Viacúrovňový päťstupňový kaskádový sínusový invertorový obvod

V tomto článku sa naučíme, ako vytvoriť viacúrovňový (5 krokový) kaskádový invertorový obvod pomocou veľmi jednoduchého mnou vyvinutého konceptu. Dozvieme sa viac ohľadom podrobností.

Koncept okruhu

Na tomto webe som doposiaľ vyvinul, navrhol a predstavil mnoho obvodov invertorov sínusových vĺn pomocou jednoduchých konceptov a bežných komponentov, ako je IC 555, ktoré sú skôr orientované na výsledky, namiesto toho, aby boli zložité a plné teoretických problémov.

Vysvetlil som, ako jednoducho a vysoko výkonný audio zosilňovač je možné previesť na čistý sínusový invertor , a taktiež som sa komplexne venoval invázorom sínusových vĺn pomocou konceptov SPWM

Na tomto webe sme sa tiež dozvedeli o ako previesť akýkoľvek štvorcový invertor na invertor čistej sínusovej vlny dizajn.

Pri posudzovaní vyššie uvedených obvodov sínusových vĺn pomocou sínusových ekvivalentov PWM chápeme, že tvar vlny SPWM sa priamo nezhoduje alebo nezhoduje so skutočným sínusovým priebehom, skôr tieto vykonávajú sínusový efekt alebo výsledky interpretáciou hodnoty RMS skutočnej sínusovej vlny AC.

Aj keď možno SPWM považovať za efektívny spôsob replikácie a implementácie primerane čistej sínusovej vlny, skutočnosť, že nesimuluje alebo sa nezhoduje so skutočnou sínusovou vlnou, robí tento koncept trochu nekomplikovaný, najmä v porovnaní s 5-stupňovým kaskádovým sínusovým invertorom. koncepcia.

Môžeme porovnať a analyzovať dva typy konceptov simulácie sínusových vĺn podľa nasledujúcich obrázkov:

Viacúrovňový kaskádový priebeh

Môžeme jasne vidieť, že viacúrovňový kaskádový koncept s 5 krokmi produkuje zrejmejšiu a efektívnejšiu simuláciu skutočnej sínusovej vlny ako koncept SPWM, ktorý sa spolieha iba na zosúladenie hodnoty RMS s pôvodnou veľkosťou sínusovej vlny.

Návrh konvenčného päťúrovňového kaskádového sínusového invertora môže byť dosť zložitý, ale koncept, ktorý je tu vysvetlený, uľahčuje implementáciu a využíva bežné komponenty.

Schéma zapojenia

POZNÁMKA: Pridajte kondenzátor 1uF / 25 na vývody IC č. 15 a 16 č. 16, inak sa sekvenovanie nespustí.
Na vyššie uvedenom obrázku vidíme, ako jednoducho je možné 5-stupňový kaskádový invertorový koncept prakticky implementovať pomocou muti-tap transformátora, niekoľkých 4017 integrovaných obvodov a 18 výkonových BJT, ktoré je možné v prípade potreby ľahko nahradiť mosfetmi.

Tu je niekoľko 4017 integrovaných obvodov, ktoré sú 10-stupňovými čítacími oddeľovačmi spoločnosti Johnson, kaskádovito vytvárané sekvenčne bežiace alebo naháňajúce sa logické výšky cez zobrazené vývody integrovaných obvodov.

Prevádzka obvodu

Táto sekvenčne bežiaca logika sa používa na spustenie pripojených výkonových BJT v rovnakom poradí, ktoré následne prepína vinutie transformátora v poradí, ktoré spôsobí, že transformátor vytvorí kaskádový druh sínusovo ekvivalentného priebehu.

Transformátor tvorí srdce obvodu a zamestnáva špeciálne zranené primárne zariadenie s 11 odbočkami. Tieto kohútiky sa jednoducho rovnomerne vyťahujú z jedného dlhého vypočítaného vinutia.

BJT spojené s jedným z integrovaných obvodov prepínajú jednu z polovíc transformátora cez 5 odbočiek, čo umožňuje generovanie 5 úrovňových krokov, ktoré tvoria jeden polovičný cyklus krivky striedavého prúdu, zatiaľ čo BJT spojené s ostatnými integrovanými obvodmi vykonávajú rovnakú funkciu pri tvarovaní až do dolnej polovice AC cyklu vo forme kaskádového priebehu na 5 úrovniach.

Integrované obvody sú prevádzané hodinovými signálmi privedenými na uvedenú pozíciu v obvode, ktoré je možné získať z ktoréhokoľvek štandardného astabilného obvodu 555 IC.

Prvých 5 sád BJT vytvára 5 úrovní priebehu, zvyšné 4 BJT sa prepínajú rovnako v opačnom poradí, aby dokončili kaskádový priebeh, ktorý má celkovo 9 mrakodrapov.

Tieto mrakodrapy sú tvorené vytváraním stúpajúcich a klesajúcich napäťových úrovní prepínaním príslušného vinutia transformátora, ktoré sú dimenzované na príslušné napäťové úrovne

Napríklad vinutie č. 1 by mohlo byť dimenzované na 150 V vzhľadom na stredový kohútik, vinutie č. 2 na 200 V, vinutie č. 3 na 230 V, vinutie č. 4 na 270 V a vinutie č. 5 na 330 V, takže keď sú tieto postupne prepínané sada zobrazených 5 BJT, dostaneme prvých 5 úrovní priebehu, ďalej keď sú tieto vinutia prepnuté opačne o nasledujúce 4 BJT, vytvorí zostupné 4 úrovne, čím sa dokončí horná polovica cyklu 220V AC.

To isté opakuje ďalších 9 BJT spojených s ostatnými 4017 IC, čo vedie k dolnej polovici 5stupňového kaskádového striedavého prúdu, ktorý dokončí jeden úplný striedavý priebeh požadovaného výstupu 220V striedavého prúdu.

Detaily vinutia transformátora:

Ako je zrejmé z vyššie uvedeného diagramu, transformátor je bežného typu so železným jadrom, ktorý sa vyrába vinutím primárneho a sekundárneho vinutia so závitmi zodpovedajúcimi indikovaným odbočkám napätia.

Pri pripojení k zodpovedajúcim BJT sa dá očakávať, že tieto vinutia vyvolajú úroveň 5 alebo celkom 9 stupňov kaskádového priebehu, kde prvé 36V vinutie bude zodpovedať a indukuje 150V, 27V indukuje ekvivalent 200V, zatiaľ čo 20V, 27V, 36V by bolo zodpovedných za výrobu 230V, 270V a 330V cez sekundárne vinutie v navrhovanom kaskádovom formáte.

Sada odbočiek na spodnej strane primárneho okruhu by vykonala prepínanie na dokončenie 4 stúpajúcich úrovní priebehu.

Rovnaký postup by zopakoval 9 BJT spojených s komplementárnym IC 4017 na vytvorenie záporného polcyklu striedavého prúdu ... zápor sa vykreslí kvôli opačnej orientácii vinutia transformátora vzhľadom na stredový kohútik.

Aktualizácia:

Kompletná schéma zapojenia diskutovaného viacúrovňového sínusového invertorového obvodu

POZNÁMKA: Pridajte kondenzátor 1uF / 25 na vývody IC č. 15 a 16 č. 16, inak sa sekvenovanie nespustí.
Potenciometr 1M spojený s obvodom 555 bude potrebné upraviť pre nastavenie frekvencie 50 Hz alebo 60 Hz pre invertor podľa špecifikácií krajiny používateľa.

Zoznam položiek

Všetky nešpecifikované odpory sú 10k, 1/4 watt
Všetky diódy sú 1N4148
Všetky BJT sú TIP142
IC sú 4017

Poznámky k viacúrovňovému kaskádovému sínusovému invertorovému obvodu s 5 krokmi:

Testovanie a overenie vyššie uvedeného dizajnu úspešne vykonal pán Sherwin Baptista, ktorý je jedným z horlivých stúpencov webovej stránky.

1. Rozhodli sme sa pre vstupné napájanie meniča --- 24V @ 18Ah @ 432Wh

2. Počas celého procesu budovania tohto invertora bude dochádzať k vzniku šumu. Na zlomenie problému generovaného a zosilneného hluku veľmi ľahko

A. Rozhodli sme sa filtrovať výstupný signál IC555 v okamihu, keď je produkovaný na kolíku 3, čím môžeme získať čistejšiu obdĺžnikovú vlnu.

B. Rozhodli sme sa použiť FERRITE BEADS na príslušných výstupoch IC4017 na vylepšenie filtrovania pred odoslaním signálu do tranzistorov zosilňovača.

C. Rozhodli sme sa použiť DVA TRANSFORMÁTORY a vylepšiť filtrovanie medzi oboma v obvode.

3. Štádiové údaje oscilátora:

Tento navrhovaný stupeň je hlavným stupňom obvodu invertora. Produkuje požadované impulzy pri danej frekvencii, aby mohol transformátor pracovať. Skladá sa z IC555, IC4017 a výkonových tranzistorov zosilňovača.

A. IC555:

Jedná sa o ľahko použiteľný čip s nízkou spotrebou a má množstvo rôznych projektov, ktoré je možné pomocou neho vykonať. V tomto projekte invertora ho konfigurujeme v astabilnom režime na generovanie štvorcových vĺn. Tu sme nastavili frekvenciu na 450 Hz úpravou potenciometra 1 megaohm a potvrdením výstupu meračom frekvencie.

B. IC4017:

Toto je Jhonsonov 10stupňový logický čip s deliacim pultom, ktorý je veľmi známy v obvodoch sekvenčných / bežiacich LED svetiel / chaserov. Tu je inteligentne nakonfigurovaný na použitie v invertorovej aplikácii. Poskytujeme túto frekvenciu 450 Hz generovanú IC555 na vstupy IC4017. Tento IC má za úlohu rozdeliť vstupnú frekvenciu na 9 častí, z ktorých každá vedie k výstupu 50 Hz.
Teraz majú výstupné piny oboch procesorov 4017 hodinový signál 50 Hz, ktorý neustále beží dopredu a dozadu.

C. Výkonové tranzistory zosilňovača:

Jedná sa o vysoko výkonné tranzistory, ktoré na základe signálu privádzaného do nich napájajú batériu do vinutí transformátora. Pretože výstupné prúdy 4017 sú príliš nízke, nemôžeme ich priamo napájať do transformátora. Preto potrebujeme nejaký zosilňovač, ktorý bude prevádzať nízkoprúdové signály zo 4017 na vysokoprúdové signály, ktoré potom možno prenášať do transformátora na ďalšiu prevádzku.

Tieto tranzistory sa počas prevádzky zahrievajú a nevyhnutne by potrebovali chladič.
Pre každý tranzistor je možné použiť samostatný chladič, a preto by malo byť zabezpečené, že
chladiče sa navzájom nedotýkajú.

ALEBO

Dalo by sa použiť jediný dlhý kus chladiča, aby sa doň zmestili všetky tranzistory. Potom by človek mal
tepelne a elektricky izolovať stredovú chlopňu každého tranzistora od dotyku s chladičom

aby nedošlo k ich skratu. To je možné vykonať pomocou súpravy na izoláciu sľudy.

4. Ďalej prichádza Transformátor prvej fázy:

A. Tu používame viackapitový primárny na dvojvodičový sekundárny transformátor. Ďalej nájdeme volty na odbočku na prípravu primárneho napätia.

---KROK 1---

Berieme do úvahy vstupné DC napätie, ktoré je 24V. Rozdelíme to na 1,4142 a nájdeme jeho ekvivalent AC RMS, ktorý je 16,97 V ~
Vyššie uvedený údaj RMS zaokrúhľujeme na 17 V ~

---KROK 2---

Ďalej vydelíme RMS 17V ~ 5 (pretože potrebujeme päť odbočkových napätí) a dostaneme RMS 3,4V ~
Vezmeme konečnú hodnotu RMS o 3,5 V ~ a vynásobením 5 nám dáme 17,5 V ~ ako okrúhlu figúru.
Na konci sme našli Volts Per Tap, čo je RMS 3,5 V ~

B. Rozhodli sme sa ponechať sekundárne napätie na RMS 12V ~ tj. 0-12V, pretože môžeme získať vyšší prúdový výkon pri 12V ~

C. Takže máme transformátorové hodnotenie uvedené nižšie:
Multi-tapped Primary: 17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5V @ 600W / 1 000 VA
Sekundárne: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA.
Tento transformátor sme dostali od miestneho predajcu transformátorov.

5. Teraz nasleduje hlavný obvod LC:

LC obvod známy ako filtračné zariadenie má robustné použitie v obvodoch výkonových meničov.
Pri použití v invertorových aplikáciách je všeobecne potrebné na odbúravanie ostrých špičiek

generovaného tvaru vlny a pomáha ju konvertovať na plynulejší tvar vlny.

Tu v sekundárnej časti vyššie uvedeného transformátora, ktorý je 0 --- 12V, očakávame viacúrovňovú úroveň
štvorcový kaskádový priebeh na výstupe. Takže používame 5-stupňový LC obvod, aby sme dostali ekvivalentný tvar vlny SINEWAVE.

Údaje pre okruh LC sú uvedené nižšie:

A) Všetky induktory by mali mať nominálnu hodnotu IRON CORE EI 500UH (mikropenezu) 50A.
B) Všetky kondenzátory by mali byť typu 1uF 250V NONPOLAR.

Upozorňujeme, že kladieme dôraz na päťstupňový obvod LC a nielen na jeden alebo dva stupne, aby sme na výstupe mohli získať oveľa čistejší priebeh krivky s menším harmonickým skreslením.

6. Teraz prichádza Transformátor druhého a posledného stupňa:

Tento transformátor je zodpovedný za prevod výstupu z LC siete, t. J. RMS 12V ~ na 230V ~
Tento transformátor by bol hodnotený takto:
Primárne: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA
Sekundárne: 230V @ 600W / 1000VA.

Tu by sa na konečnom výstupe 230 V na ďalšie filtrovanie nevyžadovala žiadna ďalšia LC sieť, pretože sme už na začiatku filtrovali každú fázu každého spracovaného výstupu.
VÝSTUP bude teraz SINEWAVE.

DOBRÁ vec je, že na konečnom výstupe tohto invertora a nie je absolútne ŽIADNY ŠUM
je možné ovládať zložité pomôcky.

Osoba, ktorá prevádzkuje invertor, je však potrebné pamätať na jednu vec - NEMALI PREŤAŽIŤ invertor a udržiavať energetickú záťaž sofistikovaných pomôcok prevádzkovaných v medziach.

Niektoré opravy, ktoré je potrebné vykonať v schéme zapojenia, sú uvedené nižšie:

1. Regulátor IC7812 by mal mať pripojené obtokové kondenzátory. Mal by byť namontovaný na a
HEATSINK, pretože by sa počas prevádzky zahrial.

2. Časovač IC555 by mal nasledovať sériový odpor skôr, ako signál prejde dopredu na diódy.
Hodnota odporu by mala byť 100E. Ak odpor nie je pripojený, IC sa zahrieva.

Na záver máme 3 navrhované stupne filtra:

1. Signál generovaný IC555 na kolíku 3 sa filtruje na zem a potom sa prenáša na rezistor
a potom k diódam.

2. Keď prevádzkové signály opúšťajú príslušné kolíky IC4017, predtým sme pripojili feritové guľôčky
prechod signálu na rezistor.
3. Medzi obidvomi transformátormi je použitý posledný stupeň filtra

Ako som vypočítal vinutie transformátora

Chcel by som sa s vami dnes o niečo podeliť.

Pokiaľ išlo o navíjanie železného jadra, nevedel som nič o špecifikáciách prevíjania, pretože som zistil, že do nich vstupuje veľa parametrov a výpočtov.

Takže k vyššie uvedenému článku som dal základné špecifikácie osobe navijaka trafa a on sa ma len spýtal:

a) odbočenie vstupného a výstupného napätia, ak je to potrebné,
b) vstupný a výstupný prúd,
c) celkový výkon,
d) Potrebujete externé upínacie zariadenie priskrutkované k trafu?
e) Chcete poistku zapojiť interne do strany transformátora 220V?
f) Chcete, aby boli drôty pripojené k trafu ALEBO jednoducho udržujte smaltovaný vodič z vonkajšej strany pridaným chladiacim materiálom?
g) Chcete, aby bolo jadro uzemnené pripojeným externým vodičom?
h) Chcete, aby bol IRON CORE chránený lakom a natretý čiernym oxidom?

Nakoniec ma ubezpečil o úplnej skúške bezpečnosti transformátora, ktorý je vyrobený na zákazku, až bude hotový, a kým bude poskytnutá čiastočná platba, bude trvať asi 5 dní.
Čiastočná platba predstavovala (približne) jednu štvrtinu celkových navrhovaných nákladov diktovaných osobou, ktorá navíjač previedla.

Moje odpovede na vyššie uvedené otázky sú:

POZNÁMKA: Aby nedošlo k zámene vodičov, predpokladám, že prevádzka je vyrobená na jeden účel: KROK DOLU TRANSFORMÁTORA, kde primárne je strana vysokého napätia a sekundárne je strana nízkeho napätia.

a) primárny vstup 0 - 220 V, 2 vodiče.
17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5 V sekundárny výstup s viacerými odbočkami, 11- drôty.

b) Primárny vstupný prúd: 4,55 A pri 220V Výstupný prúd: 28,6 A na multi-odbočkovanom sekundárnom @ konci na koncové napätie 35V… .. pokiaľ ide o výpočet.

Povedal som mu, že potrebujem 5 ampérov pri 220 V (max. 230), t. J. Primárny vstup a 32 ampérov pri 35 V, t. J. Viacnásobný sekundárny výstup.

c) Spočiatku som mu povedal 1 000 VA, ale na základe výpočtu volt-krát amp a zaokrúhlenia desatinných čísel výkon šiel na 1120 VA +/- 10%. Poskytol mi hodnotu bezpečnostnej tolerancie pre stranu 220V.

d) Áno. Potrebujem ľahké pripevnenie na kovovú skrinku.

e) Nie. Povedal som mu, že jednu umiestnim externe, aby som k nej mal ľahký prístup, keď náhodou odfúkne.

f) Povedal som mu, aby ponechal smaltovaný vodič na vonkajšej strane, aby bola viacnásobná sekundárna strana z dôvodu bezpečnosti primerane chladená a na primárnej strane som požiadal o pripojenie vodičov.

g) Áno. Z bezpečnostných dôvodov potrebujem uzemniť jadro. Pripojte preto externý vodič.

h) Áno. Požiadal som ho, aby poskytol potrebnú ochranu pre výlisky jadra.

Išlo o interakciu medzi mnou a ním pre navrhovaný transformátor typu na objednávku.

AKTUALIZÁCIA:

Vo vyššie uvedenom 5 krokovom kaskádovom dizajne sme implementovali 5 krokové sekanie cez DC stranu transformátora, ktoré sa javí ako trochu neefektívne. Je to preto, lebo prepínanie môže viesť k značnému množstvu energie stratenej spätným EMF z transformátora, a to bude vyžadovať, aby bol transformátor enormne veľký.

Lepším nápadom by mohlo byť oscilácia DC strany s 50 Hz alebo 60 Hz plným mostíkovým invertorom a prepínanie sekundárnej AC strany s našimi 9 krokovými sekvenčnými výstupmi IC 4017 pomocou triakov, ako je uvedené nižšie. Táto myšlienka by znížila hroty a prechodné javy a umožnila invertoru plynulejšie a efektívnejšie vykonávanie päťstupňového sínusového priebehu. Triaky budú menej citlivé na prepínanie v porovnaní s tranzistormi na strane DC.