Monitasoinen 5-vaiheinen kaskadattu siniaaltoinvertteripiiri

Tässä artikkelissa opitaan, kuinka tehdä monitasoinen (5-vaiheinen) kaskadoitu taajuusmuuttajapiiri käyttämällä hyvin yksinkertaista kehittämääni konseptia. Otetaan lisätietoja yksityiskohdista.

Piirikonsepti

Tällä sivustolla olen toistaiseksi kehittänyt, suunnitellut ja esittänyt monia siniaaltoinvertteripiirejä käyttäen suoraviivaisia ​​käsitteitä ja tavallisia komponentteja, kuten IC 555, jotka sattuu olemaan enemmän tuloshakuisia kuin monimutkaisia ​​ja täynnä teoreettisia sekoituksia.

Olen selittänyt kuinka yksinkertaisesti a suuritehoinen äänivahvistin voidaan muuntaa puhtaaksi siniaaltoinvertteriksi , ja olen käsitellyt kattavasti myös SPWM-käsitteitä käyttäviä siniaaltoinverttereitä

Olemme oppineet myös tämän verkkosivuston kautta kuinka muuntaa minkä tahansa neliömuuntajan puhtaaksi siniaaltomuuntimeksi design.

Arvioimalla yllä olevat siniaaltoinvertteripiirit sinia ekvivalentteja PWM: iä käyttäen, ymmärrämme, että SPWM: n aaltomuoto ei ole suoraan yhteensopiva todellisen sinimuotoisen aaltomuodon kanssa, eivätkä ne toteudu siniaaltovaikutuksen tai tulokset tulkitsemalla todellisen siniaallon RMS-arvon AC.

Vaikka SPWM: ää voidaan pitää tehokkaana tapana replikoida ja toteuttaa kohtuullisen puhdas siniaalto, se tosiasia, että se ei simuloi tai osu todellisen siniaallon kanssa, tekee konseptista hieman epätyydyttävän, varsinkin verrattuna 5-tason kaskadoituun siniaaltoinvertteriin konsepti.

Voimme verrata ja analysoida kahden tyyppisiä siniaaltosimulaatiokonsepteja viittaamalla seuraaviin kuviin:

Monitasoinen kaskadoitu aaltomuoto kuva

Voimme selvästi nähdä, että monitasoinen 5-vaiheinen kaskadoitu konsepti tuottaa todellisemman ja tehokkaamman todellisen siniaallon simulaation kuin SPWM-konsepti, joka perustuu yksinomaan RMS-arvon sovittamiseen alkuperäisen siniaallon suuruuteen.

Tavanomaisen 5-tason kaskadin siniaaltoinvertterin suunnittelu voi olla melko monimutkaista, mutta tässä selitetty käsite tekee toteutuksesta helpompaa ja käyttää tavallisia komponentteja.

Piirikaavio

HUOMAUTUS: Lisää 1uF / 25-kondensaattori IC: n napojen # 15 ja pin # 16 viivojen yli, muuten sekvensointi ei ala.
Yllä olevaan kuvaan viitaten voimme nähdä, kuinka yksinkertaisesti 5-tasoinen kaskadoitu invertterikonsepti voidaan käytännössä toteuttaa vain muti-tap-muuntajalla, parilla 4017 IC: llä ja 18 teho-BJT: llä, jotka voidaan tarvittaessa korvata helposti mosfeteillä.

Tässä muutama 4017 IC: tä, jotka ovat Johnsonin 10-vaiheisia laskurin jakajia, kaskadoidaan tuottamaan peräkkäin kulkevat tai jahtaavat logiikkakorkot IC: n näytettyjen pinoutien yli.

Piirin käyttö

Tätä peräkkäin kulkevaa logiikkaa käytetään kytketyn tehon BJT: n laukaisemiseen samassa järjestyksessä, joka puolestaan ​​kytkee muuntajan käämityksen järjestyksessä, joka saa muuntajan tuottamaan kaskadoidun tyyppisen siniaaltoaaltomuodon.

Muuntaja muodostaa piirin sydämen ja työllistää erityisen haavoittuneen primäärin 11 hanalla. Nämä hanat yksinkertaisesti erotetaan tasaisesti yhdestä pitkästä lasketusta käämityksestä.

Yhdelle IC: stä liittyvät BJT: t kytkevät yhden muuntajan puoliskoista 5 hanan kautta, jolloin voidaan muodostaa 5 tasoista vaihetta, jotka muodostavat yhden AC-aaltomuodon puolisyklin, kun taas muihin IC: iin liittyvät BJT: t tekevät saman toiminnon muodonsa muodostamiseksi alemman puoliskon AC-jakso ylöspäin 5-tason kaskadoidun aaltomuodon muodossa.

IC: itä ohjataan kellosignaaleilla, jotka syötetään piirin osoitettuun kohtaan, jotka voitaisiin hankkia mistä tahansa vakiopiiristä 555 IC.

Ensimmäiset 5 BJT-sarjaa muodostavat aaltomuodon 5 tasoa, loput 4 BJT: tä vaihtavat samaa päinvastaisessa järjestyksessä kaskadoidun aaltomuodon täydentämiseksi, jossa on yhteensä 9 pilvenpiirtäjää.

Nämä pilvenpiirtäjät muodostetaan tuottamalla nouseva ja laskeva jännitetaso kytkemällä muuntajan vastaava käämi, joka on mitoitettu asiaankuuluville jännitetasoille

Esimerkiksi käämitys # 1 voitaisiin luokitella 150 V: iin keskihanaan nähden, käämi # 2 200 V: lla, käämitys # 3 230 V: lla, käämitys # 4 270 V: lla ja käämitys # 5 330 V: lla, joten kun niitä kytketään peräkkäin Esitetyn 5 BJT: n joukko, saamme aaltomuodon ensimmäiset 5 tasoa, seuraavaksi, kun nämä käämit kytketään taaksepäin seuraavilla 4 BJT: llä, se luo laskevat 4 tason aaltomuodot, mikä täydentää 220 V AC: n ylemmän puoliskosyklin.

Sama toistetaan muilla 9 BJT: llä, jotka liittyvät toiseen 4017 IC: hen, mikä johtaa 5-tason kaskadoidun vaihtovirran alaosaan, joka täydentää vaaditun 220 V: n AC-ulostulon yhden täydellisen AC-aaltomuodon.

Muuntajan käämityksen yksityiskohdat:

Kuten yllä olevasta kaaviosta voidaan todeta, muuntaja on tavallinen rautasydämen tyyppi, joka on valmistettu käämimällä ensiö ja sekundääri osoitettuja jännitekohtia vastaavilla kierroksilla.

Yhdistettynä vastaaviin BJT: iin näiden käämien voidaan odottaa aiheuttavan 5 tai yhteensä 9 tason kaskadoitua aaltomuotoa, jolloin ensimmäinen 36 V: n käämitys vastaisi ja indusoi 150 V: ta, 27 V indusoi vastaavan 200 V: n, kun taas 20 V, 27 V, 36 V olisi vastuussa 230 V: n, 270 V: n ja 330 V: n tuottamisesta toissijaisen käämityksen yli ehdotetussa kaskadimuodossa.

Ensisijaisen osan alapuolella oleva hanajoukko suorittaa kytkennän 4 aaltomuodon nousevan tason suorittamiseksi.

Samanlainen menettely toistettaisiin täydentävään 4017 IC: hen liitetyillä 9 BJT: llä AC: n negatiivisen puolisyklin rakentamiseksi ... negatiivinen suoritetaan muuntajan käämityksen päinvastaisen suunnan vuoksi keskihanaan nähden.

Päivittää:

Täydellinen piirikaavio keskustellusta monitasoisesta siniaaltoinvertteripiiristä

HUOMAUTUS: Lisää 1uF / 25-kondensaattori IC: n napojen # 15 ja pin # 16 viivojen yli, muuten sekvensointi ei ala.
555-piiriin liittyvä 1 M potti on säädettävä taajuusmuuttajan 50 Hz: n tai 60 Hz: n taajuuden asettamiseksi käyttäjän maakohtaisten tietojen mukaan.

Osaluettelo

Kaikki määrittelemättömät vastukset ovat 10k, 1/4 wattia
Kaikki diodit ovat 1N4148
Kaikki BJT: t ovat TIP142
IC: t ovat 4017

Huomautuksia monitasoisesta 5-vaiheisesta kaskadista siniaaltoinvertteripiiristä:

Sherwin Baptista, joka on yksi verkkosivuston innokkaista seuraajista, suoritti yllä olevan suunnittelun testauksen ja todentamisen.

1. Päätämme taajuusmuuttajan tulonsyötön --- 24V @ 18Ah @ 432Wh

2. Tämän invertterin koko rakentamisprosessissa syntyy NOISE-ongelma. Voit murtaa syntyvän ja vahvistetun melun ongelman erittäin helposti

A. Päätämme suodattaa IC555: n lähtösignaalin sillä hetkellä, kun se tuotetaan tapissa 3, tekemällä näin puhtaampi neliöaalto.

B. Päätämme käyttää FERRITE BEADS: ää IC4017: n vastaavissa lähdöissä suodatuksen tehostamiseksi ennen signaalin lähettämistä vahvistintransistoreihin.

C. Päätämme käyttää kahta muuntajaa ja parantaa suodatusta niiden molempien välillä piirissä.

3. Oskillaattorin vaiheet:

Tämä ehdotettu vaihe on invertteripiirin päävaihe. Se tuottaa tarvittavat pulssit tietyllä taajuudella muuntajan toimimiseksi. Se koostuu IC555, IC4017 ja vahvistimen tehotransistoreista.

A. IC555:

Tämä on helppokäyttöinen pienitehoinen ajastinsiru, ja sen avulla voidaan tehdä paljon erilaisia ​​projekteja. Tässä invertteriprojektissa konfiguroimme sen astable-tilassa tuottamaan neliöaaltoja. Tässä asetamme taajuudeksi 450 Hz säätämällä 1 megaohmin potentiometriä ja vahvistamalla lähtö taajuusmittarilla.

B. IC4017:

Tämä on Jhonsonin 10-vaiheinen laskurin jakajan logiikkasiru, joka on hyvin kuuluisa peräkkäisissä / käynnissä olevissa LED-vilkku- / jahtajapiireissä. Tässä se on fiksusti määritetty käytettäväksi invertterisovelluksessa. Tarjoamme tämän IC555: n tuottaman 450 Hz: n IC4017: n tuloille. Tämä mikropiiri hajottaa tulotaajuuden 9 osaan, joista kukin johtaa 50 Hz: n lähtöön.
Molempien 4017: n lähtöliittimillä on nyt 50 Hz: n kellosignaali jatkuvasti eteenpäin ja taaksepäin.

C. Vahvistimen tehotransistorit:

Nämä ovat suuritehoiset transistorit, jotka vetävät akkuvirran muuntajan käämeihin niihin syötetyn signaalin mukaisesti. Koska 4017: n lähtövirrat ovat liian matalat, emme voi syöttää niitä suoraan muuntajaan. Siksi tarvitsemme jonkinlaisen vahvistimen, joka muuntaa matalavirtaiset signaalit 4017: stä suurvirtaisiksi signaaleiksi, jotka voidaan sitten siirtää muuntajalle jatkokäyttöä varten.

Nämä transistorit kuumenisivat käytön aikana ja tarvitsisivat välttämättä jäähdytyselementtejä.
Jokaiselle transistorille voitaisiin käyttää erillisiä jäähdytyselementtejä, joten on varmistettava, että
jäähdytyselementit eivät kosketa toisiaan.

TAI

Voisi käyttää yhtä pitkää jäähdytyselementtiä kaikkien sen transistoreiden sovittamiseksi. Sitten pitäisi
eristää jokaisen transistorin keskikieleke lämpö- ja sähkökäyttöisesti koskettamasta jäähdytyselementtiä sisään

jotta ne eivät pääse oikosulkuun. Tämä voidaan tehdä käyttämällä kiilleeristyssarjaa.

4. Seuraavaksi tulee ensimmäisen vaiheen muuntaja:

A. Tässä käytämme monilankaista ensisijaista kaksilankaista toissijaista muuntajaa. Seuraavaksi löydämme voltit hanaa kohti ensiöjännitteen valmistamiseksi.

---VAIHE 1---

Otamme huomioon 24 V: n DC-tulojännitteen. Jaamme tämän 1,4142: lla ja löydämme sen AC RMS -ekvivalentin, joka on 16,97 V ~
Pyöristämme yllä olevan RMS-luvun, joka johtaa 17V ~

--- VAIHE 2 ---

Seuraavaksi jaamme RMS 17V ~ 5: llä (koska tarvitsemme viisi hanajännitettä) ja saamme RMS 3.4V ~
Otetaan lopullinen RMS-luku 3,5 V ~: lla ja kertomalla se 5: llä saadaan 17,5 V ~ pyöreänä kuvana.
Viimeinkin löysimme voltin per hana, joka on RMS 3,5 V ~

B. Päätämme pitää toissijaisen jännitteen RMS 12 V ~: lle, ts. 0-12 V johtuu siitä, että voimme saada suuremman ampeerilähdön 12 V ~: lla

Meillä on siis muuntajaluokka kuten alla:
Monisanainen ensisijainen: 17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5 V @ 600 W / 1000VA
Toissijainen: 0 --- 12 V @ 600 W / 1000 VA.
Saimme tämän muuntajan haavaksi paikallisen muuntajan jälleenmyyjän toimesta.

5. Nyt seuraa LC: n pääpiiriä:

Suodatinlaitteena tunnetulla LC-piirillä on vankat sovellukset tehomuuntajapiireissä.
Invertterisovelluksessa sitä käytetään yleensä terävien piikkien hajottamiseen

minkä tahansa generoidun aaltomuodon ja auttaa muuntamaan sen tasaisemmaksi aaltomuodoksi.

Täällä yllä olevan muuntajan toissijaisessa osassa, joka on 0 --- 12 V, odotamme monitasoa
neliön kaskadoitu aaltomuoto lähdössä. Joten käytämme 5-vaiheista LC-piiriä SINEWAVE-ekvivalentin aaltomuodon saamiseksi.

LC-piirin tiedot ovat seuraavat:

A) Kaikkien induktoreiden tulee olla 500 uH (mikrohenry) 50A-luokiteltu RAUTAYDIN ​​EI LAMINOITU.
B) Kaikkien kondensaattoreiden tulisi olla 1uF 250V NONPOLAR-tyyppisiä.

Huomaa, että painotamme 5-vaiheista LC-piiriä eikä vain yhtä tai kahta vaihetta, jotta voimme saada paljon puhtaamman aaltomuodon lähdössä pienemmällä harmonisella vääristymällä.

6. Nyt tulee toisen ja viimeisen vaiheen muuntaja:

Tämä muuntaja on vastuussa LC-verkon lähdön eli RMS 12V ~: n muuntamisesta 230V ~: ksi
Tämä muuntaja luokitellaan seuraavasti:
Ensisijainen: 0 --- 12 V @ 600 W / 1000 VA
Toissijainen: 230 V @ 600 W / 1000 VA.

Tässä ei tarvita ylimääräistä LC-verkkoa lopullisessa 230 V: n lähdössä suodatuksen lisäämiseksi, koska suodatimme jo jokaisen prosessoidun lähdön jokaisen vaiheen alussa.
LÄHTÖ on nyt SINEWAVE.

Hyvä asia on, että tämän invertterin ja
hienostuneita vempaimia voidaan käyttää.

Mutta yksi asia, joka invertteriä käyttävän henkilön on pidettävä mielessä, EI OLE YLITTÄÄ TAAJUUSMUUTTAJA ja pitää kehittyneiden laitteiden tehokuormat rajoissa.

Muutama kytkentäkaavioon tehtävä korjaus on annettu seuraavasti:

1. IC7812-säätimessä on oltava kytketty ohituskondensaattorit. Se tulisi asentaa a
HEATSINK, koska se lämpenee käytön aikana.

2. IC555-ajastimen tulisi noudattaa sarjavastusta, ennen kuin sen signaali kulkee eteenpäin diodeille.
Vastuksen arvon tulisi olla 100E. IC kuumenee, jos vastusta ei ole kytketty.

Lopuksi meillä on 3 ehdotettua suodatinvaihetta:

1. IC555: n napassa 3 tuottama signaali suodatetaan maahan ja siirretään sitten vastukseen
ja sitten diodeihin.

2. Kun juoksusignaalit poistuvat IC4017: n vastaavista nastoista, yhdistimme ferriittihelmet aiemmin
välittää signaalin vastukseen.
3. Lopullista suodatinvaihetta käytetään molempien muuntajien välillä

Kuinka laskin muuntajan käämityksen

Haluaisin jakaa jotain kanssasi tänään.

Rautasydämen kelaamisen suhteen en tiennyt mitään spesifikaatioiden kelaamisesta, koska sain selville paljon parametreja ja laskelmia.

Joten annoin yllä olevan artikkelin osalta perusominaisuudet trafo-kelaajalle ja hän vain kysyi minulta:

a) Tulo- ja lähtöjännitteen napauttaminen tarvittaessa,
b) Tulo- ja lähtövirta,
c) Kokonaisteho,
d) Tarvitsetko ulkopuolisen kiinnitystelineen, joka on kiinnitetty liikennevälineeseen?
e) Haluatko sulakkeen olevan kytketty sisäisesti muuntajan 220 V: n puolelle?
f) Haluatko liittää trafoon johtoja TAI pitääkö emaloitu lanka ulkopuolelta, johon on lisätty jäähdytyselementtiä?
g) Haluatko, että ydin maadoitetaan, kun ulkoinen johto on kytketty?
h) Haluatko, että IRON CORE suojataan lakalla ja maalilla mustalla oksidilla?

Lopuksi hän vakuutti minulle täydellisen turvallisuustestin siitä, että muuntaja on tilaustyyppi, kun se on valmis, ja valmistuminen kestää 5 päivää, kunnes osa maksetaan.
Osamaksu oli (noin) neljäsosa kelaajan sanelemista ehdotetuista kokonaiskustannuksista.

Vastaukseni yllä oleviin kysymyksiin ovat:

HUOMAUTUS: Johdotuksen aiheuttamien sekaannusten välttämiseksi oletan, että trafo on tehty yhtä tarkoitusta varten: ALAVAIHEEN Muuntaja, jossa ensisijainen on suurjännitepuoli ja toissijainen matalajännitepuoli.

a) 0-220 V: n ensisijainen tulo, 2-johtiminen.
17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5 V toissijainen monilähtöinen lähtö, 11- johdot.

b) Ensisijainen tulovirta: 4,55 A 220 V: lla Lähtövirta: 28,6 ampeeria moninapaisella toissijaisella @ päästä päähän -jännitteellä 35 V ... laskentaan.

Sanoin hänelle, että tarvitsen 5 ampeeria 220 V: lla (maks. 230) eli ensisijaista tuloa ja 32 ampeeria 35 V: lla, ts. Moninapautettua toissijaista lähtöä.

c) Kerroin hänelle alun perin 1000 VA, mutta voltin kertaa vahvistimen laskennan ja desimaalilukujen pyöristämisen perusteella teho meni 1120 VA +/- 10%. Hän antoi minulle turvallisuustoleranssiarvon 220 V: n puolelle.

d) Kyllä. Tarvitsen helpon kiinnityksen metallikaappiin.

e) Ei. Sanoin hänelle, että laitan yhden ulkoa, jotta pääsen siihen helposti, kun se vahingossa puhaltaa.

f) Käskin häntä pitämään emaloitua johtoa ulkopuolelta, jotta moninapainen toissijainen puoli jäähdytetään asianmukaisesti turvallisuuden vuoksi, ja ensiöpuolelta pyysin johtojen liittämistä.

g) Kyllä. Tarvitsen ytimen maadoituksen turvallisuussyistä. Siksi kiinnitä ulkoinen johto.

h) Kyllä. Pyysin häntä antamaan tarvittavan suojan ydinleimauksille.

Nämä olivat vuorovaikutus minun ja hänen kanssaan ehdotetulle tilaustyyppiselle muuntajalle.

PÄIVITTÄÄ:

Edellä olevassa 5-vaiheisessa kaskadirakenteessa toteutimme 5-vaiheisen pilkkomisen muuntajan tasavirtapuolen yli, mikä näyttää olevan vähän tehotonta. Se johtuu siitä, että kytkentä voi johtaa merkittävään määrään tehon menetystä muuntajan takaosan EMF: n kautta, ja tämä tarvitsee muuntajan olevan valtavan suuri.

Parempi ajatus voisi olla DC-puolen värähtely 50 Hz: n tai 60 Hz: n täyssilta-invertterillä ja toissijaisen vaihtovirtapuolen vaihtaminen 9-vaiheisella peräkkäisellä IC 4017 -lähdöllä triakoilla, kuten alla on esitetty. Tämä ajatus vähentäisi piikkejä ja transientteja ja antaisi taajuusmuuttajalle sujuvamman ja tehokkaamman 5-vaiheisen siniaaltomuodon. Triakit ovat vähemmän alttiita kytkentälle verrattuna tasavirtapuolen transistoreihin.