Przekształć falownik prostokątny w falownik sinusoidalny

W poście wyjaśniono kilka koncepcji obwodów, które można wykorzystać do konwersji lub modyfikacji dowolnego zwykłego falownika prostokątnego do wyrafinowanej konstrukcji falownika sinusoidalnego.

Przed zbadaniem różnych projektów wyjaśnionych w tym artykule byłoby interesujące poznanie czynników, które zazwyczaj sprawiają, że falownik sinusoidalny jest bardziej pożądany niż projekt z falą prostokątną.

Jak działa częstotliwość w falownikach

Falowniki zasadniczo wykorzystują częstotliwość lub oscylacje do realizacji działań doładowania i inwersji. Częstotliwość, jaką znamy, to generowanie impulsów o pewnym jednolitym i obliczonym wzorze, na przykład typowa częstotliwość falownika może być oceniana na 50 Hz lub 50 dodatnich impulsów na sekundę.

Podstawowa częstotliwość falownika ma postać impulsów fali prostokątnej.

Jak wszyscy wiemy, fala prostokątna nigdy nie nadaje się do obsługi wyrafinowanego sprzętu elektronicznego, takiego jak telewizor, odtwarzacze muzyki, komputery itp.

Sieć prądu przemiennego (prądu przemiennego), którą pozyskujemy w naszym domowym gniazdku sieciowym, również składa się z częstotliwości prądu pulsującego, ale mają one postać fal sinusoidalnych lub sinusoidalnych.

Zwykle jest to 50 Hz lub 60 Hz, w zależności od specyfikacji użyteczności w danym kraju.

Wspomniana powyżej krzywa sinusoidalna naszego domowego przebiegu prądu przemiennego odnosi się do wykładniczo rosnących szczytów napięcia, które stanowią 50 cykli częstotliwości.

Ponieważ nasz domowy prąd przemienny jest generowany przez turbiny magnetyczne, kształt fali jest z natury falą sinusoidalną, więc nie wymaga dalszego przetwarzania i można go bezpośrednio wykorzystać w domach dla wszystkich typów urządzeń.

Odwrotnie, w falownikach podstawowe przebiegi mają kształt fal prostokątnych, które wymagają dokładnego przetworzenia, aby urządzenie było kompatybilne ze wszystkimi typami urządzeń.

Różnica między falą prostokątną a falą sinusoidalną

Jak pokazano na rysunku, fala prostokątna i sinusoidalna mogą mieć identyczne poziomy napięcia szczytowego, ale wartość RMS lub średnia kwadratowa mogą nie być identyczne. Ten aspekt jest tym, co sprawia, że ​​fala prostokątna szczególnie różni się od fali sinusoidalnej, mimo że wartość szczytowa może być taka sama.

Dlatego falownik prostokątny pracujący z 12 V DC generowałby moc wyjściową równoważną powiedzmy 330 V, tak jak falownik sinusoidalny działający z tą samą baterią, ale jeśli zmierzysz wyjściową wartość skuteczną RMS obu falowników, będzie się ona znacznie różnić (330 V i 220 V).

Obraz niepoprawnie pokazuje 220V jako szczyt, w rzeczywistości powinno to być 330V

Na powyższym diagramie przebieg w kolorze zielonym jest przebiegiem sinusoidalnym, podczas gdy przebieg pomarańczowy przedstawia przebieg prostokątny. Część zacieniona to nadwyżka RMS, którą należy wyrównać, aby obie wartości RMS były jak najbliższe.

Przekształcenie falownika prostokątnego w równoważnik sinusoidalny oznacza zatem w zasadzie umożliwienie inwerterowi fali prostokątnej wytworzenia wymaganej wartości szczytowej, powiedzmy 330 V, przy czym RMS ma prawie równy jego odpowiednik z falą sinusoidalną.

Jak przekonwertować / zmodyfikować przebieg prostokątny na ekwiwalent przebiegu sinusoidalnego

Można to zrobić albo przez wyrzeźbienie próbki fali prostokątnej w przebieg sinusoidalny, albo po prostu przez pocięcie próbki fali prostokątnej na dobrze obliczone mniejsze fragmenty, tak że jego RMS staje się bardzo zbliżona do standardowej wartości RMS prądu przemiennego.

Aby przekształcić falę prostokątną w idealną falę sinusoidalną, możemy zastosować oscylator mostka wien lub dokładniej „oscylator bubba” i doprowadzić go do stopnia procesora przebiegu sinusoidalnego. Ta metoda byłaby zbyt złożona i dlatego nie jest zalecanym pomysłem do implementacji istniejącego falownika prostokątnego do falownika sinusoidalnego.

Bardziej wykonalnym pomysłem byłoby posiekanie skojarzonej fali prostokątnej u podstawy urządzeń wyjściowych do wymaganego stopnia RMS.

Poniżej przedstawiono jeden klasyczny przykład:

Pierwszy schemat przedstawia obwód falownika prostokątnego. Dodając prosty przerywacz AMV, możemy rozbić impulsy u podstawy odpowiednich mosfetów do wymaganego stopnia.

Zmodyfikowana wersja falownika z falą prostokątną na sinusoidalną w powyższym obwodzie.

Tutaj niższy AMV generuje impulsy o wysokiej częstotliwości, których stosunek znacznika do przestrzeni można odpowiednio zmienić za pomocą wstępnie ustawionego VR1. To wyjście sterowane PWM jest stosowane do bramek mosfetów w celu dostosowania ich przewodzenia do określonej wartości RMS.

Oczekiwany typowy przebieg z powyższej modyfikacji:

Kształt fali na bramkach mosfet:

Przebieg na wyjściu transformatora:

Przebieg po odpowiedniej filtracji za pomocą cewek i kondensatorów na wyjściu transformatora:

Lista części

R1, R2 = 27K,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1 kiloomów,
C1, C2 = 0,47 uF / 100V metalizowany
C3, C4 = 0,1 uF
T1, T2, T5, T6 = BC547,
T3, T4 = dowolny 30 V, 10 A mosfet, kanał N.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = 47K wstępnie ustawione
Transformator = 9-0-9 V, 8 A ( Specyfikacje muszą być wybrane zgodnie z obciążeniem wyjściowym w celu prawidłowej optymalizacji mocy )
Akumulator = 12 V, 10 Ah

Uzyskanie lepszego wskaźnika wydajności

Powyższa konwersja lub modyfikacja zapewni około 70% wydajności przy osiągniętym dopasowaniu RMS. Jeśli chcesz uzyskać lepsze i precyzyjne dopasowanie, prawdopodobnie wymagany byłby procesor falowy IC 556 PWM.

Chciałbyś odnieść się do tego artykułu, który przedstawia zasadę modyfikowanie przebiegu prostokątnego na przebieg sinusoidalny używając kilku IC555.

Wyjście z wyżej wymienionego obwodu może być w podobny sposób doprowadzone do bramki lub podstawy odpowiednich urządzeń zasilających, które są obecne w istniejącej kwadratowej jednostce falownika.

Bardziej kompleksowe podejście można zobaczyć w tym artykule, w którym plik IC 556 służy do wyodrębniania precyzyjnej zmodyfikowanej fali sinusoidalnej opartej na PWM ekwiwalenty ze źródła próbki fali prostokątnej.

Ten przebieg jest zintegrowany z istniejącymi urządzeniami wyjściowymi w celu wprowadzenia zamierzonych modyfikacji.

Powyższe przykłady uczą nas prostszych metod, za pomocą których każdy istniejący zwykły falownik prostokątny może zostać zmodyfikowany do konstrukcji falownika sinusoidalnego.

Konwersja do SPWM

W powyższym artykule dowiedzieliśmy się, jak można zoptymalizować przebieg falownika o przebiegu prostokątnym, aby uzyskać przebieg sinusoidalny poprzez cięcie prostokątnej fali na mniejsze odcinki.

Jednak głębsza analiza pokazuje, że o ile kształt fali przerywanej nie jest zwymiarowany w postaci SPWM, osiągnięcie odpowiedniego ekwiwalentu fali sinusoidalnej może nie być możliwe.

Aby spełnić ten warunek, obwód konwertera SPWM staje się niezbędny do wyodrębnienia najbardziej idealnego przebiegu sinusoidalnego z falownika.

Poniższy diagram pokazuje, jak można to skutecznie wdrożyć w projektach omówionych powyżej.

Zrozumieliśmy przez jeden z moich wcześniejszych artykułów jak można wykorzystać opamp do tworzenia SPWM tę samą teorię można było zobaczyć w powyższej koncepcji. Stosowane są tutaj dwa generatory fal trójkątnych, jeden przyjmuje szybką falę prostokątną z dolnego astable, a drugi przyjmuje wolne fale prostokątne z górnej astable i przetwarza je odpowiednio na odpowiednio szybkie i wolne wyjścia trójkątne.

Te przetworzone fale trójkątne są podawane przez dwa wejścia wzmacniacza operacyjnego, który ostatecznie przekształca je w SPWM lub szerokości impulsu fali sinusoidalnej.

Te SPWM są używane do przerywania sygnałów na bramce mosfetów, które ostatecznie przełączają kształt fali na podłączonym uzwojeniu transformatora w celu stworzenia dokładnej repliki czystego przebiegu sinusoidalnego po stronie wtórnej transformatora poprzez indukcję magnetyczną.