3 najlepsze beztransformatorowe obwody falownika

Jak sama nazwa wskazuje, obwód falownika, który przekształca wejście prądu stałego w prąd przemienny bez uzależnienia od cewki indukcyjnej lub transformatora, nazywa się falownikiem beztransformatorowym.

Ponieważ nie zastosowano transformatora opartego na cewce indukcyjnej, wejściowy prąd stały jest zwykle równy wartości szczytowej prądu przemiennego generowanego na wyjściu falownika.

Post pomaga nam zrozumieć 3 obwody falownika zaprojektowane do pracy bez użycia transformatora i przy użyciu pełnej sieci mostkowej IC i obwodu generatora SPWM.

Falownik beztransformatorowy wykorzystujący IC 4047

Zacznijmy od topologii mostka H, ​​która jest prawdopodobnie najprostsza w swojej formie. Jednak technicznie nie jest to idealne rozwiązanie i nie jest zalecane, ponieważ zostało zaprojektowane przy użyciu mosfetów z kanałem p / n. Mosfety z kanałem P są używane jako mosfety po stronie wysokiej, a kanał n jako strona niska.

Ponieważ mosfety kanału p są używane po stronie wysokiej, rozszerzenie bootstrap staje się niepotrzebne, a to bardzo upraszcza projekt. Oznacza to również, że ten projekt nie musi zależeć od specjalnych układów scalonych sterownika.

Chociaż projekt wygląda fajnie i kusząco, ma kilka podstawowych wad . I właśnie dlatego unika się tej topologii w jednostkach profesjonalnych i komercyjnych.

To powiedziawszy, jeśli jest poprawnie zbudowany, może służyć do zastosowań o niskiej częstotliwości.

Oto kompletny obwód wykorzystujący IC 4047 jako generator częstotliwości astabilnych biegunów totemu

Lista części

Wszystkie rezystory mają moc 1/4 wata 5%

• R1 = 56 tys
• C1 = 0,1 uF / PPC
• Rezystor pin10 / 11 układu scalonego = 330 omów - 2nos
• Rezystory bramkowe MOSFET = 100k - 2nos
• Opto-sprzęgacze = 4N25 - 2 szt
• Tranzystory MOSFET górnego kanału P = FQP4P40 - 2nos
• Niższe tranzystory MOSFET z kanałem N = IRF740 = 2nos
• Diody Zenera = 12 V, 1/2 W - 2 szt

Następnym pomysłem jest również obwód mostka H, ​​ale ten wykorzystuje zalecane n-kanałowe mosfety. Obwód został zamówiony przez pana Ralpha Wiecherta

Główne specyfikacje

Pozdrowienia z Saint Louis w stanie Missouri.
Czy byłbyś skłonny do współpracy projekt falownika ? Zapłaciłbym ci za projekt i / lub twój czas, jeśli chcesz.

Mam Prius z 2012 i 2013 roku, a moja mama ma Prius z 2007 roku. Prius jest wyjątkowy, ponieważ ma zestaw akumulatorów wysokiego napięcia 200 VDC (nominalnie). Właściciele Priusa w przeszłości korzystali z tego zestawu akumulatorów z gotowymi falownikami, aby wyprowadzać swoje rodzime napięcia oraz uruchamiać narzędzia i urządzenia. (Tutaj, w USA, 60 Hz, 120 i 240 VAC, jestem pewien, że wiesz). Problem w tym, że te falowniki nie są już produkowane, ale Prius nadal jest.

Oto kilka falowników, które były używane w przeszłości do tego celu:

1) PWRI2000S240VDC (patrz załącznik) Nie jest już produkowany!

2) Emerson Liebert Upstation S (w rzeczywistości jest to UPS, ale należy wyjąć akumulator, który miał napięcie znamionowe 192 VDC) (patrz załącznik.) Nie jest już produkowany!

Idealnie, chcę zaprojektować ciągły falownik o mocy 3000 W, czystą falę sinusoidalną, wyjście 60 Hz, 120 VAC (z fazą podziału 240 VAC, jeśli to możliwe) i bez transformatora. Prawdopodobnie szczyt 4000-5000 watów. Wejście: 180-240 VDC. Całkiem lista życzeń, wiem.

Jestem inżynierem mechanikiem z pewnym doświadczeniem w budowie obwodów, a także programowaniu mikrokontrolerów Picaxe. Po prostu nie mam dużego doświadczenia w projektowaniu obwodów od podstaw. W razie potrzeby jestem gotów spróbować i zawieść!

Projektowanie

Na tym blogu omówiłem już więcej niż 100 projektów i koncepcji falowników , powyższe żądanie można łatwo zrealizować, modyfikując jeden z moich istniejących projektów i wypróbowany dla danego zastosowania.

W przypadku każdej konstrukcji beztransformatorowej konieczne jest uwzględnienie kilku podstawowych elementów implementacji: 1) falownik musi być falownikiem z pełnym mostkiem z pełnym sterownikiem mostkowym i 2) zasilane napięcie wejściowe DC musi być równe wymaganemu wyjściowemu napięciu szczytowemu poziom.

Uwzględniając powyższe dwa czynniki, podstawowy projekt falownika o mocy 3000 W można zobaczyć na poniższym schemacie, który ma czysty przebieg sinusoidalny funkcja.

Szczegóły działania falownika można zrozumieć za pomocą następujących punktów:

Podstawowy lub standardowa konfiguracja falownika z pełnym mostkiem jest tworzony przez pełny sterownik mostu IC IRS2453 i powiązaną sieć mosfet.

Obliczanie częstotliwości inwertera

Funkcją tego etapu jest oscylacja podłączonego obciążenia między mosfetami przy danej częstotliwości częstotliwości określonej przez wartości sieci Rt / Ct.

Wartości tych komponentów czasowych RC można ustawić za pomocą wzoru: f = 1 / 1,453 x Rt x Ct, gdzie Rt jest w omach, a Ct w faradach. Powinien być ustawiony na osiągnięcie 60 Hz w celu uzupełnienia określonego wyjścia 120 V, alternatywnie dla specyfikacji 220 V można to zmienić na 50 Hz.

Można to również osiągnąć za pomocą praktycznej metody prób i błędów, oceniając zakres częstotliwości za pomocą cyfrowego miernika częstotliwości.

Aby uzyskać czysty efekt sinusoidalny, bramki mosfetów po stronie dolnej są odłączane od odpowiednich zasilaczy IC i są stosowane w ten sam sposób przez stopień buforowy BJT, skonfigurowany do działania przez wejście SPWM.

Generowanie SPWM

SPWM, co oznacza sinusoidalną modulację szerokości impulsu, to skonfigurowany wokół opamp IC i jeden Genartor IC 555 PWM.

Chociaż IC 555 jest skonfigurowany jako PWM, wyjście PWM z jego pinu nr 3 nigdy nie jest używane, raczej fale trójkątne generowane przez jego kondensator taktowania są wykorzystywane do rzeźbienia SPWM. Tutaj jedna z próbek fali trójkątnej ma być znacznie wolniejsza pod względem częstotliwości i zsynchronizowana z częstotliwością głównego układu scalonego, podczas gdy druga musi być szybszymi falami trójkątnymi, których częstotliwość zasadniczo określa liczbę filarów, jakie może mieć SPWM.

Wzmacniacz operacyjny jest skonfigurowany jak komparator i jest zasilany próbkami fali trójkątnej w celu przetworzenia wymaganych SPWM. Jedna fala trójkątna, która jest wolniejsza, jest pobierana z wyprowadzenia Ct głównego układu scalonego IRS2453

Przetwarzanie jest wykonywane przez układ scalony opamp poprzez porównanie dwóch fal trójkątnych na jego pinoutach wejściowych, a wygenerowany SPWM jest stosowany do podstaw stopnia buforowego BJT.

Bufory BJT przełączają się zgodnie z impulsami SPWM i upewniają się, że mosfety po stronie niskiej są również przełączane według tego samego wzorca.

Powyższe przełączanie umożliwia przełączanie wyjściowego prądu przemiennego również według wzoru SPWM dla obu cykli przebiegu częstotliwości prądu przemiennego.

Wybór mosfetów

Ponieważ określony jest beztransformatorowy falownik 3 kVA, mosfety muszą być odpowiednio dobrane do obsługi tego obciążenia.

Mosfet numer 2SK 4124 wskazany na schemacie w rzeczywistości nie będzie w stanie wytrzymać obciążenia 3 kVA, ponieważ są one przeznaczone do obsługi maksymalnie 2 kVA.

Niektóre badania w sieci pozwalają nam znaleźć mosfet: IRFB4137PBF-ND który wygląda dobrze przy pracy z obciążeniem 3kva, ze względu na ogromną moc znamionową przy 300 V / 38 amperach.

Ponieważ jest to beztransformatorowy falownik 3 kVA, eliminuje się kwestię wyboru transformatora, jednak akumulatory muszą być odpowiednio dobrane, aby wytwarzać co najmniej 160 V przy umiarkowanym naładowaniu i około 190 V przy pełnym naładowaniu.

Automatyczna korekta napięcia.

Automatyczną korektę można osiągnąć, podłączając sieć sprzężenia zwrotnego między zaciskami wyjściowymi a pinoutem Ct, ale może to być faktycznie niepotrzebne, ponieważ potencjometry IC 555 mogą być skutecznie używane do ustalania wartości skutecznej napięcia wyjściowego i po ustawieniu można oczekiwać, że napięcie wyjściowe będzie absolutnie stałe i stałe niezależnie od warunków obciążenia, ale tylko tak długo, jak obciążenie nie przekracza maksymalnej mocy falownika.

2) Falownik beztransformatorowy z ładowarką i kontrolą sprzężenia zwrotnego

Drugi schemat obwodu kompaktowego falownika transformatorowego bez włączania masywnego transformatora żelaznego omówiono poniżej. Zamiast ciężkiego transformatora żelaznego wykorzystuje cewkę z rdzeniem ferrytowym, jak pokazano w następnym artykule. Schemat nie jest moim projektem, dostarczył mi go jeden z zapalonych czytelników tego bloga, pan Ritesh.

Projekt jest pełnoprawną konfiguracją zawierającą większość funkcji, takich jak szczegóły uzwojenia transformatora ferrytowego , stopień wskaźnika niskiego napięcia, regulacja napięcia wyjściowego itp.

Wyjaśnienie do powyższego projektu nie zostało jeszcze zaktualizowane, spróbuję go wkrótce zaktualizować, w międzyczasie możesz odnieść się do schematu i wyjaśnić swoje wątpliwości poprzez komentarz, jeśli taki istnieje.

Kompaktowy beztransformatorowy falownik o mocy 200 W nr 3

Trzeci projekt poniżej przedstawia obwód falownika o mocy 200 W bez transformatora (bez transformatora) z wejściem 310 V DC. Jest to konstrukcja zgodna z falą sinusoidalną.

Wprowadzenie

Falowniki, jakie znamy, to urządzenia, które przekształcają lub raczej odwracają źródło prądu stałego o niskim napięciu na wyjście prądu przemiennego o wysokim napięciu.

Generowany prąd przemienny wysokiego napięcia jest generalnie zgodny z lokalnymi poziomami napięcia sieciowego. Jednak proces konwersji z niskiego napięcia na wysokie napięcie niezmiennie wymaga włączenia masywnych i nieporęcznych transformatorów. Czy mamy możliwość ich uniknięcia i stworzenia beztransformatorowego obwodu falownika?

Tak, istnieje dość bardzo prosty sposób realizacji projektu beztransformatorowego falownika.

Zasadniczo falownik wykorzystujący akumulator o niskim napięciu DC wymaga zwiększenia ich do zamierzonego wyższego napięcia AC, co z kolei sprawia, że ​​konieczne jest włączenie transformatora.

Oznacza to, że gdybyśmy mogli po prostu zastąpić wejściowe niskie napięcie DC poziomem prądu stałego równym zamierzonemu poziomowi wyjściowemu prądu przemiennego, można by po prostu wyeliminować potrzebę stosowania transformatora.

Schemat obwodu zawiera wejście prądu stałego wysokiego napięcia do obsługi prostego obwodu falownika mosfet i wyraźnie widać, że nie ma w nim transformatora.

Działanie obwodu

Wysokie napięcie prądu stałego równe wymaganemu wyjściowemu prądowi przemiennemu uzyskanemu przez połączenie szeregowo 18 małych, 12-woltowych baterii.

Bramka N1 pochodzi z układu IC 4093, N1 został tutaj skonfigurowany jako oscylator.

Ponieważ układ scalony wymaga ścisłego napięcia roboczego od 5 do 15 woltów, wymagane dane wejściowe pobierane są z jednej z 12-woltowych baterii i doprowadzane do odpowiednich styków układu scalonego.

Cała konfiguracja staje się zatem bardzo prosta i wydajna oraz całkowicie eliminuje potrzebę stosowania nieporęcznego i ciężkiego transformatora.

Wszystkie akumulatory mają 12 V, 4 AH, które są dość małe i nawet po połączeniu nie wydają się zajmować zbyt dużo miejsca. Mogą być ciasno ułożone, tworząc kompaktową jednostkę.

Moc wyjściowa będzie wynosić 110 V AC przy 200 watów.

Lista części

• Q1, Q2 = MPSA92
• Q3 = MJE350
• Q4, Q5 = MJE340
• P6, P7 = K1058,
• P8, P9 = J162
• NAND IC = 4093,
• D1 = 1N4148
• Akumulator = 12V / 4AH, 18szt.

Aktualizacja do wersji Sinewave

Omówiony powyżej prosty beztransformatorowy obwód falownika 220 V można ulepszyć do czystego lub prawdziwego falownika sinusoidalnego, po prostu zastępując oscylator wejściowy obwodem generatora fali sinusoidalnej, jak pokazano poniżej:

Listę części dla oscylatora sinusoidalnego można znaleźć w tym poście

Beztransformatorowy obwód falownika słonecznego

Słońce jest głównym i nieograniczonym źródłem surowej energii, która jest dostępna na naszej planecie całkowicie za darmo. Ta moc ma zasadniczo postać ciepła, jednak ludzie odkryli metody wykorzystywania światła również z tego ogromnego źródła do wytwarzania energii elektrycznej.

Przegląd

Dziś energia elektryczna stała się linią życia wszystkich miast, a nawet obszarów wiejskich. Przy wyczerpywaniu się paliw kopalnych światło słoneczne zapowiada się jako jedno z głównych odnawialnych źródeł energii, do których można uzyskać bezpośredni dostęp z dowolnego miejsca i we wszystkich okolicznościach na tej planecie, bezpłatnie. Nauczmy się jednej z metod zamiany energii słonecznej na energię elektryczną dla naszych osobistych korzyści.

W jednym z moich poprzednich postów omówiłem obwód falownika słonecznego, który miał raczej proste podejście i zawierał zwykłą topologię falownika za pomocą transformatora.

Transformatory, jak wszyscy wiemy, są nieporęczne, ciężkie i mogą stać się dość niewygodne w niektórych zastosowaniach.
W obecnym projekcie starałem się wyeliminować użycie transformatora poprzez włączenie mosfetów wysokiego napięcia i podwyższenie napięcia poprzez szeregowe połączenie paneli słonecznych. Przeanalizujmy całą konfigurację za pomocą następujących punktów:

Jak to działa

Patrząc na poniższy schemat obwodu beztransformatorowego falownika opartego na energii słonecznej, widzimy, że zasadniczo składa się on z trzech głównych etapów, a mianowicie. stopień oscylatora złożony z uniwersalnego układu scalonego IC 555, stopień wyjściowy składający się z kilku mosfetów mocy wysokiego napięcia i stopień dostarczania mocy, który wykorzystuje baterię paneli słonecznych, zasilaną na B1 i B2.

Schemat obwodu

Ponieważ układ scalony nie może działać przy napięciach większych niż 15 V, jest dobrze chroniony przez rezystor opadający i diodę Zenera. Dioda Zenera ogranicza wysokie napięcie z panelu słonecznego do podłączonego napięcia Zenera 15 V.

Jednak mosfety mogą pracować przy pełnym napięciu wyjściowym energii słonecznej, które może wynosić od 200 do 260 woltów. W warunkach pochmurnych napięcie może spaść znacznie poniżej 170 V, więc prawdopodobnie można zastosować stabilizator napięcia na wyjściu do regulacji napięcia wyjściowego w takich sytuacjach.

Mosfety są typu N i P, które tworzą parę do realizacji działań push-pull i do generowania wymaganego prądu przemiennego.

Mosfety nie są określone na schemacie, najlepiej muszą być oceniane na 450V i 5 amperów, natkniesz się na wiele wariantów, jeśli trochę wygooglujesz przez sieć.

Używane panele słoneczne powinny mieć ściśle napięcie w obwodzie otwartym około 24 V przy pełnym nasłonecznieniu i około 17 V podczas jasnych okresów zmierzchu.

Jak podłączyć panele słoneczne

Lista części

R1 = 6K8
R2 = 140 tys
C1 = 0,1 uF
Diody = to 1N4148
R3 = 10 K, 10 watów,
R4, R5 = 100 omów, 1/4 wata
B1 i B2 = z panelu słonecznego
Z1 = 5,1 V 1 wat

Użyj tych wzorów do obliczenia R1, R2, C1 ....

Aktualizacja:

Powyższy projekt układu scalonego 555 może nie być tak niezawodny i wydajny, bardzo niezawodny projekt można zobaczyć poniżej w postaci pełny obwód falownika z mostkiem H. . Można oczekiwać, że ten projekt zapewni znacznie lepsze wyniki niż powyższy obwód 555 IC

Kolejną zaletą korzystania z powyższego obwodu jest to, że nie będziesz potrzebować podwójnego układu paneli słonecznych, a raczej jeden szeregowy zasilacz słoneczny wystarczyłby do obsługi powyższego obwodu w celu uzyskania wyjścia 220 V.