Többszintű 5 lépéses lépcsőzetes szinuszhullámú inverter áramkör

Ebben a cikkben megtudhatjuk, hogyan lehet többszintű (5 lépéses) lépcsőzetes inverter áramkört készíteni egy nagyon egyszerű, általam kidolgozott koncepció segítségével. Tudjunk meg többet a részletekről.

Az áramkör koncepciója

Ezen a weboldalon eddig számos szinuszhullámú inverter áramkört dolgoztam ki, terveztem és mutattam be, egyszerű koncepciók és közönséges alkatrészek, például IC 555 felhasználásával, amelyek történetesen inkább eredményorientáltak, ahelyett, hogy összetettek lennének és elméleti összetévesztésekkel teliek.

Elmagyaráztam, milyen egyszerűen a nagy teljesítményű hangerősítő átalakítható tiszta szinuszhullámú inverterré , és átfogóan kitértem az SPWM fogalmakat használó szinuszhullámú inverterekre is

Ezen a weboldalon keresztül is megtanultuk hogyan lehet bármilyen négyzet alakú invertert átalakítani tiszta szinusz hullámú inverterré tervezés.

A fenti szinuszhullámú inverter áramköröket szinusz ekvivalens PWM-ek segítségével értékelve megértjük, hogy az SPWM hullámformája nem egyezik közvetlenül vagy esik egybe a tényleges szinuszos hullámformával, inkább ezek hajtják végre a szinusz hullámhatást vagy eredményeket a tényleges szinusz hullám RMS értékének értelmezésével. AC.

Noha az SPWM az ésszerűen tiszta szinuszhullám replikálásának és megvalósításának hatékony módjának tekinthető, az a tény, hogy nem szimulál vagy egybeesik egy valódi szinuszhullámmal, kissé kifinomulttá teszi a koncepciót, különösen ha összehasonlítjuk egy 5 szintes kaszkádos szinuszhullámú inverterrel koncepció.

Összehasonlíthatjuk és elemezhetjük a szinuszhullám szimulációs koncepciók két típusát az alábbi képekre hivatkozva:

Többszintű lépcsőzetes hullámforma kép

Világosan láthatjuk, hogy a többszintű, 5 lépéses lépcsőzetes koncepció egy valódi szinuszhullám nyilvánvalóbb és hatékonyabb szimulációját eredményezi, mint az SPWM koncepció, amely kizárólag az RMS érték és az eredeti szinusz hullám nagyságának megfeleltetésére támaszkodik.

A hagyományos 5 szintű kaszkádos szinuszhullámú inverter megtervezése meglehetősen összetett lehet, de az itt kifejtett koncepció megkönnyíti a megvalósítást és hétköznapi alkatrészeket alkalmaz.

Kördiagramm

MEGJEGYZÉS: Kérjük, adjon hozzá 1uF / 25-es kondenzátort az IC-k # 15-ös és 16-os tűin, különben a szekvenálás nem indul el.
A fenti képre hivatkozva láthatjuk, hogy az 5 szintes kaszkádos inverter koncepció egyszerűen megvalósítható-e csupán egy muti-tap transzformátorral, pár 4017 IC-vel és 18 power BJT-vel, amelyek szükség esetén könnyen cserélhetők mosfetekkel.

Itt néhány 4017 IC-t, amelyek Johnson tízfokozatú számláló-osztó chipjei, kaszkádba helyezik, hogy egymás után futó vagy üldöző logikai csúcsokat hozzanak létre az IC-k bemutatott tűin.

Áramkör működtetése

Ezeket a szekvenciálisan futó logikákat használják a bekapcsolt teljesítményű BJT-k azonos sorrendben történő kiváltására, amelyek viszont a transzformátor tekercselését olyan sorrendben kapcsolják át, amely a transzformátort kaszkád típusú szinusz ekvivalens hullámformát eredményezi.

A transzformátor alkotja az áramkör szívét, és egy speciálisan megsebesített primer egységet alkalmaz, 11 csapolással. Ezeket a csapokat egyszerűen egységesen egyetlen hosszú számított tekercsből nyerik ki.

Az egyik IC-hez társított BJT-k 5 csapon keresztül kapcsolják a transzformátor egyik felét, lehetővé téve az 5 szintű lépések előállítását, amelyek alkotják az AC hullámforma egyik fél ciklusát, míg a többi IC-hez társított BJT-k azonos funkcióval látják el az alakot felfelé az alsó felében lévő AC ciklus 5 szintes kaszkádos hullámforma formájában.

Az IC-ket az áramkör jelzett helyzetére alkalmazott órajelek működtetik, amelyeket bármely szokásos 555 IC-s stabil áramkörből ki lehet szerezni.

A BJT-k első 5 készlete felépíti a hullámforma 5 szintjét, a fennmaradó 4 BJT ugyanezt kapcsolja fordított sorrendben, hogy teljes legyen a kaszkádos hullámforma, amelynek összesen 9 felhőkarcolója van.

Ezeket a felhőkarcolókat úgy alakítják ki, hogy a transzformátor megfelelő tekercselésének kapcsolásával növekvő és csökkenő feszültségszinteket állítsanak elő, amelyek a megfelelő feszültségszinteken vannak

Például az 1. tekercset 150 V-ra lehet értékelni a középső csap, a 2. tekercs 200 V-on, a 3. tekercs 230 V-on, a # 4-es tekercs 270 V-on és az 5. tekercs 330 V-on, tehát amikor ezeket egymás után kapcsolják a bemutatott 5 BJT halmazát, megkapjuk a hullámforma első 5 szintjét, majd amikor ezeket a tekercseket a következő 4 BJT-vel fordítva kapcsoljuk, létrehozza a leszálló 4 szint hullámformákat, és ezzel teljesíti a 220 V AC felső félciklusát.

Ugyanezt megismétli a másik 4017 IC-hez társított másik 9 BJT is, ami az 5 szintes kaszkádos váltóáram alsó felét eredményezi, amely teljesíti a szükséges 220 V AC kimenet egy teljes AC hullámformáját.

A transzformátor tekercselésének részletei:

Amint az a fenti ábrán látható, a transzformátor egy közönséges vasmag típusú, amelyet az elsődleges és a másodlagos tekercselésével készítenek a jelzett feszültségcsapoknak megfelelő fordulatokkal.

A megfelelő BJT-kkel összekapcsolva várható, hogy ezek a tekercsek 5 vagy összesen 9 szintű kaszkádos hullámformát indukálnak, ahol az első 36 V tekercs megfelel és 150 V-ot indukál, a 27 V 200 V ekvivalenset indukál, míg a 20 V, A 27 V, 36 V feladata lenne a másodlagos tekercsen 230 V, 270 V és 330 V előállítása a javasolt lépcsőzetes formátumban.

A primer alsó oldalán lévő csapok sorozata végrehajtaná a kapcsolást a hullámforma 4 növekvő szintjének teljesítéséhez.

Ugyanezt az eljárást ismételnék meg a kiegészítő 4017 IC-hez társított 9 BJT-vel az AC negatív félciklusának felépítéséhez ... a negatív a transzformátor tekercsének a középső csaphoz képest ellentétes irányú helyzetéből adódik.

Frissítés:

A tárgyalt többszintű szinuszhullámú inverter áramkörének teljes kapcsolási rajza

MEGJEGYZÉS: Kérjük, adjon hozzá 1uF / 25-es kondenzátort az IC-k # 15-ös és 16-os tűin, különben a szekvenálás nem indul el.
Az 555-ös áramkörhöz társított 1M-es potot be kell állítani, hogy 50 Hz-es vagy 60 Hz-es frekvenciát állítson be az inverterhez, a felhasználó országspecifikációinak megfelelően.

Alkatrész lista

Minden meghatározatlan ellenállás 10k, 1/4 watt
Az összes dióda 1N4148
Minden BJT TIP142
Az IC-k száma 4017

Megjegyzések a többszintű 5 lépcsős kaszkádos szinuszhullámú inverter áramköréhez:

A fenti terv tesztelését és ellenőrzését Sherwin Baptista úr sikeresen elvégezte, aki a weboldal egyik lelkes követője.

1. Döntenünk kell az inverter bemeneti tápellátásáról: 24V @ 18Ah @ 432Wh

2. Az inverter felépítésének teljes folyamatában felmerül a NOISE problémája. A keletkező és felerősített zaj kérdésének nagyon könnyű felszámolása

A. Úgy döntünk, hogy az IC555 kimeneti jelét abban a pillanatban szűrjük, amikor a 3-as tűnél előáll, ezzel tisztább négyzethullámot lehet elérni.

B. Úgy döntünk, hogy a FERRITE BEADS-t használjuk az IC4017 megfelelő kimenetein a szűrés fokozása érdekében, mielőtt a jelet továbbítanánk az erősítő tranzisztoraira.

C. Úgy döntöttünk, hogy kettő transzformátort használunk, és javítjuk a szűrést mindkettőjük között az áramkörben.

3. Az oszcillátor szakaszának adatai:

Ez a javasolt szakasz az inverter áramkör fő szakasza. Megadja a szükséges impulzusokat egy adott frekvencián a transzformátor működéséhez. IC555, IC4017 és erősítő áramtranzisztorokból áll.

A. IC555:

Ez egy könnyen használható, alacsony fogyasztású időzítő chip, és rengeteg különféle projektet tartalmaz, amelyek felhasználásával megvalósíthatók. Ebben az inverter projektben a négyzethullámok generálásához astable módban konfiguráljuk. Itt állítjuk be a frekvenciát 450Hz-re az 1 megaohm potenciométer beállításával és a kimenet frekvenciamérővel történő megerősítésével.

B. IC4017:

Ez egy Jhonson 10 fokozatú számlálóosztó logikai chipje, amely szekvenciális / futó LED villogó / üldöző áramkörökben nagyon híres. Itt okosan van konfigurálva egy inverteres alkalmazáshoz. Ezt az IC555 által generált 450Hz-et biztosítjuk az IC4017 bemeneteihez. Ez az IC azt a feladatot végzi, hogy a bemeneti frekvenciát 9 részre bontja, mindegyik 50Hz-es kimenetet eredményez.
Most mindkét 4017 kimeneti csatlakozójának 50 Hz-es órajele folyamatosan előre és hátra fut.

C. Az erősítő teljesítménytranzisztorai:

Ezek azok a nagy teljesítményű tranzisztorok, amelyek az akkumulátor energiáját a transzformátor tekercsébe húzzák, a beléjük adott jelnek megfelelően. Mivel a 4017-es kimeneti áramok túl alacsonyak, nem tudjuk közvetlenül betáplálni őket a transzformátorba. Ezért szükségünk van valamilyen erősítőre, amely a 4017-es jelek alacsony áramú jeleit nagyáramú jelekké alakítja, amelyek aztán továbbadhatók a transzformátorra további működéshez.

Ezek a tranzisztorok működés közben felmelegednek, és szükségszerűen hűtőbordákra van szükségük.
Minden tranzisztorhoz külön hűtőbordát lehet használni, ezért biztosítani kell, hogy a
a hűtőbordák nem érintik egymást.

VAGY

Egy hosszú darab hűtőbordát használhat az összes tranzisztor elhelyezésére. Akkor kellene
termikusan és elektromosan szigetelje el az egyes tranzisztorok középső fülét, hogy ne érintsék a hűtőbordát

annak elkerülése érdekében, hogy rövidre zárkózzanak. Ezt megcsinálhatja Mica Isolation Kit használatával.

4. Ezután következik az első szakasz transzformátor:

A. Itt alkalmazzuk a kétvezetékes szekunder transzformátor többcsapos primerjét. Ezután megtaláljuk az egy csaponkénti feszültséget a primer feszültség előkészítéséhez.

---1. LÉPÉS---

Figyelembe vesszük a bemeneti DC feszültséget, amely 24V. Ezt elosztjuk 1,4142-vel, és megtaláljuk annak AC RMS egyenértékét, amely 16,97V ~
A fenti RMS-értéket kerekítjük, amelynek eredménye 17V ~

---2. LÉPÉS---

Ezután elosztjuk az 17V ~ RMS-t 5-tel (mivel öt csapfeszültségre van szükségünk), és megkapjuk az RMS 3.4V ~ értéket
A végső effektív értéket 3,5 V ~ -val vesszük, és 5-zel megszorozva 17,5 V ~ -ot kapunk kerek alakként.
Végül megtaláltuk a Volt per csapot, amely RMS 3,5 V ~

B. Úgy döntöttünk, hogy a másodlagos feszültséget RMS 12V ~ -ra tartjuk, vagyis 0-12V, mert nagyobb áramerősség-kimenetet tudunk elérni 12V ~ -on.

C. Tehát a transzformátor névleges értéke az alábbiak szerint alakul:
Többcsapos elsődleges: 17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5 V @ 600 W / 1000VA
Másodlagos: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA.
Ezt a transzformátort egy helyi transzformátor kereskedő kapta meg.

5. Most következik a fő LC áramkör:

A szűrőként ismert LC áramkör erőteljes alkalmazásokkal rendelkezik az áramátalakító áramkörökben.
Inverteres alkalmazásban általában szükséges az éles csúcsok lebontásához

bármilyen generált hullámformát, és segít átalakítani azt simább hullámformává.

Itt a fenti transzformátor másodlagos szakaszánál 0 --- 12 V, többszintűre számítunk
négyzet alakú kaszkádos hullámforma a kimeneten. Tehát egy 5 fokozatú LC áramkört alkalmazunk, hogy SINEWAVE egyenértékű hullámformát kapjunk.

Az LC áramkör adatai az alábbiak:

A) Valamennyi induktivitásnak 500 uH (mikrohenry) 50A besorolású VAS CORE EI LAMINÁLTnak kell lennie.
B) Minden kondenzátornak 1uF 250V NONPOLAR típusúnak kell lennie.

Ne feledje, hogy az 5 fokozatú LC áramkörre helyezzük a hangsúlyt, és nem csak egy vagy két fokozatra, így sokkal tisztább hullámformát kaphatunk a kimeneten, kisebb harmonikus torzítással.

6. Most jön a második és egy utolsó szakasz transzformátor:

Ez a transzformátor felelős az LC hálózat kimenetének átalakításáért, azaz az RMS 12V ~ -ról 230V ~ -ra
Ezt a transzformátort az alábbiak szerint osztályozták:
Elsődleges: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA
Másodlagos: 230 V @ 600 W / 1000 VA.

Itt a további szűréshez nincs szükség további LC-hálózatra a végső 230 V-os kimenetnél, mivel az elején már minden egyes feldolgozott kimenet minden szakaszát kiszűrtük.
Az OUTPUT most SINEWAVE lesz.

JÓ dolog, hogy ennek az inverternek a végső kimenetén egyáltalán nincs ZAJ és
kifinomult kütyük működtethetők.

Az invertert működtető személynek azonban egy dolgot szem előtt kell tartania, hogy NE TÚL TÚL Töltse fel az invertert, és ne tartsa korlátok között a kifinomult eszközök működtetését.

A kapcsolási rajzon néhány javítást megadunk az alábbiak szerint:

1. Az IC7812 szabályozónak csatlakoztatnia kell a bypass kondenzátorokat. Fel kell szerelni a
HEATSINK, mert működés közben felmelegedne.

2. Az IC555 időzítőnek soros ellenállást kell követnie, mielőtt a jel továbbjutna a diódák felé.
Az ellenállás értéke 100E legyen. Az IC felmelegszik, ha az ellenállás nincs csatlakoztatva.

Összegzésként 3 javasolt szűrési szakasz áll rendelkezésünkre:

1. Az IC555 által a 3. tűnél generált jelet a földre szűrjük, majd továbbadjuk az ellenállásnak
majd a diódákhoz.

2. Mivel a futójelek kilépnek az IC4017 megfelelő csapjaiból, korábban ferritgyöngyöket csatlakoztattunk
jel átadása az ellenállásnak.
3. A végső szűrő lépést mindkét transzformátor között alkalmazzuk

Hogyan számoltam ki a transzformátor tekercselését

Szeretnék ma megosztani veletek valamit.

A vasmag tekercseléséről nem tudtam semmit a specifikációk visszatekeréséről, mivel sok paramétert és számításokat tudtam meg belőlük.

Tehát a fenti cikkhez megadtam az alapvető specifikációkat a trafo tekercselőnek, és ő csak azt kérdezte tőlem:

a) A bemeneti és a kimeneti feszültség szükség esetén csapolása,
b) a be- és kimeneti áram,
c) a teljes teljesítmény,
d) Szüksége van a trafóhoz rögzített külső rögzítőelemre?
e) Szeretne belső biztosítékot csatlakoztatni a transzformátor 220 V oldalán?
f) Szeretne vezetékeket csatlakoztatni a trafóhoz VAGY egyszerűen csak tartsa a zománcozott vezetéket kívülről, hozzáadott hűtőbordával?
g) Szeretné, hogy a mag földelve legyen egy csatlakoztatott külső vezetékkel?
h) Szeretné, ha az IRON CORE lakkozva és fekete oxiddal lenne festve?

Végül biztosított egy teljes biztonsági tesztet arról, hogy a transzformátor készen áll a megrendelésre, és 5 napot vesz igénybe, amíg elkészül a részfizetés.
A részfizetés (kb.) A tekercselő által diktált összes javasolt költség egynegyedét tette ki.

A fenti kérdésekre a következő válaszokat adok:

MEGJEGYZÉS: A huzalozási zavarok elkerülése érdekében feltételezem, hogy a trafót egyetlen célra készítik el: LÉPÉS ALKALMAZÁSI ÁTALAKÍTÓ, ahol az elsődleges magas feszültségű, a másodlagos pedig alacsony feszültségű.

a) 0-220 V primer bemenet, 2 vezetékes.
17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5 V másodlagos többcsapos kimenet, 11- vezetékek.

b) Az elsődleges bemeneti áram: 4,55A 220 V-nál. A kimeneti áram: 28,6 amper a többcsapos szekunder @ vég-vég feszültségen 35V…

Mondtam neki, hogy 5 amperre van szükségem 220 V-on (max. 230), azaz elsődleges bemenetre és 32 amperre 35 V-nál, azaz többcsapos szekunder kimenetre.

c) Először 1000VA-t mondtam neki, de az voltszorzó-számítás és a tizedesjegyek kerekítése alapján a teljesítmény 1120VA +/- 10% -ra vált. Biztonsági tűrésértéket adott nekem a 220 V oldalról.

d) Igen. Könnyű rögzítésre van szükségem a fém szekrényben.

e) Nem. Mondtam neki, hogy az egyiket külsőleg helyezem el, hogy könnyen hozzáférhessek hozzá, ha véletlenül elfúj.

f) Azt mondtam neki, hogy a zománcozott vezetéket tartsa kívül, hogy a többcsapos másodlagos oldal megfelelő biztonsággal lehűljön, és az elsődleges oldalon vezetékeket akartam csatlakoztatni.

g) Igen. Biztonsági okokból szükségem van a mag földelésére. Ezért csatlakoztasson egy külső vezetéket.

h) Igen. Felkértem, hogy biztosítsa a szükséges védelmet a magbélyegzésekhez.

Ez volt az interakció köztem és ő között a javasolt megrendelésre gyártott transzformátorral.

FRISSÍTÉS:

A fenti 5 lépéses kaszkádos kivitelben megvalósítottuk az 5 lépéses aprítást a transzformátor DC oldalán, ami kissé hatástalannak tűnik. Ez azért van, mert a kapcsolás jelentős mennyiségű áramvesztést eredményezhet a transzformátor hátsó EMF-jén keresztül, és ehhez a transzformátornak hatalmasnak kell lennie.

Jobb ötlet lehet, ha a DC oldalt 50 Hz-es vagy 60 Hz-es teljes híd inverterrel oszcillálják, és a másodlagos váltóáramú oldalt 9 fokozatú szekvenciális IC 4017 kimeneteinkkel triacsok segítségével kapcsolják, az alábbiak szerint. Ez az ötlet csökkentené a tüskéket és a tranzienseket, és lehetővé tenné az inverter számára az 5 lépéses szinusz hullámforma simább és hatékonyabb végrehajtását. A triakok kevésbé lesznek kiszolgáltatottak a kapcsolásnak, szemben a DC oldalán található tranzisztorokkal.