Premeňte invertor štvorcových vĺn na sínusový

Príspevok vysvetľuje niekoľko koncepcií obvodov, ktoré je možné použiť na konverziu alebo úpravu ľubovoľného bežného invertora s obdĺžnikovými vlnami na prepracovaný dizajn invertora so sínusovou vlnou.

Pred preštudovaním rôznych návrhov vysvetlených v tomto článku by bolo zaujímavé poznať faktory, vďaka ktorým je sínusový invertor obvykle žiadanejší ako návrh štvorcových vĺn.

Ako funguje frekvencia v invertoroch

Invertory v zásade zahŕňajú frekvenciu alebo oscilácie pri implementácii akcií zosilnenia a inverzie. Frekvencia, ako vieme, je generovanie impulzov pri nejakom rovnomernom a vypočítanom vzore, napríklad typická frekvencia invertora môže byť dimenzovaná na 50 Hz alebo 50 pozitívnych impulzov za sekundu.

Základný kmitočtový priebeh invertora je vo forme impulzov obdĺžnikovej vlny.

Ako všetci vieme, hranatá vlna nie je nikdy vhodná na prevádzku sofistikovaných elektronických zariadení, ako sú televízia, hudobné prehrávače, počítače atď.

AC (striedavý prúd) sieť, ktorú získavame na našej domácej sieťovej zásuvke, sa tiež skladá z frekvencie pulzujúceho prúdu, ale sú vo forme sínusových alebo sínusových vĺn.

Normálne je to 50 Hz alebo 60 Hz v závislosti od technických údajov konkrétnej krajiny.

Vyššie uvedená sínusová krivka nášho domáceho krivky striedavého prúdu sa týka exponenciálne rastúcich napäťových špičiek, ktoré tvoria 50 cyklov frekvencie.

Pretože náš domáci striedavý prúd je generovaný magnetickými turbínami, je vlnová forma v podstate sínusová vlna, takže nevyžaduje ďalšie spracovanie a stáva sa priamo použiteľnou v domácnostiach pre všetky typy zariadení.

Naopak v invertoroch má základný tvar vlny tvar štvorcových vĺn, ktoré je potrebné dôkladne spracovať, aby bola jednotka kompatibilná so všetkými typmi zariadení.

Rozdiel medzi hranatými a sínusovými vlnami

Ako je znázornené na obrázku, štvorcová vlna a sínusová vlna môžu mať identické špičkové úrovne napätia, ale hodnota RMS alebo efektívna hodnota štvorca nemusí byť identické. Týmto aspektom sa obdĺžniková vlna zvlášť líši od sínusovej, aj keď špičková hodnota môže byť rovnaká.

Preto by obdĺžnikový invertor pracujúci s 12V DC generoval výstup ekvivalentný povedzme 330V rovnako ako sínusový invertor pracujúci s rovnakou batériou, ale ak by ste zmerali výstupný RMS oboch invertorov, výrazne by sa líšil (330V a 220V).

Obrázok nesprávne zobrazuje vrchol 220 V, v skutočnosti by to malo byť 330 V.

Na vyššie uvedenom diagrame je zelene sfarbený priebeh sínusový, zatiaľ čo oranžový zobrazuje štvorcový priebeh. Tieňovaná časť predstavuje prebytok RMS, ktorý je potrebné vyrovnať, aby sa obidve hodnoty RMS čo najviac priblížili.

Konverzia invertora štvorcových vĺn na ekvivalent sínusových vĺn teda v podstate znamená umožniť invertoru s obdĺžnikovými vlnami produkovať požadovanú špičkovú hodnotu povedzme 330 V, ktorá má RMS takmer rovný jeho sínusovému náprotivku.

Ako previesť / upraviť štvorcový priebeh na ekvivalent sínusového priebehu

To je možné dosiahnuť buď vyrezaním vzorky štvorcových vĺn do formy sínusového priebehu, alebo jednoduchým rozrezaním štvorca v tvare vlny na dobre vypočítané menšie kúsky tak, aby sa jej RMS veľmi priblížil k štandardnej hodnote AC RMS v sieti.

Na vyrezanie štvorcovej vlny do dokonalej sínusovej vlny môžeme použiť wienský mostíkový oscilátor alebo presnejšie „bubbov oscilátor“ a priviesť ho do sínusového procesora. Táto metóda by bola príliš zložitá, a preto nie je odporúčaným nápadom na implementáciu existujúceho invertora s obdĺžnikovými vlnami do sínusového invertora.

Realizovateľnejším nápadom by bolo nasekanie súvisiacej štvorcovej vlny na základni výstupných zariadení na požadovaný stupeň RMS.

Jeden klasický príklad je uvedený nižšie:

Prvý diagram zobrazuje obvod invertora s obdĺžnikovými vlnami. Pridaním jednoduchého sekačky AMV môžeme rozložiť impulzy na základni príslušných mosfetov na požadovaný stupeň.

Verzia invertora s ekvivalentnou obdĺžnikovou a sínusovou vlnou vyššie uvedeného obvodu.

Tu dolné AMV generujú impulzy pri vysokej frekvencii, ktorých pomer značiek a priestoru je možné vhodne meniť pomocou prednastaveného VR1. Tento PWM riadený výstup sa aplikuje na brány mosfetov, aby sa ich vedenie prispôsobilo stanovenej hodnote RMS.

Očakávaný typický vzor priebehu od vyššie uvedenej úpravy:

Vlnová forma pri bránach MOSFET:

Tvar vlny na výstupe transformátora:

Tvar vlny po správnej filtrácii pomocou tlmiviek a kondenzátorov na výstupe transformátora:

Zoznam položiek

R1, R2, = 27K,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1 K Ohm,
C1, C2 = 0,47 uF / 100 V metalizované
C3, C4 = 0,1 uF
T1, T2, T5, T6 = BC547,
T3, T4 = akýkoľvek 30V, 10amp mosfet, N-kanál.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = 47K predvoľba
Transformátor = 9-0-9V, 8 ampér ( pre správnu optimalizáciu výkonu musia byť zvolené špecifikácie podľa výstupného zaťaženia )
Batéria = 12V, 10AH

Lepšia miera efektívnosti

Vyššie uvedená konverzia alebo modifikácia poskytne okolo 70% účinnosti s dosiahnutým RMS párovaním. Ak máte záujem o lepšie a presnejšie zosúladenie, pravdepodobne by bol potrebný procesor s priebehom IC 556 PWM.

Mali by ste sa odvolať na tento článok, ktorý ukazuje princíp, ktorý je v pozadí modifikácia štvorcového priebehu do sínusového priebehu pomocou pár IC555.

Výstup z vyššie uvedeného obvodu môže byť podobne privádzaný do brány alebo do základne príslušných silových zariadení, ktoré sú prítomné v existujúcej štvorcovej invertorovej jednotke.

Komplexnejší prístup možno vidieť v tomto článku, kde: IC 556 sa používa na extrakciu precíznej modifikovanej sínusovej vlny založenej na PWM ekvivalenty zo zdroja vzorky s pravouhlou vlnou.

Tento priebeh je integrovaný s existujúcimi výstupnými zariadeniami na vykonávanie zamýšľaných úprav.

Vyššie uvedené príklady nás naučia jednoduchšie metódy, prostredníctvom ktorých je možné akýkoľvek existujúci bežný invertor s obdĺžnikovými vlnami modifikovať do podoby sínusového invertora.

Konverzia na SPWM

Vo vyššie uvedenom článku sme sa dozvedeli, ako je možné optimalizovať tvar vlny invertora s obdĺžnikovými vlnami na získanie typu sínusového priebehu rozdelením obdĺžnikovej vlny na menšie časti.

Hlbšia analýza však ukazuje, že pokiaľ nasekaná krivka nie je dimenzovaná vo forme SPWM, nemusí byť možné dosiahnuť vhodný ekvivalent sínusovej vlny.

Na splnenie tejto podmienky je obvod prevodníka SPWM nevyhnutný na vybojovanie najideálnejšej sínusovej formy z meniča.

Nasledujúca schéma ukazuje, ako by to bolo možné efektívne implementovať pomocou návrhov diskutovaných vyššie.

Prostredníctvom jedného z mojich predchádzajúcich článkov sme porozumeli ako by sa dal použiť operačný zosilňovač na vytváranie SPWM , rovnakú teóriu je možné uplatniť vo vyššie uvedenom koncepte. Používajú sa tu dva generátory trojuholníkových vĺn, jeden prijímajúci rýchlu obdĺžnikovú vlnu od dolnej časti obrazu, zatiaľ čo druhý prijíma pomalé štvorcové vlny od hornej časti hviezdy a spracováva ich na príslušné výstupy rýchlych a pomalých trojuholníkových vĺn.

Tieto spracované trojuholníkové vlny sú napájané cez dva vstupy operačného zosilňovača, ktorý ich nakoniec prevádza na šírky impulzov sínusových vĺn SPWM.

Tieto SPWM sa používajú na sekanie signálov na bráne mosfetov, ktoré nakoniec prepínajú priebeh cez pripojené vinutie transformátora, aby vytvorili presnú repliku čistého sínusového priebehu na sekundárnej strane transformátora pomocou magnetickej indukcie.