Многостепенна каскадна инверторна верига с каскадна синусоида

В тази статия научаваме как да направим многостепенна (5 стъпка) каскадна инверторна схема, използвайки много проста концепция, разработена от мен. Нека научим повече относно подробностите.

Концепцията на веригата

В този уебсайт досега разработих, проектирах и въведох много синусоидални инверторни схеми, използвайки ясни концепции и обикновени компоненти като IC 555, които се оказват по-ориентирани към резултатите, вместо да са сложни и пълни с теоретични бъркотии.

Обясних как просто a аудио усилвател с висока мощност може да се превърне в инвертор с чиста синусоида , а също така изчерпателно разгледах изобретателите на синусоида, използващи SPWM концепции

Чрез този уебсайт също научихме относно как да конвертирате всеки квадратен инвертор в инвертор с чиста синусоида дизайн.

Оценявайки горните синусоидални инверторни вериги, използвайки синусоидални ШИМ, разбираме, че формата на вълната на SPWM не съвпада директно или съвпада с действителна синусоидална форма на вълната, а по-скоро те изпълняват синусоидалния ефект или резултатите чрез интерпретиране на RMS стойността на действителната синусоида AC.

Въпреки че SPWM може да се счита за ефективен начин за възпроизвеждане и прилагане на разумно чиста синусоида, фактът, че той не симулира или съвпада с реална синусоида, прави концепцията малко изтънчена, особено в сравнение с инвертор с каскадна синусоида на 5 нива концепция.

Можем да сравним и анализираме двата типа концепции за симулация на синусоида, като се позоваваме на следните изображения:

Многостепенно каскадно изображение на вълновата форма

Ясно можем да видим, че многостепенната каскадна концепция от 5 нива създава по-очевидна и ефективна симулация на реална синусоида, отколкото концепцията SPWM, която разчита единствено на съвпадение на RMS стойността с оригиналната величина на синусоида.

Проектирането на конвенционален инвертор с каскадна синусоида с 5 нива може да бъде доста сложно, но концепцията, която е обяснена тук, улеснява изпълнението и използва обикновени компоненти.

Електрическа схема

ЗАБЕЛЕЖКА: Моля, добавете кондензатор 1uF / 25 през линии № 15 и щифт № 16 на интегралните схеми, в противен случай последователността няма да започне.
Позовавайки се на изображението по-горе, можем да видим как просто 5-степенната каскадна инверторна концепция може да бъде реализирана на практика, използвайки само трансформатор за мути-кран, няколко 4017 интегрални схеми и 18 мощни BJT, които могат лесно да бъдат заменени с MOSFET, ако е необходимо.

Тук няколко от 4017 интегрални схеми, които са 10-степенни чипове на Джонсън с разделител, са каскадни, за да произвеждат последователно работещи или преследващи логически върхове през показаните пинови на интегралните схеми.

Операция на веригата

Тези последователно работещи логики се използват за задействане на свързаните мощни BJT в същата последователност, които от своя страна превключват намотката на трансформатора в ред, който кара трансформатора да произвежда каскаден вид синусоидална форма на вълна.

Трансформаторът формира сърцето на веригата и използва специално ранен първичен елемент с 11 крана. Тези кранове просто се извличат равномерно от една дълга изчислена намотка.

BJTs, свързани с една от интегралните схеми, превключват едната половина на трансформатора чрез 5 кранове, позволяващи генерирането на стъпки от 5 нива, съставляващи един полуцикъл на формата на вълната на променлив ток, докато BJTs, свързани с другите интегрални схеми, изпълнява идентичната функция за оформяне нагоре в долната половина AC цикъл под формата на каскадна форма на вълната от 5 нива.

Интегралните схеми се управляват от тактови сигнали, приложени към посоченото положение във веригата, които могат да бъдат получени от всяка стандартна 555 IC стабилна верига.

Първите 5 комплекта от BJT изграждат 5-те нива на формата на вълната, останалите 4 BJT превключват същото в обратен ред, за да завършат каскадната форма на вълната, имаща общо 9 небостъргача.

Тези небостъргачи се образуват чрез създаване на възходящо и низходящо ниво на напрежение чрез превключване на съответната намотка на трансформатора, които са номинални на съответните нива на напрежение

Например, намотка # 1 може да бъде оценена на 150V по отношение на централния кран, намотка # 2 на 200V, намотка # 3 на 230V, намотка # 4 на 270V и намотка # 5 на 330V, така че когато те се превключват последователно от Наборът от показаните 5 BJT, получаваме първите 5 нива на формата на вълната, след това, когато тези намотки се превключват в обратна посока от следващите 4 BJT, тя създава низходящи форми на вълната от 4 нива, като по този начин завършва горния половин цикъл на 220V AC.

Същото се повтаря и с останалите 9 BJT, свързани с останалите 4017 IC, което води до долната половина на каскадното променливотоково напрежение от 5 нива, което завършва една пълна форма на променлив ток на необходимия 220V AC изход.

Подробности за намотката на трансформатора:

Както може да се види в горната схема, трансформаторът е обикновен тип желязна сърцевина, направен чрез навиване на първичната и вторичната с завои, съответстващи на посочените кранове за напрежение.

Когато са свързани със съответните BJT, може да се очаква, че тези намотки индуцират 5 нива или общо 9 нива на каскадна форма на вълната, при което първата намотка 36V съответства и индуцира 150V, 27V ще индуцира еквивалент 200V, докато 20V, 27V, 36V ще бъдат отговорни за производството на 230V, 270V и 330V през вторичната намотка в предложения каскаден формат.

Наборът от кранове от долната страна на първичната ще извърши превключването, за да завърши 4 възходящи нива на формата на вълната.

Идентична процедура ще бъде повторена от 9 BJT, свързани с допълнителната 4017 IC за изграждане на отрицателния полуцикъл на променлив ток ... отрицателният се изобразява поради противоположната ориентация на намотката на трансформатора по отношение на централния кран.

Актуализация:

Пълна електрическа схема на обсъжданата многостепенна синусоидална инверторна схема

ЗАБЕЛЕЖКА: Моля, добавете кондензатор 1uF / 25 през линии № 15 и щифт № 16 на интегралните схеми, в противен случай последователността няма да започне.
1M пота, свързан с веригата 555, ще трябва да бъде настроен за настройка на честота 50Hz или 60Hz за инвертора според спецификациите на страната на потребителя.

Списък с части

Всички неуточнени резистори са 10k, 1/4 вата
Всички диоди са 1N4148
Всички BJT са TIP142
ИС са 4017

Бележки за многостепенната каскадна синусоидална инверторна схема:

Тестването и проверката на горния дизайн беше успешно проведено от г-н Sherwin Baptista, който е един от запалените последователи на уебсайта.

1. Ние решаваме входното захранване към инвертора --- 24V @ 18Ah @ 432Wh

2. Ще има проблем с ШУМ, генериран в целия процес на изграждане на този инвертор. За да разрешите проблема с шума, генериран и усилен много лесно

А. Решаваме да филтрираме изходния сигнал на IC555 в момента, в който той се генерира на щифт 3, като по този начин може да се получи по-чиста квадратна вълна.

Б. Решаваме да използваме FERRITE BEADS на съответните изходи на IC4017, за да подобрим филтрирането, преди сигналът да бъде изпратен към усилвателните транзистори.

В. Решихме да използваме ДВА ТРАНСФОРМАТОРА и да подобрим филтрирането между двамата във веригата.

3. Данни за осцилатора:

Този предложен етап е основният етап на инверторната верига. Той произвежда необходимите импулси при дадена честота, за да може трансформаторът да работи. Състои се от IC555, IC4017 и усилвателни транзистори.

A. IC555:

Това е лесен за използване таймер с ниска мощност и има много разнообразни проекти, които могат да бъдат направени с него. В този инверторен проект ние го конфигурираме в нестабилен режим, за да генерира квадратни вълни. Тук настройваме честотата на 450Hz, като регулираме потенциометъра от 1 мегаома и потвърждаваме изхода с честотомер.

Б. IC4017:

Това е 10-степенен логически чип на разделител на Джонсън, който е много известен в схемите за последователни / работещи LED мигачи / преследвачи. Тук той е конфигуриран интелигентно за използване в инверторно приложение. Ние осигуряваме тези 450Hz, генерирани от IC555, към входовете на IC4017. Тази интегрална схема върши работата по разбиване на входната честота на 9 части, като всяка от тях води до 50Hz изход.
Сега изходните щифтове и на двата 4017 имат тактов сигнал от 50Hz, непрекъснато работещ напред и назад.

В. Силовите транзистори на усилвателя:

Това са транзисторите с висока мощност, които изтеглят захранването на батерията в намотките на трансформатора в съответствие с подадения в тях сигнал. Тъй като изходните токове на 4017 са твърде ниски, не можем директно да ги подадем в трансформатора. Следователно се нуждаем от някакъв усилвател, който да преобразува сигналите с нисък ток от 4017s в сигнали с висок ток, които след това могат да бъдат предадени на трансформатора за по-нататъшна работа.

Тези транзистори ще се нагреят по време на работа и непременно ще се нуждаят от радиатор.
Може да се използват отделни радиатори за всеки транзистор, следователно трябва да се гарантира, че
радиаторите не се допират един до друг.

ИЛИ

Човек би могъл да използва едно-единствено дълго парче радиатор, за да побере всички транзистори върху него. Тогава човек трябва
изолирайте термично и електрически централния щифт на всеки транзистор от докосване на радиатора

за да ги избегнете от късо съединение. Това може да се направи с помощта на комплект за изолиране на слюда.

4. Следва трансформаторът от първи етап:

А. Тук ние използваме многократния първичен към двужилен вторичен трансформатор. След това намираме волта на кран, за да подготвим първичното напрежение.

---ЕТАП 1---

Вземаме предвид входящото DC напрежение, което е 24V. Разделяме това с 1.4142 и намираме неговия AC RMS еквивалент, който е 16.97V ~
Закръгляме горната RMS цифра, която води до 17V ~

---СТЪПКА 2---

След това разделяме RMS 17V ~ на 5 (тъй като се нуждаем от пет напрежения на крана) и получаваме RMS 3.4V ~
Взимаме крайната RMS цифра с 3.5V ~ и умножавайки я по 5 ни дава 17.5V ~ като кръгла цифра.
Накрая намерихме Волта на кран, което е RMS 3,5V ~

Б. Решаваме да запазим вторичното напрежение на RMS 12V ~, т.е. 0-12V, защото можем да получим по-висок амперажен изход при 12V ~

В. Така че имаме рейтинг на трансформатора, както е показано по-долу:
Многократно първично: 17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5V @ 600W / 1000VA
Вторичен: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA.
Получихме този трансформатор от местен дилър на трансформатори.

5. Сега следва основната LC схема:

LC веригата, известна като филтърно устройство, има стабилни приложения във веригите на преобразувателите на мощност.
Като се използва в инверторно приложение, обикновено се изисква за разбиване на острите върхове

на всяка генерирана форма на вълната и помага да я преобразувате в по-гладка форма на вълната.

Тук при вторичния участък на горния трансформатор, който е 0 --- 12V, очакваме многостепенност
квадратна каскадна форма на вълната на изхода. Така че ние използваме 5-степенна LC схема, за да получим еквивалентна форма на вълната SINEWAVE.

Данните за LC веригата са както по-долу:

А) Всички индуктори трябва да бъдат с 500uH (microhenry) 50A IRON CORE EI LAMINATED.
Б) Всички кондензатори трябва да бъдат 1uF 250V НЕПОЛАРЕН тип.

Имайте предвид, че наблягаме на 5-степенната LC верига, а не само на един или два етапа, така че да можем да получим много по-чиста форма на вълната на изхода с по-малко хармонично изкривяване.

6. Сега идва вторият и последен етап трансформатор:

Този трансформатор е отговорен за преобразуването на изхода от LC мрежата, т.е. RMS 12V ~ в 230V ~
Този трансформатор ще бъде класиран по-долу:
Основно: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA
Вторичен: 230V @ 600W / 1000VA.

Тук НЯМА да се изисква допълнителна LC мрежа при крайния изход 230V за повече филтриране, тъй като в началото вече филтрирахме всеки етап от всеки обработен изход.
ИЗХОДЪТ сега ще бъде SINEWAVE.

ДОБРОТО е, че на крайния изход на този инвертор няма абсолютно ШУМ
сложни приспособления могат да се управляват.

Но едно нещо, което трябва да се има предвид от лицето, което управлява инвертора, е да НЕ СЕ ПРЕОТВАРЯВА ИНВЕРТОРА и да се поддържат ограниченията на мощните натоварвания на сложни джаджи.

Няколко корекции, които трябва да бъдат направени в електрическата схема, са дадени, както е показано по-долу:

1. Регулаторът IC7812 трябва да има свързани байпасни кондензатори. Трябва да се монтира на a
HEATSINK, тъй като ще се затопли по време на работа.

2. Таймерът IC555 трябва да следва последователно съпротивление, преди сигналът му да премине напред към диоди.
Стойността на съпротивлението трябва да бъде 100Е. IC се нагрява, ако резисторът не е свързан.

В заключение имаме 3 предложени етапа на филтриране:

1. Сигналът, генериран от IC555 на щифт 3, се филтрира към земята и след това се предава на резистор
и след това към диодите.

2. Тъй като текущите сигнали излизат от съответните щифтове на IC4017, преди това сме свързали феритни перли
преминаващ сигнал към резистор.
3. Последният етап на филтъра се използва между двата трансформатора

Как изчислих намотката на трансформатора

Бих искал да споделя нещо с вас днес.

Когато ставаше въпрос за навиване на желязна сърцевина, не знаех нищо за пренавиването на спецификациите, тъй като открих, че много параметри и изчисления влизат в тях.

Така че за горната статия дадох основните спецификации на човека, който навива трафо и той просто ме попита:

а) Входно и изходно напрежение, ако е необходимо,
б) Входният и изходният ток,
в) общата мощност,
г) Имате ли нужда от външно затягащо устройство, закрепено с болтове към трафото?
д) Искате ли предпазител, свързан вътре в страната на трансформатора 220V?
е) Искате ли жици, свързани към трафото ИЛИ просто да държите емайлираната жица отвън с добавен материал за радиатор?
ж) Искате ли сърцевината да бъде заземена със свързан външен проводник?
з) Искате ли ЖЕЛЕЗНАТА ЯДРА да бъде защитена лакирана и боядисана с черен оксид?

Накрая той ме увери в пълен тест за безопасност на трансформатора, който е направен по поръчка, след като бъде готов и ще отнеме период от 5 дни, за да завърша, докато не бъде осигурено частично плащане.
Частичното плащане беше (приблизително) една четвърт от общите предложени разходи, продиктувани от лицето за навиване.

Моите отговори на горните въпроси са:

ЗАБЕЛЕЖКА: За да се избегнат обърквания в окабеляването, предполагам, че trafo е направен с една цел: СТЪПКА НАДОЛУ ТРАНСФОРМАТОР, където първичната е страна с високо напрежение, а вторичната е страна с ниско напрежение.

а) 0-220V първичен вход, 2 проводника.
17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5V вторичен многократен изход, 11- жици.

б) Първичният входен ток: 4.55A при 220V Изходният ток: 28.6 ампера на многократно вторично напрежение от край до край 35V ... .. когато става въпрос за изчисление.

Казах му, че имам нужда от 5 ампера при 220V (230. Макс.), Т.е. първичен вход и 32 ампера при 35V, т.е. многократен вторичен изход.

в) Първоначално му казах 1000VA, но въз основа на изчисление на волта по усилвател и закръгляване на десетичните цифри, мощността отиде до 1120VA +/- 10%. Той ми предостави стойност на толеранс за безопасност за страната 220V.

г) Да. Имам нужда от лесно закрепване върху металния шкаф.

д) Не. Казах му, че ще го поставя външно за лесен достъп до него, когато случайно издухне.

е) Казах му да държи емайлираната жица от външната страна, за да може многоекранната вторична страна да бъде подходящо охладена за безопасност, а от първата страна поисках да се свържат проводници.

ж) Да. Трябва ми сърцевината да бъде заземена от съображения за безопасност. Затова, моля, прикачете външен проводник.

з) Да. Помолих го да осигури необходимата защита за щамповането на сърцевината.

Това бяха взаимодействията между мен и него за предложения трансформатор, направен по поръчка.

АКТУАЛИЗАЦИЯ:

В горния 5-стъпков каскаден дизайн ние внедрихме 5-степенното рязане през DC страната на трансформатора, което изглежда малко неефективно. Това е така, защото превключването може да доведе до значително количество мощност, загубена чрез обратната ЕМП от трансформатора, и това ще изисква трансформаторът да бъде изключително голям.

По-добра идея би могла да бъде осцилирането на страната с постоянен ток с 50 Hz или 60 Hz инвертор с пълен мост и превключване на вторичната страна на променлив ток с нашите 9 стъпкови последователни изхода IC 4017 с помощта на триаци, както е показано по-долу. Тази идея би намалила пиковете и преходните процеси и би позволила на инвертора да има по-плавно и ефективно изпълнение на 5-степенната синусоида. Симисторите ще бъдат по-малко уязвими от превключването в сравнение с транзисторите от страната на постояннотока.