A négyzethullámú inverter átalakítása szinuszhullámú inverterré

A bejegyzés néhány áramköri koncepciót ismertet, amelyek felhasználhatók bármely közönséges négyzethullámú inverter átalakítására vagy módosítására egy kifinomult szinuszhullámú inverter kialakítássá.

Mielőtt tanulmányoznánk a cikkben ismertetett különféle terveket, érdekes lenne megismerni azokat a tényezőket, amelyek általában a szinuszos invertert kívánatosabbá teszik, mint a négyzet alakú hullámot.

Hogyan működik a frekvencia az inverterekben

Az inverterek alapvetően frekvenciát vagy rezgéseket tartalmaznak a boost és inverziós műveletek végrehajtásához. A frekvencia, amint tudjuk, impulzusok generálása valamilyen egyenletes és számított mintán, például egy tipikus inverter frekvenciát 50 Hz-nél vagy 50 pozitív impulzus / másodpercnél lehet osztályozni.

Az inverter alapvető frekvencia hullámformája négyzet alakú hullámimpulzusok formájában van.

Mint mindannyian tudjuk, a négyzethullám soha nem alkalmas kifinomult elektronikus berendezések, például TV, zenelejátszók, számítógépek stb. Üzemeltetésére.

A váltakozó áramú hálózat, amelyet a háztartási hálózatunkban szerezünk be, szintén pulzáló áram frekvenciából áll, de ezek szinuszos vagy szinuszos hullámok formájában vannak.

Normál esetben 50 Hz-en vagy 60 Hz-en működik, az adott ország közüzemi jellemzőitől függően.

Az otthoni AC hullámalak fent említett szinuszgörbéje az exponenciálisan növekvő feszültségcsúcsokra utal, amelyek a frekvencia 50 ciklusát alkotják.

Mivel a hazai váltóáramot mágneses turbinákon keresztül generálják, a hullámforma eredendően szinuszhullám, ezért nem igényel további feldolgozást, és közvetlenül használhatóvá válik az otthonokban minden típusú készülékhez.

Ezzel szemben az inverterekben az alapvető hullámforma négyzet alakú hullámok alakúak, amelyeket alapos feldolgozásra van szükség annak érdekében, hogy az egység kompatibilis legyen minden típusú berendezéssel.

Különbség a négyzet és a szinusz között

Amint az ábrán látható, a négyzethullám és a szinuszhullám azonos feszültségszintekkel rendelkezhetnek, de az RMS értéke vagy a négyzet alapértéke nem lehet azonos. Ez az a szempont, ami miatt a négyzethullám különösen eltér a szinuszhullámtól, annak ellenére, hogy a csúcsérték ugyanaz lehet.

Ezért egy 12 V DC-vel dolgozó négyszög hullámú inverter mondjuk 330 V-nak megfelelő kimenetet generál, mint az ugyanazzal az akkumulátorral működő szinuszos inverter, de ha mindkét inverter kimeneti effektív értékét megmérjük, akkor ez jelentősen eltér (330 V és 220 V).

A kép helytelenül 220 V-ot mutat csúcsnak, valójában 330 V-nak kell lennie

A fenti ábrán a zöld színű hullámforma a szinusz hullámforma, míg a narancssárga a négyzet alakú hullámformát ábrázolja. Az árnyékolt rész az RMS feleslege, amelyet ki kell egyenlíteni annak érdekében, hogy mindkét RMS érték a lehető legközelebb legyen.

A négyzethullámú inverter szinuszhullám-ekvivalenssé történő átalakítása tehát alapvetően azt jelenti, hogy a négyzethullámú inverter lehetővé teszi a mondjuk 330V szükséges csúcsérték előállítását, ugyanakkor RMS-értéke közel azonos a szinuszhullám-párjával.

Hogyan alakítsuk át / módosítsuk a négyzet alakú hullámformát szinusz hullámforma egyenértékűvé

Ez történhet úgy, hogy négyzethullám mintát szinusz hullám formába vésünk, vagy egyszerűen úgy, hogy egy minta négyzet alakú hullámformát jól kiszámított kisebb darabokra aprítunk úgy, hogy RMS-értéke nagyon közel kerül a hálózati hálózati RMS standard értékéhez.

A négyzethullám tökéletes szinuszhullámgá történő faragásához használhatunk wien híd oszcillátort, pontosabban egy „bubba oszcillátort”, és betáplálhatjuk azt egy szinusz hullám processzor szakaszba. Ez a módszer túl bonyolult lenne, ezért nem ajánlott ötlet egy meglévő négyzethullámú inverter szinuszhullámú inverterhez történő megvalósításához.

A megvalósíthatóbb ötlet az lenne, hogy a hozzá tartozó négyzethullámot a kimeneti eszközök tövénél a kívánt RMS-fokig felaprítsuk.

Az alábbiakban egy klasszikus példa látható:

Az első ábra egy négyzethullámú inverter áramkört mutat. Egy egyszerű AMV aprító hozzáadásával a szükséges mértékig meg tudjuk bontani az impulzusokat a megfelelő mosfetek tövében.

A fenti áramkör módosított négyzethullámú szinuszhullám-egyenértékű inverteres változata.

Itt az alacsonyabb AMV olyan impulzusokat generál nagy frekvencián, amelyek jel / tér arányát az előre beállított VR1 segítségével megfelelően módosítani lehet. Ezt a PWM által vezérelt kimenetet a moszfeták kapujára alkalmazzák annak érdekében, hogy vezetésüket a megadott RMS értékre szabják.

Várható tipikus hullámforma a fenti módosításból:

Hullámforma a mosfet kapuknál:

Hullámforma a transzformátor kimenetén:

Hullámforma megfelelő szűrés után induktorokkal és kondenzátorokkal a transzformátor kimenetén:

Alkatrész lista

R1, R2 = 27K,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1K Ohm,
C1, C2 = 0,47 uF / 100 V metallizált
C3, C4 = 0,1uF
T1, T2, T5, T6 = BC547,
T3, T4 = bármely 30V, 10amp mosfet, N-csatornás.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = 47K előre beállított
Transzformátor = 9-0-9V, 8 amp ( a megfelelő teljesítményoptimalizálás érdekében a specifikációkat a kimeneti terhelésnek megfelelően kell kiválasztani )
Akkumulátor = 12V, 10AH

Jobb hatékonysági ráta

A fenti átalakítás vagy módosítás a hatékonyság körülbelül 70% -át biztosítja az elért RMS-megfeleltetéssel. Ha érdekli a jobb és pontos illesztés, akkor valószínűleg egy IC 556 PWM hullámalakú processzorra lenne szükség.

Erre a cikkre szeretne hivatkozni, amely bemutatja a mögöttes alapelvet négyzet alakú hullámalak szinusz hullámformává módosítása néhány IC555 használatával.

A fent említett áramkör kimenete hasonló módon táplálható a meglévő négyszög inverter egységben lévő megfelelő áramellátó eszközök kapujához vagy aljához.

Átfogóbb megközelítésről lehet szó ebben a cikkben, ahol egy Az IC 556-ot a pontos PWM-alapú módosított szinusz hullám kivonására használják négyzethullámú mintaforrás megfelelői.

Ez a hullámforma integrálva van a meglévő kimeneti eszközökkel a tervezett módosítások végrehajtása érdekében.

A fenti példák egyszerűbb módszereket tanítanak meg, amelyek révén bármilyen létező hétköznapi inverter átalakítható szinuszhullámú inverterré.

Konvertálás SPWM-be

A fenti cikkben megtudtuk, hogyan lehetne optimalizálni a négyzethullámú inverter hullámalakját egy szinuszos hullámfajta eléréséhez a négyzet alakú hullám kisebb szakaszokra történő felaprításával.

Azonban egy mélyebb elemzés azt mutatja, hogy ha az aprított hullámformát nem SPWM-ek formájában méretezik, a megfelelő szinuszhullám-egyenérték elérése nem biztos, hogy lehetséges.

Ennek a feltételnek a teljesítése érdekében az SPWM átalakító áramkör elengedhetetlenné válik a legideálisabb szinuszhullámforma kivágásához az inverterből.

Az alábbi ábra bemutatja, hogyan lehet ezt hatékonyan megvalósítani a fent tárgyalt tervekkel.

Egyik korábbi cikkem révén megértettük hogyan lehet egy opampot felhasználni SPWM-ek létrehozására , ugyanazt az elméletet láthattuk alkalmazni a fenti koncepcióban. Két háromszög hullámgenerátort használunk itt, az egyik elfogadja a gyors négyzethullámot az alsó astable-ből, míg a másik a lassú négyzethullámokat fogadja el a felső astable-ből, és ezeket feldolgozza megfelelő, illetve lassú háromszög hullámkimenetekké.

Ezeket a feldolgozott háromszög hullámokat egy opamp két bemenetén keresztül táplálják, amely végül SPWM-ekké vagy szinusz hullám impulzusszélességekké alakítja át őket.

Ezeket az SPWM-eket arra használják, hogy szétvágják a jeleket a mosfetek kapujában, amelyek végül átkapcsolják a hullámformát a csatlakoztatott transzformátor tekercsen, hogy a transzformátor szekunder oldalán tiszta mágneses indukció útján létrehozzanak egy tiszta szinusz hullámforma pontos másolatát.