Konwertuj wzmacniacz audio na falownik sinusoidalny

Jeśli nie jesteś zbyt chętny do zrozumienia głębokich technicznych aspektów prawdziwego falownika sinusoidalnego, ale chcesz go zbudować w ciągu kilku godzin, ten artykuł pomoże ci to osiągnąć za pomocą wzmacniacza mocy audio i niektórych silników prądu stałego. Tutaj dowiemy się, jak konwertować wzmacniacze dźwięku do falowników o przebiegu sinusoidalnym

Rozważymy 3 oddzielne projekty falowników z falą sinusoidalną wykorzystujące odpowiednio zwymiarowane wzmacniacze audio i cyfrowe obwody generatora fali sinusoidalnej

Projekt nr 1

Zacznijmy od zrozumienia, jak kilka małych silników prądu stałego można wykorzystać do generowania czyste sygnały sinusoidalne a następnie przejdź do szczegółów sprzęgania silników z gotowym wzmacniaczem mocy w celu uzyskania pożądanej mocy wyjściowej prawdziwej sinusoidy prądu przemiennego. W artykule wyjaśniono innowacyjny pomysł konfiguracji kilku gotowych jednostek, takich jak wzmacniacz mocy, kilka silników prądu stałego i bateria w falownik sinusoidalny.

Są ludzie, których życie zależy od mocy uzyskiwanej z falowników i dla nich te gadżety są naprawdę bezcenne i kluczowe. Są również osoby, które zamierzają posiadać falowniki, ale są zbyt słabo poinformowane o ich specyfikacjach technicznych itp. I dlatego niechętnie przynoszą je do domu.

Innym czynnikiem związanym z falownikami jest to, że mogą być niezwykle drogie, zwłaszcza te, które mogą być używane uniwersalnie ze wszystkimi typami urządzeń elektrycznych lub po prostu z prawdziwymi falownikami sinusoidalnymi. Omówiłem już tutaj wiele schematów obwodów falownika, począwszy od najzwyklejszy pomysł na hobby do bardzo wyrafinowanej zmodyfikowanej fali sinusoidalnej i prawdziwej typy falowników sinusoidalnych . Jednak te projekty są zbyt techniczne i zdecydowanie nie są przeznaczone dla laika.

Wyjaśnione pomysły nie są proste i wymagają wcześniejszej wiedzy z zakresu elektroniki, aby je zrozumieć, a także gruntownej wiedzy na temat praktycznej elektroniki do ich budowy. I czy to oznacza, że ​​laik nie jest uprawniony do korzystania z zalet domowej roboty falownika sinusoidalnego, który może być nie tylko przyjemny w budowie, ale także bardzo tani i niezawodny w porównaniu z komercyjnymi odpowiednikami.

Poniższa sekcja jasno pokaże, jak to zrobić wyrafinowany prawdziwy falownik sinusoidalny może być zbudowany praktycznie przez każdego, kto ma zwykłe umiejętności techniczne i wiedzę.

Pomysł wyjaśniony poniżej nie jest jednostką opartą na obwodzie, która wymaga montażu przy użyciu płytek drukowanych, komponentów elektronicznych itp., Raczej tutaj kupujemy gotowe urządzenia, takie jak wzmacniacze, silniki, baterie, transformatory itp. I integrujemy je wszystkie w celu skonstruowania końcowego elementu. Dowiedzmy się, jak to zrobić w ciągu godziny.

OSTRZEŻENIE: KONCEPCJA PRZYJMUJE TYLKO PRZEZ AUTOR I NIGDY NIE BYŁA SPRAWDZONA ANI WERYFIKOWANA PRAKTYCZNIE, ZBUDUJ JĄ NA WŁASNE RYZYKO I JEŚLI MASZ WYSTARCZAJĄCĄ WIERĘ W MOŻLIWOŚCI WYJAŚNIEŃ TREŚCI.

Podstawowa zasada działania falowników

Koncepcja: Falowniki, jak wszyscy wiemy, to nic innego jak wzmacniacze napięcia lub krokowe. Najbardziej znaną metodą podwyższania napięcia jest przejście transformatory gdzie izolowane uzwojenie są używane do osiągnięcia zdumiewających mnożenia poziomów napięcia. Zasadniczo proces ten odbywa się poprzez indukcje magnetyczne w celu przekształcenia strumieni dużych prądów w wyjścia wysokiego napięcia.

Aby zapewnić zgodność z powyższym procesem, wymagane jest wysokie napięcie wejściowe prądu przemiennego, które można włożyć do odpowiedniego uzwojenia transformatora, aby uzyskać żądaną moc 230 lub 120 V prądu przemiennego.

Ponieważ jednak celem jest konwersja źródła prądu stałego na poziomy sieciowe, najpierw musimy przekształcić prąd stały o niskim poziomie na wejście o niskim poziomie prądu przemiennego. W falownikach prostokątnych można to łatwo osiągnąć za pomocą zwykłych obwodów astabilnych, ale wyjście fali prostokątnej jest tym, czego absolutnie nie szukamy, więc w jaki sposób faktycznie „wytwarzamy” prawdziwe lub czyste wejście sinusoidalne dla naszego prototypu.

Stosowanie silników prądu stałego do generowania sygnału sinusoidalnego zamiast obwodów PWM

Oczywiście możemy to zrobić za pomocą złożonych obwodów opamp, takich jak Obwód „bubba” ale ponieważ tutaj nie chcemy angażować dużej ilości elektroniki, prostszym rozwiązaniem byłoby użycie do tego celu małego silnika prądu stałego, który, jak wszyscy wiemy, może być obracany przez doprowadzenie do niego mocy, obroty są spowodowane przez stałe oddziaływanie skręcające magnesu trwałego i indukowany efekt elektromagnetyczny.

Jeśli odwrócimy ten proces, tj. Jeśli obrócimy silnik, stosując zewnętrzną siłę mechaniczną, możemy zaindukować sporą ilość zmiennego potencjału na jego zaciskach uzwojenia, a otrzymane napięcie będzie miało kształt sinusoidalny. Przebieg będzie idealnie naturalny i będzie prawdziwą falą sinusoidalną.

Jeśli sygnał wejściowy fali sinusoidalnej zostanie wzmocniony do pożądanych poziomów, być może nasza misja może zostać po prostu wykonana. Zamiast zajmować się złożonymi obwodami mosfet przeznaczonymi do zastosowań inwerterowych, pomyślałem, że lepszym pomysłem będzie podanie powyższego wejścia sinusowego do wzmacniacza audio dużej mocy, zakupionego jako gotowy z rynku.

Tutaj pokazano jeden taki model wzmacniacza próbki. Wyjścia, które mają być podłączone do głośników, muszą być połączone z naszymi transformatorami mocy.

Jeśli wzmacniacz jest stereo, możemy użyć pary transformatorów i zakończyć wyjścia AC transformatorów, aby oddzielić gniazda AC, aby można było do nich podłączyć różne urządzenia.

Silnik, który faktycznie wytwarza fale sinusoidalne, jest napędzany przez inny silnik połączony z mechanizmem koła pasowego / paska. Silnik napędowy jest zasilany dostępną mocą akumulatora.

Wymagane części

Będziesz potrzebował następujących części i jednostek do wykonania tego prawdziwego falownika sinusoidalnego:

Gotowy wzmacniacz audio dużej mocy

Transformator - ocena powinna być zgodna z mocą wzmacniacza. Jeśli wzmacniacz może dostarczyć 500 watów przy 50 woltach, oznacza to, że uzwojenie wejściowe transformatora musi mieć napięcie znamionowe 50 woltów i 10 amperów.

Alternatywnie transformator zasilający wzmacniacza mocy można wyjąć i wykorzystać do tego celu.

Silniki - Obroty muszą przekraczać 3000 i powinny być ustawione dokładnie na 3000 RPM, aby można było uzyskać z tego częstotliwość 50 z.

Szafka odpowiednia do umieszczenia całego zestawu.

Nakrętka, śruby, podkładki, przewody, akumulator itp.

Schemat okablowania dla proponowanego falownika sinusoidalnego wykorzystującego wzmacniacz audio

Jak zamontować wzmacniacz audio z baterią i wejściem sinusoidalnym

Jest to dość proste i polega na integracji zakupionych jednostek zgodnie z podanym schematem. Cały system wraz ze wzmacniaczem, transformatorem i silnikami można umieścić w większej metalowej obudowie i odpowiednio zamocować.

Szczególnie silniki muszą być mocno zamocowane do podstawy szafy falownika, aby uniknąć wibracji i hałasu. Szafka musi również zawierać wszystkie zaciski określone w urządzeniu, zamocowane na zewnątrz do podłączenia akumulatora i gniazdek prądu przemiennego.

Za pomocą prostej koncepcji w artykule wyjaśniono ideę zbudowania falownika z czystą sinusoidą. Czytaj dalej, aby poznać wszystkie szczegóły konstrukcyjne.

Projekt nr 2: użycie 100-watowego modułu wzmacniacza

Jest zrozumiałe, że falowniki sinusoidalne nie są łatwe do zbudowania z wielu różnych powodów. Ale jest prawdopodobnie najbardziej sortowany po obwodzie, a także dość trudny do znalezienia. Dla osób, które desperacko szukają takiego obwodu, może ten artykuł może pomóc.

Po długich przemyśleniach wydaje mi się, że zaprojektowałem łatwiejszą (choć niezbyt wydajną) koncepcję obwodu falownika o czystej fali sinusoidalnej. Ponieważ obwód nie został przeze mnie przetestowany, nie będę w stanie powiedzieć zbyt wiele o dokładnych specyfikacjach obwodu i chciałbym pozostawić to czytelnikom, aby zdecydowali o wykonalności obecnego obwodu.

Pomysł przyszedł mi do głowy podczas czytania opisu obwodu a Wzmacniacz audio MOSFET . Wszyscy wiemy, że gdy sygnał audio jest podawany na wejście wzmacniacza, wytwarza on wzmocnioną moc wyjściową o dokładnie takich samych właściwościach jak wejście.

Oznacza to po prostu, że zamiast sygnału audio, jeśli czysty sygnał AC, powiedzmy z obwodu mostka wiedeńskiego, zostanie przyłożony do wejścia wzmacniacza mocy i transformatora inwertera podłączonego do jego wyjścia (gdzie normalnie byłby podłączony głośnik), z pewnością wytwarzają wzmocnioną replikę wejścia. A uzwojenie wtórne podłączonego transformatora inwertera z pewnością wytworzyłoby sinusoidalną moc prądu przemiennego (moje założenie).

Jedynym dużym problemem jest utrata znacznej ilości energii akumulatora w postaci ciepła przez urządzenia zasilające, zmniejszając ogólną sprawność falownika.

Przejdźmy dalej i zobaczmy, jak funkcjonują różne etapy proponowanego obwodu.

Obwód oscylatora

Prosty obwód generatora sinusoidy pokazany obok może być użyty do wytworzenia wymaganych fal sinusoidalnych na wejściu wzmacniacza mocy, zbadajmy jego działanie, wykonując następujące kroki:

Wzmacniacz operacyjny A1 jest w zasadzie okablowany jako astabilny multiwibrator,

Rezystor R1 i kondensator C1 określają częstotliwość oscylacji astable.

Fala prostokątna z A1 jest podawana do A2, który jest skonfigurowany jako dwubiegunowy filtr dolnoprzepustowy i służy do odfiltrowywania harmonicznych z A1.

Wyjście z A2 będzie prawie czystą falą sinusoidalną, wartość szczytowa będzie oczywiście zależna od napięcia zasilania i rodzaju zastosowanego wzmacniacza operacyjnego.

Częstotliwość obecnego obwodu została ustalona na około 50 Hz. Jeśli wybrane zostaną wartości części pokazane w nawiasach, częstotliwość będzie wynosić około 60 Hz.

Lista części

Wszystkie rezystory to 1/8 wata, 1%, MFR

R1 = 14K3 (12K1),

R2, R3, R4, R7, R8 = 1 K,

R5, R6 = 2K2 (1K9),

R9 = 20 tys

C1, C2 = 1 uF, TANT.

C3 = 2 µF, TANT (DWA 1 µF RÓWNOLEGLE)

C4, C6, C7 = 2µ2 / 25V,

C5 = 100 µ / 50 v,

C8 = 22 µF / 25 V.

A1, A2 = TL 072

IC2 = LM3886 (National Semiconductor),

HEATSINK DLA IC2, JAK POKAZANO NA OBRAZU,

TRANSFORMATOR = 0-24 V / 8 A. WYJŚCIE - 120/230 V AC

PCB = CEL OGÓLNY

Obecny obwód wzmacniacza

Ze względu na bardzo proste specyfikacje projektowe i minimalną liczbę komponentów, podstawowym wymaganiem był wzmacniacz jednoukładowy. Ostatecznie wybrałem dość mocny wzmacniacz wykorzystujący układ scalony LM3886 (National Semiconductor) do tego celu. Istotne cechy tego układu wzmacniacza mocy są następujące:

Naprawdę wszechstronny i wydajny układ scalony w porównaniu z innymi typami urządzeń hybrydowych i dyskretnych.

Całkowicie wewnętrznie chroniony przed chwilowymi szczytowymi temperaturami,

Posiada dynamicznie chroniony bezpieczny obszar działania,

Wyjście jest doskonale ekranowane przed zwarciem z masą lub dodatnim zasilaniem poprzez wewnętrzną sieć obwodu ograniczającego prąd.

Wyjście jest również chronione przed przepięciami wyjściowymi spowodowanymi indukcyjnymi przejściami obciążenia,

Może pracować przy napięciu od 20 V do oszałamiających 94 V.

Jego specyfikacje techniczne są następujące:

Czułość wejściowa wynosi 1 Vrms

Moc wyjściowa będzie w pobliżu 100 watów, jeśli pierwotna rezystancja transformatora wynosi około 4 omy.

Szerokość pasma mocy wynosi od 10 Hz do 100 KHz.

Wskazówki konstrukcyjne

Obwód składa się w zasadzie tylko z dwóch układów scalonych jako głównych komponentów aktywnych i kilku innych elementów pasywnych, więc procedura budowy powinna być bardzo łatwa. Cały montaż można po prostu wykonać na kawałku płyty ogólnego przeznaczenia (około 4 na 4 cale).

IC2 powinien być umieszczony na krawędzi PCB, aby ułatwić montaż radiatora. Obecnie wykorzystuje dwa duże 24-woltowe akumulatory do samochodów ciężarowych. Połącz je w sposób pokazany na schemacie.

Do ładowania akumulatorów wymagana jest osobna ładowarka.

Projekt nr 3: 500-watowy falownik sinusoidalny

W poście wyjaśniono, jak zrobić 500-watowy czysty falownik sinusoidalny za pomocą wzmacniacza audio o mocy 500 watów, aby uzyskać rozsądnie doskonałe wyniki.

Obwód zasadniczo wykorzystuje topologię push-pull przez kilka akumulatorów 24V. Zastosowanie dwóch akumulatorów 24 V pozwala na dołączenie akumulatorów o niższej mocy AH o wyższej wydajności i mocy.

Można również wypróbować akumulatory 12 V, jednak moc wyjściowa zostanie zmniejszona o połowę.

Ponieważ stosowane jest podwójne zasilanie, podłączony transformator nie musi być typem z odczepem środkowym, raczej odpowiedni jest zwykły transformator dwuprzewodowy.

Kilka projektów pokazanych poniżej to wszystko, co byłoby potrzebne do wdrożenia tego prostego obwodu falownika o czystej fali sinusoidalnej.

Generator fal sinusoidalnych

Pierwszy obwód jest podstawowym generatorem fali sinusoidalnej, który jest źródłem zasilania głównego wzmacniacza sinusoidalnego lub stopnia wyjściowego.

Generator fali sinusoidalnej wytwarza czystą falę sinusoidalną z pokazanymi składowymi przy około 50 Hz, dla innych częstotliwości rezystor 2,5 K może zostać zmieniony i przetestowany w symulatorze w celu ustalenia pożądanych wyników.

Obwód generatora sinusoidalnego powinien być zasilany napięciem +/- 12 V, a nie bezpośrednio z akumulatora 24 V, ponieważ może to trwale uszkodzić układ scalony.

Wzmacniacze operacyjne używane w tym generatorze sinusoidalnym pochodzą z układu scalonego TL072

Używanie obwodu wzmacniacza mocy jako falownika

Następny schemat przedstawia stopień wyjściowy proponowanego prostego obwodu falownika o czystej fali sinusoidalnej, który w rzeczywistości jest konstrukcją wzmacniacza mocy o mocy 500 W. Jak widać, konstrukcja wcale nie jest skomplikowana.

Wszystkie zaangażowane komponenty są standardowe i łatwo dostępne.

Mosfety to IRF540n i IRF9540n, które uzupełniają się wzajemnie, aby wytworzyć wymagany efekt push-pull na podłączonym transformatorze.

Z transformatorem 0-24 V / 25 A i kilkoma akumulatorami 24 V obwód byłby w stanie wygenerować nawet 600 watów czystej fali sinusoidalnej przy odpowiednim napięciu.

Wyjście po prawej stronie wzmacniacza sinusoidalnego generatora sinusoidalnego należy podłączyć do wejścia drugiego obwodu w celu zainicjowania proponowanych operacji.

Szczegóły okablowania akumulatora dla powyższego prostego obwodu falownika sinusoidalnego