3 най-добри трансформаторни инверторни схеми

3 най-добри трансформаторни инверторни схеми

Както подсказва името, инверторна схема, която преобразува постояннотоков вход в променлив, без да зависи от индуктор или трансформатор, се нарича инвертор без трансформатор.



Тъй като не се използва трансформатор, базиран на индуктор, входният DC обикновено е равен на пиковата стойност на променливотока, генериран на изхода на инвертора.

Постът ни помага да разберем 3 инверторни вериги, проектирани да работят без използване на трансформатор, и използвайки пълна мостова интегрална мрежа и верига на генератор на SPWM.





Без трансформатор инвертор с помощта на IC 4047

Нека започнем с H-Bridge топология, която е може би най-простата по своята форма. Технически обаче той не е идеалният и не се препоръчва, тъй като е проектиран с използване на p / n-канални MOSFET-и. M-транзисторите с P-канал се използват като високи странични MOSFET-и, а n-каналът като долната страна.

Тъй като p-каналните MOSFET се използват от горната страна, зареждане става ненужно и това значително опростява дизайна. Това също означава, че този дизайн не трябва да зависи от специални интегрални схеми за драйвери.



Въпреки че дизайнът изглежда готин и примамлив, той има няколко основни недостатъка . И точно затова тази топология се избягва в професионални и търговски единици.

Въпреки това, ако е изграден правилно, може да служи за нискочестотни приложения.

Ето пълната схема, използваща IC 4047 като нестабилен честотен генератор на тотем полюс

Списък с части

Всички резистори са 1/4 вата 5%

  • R1 = 56k
  • C1 = 0.1uF / PPC
  • IC pin10 / 11 резистор = 330 ома - 2nos
  • Резистори на MOSFET порта = 100k - 2nos
  • Опто-съединители = 4N25 - 2 бр
  • Горни P-канални MOSFET = FQP4P40 - 2nos
  • Долни N-канални MOSFET = IRF740 = 2nos
  • Ценерови диоди = 12V, 1/2 вата - 2 бр

Следващата идея също е h-мостова верига, но тази използва препоръчаните n-канални MOSFET-и. Веригата е поискана от г-н Ралф Вихерт

Основни спецификации

Поздрави от Сейнт Луис, Мисури.
Бихте ли искали да си сътрудничите инверторен проект ? Бих ви платил за дизайн и / или вашето време, ако искате.

Имам Prius 2012 & 2013, а майка ми има 2007 Prius. Prius е уникален с това, че разполага с 200 VDC (номинална) батерия за високо напрежение. Собствениците на Prius в миналото са използвали този акумулаторен пакет с готови инвертори, за да извеждат собственото си напрежение и да работят с инструменти и уреди. (Тук в САЩ, 60 Hz, 120 и 240 VAC, както съм сигурен, че знаете). Проблемът е, че инверторите вече не се правят, но Prius все още е.

Ето няколко инвертора, които са били използвани в миналото за тази цел:

1) PWRI2000S240VDC (виж прикачения файл) Вече не се произвежда!

2) Emerson Liebert Upstation S (Това всъщност е UPS, но вие изваждате батерията, която беше номинална 192 VDC.) (Вижте приложението.) Вече не се произвежда!

В идеалния случай искам да проектирам непрекъснат инвертор с мощност 3000 вата, чиста синусоида, изходна мощност 60 Hz, 120 VAC (с разделена фаза 240 VAC, ако е възможно) и без трансформатор. Може би 4000-5000 вата връх. Вход: 180-240 VDC. Доста списък с желания, знам.

Аз съм машинен инженер, с известен опит в изграждането на схеми, както и програмирам микроконтролери Picaxe. Просто нямам много опит в проектирането на схеми от нулата. Готов съм да опитам и да се проваля, ако е необходимо!

Дизайнът

В този блог вече обсъдих повече от 100 инверторни дизайна и концепции , горната заявка може лесно да бъде изпълнена чрез модифициране на един от съществуващите ми проекти и изпробвана за даденото приложение.

За всеки трансформаторен дизайн трябва да бъдат включени няколко основни неща за изпълнението: 1) Инверторът трябва да бъде пълен мостов инвертор, използващ пълен мостов драйвер и 2) захранваното входно захранване с постоянен ток трябва да бъде равно на необходимото изходно напрежение на изхода ниво.

Включвайки горните два фактора, основният дизайн на инвертора от 3000 вата може да бъде засвидетелстван в следващата диаграма, която има чиста синусоидална изходна форма на вълната особеност.

безмоторни 3kva синусоидални инвертори с пълна мостова верига

Детайлите за функционирането на инвертора могат да бъдат разбрани с помощта на следните точки:

Основното или стандартна конфигурация на пълен мостов инвертор се формира от пълния мостов драйвер IC IRS2453 и свързаната с него MOSFET мрежа.

Изчисляване на честотата на инвертора

Функцията на този етап е да колебае свързаното натоварване между MOSFET-ите с определена честота, определена от стойностите на Rt / Ct мрежата.

Стойностите на тези времеви RC компоненти могат да бъдат зададени по формулата: f = 1 / 1.453 x Rt x Ct, където Rt е в ома и Ct във Farads. Трябва да се настрои за постигане на 60Hz за допълване на посочената 120V изходна мощност, като алтернатива за 220V спецификации това може да бъде променено на 50Hz.

Това може да се постигне и чрез някои практически опити и грешки, чрез оценка на честотния обхват с цифров честотомер.

За постигане на чист резултат на синусоида, портите на нископоставените MOSFET-и са изключени от съответните им IC захранвания и се прилагат по същия начин чрез BJT буферен етап, конфигуриран да работи чрез SPWM вход.

Генериране на SPWM

SPWM, което означава синусоидална широчинно-импулсна модулация, е конфигуриран около ИС на операционна система и сингъл IC 555 PWM генератор.

Въпреки че IC 555 са конфигурирани като ШИМ, PWM изходът от неговия щифт # 3 никога не се използва, а по-скоро триъгълните вълни, генерирани през неговия синхронизиращ кондензатор, се използват за издълбаването на SPWM. Тук една от пробите с триъгълни вълни трябва да бъде много по-бавна по честота и синхронизирана с честотата на основната интегрална схема, докато другата трябва да бъде по-бързи вълни с триъгълник, чиято честота по същество определя броя на стълбовете, които може да има SPWM.

Операционният усилвател е конфигуриран като компаратор и се захранва с проби с триъгълни вълни за обработка на необходимите SPWM. Една триъгълна вълна, която е по-бавна, се извлича от Ct pinout на основния IC IRS2453

Обработката се извършва от opamp IC чрез сравняване на двете триъгълни вълни във входните му изводи и генерираният SPWM се прилага към основите на BJT буферния етап.

BJTs буферите се превключват според импулсите на SPWM и се уверете, че ниските странични MOSFET-и също са превключени по същия модел.

Горното превключване позволява на изходния променлив ток също да превключва с SPWM модел за двата цикъла на честотната форма на променлив ток.

Избор на MOSFET-и

Тъй като е посочен инвертор без трансформатор 3kva, MOSFET-ите трябва да бъдат класифицирани по подходящ начин за справяне с този товар.

Посоченият в диаграмата номер на MOSFET 2SK 4124 всъщност няма да може да издържи натоварване от 3kva, тъй като те са оценени да обработват максимум 2kva.

Някои изследвания в мрежата ни позволяват да намерим MOSFET: IRFB4137PBF-ND което изглежда добре за работа при натоварване от 3kva, поради огромната си мощност при 300V / 38amps.

Тъй като това е инвертор 3kva без трансформатор, въпросът за избора на трансформатор е елиминиран, но батериите трябва да бъдат подходящо оценени, за да произвеждат минимум 160V, докато са умерено заредени, и около 190V, когато са напълно заредени.

Автоматична корекция на напрежението.

Автоматична корекция може да бъде постигната чрез свързване на мрежа за обратна връзка между изходните клеми и Ct pinout, но това всъщност може да не се изисква, тъй като IC 555 саксиите могат да бъдат ефективно използвани за фиксиране на RMS на изходното напрежение и след като зададете може да се очаква изходното напрежение да бъде абсолютно фиксирано и постоянно, независимо от условията на натоварване, но само докато натоварването не надвишава максималната мощност на инвертора.

2) Инвертор без трансформатор със зарядно устройство за батерии и контрол на обратната връзка

Втората електрическа схема на компактен трансформаторен инвертор, без да включва обемен железен трансформатор, е разгледана по-долу. Вместо тежък железен трансформатор той използва индуктор от феритна сърцевина, както е показано в следващата статия. Схемата не е проектирана от мен, тя ми беше предоставена от един от запалените читатели на този блог г-н Ritesh.

Дизайнът е пълноценна конфигурация с включва повечето функции като детайли за намотка на феритен трансформатор , степен на индикатор за ниско напрежение, съоръжение за регулиране на изходното напрежение и др.

без трансформатор феритна сърцевина инверторна верига с ниско отрязана батерия, автоматично управление на обратната връзка

Обяснението за горния дизайн все още не е актуализирано, скоро ще се опитам да го актуализирам, междувременно можете да се обърнете към диаграмата и да изясните съмненията си чрез коментар, ако има такъв.

200 вата Компактен трансформаторен инверторен дизайн # 3

Трети дизайн по-долу показва 200 ватова инверторна верига без трансформатор (без трансформатор), използващ 310V DC вход. Това е дизайн, съвместим със синусоида.

Въведение

Инверторите, както познаваме, са устройства, които преобразуват или по-скоро инвертират източник на постоянен ток с ниско напрежение в AC изход с високо напрежение.

Произвежданото AC напрежение с високо напрежение обикновено е в реда на локалните нива на мрежовото напрежение. Процесът на преобразуване от ниско напрежение в високо напрежение обаче винаги изисква включването на големи и обемисти трансформатори. Имаме ли възможност да ги избегнем и да направим инверторна схема без трансформатор?

Да, има доста много прост начин за внедряване на трансформаторен инверторен дизайн.

По принцип инверторът, използващ батерия с ниско постояннотоково напрежение, изисква да ги засили до предвиденото по-високо променливо напрежение, което от своя страна прави включването на трансформатор задължително.

Това означава, че ако можем просто да заменим входящия DC с ниско напрежение с ниво на постоянен ток, равно на предвиденото ниво на променлив ток, необходимостта от трансформатор може просто да бъде елиминирана.

Схемата на схемата включва DC напрежение с високо напрежение за работа с обикновена инверторна схема на MOSFET и можем ясно да видим, че няма включен трансформатор.

Операция на веригата

Постояннотоковото напрежение с високо напрежение, равно на необходимия изходен променлив ток, получено чрез подреждане на 18 малки 12-волтови батерии последователно.

Портата N1 е от IC 4093, N1 е конфигуриран като осцилатор тук.

Тъй като интегралната схема изисква строго работно напрежение между 5 и 15 волта, необходимият вход се взема от една от 12-волтовите батерии и се прилага към съответните IC изходи.

По този начин цялата конфигурация става много проста и ефективна и напълно елиминира необходимостта от обемист и тежък трансформатор.

Всички батерии са с 12 волта, 4 AH, които са доста малки и дори когато са свързани помежду си, изглежда, че не покриват твърде много пространство. Те могат да бъдат подредени плътно, за да образуват компактен модул.

Изходът ще бъде 110 V AC при 200 вата.

без трансформатор ШИМ инверторна верига

Списък с части

  • Q1, Q2 = MPSA92
  • Q3 = MJE350
  • Q4, Q5 = MJE340
  • Q6, Q7 = K1058,
  • Q8, Q9 = J162
  • NAND IC = 4093,
  • D1 = 1N4148
  • Батерия = 12V / 4AH, 18 бр.

Надстройка до версия на Sinewave

Гореописаната проста 220V трансформаторна инверторна верига може да бъде надстроена до чист или истински синусоидален инвертор, просто като замести входящия генератор със синусоидална генераторна верига, както е показано по-долу:

200 ватова трансформаторна синусоидална инверторна верига

Списък с части за синусоидалния осцилатор може да бъде намерен в този пост

Трансформаторна слънчева инверторна верига

Слънцето е основен и неограничен източник на сурова енергия, който е достъпен на нашата планета абсолютно безплатно. Тази сила е основно под формата на топлина, но хората са открили методи за използване на светлината също от този огромен източник за производство на електрическа енергия.

Общ преглед

Днес електричеството се е превърнало в жизненоважната линия на всички градове и дори селските райони. С изчерпване на изкопаемите горива, слънчевата светлина обещава да бъде един от основните възобновяеми източници на енергия, до който може да се достигне директно от всяко място и при всякакви обстоятелства на тази планета, безплатно. Нека научим един от методите за превръщане на слънчевата енергия в електричество за нашите лични облаги.

В един от предишните си постове съм обсъждал слънчева инверторна верига, която по-скоро имаше прост подход и включваше обикновена инверторна топология с помощта на трансформатор.

Както всички знаем, трансформаторите са обемисти, тежки и могат да станат доста неудобни за някои приложения.
В настоящия дизайн се опитах да премахна използването на трансформатор чрез включване на MOSF-та с високо напрежение и чрез увеличаване на напрежението чрез последователно свързване на слънчеви панели. Нека проучим цялата конфигурация с помощта на следните точки:

Как работи

Разглеждайки показаната по-долу слънчева трансформаторна схема на инвертор без трансформатор, можем да видим, че тя основно се състои от три основни етапа, а именно. осцилаторният етап, съставен от универсалния IC 555, изходният етап, състоящ се от няколко високо напрежения MOSFET и етапа на подаване на енергия, който използва банката на слънчевия панел, която се захранва на B1 и B2.

Електрическа схема

слънчева трансформаторна инверторна верига

Тъй като интегралната схема не може да работи при напрежения над 15V, тя е добре защитена чрез падащ резистор и ценеров диод. Ценеровият диод ограничава високото напрежение от соларния панел при свързаното 15V ценерово напрежение.

Мосфетите обаче могат да се експлоатират с пълното слънчево изходно напрежение, което може да е между 200 и 260 волта. При облачни условия напрежението може да падне до под 170V, така че вероятно стабилизатор на напрежението може да се използва на изхода за регулиране на изходното напрежение при такива ситуации.

Мосфетите са типове N и P, които образуват двойка за изпълнение на тласкащите действия и за генериране на необходимия променлив ток.

Мосфетите не са посочени в диаграмата, в идеалния случай те трябва да бъдат оценени на 450V и 5 ампера, ще срещнете много варианти, ако потърсите малко в мрежата.

Използваните слънчеви панели трябва стриктно да имат напрежение в отворена верига от около 24V при пълна слънчева светлина и около 17V по време на ярки здрачи.

Как да свържете слънчевите панели

слънчеви панели в серия за безтрансформаторно инверторно приложение

Списък с части

R1 = 6K8
R2 = 140K
C1 = 0.1uF
Диодите = са 1N4148
R3 = 10K, 10 вата,
R4, R5 = 100 ома, 1/4 вата
B1 и B2 = от соларен панел
Z1 = 5.1V 1 ват

Използвайте тези формули за изчисляване на R1, R2, C1 ....

Актуализация:

Горният дизайн 555 IC може да не е толкова надежден и ефективен, по-долу може да се види много надежден дизайн под формата на пълна H-мостова инверторна верига . Може да се очаква този дизайн да осигури много по-добри резултати от горепосочената схема 555 IC

4 MOSFET базиран трансформаторен инвертор

Друго предимство на използването на горната верига е, че няма да ви е необходима двойна подредба на слънчеви панели, по-скоро едно серийно свързано слънчево захранване би било достатъчно, за да работи горната схема за постигане на 220V изход.




Предишна: Система за предупреждение за водоснабдяване, базирана на SMS Напред: Как да поправите захранване в режим на превключване (SMPS)