživatele.

Seznam dílů

Všechny nespecifikované rezistory jsou 10k, 1/4 watt
Všechny diody jsou 1N4148
Všechny BJT jsou TIP142
IC jsou 4017

Poznámky k víceúrovňovému 5stupňovému kaskádovému obvodu sinusových měničů:

Testování a ověření výše uvedeného designu úspěšně provedl pan Sherwin Baptista, který je jedním z horlivých stoupenců webu.

1. Rozhodli jsme se pro napájení střídače --- 24V @ 18Ah @ 432Wh

2. V celém procesu budování tohoto střídače bude vznikat problém HLUK. Velmi snadno rozluštit problém generovaného a zesíleného šumu

A. Rozhodli jsme se filtrovat výstupní signál IC555 v okamžiku, kdy je produkován na pinu 3, čímž lze získat čistší obdélníkovou vlnu.

B. Rozhodli jsme se použít FERRITE BEADS na příslušných výstupech IC4017 pro vylepšení filtrování před odesláním signálu do tranzistorů zesilovače.

C. Rozhodli jsme se použít DVA TRANSFORMÁTORY a vylepšit filtrování mezi oběma v obvodu.

3. Data fáze oscilátoru:

Tato navrhovaná fáze je hlavní fází obvodu měniče. Produkuje požadované impulsy při dané frekvenci, aby mohl transformátor pracovat. Skládá se z IC555, IC4017 a výkonových tranzistorů zesilovače.

A. IC555:

Jedná se o snadno použitelný čip s nízkou spotřebou a má spoustu nejrůznějších projektů, které s ním lze provádět. V tomto projektu invertoru jej konfigurujeme v astabilním režimu pro generování čtvercových vln. Zde nastavíme frekvenci na 450 Hz úpravou potenciometru 1 megaohm a potvrzením výstupu pomocí měřiče frekvence.

B. IC4017:

Jedná se o 10stupňový logický čip Jhonsonova čítače, který je velmi známý v sekvenčních / běžících obvodech LED blikačů / chaserů. Zde je inteligentně nakonfigurován pro použití v invertorové aplikaci. Poskytujeme tuto frekvenci 450 Hz generovanou IC555 na vstupy IC4017. Tento IC má za úkol rozdělit vstupní frekvenci na 9 částí, přičemž každá má za následek výstup 50 Hz.
Nyní mají výstupní piny obou 4017 hodinový signál 50 Hz nepřetržitě běžící vpřed a vzad.

C. Výkonové tranzistory zesilovače:

Jedná se o vysoce výkonné tranzistory, které táhnou energii baterie do vinutí transformátoru podle signálu, který je do nich přiváděn. Protože výstupní proudy 4017 jsou příliš nízké, nemůžeme je přímo napájet do transformátoru. Proto potřebujeme nějaký zesilovač, který převede nízkoproudé signály z 4017 na signály s vysokým proudem, které pak mohou být předány do transformátoru pro další provoz.

Tyto tranzistory by se během provozu zahřály a nutně by potřebovaly chladič.
Pro každý tranzistor lze použít samostatný chladič, a proto by mělo být zajištěno, že
chladiče se navzájem nedotýkají.

NEBO

Jeden by mohl použít jediný dlouhý kus chladiče, aby se do něj vešly všechny tranzistory. Pak by člověk měl
tepelně a elektricky izolovat středový jazýček každého tranzistoru od dotyku s chladičem

aby nedošlo k jejich zkratu. Toho lze dosáhnout pomocí sady Mica Isolation Kit.

4. Dále přichází Transformátor první fáze:

Odpověď: Zde používáme multi-odbočkový primární na dvouvodičový sekundární transformátor. Dále najdeme volty na kohoutek pro přípravu primárního napětí.

---KROK 1---

Bereme v úvahu vstupní stejnosměrné napětí, které je 24V. Rozdělíme to na 1,4142 a najdeme jeho ekvivalent AC RMS, který je 16,97 V ~
Zaokrouhlujeme výše uvedený údaj RMS, jehož výsledkem je 17 V ~

---KROK 2---

Dále rozdělíme RMS 17V ~ na 5 (protože potřebujeme pět odbočkových napětí) a dostaneme RMS 3,4V ~
Vezmeme konečný údaj RMS o 3,5 V ~ a vynásobením 5 nám dáme 17,5 V ~ jako kulatý údaj.
Ve finále jsme našli Volty na kohoutek, což je RMS 3,5 V ~

B. Rozhodli jsme se udržovat sekundární napětí na RMS 12V ~ tj. 0-12V, protože můžeme dosáhnout vyššího proudu při 12V ~

C. Takže máme hodnocení transformátoru níže:
Multi-tapped Primary: 17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5V @ 600W / 1000 VA
Sekundární: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA.
Tuto transformátorovou ránu jsme dostali od místního dealera transformátorů.

5. Nyní následuje hlavní LC Circuit:

LC obvod známý jako filtrační zařízení má robustní aplikace v obvodech měniče výkonu.
Při použití v invertorových aplikacích je obecně nutné pro odstraňování ostrých špiček

jakéhokoli generovaného průběhu a pomáhá jej převést na plynulejší průběh.

Zde v sekundární části výše uvedeného transformátoru, který je 0 --- 12V, očekáváme víceúrovňovou úroveň
čtvercový kaskádový průběh na výstupu. Abychom získali ekvivalentní křivku SINEWAVE, používáme 5stupňový LC obvod.

Data pro LC obvod jsou následující:

A) Všechny induktory by měly mít 500uH (microhenry) 50A hodnocení IRON CORE EI LAMINATED.
B) Všechny kondenzátory by měly být typu 1uF 250V NONPOLAR.

Všimněte si, že klademe důraz na 5stupňový LC obvod a ne pouze na jeden nebo dva stupně, takže můžeme na výstupu získat mnohem čistší průběh s menším harmonickým zkreslením.

6. Nyní přichází Transformátor druhé a poslední fáze:

Tento transformátor je zodpovědný za převod výstupu z LC sítě, tj. RMS 12V ~ na 230V ~
Tento transformátor by měl následující hodnocení:
Primární: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA
Sekundární: 230V @ 600W / 1000VA.

Tady by na finálním výstupu 230V nebyla pro další filtrování vyžadována žádná další LC síť, protože jsme již na začátku filtrovali každou fázi každého zpracovaného výstupu.
VÝSTUP nyní bude SINEWAVE.

DOBROU věcí je, že na konečném výstupu tohoto střídače a není absolutně ŽÁDNÝ HLUK
lze provozovat sofistikované gadgety.

Osoba, která měnič provozuje, však musí mít na paměti jednu věc, NENÍ PŘETÍŽENÍ MĚNIČE a udržování energetické zátěže sofistikovaných gadgetů provozovaných v mezích.

Několik oprav, které je třeba provést v schématu zapojení, je uvedeno níže:

1. Regulátor IC7812 by měl mít připojené obtokové kondenzátory. Měl by být namontován na a
HEATSINK, protože by se během provozu zahřál.

2. Časovač IC555 by měl sledovat sériový odpor, než jeho signál přejde dopředu na diody.
Hodnota odporu by měla být 100E. Pokud odpor není připojen, IC se zahřívá.

Na závěr máme 3 navrhované stupně filtrování:

1. Signál generovaný IC555 na pinu 3 je filtrován na zem a poté předán rezistoru
a pak na diody.

2. Jakmile provozní signály opouštějí příslušné piny IC4017, připojili jsme předtím feritové kuličky
předávání signálu do rezistoru.
3. Konečný stupeň filtru je použit mezi oběma transformátory

Jak jsem vypočítal vinutí transformátoru

Chtěl bych se s vámi dnes o něco podělit.

Pokud jde o navíjení železného jádra, nevěděl jsem nic o specifikacích převíjení, protože jsem zjistil, že do nich vstupuje spousta parametrů a výpočtů.

Takže k výše uvedenému článku jsem dal základní specifikace osobě navijáku a on se mě zeptal:

a) odbočení vstupního a výstupního napětí v případě potřeby,
b) vstupní a výstupní proud,
c) celkový výkon,
d) Potřebujete externí upínací zařízení přišroubované k trafu?
e) Chcete interně připojit pojistku na straně 220V transformátoru?
f) Chcete vodiče připojené k trafu NEBO jednoduše ponechat smaltovaný vodič na vnější straně s přidaným chladičem?
g) Chcete, aby bylo jádro uzemněno připojeným externím vodičem?
h) Chcete, aby IRON CORE bylo chráněno lakem a natřeno černým oxidem?

Nakonec mě ujistil o úplném testu bezpečnosti transformátoru, který je připraven na zakázku, a jakmile bude připraven, bude trvat 5 dní, než bude dokončen.
Část platby činila (přibližně) čtvrtinu celkových navrhovaných nákladů diktovaných osobou navijáku.

Moje odpovědi na výše uvedené otázky jsou:

POZNÁMKA: Aby nedocházelo ke zmatkům v zapojení, předpokládám, že trafo je vytvořeno pro jeden účel: STEP DOWN TRANSFORMER, kde primární je strana vysokého napětí a sekundární je strana nízkého napětí.

a) 0-220 V primární vstup, 2 vodiče.
17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5 V sekundární výstup s více odbočkami, 11- dráty.

b) Primární vstupní proud: 4,55 A při 220V Výstupní proud: 28,6 A na vícenásobném sekundárním @ koncové napětí 35 V… .. pokud jde o výpočet.

Řekl jsem mu, že potřebuji 5 zesilovačů na 220 V (max. 230), tj. Primární vstup a 32 zesilovačů na 35 V, tj. Vícenásobný sekundární výstup.

c) Zpočátku jsem mu řekl 1 000 VA, ale na základě výpočtu volt-krát zesilovače a zaokrouhlování desetinných čísel výkon klesl na 1120 VA +/- 10%. Poskytl mi hodnotu bezpečnostní tolerance pro stranu 220V.

d) Ano. Potřebuji snadné upevnění na kovovou skříňku.

e) Ne. Řekl jsem mu, že jeden umístím externě pro snadný přístup k němu, když omylem odfoukne.

f) Řekl jsem mu, aby ponechal smaltovaný vodič na vnější straně, aby byla vícezávitová sekundární strana z důvodu bezpečnosti náležitě chladena a na primární straně jsem požádal o připojení vodičů.

g) Ano. Z bezpečnostních důvodů potřebuji uzemnit jádro. Proto připojte externí vodič.

h) Ano. Požádal jsem ho, aby poskytl nezbytnou ochranu pro výlisky jádra.

Jednalo se o interakci mezi mnou a ním pro navrhovaný transformátor typu na zakázku.

AKTUALIZACE:

Ve výše uvedeném 5 kaskádovém designu jsme implementovali 5 krokové sekání přes DC stranu transformátoru, což se zdá být trochu neúčinné. Je to proto, že přepínání by mohlo mít za následek značné množství energie ztracené zpětným EMF z transformátoru, a to bude vyžadovat, aby byl transformátor enormně velký.

Lepším nápadem může být oscilace DC strany s 50 Hz nebo 60 Hz plným mostovým měničem a přepnutí sekundární AC strany s našimi 9krokovými sekvenčními výstupy IC 4017 pomocí triaků, jak je ukázáno níže. Tato myšlenka by snížila hroty a přechodové jevy a umožnila invertoru plynulejší a efektivnější provádění 5stupňového sinusového průběhu. Triaky budou méně citlivé na přepínání ve srovnání s tranzistory na DC straně.




Předchozí: 220V duální střídavý obvod světelného zdroje Další: 40A dioda s ochranou proti přepětí a přepětí