Mitmetasandiline 5-astmeline kaskaadiga siinuslaine inverter

Selles artiklis õpime, kuidas teha mitmetasandiline (5-astmeline) kaskaadiga muundurahel, kasutades minu loodud väga lihtsat kontseptsiooni. Vaatame üksikasjade kohta lisateavet.

Ringkontseptsioon

Sellel veebisaidil olen siiani välja töötanud, kujundanud ja tutvustanud paljusid siinusmuundurite ahelaid, kasutades otsekoheseid mõisteid ja tavalisi komponente, näiteks IC 555, mis on juhtunud olema pigem tulemustele orienteeritud, selle asemel et olla keerukas ja täis teoreetilisi segadusi.

Olen selgitanud, kuidas lihtsalt a suure võimsusega helivõimendi saab muuta puhtaks siinusmuunduriks ja olen põhjalikult käsitlenud ka siinuslaine invertereid, mis kasutavad SPWM-i kontseptsioone

Oleme selle veebisaidi kaudu õppinud ka kuidas teisendada ükskõik milline ruudu muundur puhtaks siinusinverteriks kujundus.

Hinnates ülaltoodud siinuslaine inverterahelaid siinusekvivalentsete PWM-ide abil, saame aru, et SPWM-ide lainekuju ei ühti otseselt tegeliku sinusoidlainekujuga ega ühti sellega, pigem täidavad need siinuslaine efekti või tulemusi, tõlgendades tegeliku siinuslaine RMS-väärtust AC.

Kuigi SPWM-i võib pidada tõhusaks viisiks piisavalt puhta siinuslaine kopeerimisel ja rakendamisel, muudab asjaolu, et see ei simuleeri ega ühti reaalse siinuslainega, kontseptsiooni veidi keerukaks, eriti kui võrrelda seda 5-tasemelise kaskaadiga siinusmuunduriga kontseptsioon.

Saame võrrelda ja analüüsida kahte tüüpi siinuslaine simulatsiooni kontseptsioone, viidates järgmistele piltidele:

Mitmetasandiline kaskaadiline lainekujutis

Näeme selgelt, et mitmetasandiline 5-astmeline kaskaadkontseptsioon annab reaalse siinuslaine silmnähtavama ja efektiivsema simulatsiooni kui SPWM-kontseptsioon, mis tugineb ainult RMS-väärtuse sobitamisele algse siinuslaine suurusega.

Tavapärase 5-astmelise kaskaadiga siinusmuunduri kujundamine võib olla üsna keeruline, kuid siin selgitatud kontseptsioon muudab selle rakendamise lihtsamaks ja kasutab tavalisi komponente.

Vooluringi skeem

MÄRKUS. Palun lisage 1uF / 25 kondensaator IC-de tihvtide nr 15 ja tihvtide nr 16 vahele, vastasel juhul järjestamine ei käivitu.
Viidates ülaltoodud pildile, näeme, kuidas lihtsalt 5-astmelise kaskaadiga inverteri kontseptsiooni saab praktiliselt rakendada, kasutades ainult muti-tap trafot, paari 4017 IC-d ja 18 toite BJT-d, mida saab vajaduse korral hõlpsasti asendada mosfetsiga.

Siin kaskaaditakse paar 4017 IC-d, mis on Johnsoni 10-etapilised loendurijagamiskiibid, et tekitada järjestikuselt töötavaid või jälitavaid loogikakõrguseid üle IC-de näidatud pinoutide.

Ahela töö

Seda järjestikku töötavat loogikat kasutatakse ühendatud jada BJT käivitamiseks samas järjestuses, mis omakorda lülitab trafo mähise järjestuses, mis põhjustab trafo kaskaadse tüüpi siinuse ekvivalendi lainekuju.

Trafo moodustab vooluahela südame ja kasutab spetsiaalselt haavatud primaari 11 kraaniga. Need kraanid lihtsalt eraldatakse ühtselt ühest pikast arvutatud mähisest.

Ühe IC-ga seotud BJT-d lülitavad trafo ühe poole läbi 5 kraani, võimaldades genereerida 5-astmelisi samme, moodustades vahelduvvoolu lainekuju ühe tsükli, samas kui teiste IC-dega seotud BJT-d täidavad kuju kujundamisel sama funktsiooni alumise poole vahelduvvoolutsükkel ülespoole 5-tasemelise kaskaadse lainekuju kujul.

IC-d käitavad vooluahela näidatud positsioonile rakendatavad kellasignaalid, mida saab hankida igast standardsest 555 IC astable-ahelast.

BJT-de esimesed 5 komplekti moodustavad lainekuju 5 taset, ülejäänud 4 BJT-d lülituvad sama vastupidises järjekorras, et täita kaskaadse lainekuju, millel on kokku 9 pilvelõhkujat.

Need pilvelõhkujad on loodud kasvava ja langeva pingetaseme tekitamisel transformaatori vastava mähise ümberlülitamise teel, mis on määratud vastavatel pingetasemetel

Näiteks võib mähist nr 1 hinnata keskkraani suhtes 150 V, mähist nr 2 200 V juures, mähist # 3 230 V juures, mähist # 4 270 V juures ja mähist # 5 330 V juures, nii et kui neid järjestikku lülitatakse näidatud 5 BJT komplekti, saame lainekuju esimesed 5 taset, seejärel kui need mähised lülitatakse järgmise 4 BJT abil vastupidiseks, loob see laskuva 4 taseme lainekuju, lõpetades seeläbi 220 V vahelduvvoolu ülemise pooltsükli.

Sama korratakse ka teiste 9 BJT-ga, mis on seotud teise 4017 IC-ga, põhjustades 5-astmelise kaskaadiga vahelduvvoolu alumist poolt, mis viib lõpule nõutava 220 V vahelduvvoolu väljundi ühe täieliku vahelduvvoolu lainekuju.

Trafo mähise üksikasjad:

Nagu ülaltoodud skeemil võib näha, on trafo tavaline rauast südamik, mis on valmistatud primaarse ja sekundaarse mähisega näidatud pingekraanidele vastavate pööretega.

Ühendatuna vastavate BJT-dega võib eeldada, et see mähis tekitab kaskaadse lainekuju 5 või kokku 9 tasemel, kus esimene 36 V mähis vastaks ja indutseeriks 150 V, 27 V indutseeriks ekvivalenti 200 V, samas kui 20 V, 27 V, 36 V vastutavad sekundaarmähise 230 V, 270 V ja 330 V tootmise eest pakutud kaskaadvormingus.

Primaari alumisel küljel olevate kraanide komplekt lülitaks sisse lainekuju 4 tõusutase.

Identset protseduuri korratakse täiendava 4017 IC-ga seotud 9 BJT-ga vahelduvvoolu negatiivse pooltsükli ehitamiseks ... negatiivne tehakse trafo mähise vastupidise orientatsiooni tõttu keskkraani suhtes.

Uuendus:

Arutatud mitmetasandilise siinuslaine inverteri vooluringi täielik skeem

MÄRKUS. Palun lisage 1uF / 25 kondensaator IC-de tihvtide nr 15 ja tihvtide nr 16 vahele, vastasel juhul järjestamine ei käivitu.
555 ahelaga seotud 1M pott tuleb reguleerida, et seadistada inverterile 50Hz või 60Hz sagedus vastavalt kasutaja riigi spetsifikatsioonidele.

Osade nimekiri

Kõik täpsustamata takistid on 10k, 1/4 vatti
Kõik dioodid on 1N4148
Kõik BJT-d on TIP142
IC-d on 4017

Märkused mitmetasandilise 5-astmelise kaskaadiga siinuslaine muunduri vooluringi kohta:

Ülaltoodud kujunduse testimise ja kontrollimise viis edukalt läbi hr Sherwin Baptista, kes on üks veebisaidi innukatest jälgijatest.

1. Otsustame inverteri sisendvarustuse --- 24V @ 18Ah @ 432Wh

2. Selle inverteri ehitamise käigus tekib müra. Tekitatud ja võimendatud müra probleemi lahendamiseks väga lihtne

A. Otsustame IC555 väljundsignaali filtreerida hetkel, kui see tekitatakse tihvt 3, tehes nii puhtama ruudu laine.

B. Otsustame filtreerimise tõhustamiseks enne signaali saatmist võimendi transistoridesse kasutada FERRITE BEADS-i IC4017 vastavates väljundites.

C. Otsustame kasutada kahte transformaatorit ja tõhustame nende kahe vahelist filtreerimist.

3. Ostsillaatori etapi andmed:

See kavandatud etapp on muunduri vooluahela põhietapp. See tekitab trafo töötamiseks etteantud sagedusel vajalikud impulsid. See koosneb IC555, IC4017 ja võimendi toitetransistoridest.

A. IC555:

See on hõlpsasti kasutatav vähese energiatarbega taimeri kiip ja selle kasutamisel saab teha palju erinevaid projekte. Selles inverterprojektis konfigureerime selle astmelises režiimis, et tekitada ruutlaineid. Siin seadsime sageduseks 450Hz, reguleerides 1 megaohmi potentsiomeetrit ja kinnitades väljundit sagedusmõõturiga.

B. IC4017:

See on Jhonsoni 10-etapiline loendurijagaja loogika, mis on järjestikuste / töötavate LED-vilkurite / jälitajate ahelates väga kuulus. Siin on see nutikalt konfigureeritud kasutamiseks inverterrakenduses. Pakume selle IC555 poolt genereeritud 450Hz IC4017 sisenditele. Selle IC abil saab sisendsageduse jagada üheksaks osaks, millest igaüks annab 50Hz väljundi.
Nüüd on mõlema 4017 väljundpoldil 50Hz taktsignaal pidevalt edasi-tagasi.

C. Võimendi transistorid:

Need on suure võimsusega transistorid, mis tõmbavad patarei trafo mähistesse vastavalt nendesse sisestatud signaalile. Kuna 4017-de väljundvoolud on liiga madalad, ei saa me neid otse trafosse toita. Seetõttu vajame mingisugust võimendit, mis muundab 4017-st pärinevad nõrga voolu signaalid kõrgvoolu signaalideks, mida saab seejärel trafoks edasiseks tööks edastada.

Need transistorid muutuksid töötamise ajal kuumaks ja vajaksid tingimata jahutusvedelikku.
Iga transistori jaoks võiks kasutada eraldi jahutusradikaale, seega tuleks tagada, et
jahutusradiaatorid üksteist ei puuduta.

VÕI

Selle transistorite mahutamiseks võiks kasutada ühte pikka jahutusdetaili. Siis peaks
isoleerige iga transistori keskosa vaheleht termiliselt ja elektriliselt, et see ei puudutaks jahutusradinat

vältimaks nende lühistamist. Seda saab teha kasutades Mica Isolation Kit.

4. Järgmisena tuleb esimese astme trafo:

A. Siin kasutame kahe traadiga sekundaarset trafot mitmekordse primaariga. Järgmisena leiame primaarse pinge ettevalmistamiseks voltid ühe kraani kohta.

---SAMM 1---

Võtame arvesse sisendpinge, mis on 24 V. Jagame selle 1,4142-ga ja leiame selle AC RMS ekvivalendi, mis on 16,97V ~
Ümardame ülaltoodud RMS näitaja, mille tulemuseks on 17V ~

--- 2. SAMM ---

Järgmisena jagame RMS 17V ~ 5-ga (kuna vajame viit kraanipinget) ja saame RMS 3.4V ~
Võtame lõpliku RMS-numbri 3,5 V ~ -ga ja korrutades selle 5-ga saame ümmarguse joonena 17,5 V ~.
Lõpuks leidsime Pinge kraani kohta, mis on RMS 3,5 V ~

B. Otsustame hoida sekundaarpinget RMS 12V ~ st 0–12 V, sest 12 V ~ juures võime saada suurema voolutugevuse

C. Nii et meil on trafo reiting allpool:
Mitmekordne esmane: 17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5 V @ 600W / 1000VA
Sekundaarne: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA.
Selle trafo saime kohaliku trafo edasimüüja käest.

5. Nüüd järgib peamist LC-vooluringi:

Filtriseadmena tuntud LC-ahelal on võimsad muundurite ahelad tugevad rakendused.
Inverterrakenduses kasutamiseks on see tavaliselt vajalik teravate tippude purustamiseks

mis tahes loodud lainekujust ja aitab selle muuta sujuvamaks lainekujuks.

Siin ülaltoodud trafo sekundaarses sektsioonis on 0 --- 12 V, eeldame mitmetasandilist
ruudukujuline kaskaadne lainekuju väljundis. Seega kasutame SINEWAVE samaväärse lainekuju saamiseks 5-etapilist LC-ahelat.

LC-ahela andmed on järgmised:

A) Kõik induktiivpoolid peaksid olema 500 uH (mikrohenne) 50A reitinguga RAAMASÜSTEEM LAMINEERITUD.
B) Kõik kondensaatorid peaksid olema 1uF 250V NONPOLAR tüüpi.

Pange tähele, et me rõhutame 5-astmelist LC-ahelat ja mitte ainult ühte või kahte etappi, nii et saaksime väljundis palju puhtama lainekuju koos väiksema harmoonilise moonutusega.

6. Nüüd tuleb teise ja viimase etapi trafo:

See trafo vastutab LC-võrgu väljundi, st RMS 12V ~ kuni 230V ~, teisendamise eest
Seda trafot hinnatakse järgmiselt:
Esmane: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA
Sekundaarne: 230 V @ 600 W / 1000 VA.

Siin ei vajata 230 V lõpliku väljundi jaoks enam filtreerimiseks rohkem LC-võrku, kuna me filtreerisime juba iga töödeldud väljundi iga etapi.
VÄLJUND on nüüd SINEWAVE.

HEA asi on see, et selle inverteri lõppväljundis puudub absoluutselt MÜRA ja
saab kasutada keerukaid vidinaid.

Kuid üht asja, mida inverterit haldav isik peab meeles pidama, EI OLE INVERTERIT ÜLES KOORMAMISEKS ja hoida keerukate vidinate töötamise koormusi piirides.

Paar elektriskeemil tehtavat parandust on toodud allpool:

1. Regulaatoril IC7812 peaks olema ühendatud möödaviigukondensaatorid. See tuleks paigaldada a
HEATSINK, kuna see muutub töötamise ajal soojaks.

2. Taimer IC555 peaks järgima jadatakistust, enne kui signaal dioodidele edasi liigub.
Takistuse väärtus peaks olema 100E. IC muutub kuumaks, kui takisti pole ühendatud.

Kokkuvõtteks on meil välja pakutud 3 filtrifaasi:

1. IC555 poolt kontakti 3 poolt genereeritud signaal filtreeritakse maapinnale ja edastatakse seejärel takistile
ja siis dioodidele.

2. Kuna jooksusignaalid väljuvad IC4017 vastavatest tihvtidest, ühendasime enne ferriidist helmed
signaali edastamine takistile.
3. Mõlema trafo vahel kasutatakse viimast filtrifaasi

Kuidas ma arvutasin trafo mähise

Tahaksin täna teiega midagi jagada.

Raudsüdamiku kerimise osas ei teadnud ma spetsifikatsioonide tagasikerimisest midagi, kuna sain teada palju parameetreid ja nendesse on arvutatud.

Nii et ülaltoodud artikli jaoks andsin põhilised andmed trafo rullikule ja ta lihtsalt küsis minult:

a) vajadusel sisend- ja väljundpinge koputamine,
b) sisend- ja väljundvool,
c) koguvõimsus,
d) Kas vajate trafo külge kinnitatud välist kinnitusklambrit?
e) Kas soovite trafo 220V küljel sisemiselt ühendatud kaitset?
f) Kas soovite trafoga ühendatud juhtmeid VÕI lihtsalt hoida emailitud traati väljastpoolt, millele on lisatud jahutusmaterjali?
g) Kas soovite, et südamik oleks maandatud ühendatud välise juhtmega?
h) Kas soovite, et IRON CORE oleks kaitstud lakiga ja värvitud musta oksiidiga?

Lõpuks kinnitas ta mulle, et kui trafo on valmis, saab tellimuse järgi teha täieliku ohutustesti ja selle valmimine võtab aega 5 päeva, kuni osamakse antakse.
Osamakse moodustas (umbes) neljandiku tuuliku dikteeritud kavandatavatest kogukuludest.

Minu vastused ülaltoodud küsimustele on järgmised:

MÄRKUS. Juhtmetega seotud segaduste vältimiseks eeldan, et trafo on tehtud ühel eesmärgil: ALGSEMME TRAFO, kus esmane on kõrgepinge ja sekundaarne madalpinge.

a) 0-220 V esmane sisend, 2-juhtmeline.
17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5 V sekundaarne mitmekordne väljund, 11- juhtmed.

b) Primaarne sisendvool: 4,55A 220 V juures Väljundvool: 28,6 amprit mitmeotstarbelisel sekundaarsel @ otsast lõpuni pingel 35 V ... arvutamise korral.

Ma ütlesin talle, et mul on vaja 5 amprit pingel 220 V (maksimaalselt 230), st esmast sisendit ja 32 amprit pingel 35 V, st mitmekordset sekundaarset väljundit.

c) Ütlesin talle algselt 1000 VA, kuid tuginedes voltide ja võimendite arvutamisele ning kümnendarvude ümardamisele, läks võimsus 1120VA +/- 10%. Ta esitas mulle 220V külje ohutustolerantsi väärtuse.

d) Jah. Mul on vaja hõlpsat kinnitust metallkappi.

e) Ei. Ma ütlesin talle, et asetan ühe väljapoole, et see oleks hõlpsasti juurdepääsetav, kui see kogemata puhub.

f) Ma käskisin tal hoida emailitud traati välisküljel, nii et mitmekraanilise sekundaarse külje jaoks oleks ohutuse huvides asjakohane jahutus ja esmasel küljel palusin juhtmeid ühendada.

g) Jah. Vajan südamiku maandamist ohutuse huvides. Seepärast kinnitage palun väline juhe.

h) Jah. Palusin tal tagada südamiku stantsimiseks vajalik kaitse.

Need olid minu ja tema koostoime pakutud tellimustüüpi trafo puhul.

UUENDAMINE:

Ülaltoodud 5-astmelises kaskaadkonstruktsioonis viisime läbi trafo alalisvoolu 5-astmelise tükeldamise, mis näib olevat veidi ebaefektiivne. Selle põhjuseks on asjaolu, et ümberlülitamise tagajärjel võib trafo tagumise EMF-i kaudu kaduda märkimisväärne võimsus ja see vajab trafot tohutult suurt.

Parem idee võiks olla alalisvoolu poole võnkumine 50 Hz või 60 Hz täissildiga inverteriga ja teise astme vahelduvvoolu külje lülitamine meie 9 astmelise järjestikuse IC 4017 väljundiga, kasutades triake, nagu allpool näidatud. See idee vähendaks piike ja siirdeid ning võimaldaks inverteril viiekäigulise siinuslaine sujuvamat ja tõhusamat teostamist. Triaksid on lülitamise suhtes vähem haavatavad, võrreldes alalisvoolu poolsete transistoridega.