Višerazinski kaskadni sinusni pretvarač u 5 stupnjeva

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





U ovom članku saznajemo kako napraviti višerazinski (5 koraka) kaskadni krug pretvarača koristeći vrlo jednostavan koncept koji sam razvio ja. Naučimo više o pojedinostima.

Koncept sklopa

Na ovoj web stranici do sada sam razvio, dizajnirao i predstavio mnoge sklopove pretvarača sinusnog vala koristeći izravne koncepte i uobičajene komponente kao što je IC 555, koje su više usmjerene na rezultat, umjesto da su složene i pune teoretskih zbrka.



Objasnio sam kako jednostavno a audio pojačalo velike snage može se pretvoriti u pretvarač čistog sinusnog vala , a također sam sveobuhvatno obrađivao izumitelje sinusnih valova koristeći koncepte SPWM

Putem ove web stranice također smo saznali u vezi s kako pretvoriti bilo koji kvadratni pretvarač u čisti pretvarač sinusnog vala oblikovati.



Procjenjujući gornje krugove pretvarača sinusnog vala koristeći sinusno ekvivalentne PWM-ove, razumijemo da se valni oblik SPWM-a ne poklapaju izravno ili se ne poklapaju sa stvarnim sinusoidnim valnim oblikom, nego izvršavaju efekt sinusnog vala ili rezultate tumačenjem efektivne vrijednosti stvarnog sinusnog vala AC.

Iako se SPWM može smatrati učinkovitim načinom repliciranja i primjene razumno čistog sinusnog vala, činjenica da ne simulira ili se ne poklapa sa stvarnim sinusnim valom čini taj koncept pomalo nesofisticiranim, pogotovo u usporedbi s kaskadnim pretvaračem sinusnog vala s 5 razina koncept.

Možemo usporediti i analizirati dvije vrste koncepata simulacije sinusnog vala pozivajući se na sljedeće slike:

Višerazinska kaskadna slika valnog oblika

Kaskadni valni oblik u 5 nivoa

Jasno možemo vidjeti da višerazinski kaskadni koncept stvara očitiju i učinkovitiju simulaciju stvarnog sinusnog vala od koncepta SPWM koji se oslanja isključivo na podudaranje RMS vrijednosti s izvornom veličinom sinusnog vala.

Dizajniranje konvencionalnog 5-razinskog kaskadnog pretvarača sinusnog vala može biti prilično složeno, ali koncept koji je ovdje objašnjen olakšava implementaciju i koristi uobičajene komponente.

Kružni dijagram

Invertor s kaskadnim sinusnim valom na 5 nivoa


NAPOMENA: Molimo dodajte 1uF / 25 kondenzator preko linija # 15 i pin # 16 IC-a, inače sekvenciranje neće započeti.
Pozivajući se na gornju sliku, možemo vidjeti kako se jednostavno koncept kaskadnog pretvarača s pet razina može praktički implementirati koristeći samo muti-tap transformator, nekoliko 4017 IC-a i 18 BJT-a snage, koji se po potrebi mogu lako zamijeniti MOSFET-ovima.

Ovdje je nekoliko 4017 IC-a, koji su Johnsonovi 10-fazni čipovi brojača, podijeljen kaskadno kako bi proizveli sekvencijalno trčanje ili lovljenje logičkih visina preko prikazanih pinouta IC-a.

Kružni rad

Ove sekvencijalno pokrenute logike koriste se za aktiviranje povezanih BJT-a snage u istom slijedu koji zauzvrat prebacuju namot transformatora u redoslijedu koji uzrokuje da transformator proizvodi kaskadnu vrstu sinusno ekvivalentnog valnog oblika.

Transformator čini srce kruga i zapošljava posebno ranjeni primar s 11 slavina. Te se slavine jednostavno izvlače jednoliko iz jednog dugo izračunatog namota.

BJT-ovi povezani s jednim od IC-a prebacuju jednu od polovica transformatora kroz 5 slavina omogućujući stvaranje koraka od 5 razina, što čini jedan poluciklus valovitog oblika izmjeničnog napona, dok BJT-ovi povezani s ostalim IC-ima rade identičnu funkciju u oblikovanju do donje polovice izmjeničnog ciklusa u obliku kaskadnog valnog oblika od 5 razina.

IC se upravljaju signalima sata koji se primjenjuju na naznačeni položaj u krugu, a koji se mogu dobiti iz bilo kojeg standardnog 555 IC stabilnog kruga.

Prvih 5 setova BJT-a izgrađuju 5 razina valnog oblika, preostala 4 BJT-a prebacuju se istim obrnutim redoslijedom kako bi dovršili kaskadni valni oblik koji ima ukupno 9 nebodera.

Ovi neboderi nastaju stvaranjem rastućeg i silaznog nivoa napona prebacivanjem odgovarajućeg namota transformatora koji su nominirani na odgovarajućim razinama napona

Primjerice, namot br. 1 mogao bi biti ocijenjen na 150 V s obzirom na središnju slavinu, namot br. 2 na 200 V, namot br. 3 na 230 V, namot br. 4 na 270 V i namot br. 5 na 330 V, pa kad se oni uzastopno prebacuju po setom prikazanih 5 BJT-a, dobivamo prvih 5 razina valnog oblika, a slijedeće kada se ovi namoti preokrenu unatrag za sljedeća 4 BJT-a stvara silazne valne oblike 4 razine, čime se završava gornja polovica ciklusa 220V izmjeničnog napona.

Isto ponavljaju i ostalih 9 BJT-ova povezanih s drugim 4017 IC, što dovodi do donje polovice kaskadnog izmjeničnog napona od 5 razina, koji dovršava jedan cjeloviti valni oblik AC potrebnog 220V AC izlaza.

Detalji namotaja transformatora:

Pojedinosti o namotu transformatora s kaskadnim sinusnim valom pretvarača

Kao što se može vidjeti iz gornjeg dijagrama, transformator je obična željezna jezgra, izrađena namotavanjem primarnog i sekundarnog zavoja koji odgovaraju navedenim naponskim slavinama.

Kad su povezani s odgovarajućim BJT-ovima, može se očekivati ​​da će ovi namoti inducirati 5 ili 9 ukupno nivoa kaskadnog valnog oblika pri čemu bi prvi namot od 36 V odgovarao i inducirao 150 V, 27 V inducirati ekvivalent od 200 V, dok bi 20 V, 27V, 36V odgovorni su za proizvodnju 230V, 270V i 330V preko sekundarnog namota u predloženom kaskadnom formatu.

Skup slavina na donjoj strani primarnog sklopa izvršio bi prebacivanje kako bi dovršio 4 uzlazne razine valnog oblika.

Identičan postupak ponovio bi 9 BJT-ova povezanih s komplementarnim 4017 IC za izgradnju negativnog poluciklusa izmjeničnog napona ... negativni se prikazuje zbog suprotne orijentacije namota transformatora u odnosu na središnju slavinu.

Ažuriraj:

Kompletna shema sklopa razmatranog višerazinskog sinusnog pretvarača


NAPOMENA: Molimo dodajte 1uF / 25 kondenzator preko linija # 15 i pin # 16 IC-a, inače sekvenciranje neće započeti.
Potisnik od 1M povezan s krugom 555 morat će se prilagoditi za postavljanje frekvencije od 50 Hz ili 60 Hz za pretvarač prema specifikacijama zemlje za korisnika.

Popis dijelova

Svi neodređeni otpornici su 10k, 1/4 vata
Sve su diode 1N4148
Svi BJT-ovi su TIP142
IC-ovi su 4017

Napomene za višerazinski kaskadni sinusni krug pretvarača s sinusnim valovima:

Testiranje i provjeru gore navedenog dizajna uspješno je proveo gospodin Sherwin Baptista, jedan od zagriženih sljedbenika web mjesta.

1. Odlučujemo o ulaznom napajanju pretvarača --- 24V @ 18Ah @ 432Wh

2. Pojavit će se buka nastala tijekom cijelog postupka izrade ovog pretvarača. Riješiti problem stvaranja i pojačavanja buke vrlo jednostavno

O. Odlučili smo filtrirati izlazni signal IC555 onog trenutka kada se stvori na pinu 3, čineći tako čišći kvadratni val.

B. Odlučili smo koristiti FERRITE BEADS na odgovarajućim izlazima IC4017 za poboljšanje filtriranja prije nego što se signal pošalje na pojačalo na tranzistorima.

C. Odlučili smo koristiti DVA TRANSFORMATORA i poboljšati filtriranje između njih oba u krugu.

3. Podaci o stupnju oscilatora:

Predloženi stupanj je glavni stupanj kruga pretvarača. Daje potrebne impulse na određenoj frekvenciji za rad transformatora. Sastoji se od IC555, IC4017 i pojačavača snage tranzistora.

A. IC555:

Ovo je jednostavan za korištenje timer čip male snage i ima mnoštvo različitih projekata koji se mogu izvesti pomoću njega. U ovom projektu pretvarača konfiguriramo ga u nestabilni način rada da generira kvadratne valove. Ovdje smo postavili frekvenciju na 450Hz podešavanjem potenciometra od 1 megaham i potvrđivanjem izlaza frekvencijskim mjeračem.

B. IC4017:

Ovo je Jhonsonov 10-stepeni logički čip brojača, koji je vrlo poznat u sekvencijalnim / pokrenutim krugovima LED bljeskalica / lovca. Ovdje je pametno konfiguriran za upotrebu u pretvaraču. Ovih 450Hz koje generira IC555 pružamo na ulaze IC4017. Ovaj IC radi posao razbijanja ulazne frekvencije na 9 dijelova, od kojih svaki rezultira izlazom od 50 Hz.
Sada izlazni pinovi obje 4017 imaju satni signal od 50Hz koji se neprestano izvodi naprijed i natrag.

C. Moćni tranzistori pojačala:

To su tranzistori velike snage koji uvlače bateriju u namote transformatora u skladu sa signalom koji se u njih unosi. Budući da su izlazne struje 4017-ih preniske, ne možemo ih izravno uvesti u transformator. Stoga nam treba neka vrsta pojačala koja će pretvoriti signale slabe struje iz 4017-ih u signale velike struje koji se zatim mogu proslijediti na transformator za daljnji rad.

Ti bi se tranzistori tijekom rada zagrijavali i nužno bi im trebalo hladiti.
Za svaki tranzistor mogu se koristiti zasebni hladnjaci, stoga treba osigurati da
hladnjaci se ne dodiruju.

ILI

Mogao bi se upotrijebiti jedan dugi komad hladnjaka da se na njega stave svi tranzistori. Tada treba
termički i električno izolirajte središnju pločicu svakog tranzistora od dodirivanja hladnjaka

kako ne bi došlo do kratkog spoja. To se može učiniti pomoću Mica Isolation Kit.

4. Slijedi transformator prve faze:

O. Ovdje koristimo primarni višenamjenski i dvožični sekundarni transformator. Dalje pronalazimo volte po slavini za pripremu primarnog napona.

---KORAK 1---

Uzimamo u obzir ulazni istosmjerni napon od 24V. Podijelimo ovo s 1,4142 i pronalazimo njegov AC RMS ekvivalent koji iznosi 16,97V ~
Zaokružujemo gornju RMS vrijednost koja rezultira s 17V ~

---KORAK 2---

Dalje podijelimo RMS 17V ~ s 5 (jer nam treba pet napona slavine) i dobivamo RMS 3,4V ~
Konačnu RMS vrijednost uzmemo za 3,5 V ~, a množenjem s 5 dobijemo 17,5 V ~ kao okruglu cifru.
Konačno smo pronašli volt po pipu koji je RMS 3,5 V ~

B. Odlučili smo zadržati sekundarni napon na RMS 12V ~, tj. 0-12V je zato što možemo dobiti veću izlaznu snagu na 12V ~

C. Dakle, imamo ocjenu transformatora kao ispod:
Primarno s više točaka: 17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5V @ 600W / 1000VA
Sekundarno: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA.
Ovu transformatorsku namotaju dobili smo od lokalnog distributera transformatora.

5. Sada slijedi glavni LC krug:

LC krug poznat kao uređaj za filtriranje ima robusne primjene u krugovima pretvarača snage.
Upotrebljava se u pretvaraču, obično je potreban za razbijanje oštrih vrhova

bilo kojeg generiranog valnog oblika i pomaže ga pretvoriti u glatkiji valni oblik.

Ovdje na sekundarnom dijelu gornjeg transformatora koji je 0 --- 12V, očekujemo višerazinski
kvadratni kaskadni valni oblik na izlazu. Dakle, mi koristimo 5-fazni LC krug da bismo dobili SINEWAVE ekvivalentni valni oblik.

Podaci za LC krug su kao u nastavku:

A) Svi prigušnici trebaju biti 500uH (mikroheni) 50A Ocijenjeno jezgrom od željeza EI LAMINIRANO.
B) Svi kondenzatori trebaju biti tipa 1uF 250V NONPOLAR.

Imajte na umu da se fokusiramo na petostupanjski LC krug, a ne samo na jedan ili dva stupnja, tako da na izlazu možemo dobiti puno čišći valni oblik s manjim harmonijskim izobličenjima.

6. Sada dolazi transformator druge i posljednje faze:

Ovaj je transformator odgovoran za pretvaranje izlaza iz LC mreže, tj. RMS 12V ~ u 230V ~
Ovaj bi transformator bio ocijenjen kao ispod:
Primarno: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA
Sekundarno: 230V @ 600W / 1000VA.

Ovdje NEĆE biti potrebna dodatna LC mreža na konačnom izlazu od 230 V za više filtriranja, jer smo već na početku filtrirali svaku fazu svakog obrađenog izlaza.
IZLAZ će sada biti SINEWAVE.

DOBRA stvar je što na konačnom izlazu ovog pretvarača nema apsolutno BUKE
mogu se upravljati sofisticiranim uređajima.

Ali jedna stvar koju osoba koja upravlja pretvaračem mora imati na umu je NE PREPOVRATATI INVERTER i zadržati opterećenje snage sofisticiranih uređaja u ograničenim granicama.

Nekoliko ispravki koje treba izvršiti u shemi sklopa dati su u nastavku:

1. Regulator IC7812 trebao bi imati spojene kondenzatore zaobilaznice. Trebao bi biti postavljen na a
HEATSINK jer bi se tijekom rada zagrijalo.

2. IC555 tajmer trebao bi slijediti serijski otpor prije nego što signal prijeđe na diode.
Vrijednost otpora trebala bi biti 100E. IC se zagrijava ako otpornik nije spojen.

U zaključku imamo 3 predložene faze filtriranja:

1. Signal koji generira IC555 na pinu 3 filtrira se na masu i zatim prosljeđuje na otpor
a zatim na diode.

2. Kako tekući signali izlaze iz relevantnih iglica IC4017, prethodno smo spojili feritne kuglice
prolazni signal otporniku.
3. Završni stupanj filtra koristi se između oba transformatora

Kako sam izračunao namotaj transformatora

Htio bih danas nešto podijeliti s vama.

Što se tiče navijanja željezne jezgre, nisam znao ništa o premotavanju specifikacija jer sam otkrio da u njih ulazi puno parametara i proračuna.

Tako sam za gornji članak dao osnovne specifikacije trafo namotaču, a on me upravo pitao:

a) prisluškivanje ulaznog i izlaznog napona ako je potrebno,
b) ulazna i izlazna struja,
c) ukupna snaga,
d) Treba li vam vanjsko stezno učvršćenje pričvršćeno za trafo?
e) Želite li osigurač koji je interno spojen na stranu transformatora 220V?
f) Želite li žice spojene na trafo ILI jednostavno držite emajliranu žicu s vanjske strane s dodanim materijalom hladnjaka?
g) Želite li da jezgra bude uzemljena spojenom vanjskom žicom?
h) Želite li da ŽELJEZNA jezgra bude zaštićena lakiranjem i bojanjem crnim oksidom?

Napokon me je uvjerio u cjelovito ispitivanje sigurnosti za transformator koji je napravljen po narudžbi nakon što bude spreman i trebat će mu pet dana da se izvrši dok se ne izvrši plaćanje dijela.
Djelomično plaćanje iznosilo je (otprilike) jednu četvrtinu ukupnih predloženih troškova koje je diktirala osoba s namotajem.

Moji odgovori na gornja pitanja su:

NAPOMENA: Da bi se izbjegle zabune u ožičenju, pretpostavljam da je trafo napravljen za jednu svrhu: STEP DOOL TRANSFORMATOR gdje je primarna strana visokog napona, a sekundarna strana niskog napona.

a) 0-220V primarni ulaz, 2-žice.
17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5V sekundarni višestruki izlaz, 11- žice.

b) Primarna ulazna struja: 4,55 A na 220 V Izlazna struja: 28,6 ampera na višestrukom sekundarnom naponu od kraja do kraja 35 V… ..gdje je riječ o proračunu.

Rekao sam mu da mi treba 5 ampera na 220 V (230. Maks.), Tj. Primarni ulaz i 32 ampera na 35 V, tj. Višestruki sekundarni izlaz.

c) U početku sam mu rekao 1000VA, ali na temelju izračuna volt puta amp i zaokruživanja decimalnih brojeva, snaga je krenula na 1120VA +/- 10%. Pružio mi je vrijednost tolerancije sigurnosti za stranu od 220 V.

d) Da. Trebam jednostavno učvršćivanje na metalni ormarić.

e) Ne. Rekao sam mu da ću ga postaviti izvana radi lakšeg pristupa kad slučajno puhne.

f) Rekao sam mu da emajliranu žicu drži s vanjske strane kako bi sekundarna strana s više točaka bila odgovarajuće hladnjak radi sigurnosti, a na primarnoj strani tražila sam spajanje žica.

g) Da. Iz sigurnosnih razloga trebam uzemljiti jezgru. Stoga vas molimo da priključite vanjsku žicu.

h) Da. Zamolio sam ga da pruži potrebnu zaštitu za žigove jezgre.

To su bile interakcije između mene i njega za predloženi transformator po narudžbi.

AŽURIRAJ:

U gornjem 5-stepenom kaskadnom dizajnu implementirali smo 5-stepeno usitnjavanje preko istosmjerne strane transformatora, što se čini pomalo neučinkovitim. To je zato što bi prebacivanje moglo rezultirati značajnom količinom energije izgubljene kroz stražnji EMF iz transformatora, a to će trebati da transformator bude izuzetno velik.

Bolja ideja bi mogla biti osciliranje istosmjerne strane s pretvaračem punog mosta od 50 Hz ili 60 Hz i prebacivanje sekundarne strane izmjeničnog napona s naših 9 koračnih sekvencijalnih izlaza IC 4017 pomoću triaka, kao što je prikazano dolje. Ova ideja smanjila bi skokove i privremene promjene i omogućila pretvaraču da ima glatku i učinkovitu izvedbu 5-stepenog sinusnog oblika. Trijaci će biti manje osjetljivi na prebacivanje, u usporedbi s tranzistorima na istosmjernoj strani.




Prethodno: 220V krug dvostrukih zamjenskih svjetiljki Dalje: Dioda 40A s zaštitom od obrnutog i prenaponskog napona