Çok Seviyeli 5 Adım Kademeli Sinüs İnvertör Devresi

Bu yazıda benim geliştirdiğim çok basit bir konsept kullanarak çok seviyeli (5 kademeli) kademeli bir inverter devresinin nasıl yapılacağını öğreniyoruz. Ayrıntılar hakkında daha fazla bilgi edelim.

Devre Konsepti

Bu web sitesinde şimdiye kadar, karmaşık ve teorik karmaşalarla dolu olmaktan ziyade sonuç odaklı olan IC 555 gibi basit kavramları ve sıradan bileşenleri kullanarak birçok sinüs dalgası invertör devresi geliştirdim, tasarladım ve tanıttım.

Açıkladım ne kadar basit bir yüksek güçlü ses amplifikatörü saf sinüs dalgalı invertöre dönüştürülebilir ve ayrıca SPWM konseptlerini kullanarak sinüs dalgası inveterlerini kapsamlı bir şekilde ele aldım

Ayrıca bu web sitesinden şunları da öğrendik: herhangi bir kare invertörü saf sinüs dalgalı invertöre dönüştürme tasarım.

Sinüs eşdeğeri PWM'ler kullanarak yukarıdaki sinüs dalgası invertör devrelerini değerlendirdiğimizde, SPWM'lerin dalga biçiminin gerçek bir sinüzoidal dalga biçimi ile doğrudan eşleşmediğini veya bununla çakışmadığını anlıyoruz, bunun yerine bunların gerçek sinüs dalgasının RMS değerini yorumlayarak sinüs dalgası etkisini veya sonuçlarını çalıştırdıklarını anlıyoruz. AC.

SPWM, makul derecede saf bir sinüs dalgasını kopyalamanın ve uygulamanın etkili bir yolu olarak düşünülebilirse de, gerçek bir sinüs dalgasını simüle etmemesi veya bununla çakışmaması, özellikle 5 Seviyeli kaskadlı sinüs dalgası invertörü ile karşılaştırıldığında konsepti biraz karmaşık hale getirir kavram.

Aşağıdaki görüntülere bakarak iki tür sinüs dalgası simülasyon konseptini karşılaştırabilir ve analiz edebiliriz:

Çok Düzeyli Basamaklı Dalga Biçimi Görüntüsü

Çok seviyeli 5 adımlı kademeli konseptin, yalnızca RMS değerini orijinal sinüs dalgası büyüklüğü ile eşleştirmeye dayanan SPWM konseptinden daha açık ve etkili bir gerçek sinüs dalgası simülasyonu ürettiğini açıkça görebiliriz.

Geleneksel bir 5 Seviyeli Kademeli sinüs dalgalı İnvertör tasarlamak oldukça karmaşık olabilir, ancak burada açıklanan konsept, uygulamayı kolaylaştırır ve sıradan bileşenleri kullanır.

Devre şeması

NOT: Lütfen IC'lerin pin # 15 ve pin # 16 hatları boyunca 1uF / 25 kapasitör ekleyin, aksi takdirde sıralama başlamaz.
Yukarıdaki resme atıfta bulunarak, 5 seviyeli kademeli invertör konseptinin sadece bir muti-tap transformatör, birkaç 4017 IC ve 18 güç BJT kullanılarak pratik olarak nasıl uygulanabileceğini görebiliriz, bunlar gerekirse kolayca mosfetlerle değiştirilebilir.

Burada, Johnson'ın 10 aşamalı karşı bölücü yongaları olan birkaç 4017 IC, IC'lerin gösterilen pin çıkışları boyunca sıralı olarak çalışan veya kovalayan bir mantık yüksekleri üretmek için kademeli hale getirilir.

Devre Çalışması

Bu sıralı olarak çalışan mantık, aynı sıradaki bağlı güç BJT'lerini tetiklemek için kullanılır; bu da, transformatör sargısını, transformatörün kademeli bir tür sinüs eşdeğer dalga formu üretmesine neden olan bir sırayla değiştirir.

Transformatör, devrenin kalbini oluşturur ve 11 kademe ile özel olarak yaralanmış bir primer kullanır. Bu kılavuzlar, tek bir uzun hesaplanmış sargıdan tek tip olarak çıkarılır.

IC'lerden biriyle ilişkili BJT'ler, AC dalga formunun bir yarım döngüsünü oluşturan 5 kademeli adımların oluşturulmasını sağlayan 5 kademe ile transformatörün yarısından birini değiştirirken, diğer IC'lerle ilişkili BJT'ler şekil vermek için aynı işlevi görür. AC döngüsünün alt yarısını 5 seviyeli kademeli dalga formu şeklinde artırın.

IC'ler, herhangi bir standart 555 IC kararsız devreden elde edilebilen, devrede belirtilen konuma uygulanan saat sinyalleri tarafından çalıştırılır.

BJT'lerin ilk 5 seti dalga formunun 5 seviyesini oluşturur, kalan 4 BJT ise toplam 9 gökdelene sahip olan kademeli dalga formunu tamamlamak için ters sırayla aynı şekilde değişir.

Bu gökdelenler, ilgili gerilim seviyelerinde derecelendirilmiş transformatörün karşılık gelen sargısının anahtarlanmasıyla yükselen ve alçalan gerilim seviyeleri üretilerek oluşturulur.

Örneğin, sargı # 1, merkez musluğa göre 150V, sargı # 2 200V, sargı # 3, 230V, sargı # 4 ve 330V, sargı # 5, 330V olarak derecelendirilebilir, dolayısıyla bunlar sırayla değiştirildiğinde gösterilen 5 BJT seti, dalga formunun ilk 5 seviyesini elde ederiz, daha sonra bu sargılar aşağıdaki 4 BJT ile ters çevrildiğinde, alçalan 4 seviyeli dalga formlarını oluşturur, böylece 220V AC'nin üst yarı döngüsünü tamamlar.

Aynısı, gerekli 220V AC çıkışının tam bir AC dalga biçimini tamamlayan 5 seviyeli kademeli AC'nin alt yarısına yol açan diğer 4017 IC ile ilişkili diğer 9 BJT tarafından tekrarlanır.

Trafo Sargı Detayları:

Yukarıdaki diyagramda görülebileceği gibi, transformatör, birincil ve ikincilin belirtilen voltaj kademelerine karşılık gelen dönüşlerle sarılmasıyla yapılan sıradan bir demir çekirdek türüdür.

Karşılık gelen BJT'lerle bağlandığında, bu sargının, ilk 36V sargısının bir 150V'ye karşılık geldiği ve indüklediği bir 5 seviyeli veya toplam 9 seviyeli kademeli dalga biçimini indüklemesi beklenebilir, 27V, 200V eşdeğerini indüklerken, 20V, 27V, 36V, önerilen kademeli formatta ikincil sargı boyunca 230V, 270V ve 330V üretmekten sorumlu olacaktır.

Primerin alt tarafındaki bağlantı seti, dalga formunun 4 artan seviyesini tamamlamak için geçişi gerçekleştirecektir.

AC'nin negatif yarı döngüsünü oluşturmak için tamamlayıcı 4017 IC ile ilişkili 9 BJT ile aynı prosedür tekrarlanacaktır ... negatif, merkezi musluğa göre transformatör sargısının zıt yönüne bağlı olarak oluşturulur.

Güncelleme:

Tartışılan çok seviyeli sinüs dalgası invertör devresinin tam devre şeması

NOT: Lütfen IC'lerin pin # 15 ve pin # 16 hatları boyunca 1uF / 25 kapasitör ekleyin, aksi takdirde sıralama başlamaz.
555 devresiyle ilişkili 1M pot, kullanıcının ülke özelliklerine göre invertör için 50 Hz veya 60 Hz frekans ayarlamak için ayarlanmalıdır.

Parça listesi

Tüm belirtilmemiş dirençler 10k, 1/4 watt'tır
Tüm diyotlar 1N4148'dir
Tüm BJT'ler TIP142'dir
IC'ler 4017'dir

Çok Seviyeli 5 Adımlı Kademeli Sinüs İnvertör Devresi için Notlar:

Yukarıdaki tasarımın test edilmesi ve doğrulanması, web sitesinin keskin takipçilerinden biri olan Bay Sherwin Baptista tarafından başarıyla gerçekleştirildi.

1. İnvertöre giriş beslemesine karar veriyoruz - 24V @ 18Ah @ 432Wh

2. Bu invertörü inşa etme sürecinin tümünde üretilen bir GÜRÜLTÜ sorunu olacaktır. Üretilen ve güçlendirilen gürültü sorununu çok kolay bir şekilde çözmek için

C. IC555'in çıkış sinyalini üretildiği anda pin 3'te filtrelemeye karar verdik, böylece daha temiz bir kare dalga elde edilebilir.

B. Sinyal amplifikatör transistörlerine gönderilmeden önce filtrelemeyi geliştirmek için IC4017'nin ilgili çıkışlarında FERRITE BONCUKLARI kullanmaya karar verdik.

C. İKİ TRANSFORMATÖR kullanmaya ve devrede ikisi arasındaki filtrelemeyi geliştirmeye karar verdik.

3. Osilatör Aşaması Verileri:

Önerilen bu aşama, inverter devresinin ana aşamasıdır. Transformatörün çalışması için belirli bir frekansta gerekli darbeleri üretir. IC555, IC4017 ve Amplifikatör Güç Transistörlerinden oluşur.

A. IC555:

Bu, kullanımı kolay bir düşük güç zamanlayıcı yongasıdır ve onu kullanarak yapılabilecek çok sayıda projeye sahiptir. Bu invertör projesinde, kare dalgalar oluşturmak için onu kararsız modda yapılandırıyoruz. Burada 1 megaohm potansiyometreyi ayarlayarak ve çıkışı bir frekans ölçer ile onaylayarak frekansı 450Hz olarak ayarladık.

B.IC4017:

Bu, sıralı / çalışan LED flaşör / kovalayıcı devrelerinde çok ünlü olan bir Jhonson'ın 10 aşamalı karşı bölücü mantık çipidir. Burada, bir inverter uygulamasında kullanılmak üzere akıllıca yapılandırılmıştır. IC555 tarafından üretilen bu 450 Hz'yi IC4017'nin girişlerine sağlıyoruz. Bu IC, giriş frekansını 9 parçaya ayırma işini yapar ve her biri 50Hz çıkışla sonuçlanır.
Şimdi, her iki 4017'nin çıkış pimleri, sürekli olarak ileri ve geri hareket eden 50 Hz'lik bir saat sinyaline sahip.

C. Amplifikatör Güç Transistörleri:

Akü gücünü, kendilerine beslenen sinyale göre trafo sargılarına çeken Yüksek Güçlü Transistörlerdir. 4017'lerin çıkış akımları çok düşük olduğundan, bunları doğrudan transformatöre besleyemiyoruz. Bu nedenle, 4017'lerden düşük akım sinyallerini yüksek akım sinyallerine dönüştürecek ve daha sonra daha fazla işlem için transformatöre geçirilebilecek bir tür amplifikatöre ihtiyacımız var.

Bu transistörler, çalışma sırasında ısınır ve mutlaka soğutmaya ihtiyaç duyar.
Her bir transistör için ayrı bir soğutucu kullanılabilir, bu nedenle
soğutucular birbirine değmez.

VEYA

Üzerindeki tüm transistörleri sığdırmak için tek bir uzun soğutucu parçası kullanılabilir. O zaman biri
termal ve elektriksel olarak her bir transistörün orta çıkıntısının soğutucuya dokunmasını engelleyin.

kısaltılmalarını önlemek için. Bu, Mika İzolasyon Kiti kullanılarak yapılabilir.

4. Ardından Birinci Aşama Transformatörü geliyor:

A. Burada Çok Kademeli Primerden İki Telli İkincil transformatörden yararlanıyoruz. Daha sonra, birincil voltajı hazırlamak için musluk başına volt buluruz.

---AŞAMA 1---

24V olan Giriş DC Voltajını dikkate alıyoruz. Bunu 1.4142 ile böleriz ve 16.97V olan AC RMS eşdeğerini buluruz ~
Yukarıdaki RMS rakamını yuvarlıyoruz, bu da 17V ~

---ADIM 2---

Daha sonra RMS 17V ~ 'yi 5'e böleriz (çünkü beş kademe voltajına ihtiyacımız var) ve RMS 3.4V elde ederiz ~
Son RMS rakamını 3.5V ~ ile alırız ve 5 ile çarparsak bize 17.5V ~ verir.
Son olarak, RMS 3.5V olan Tap Başına Volt'u bulduk ~

B.İkincil voltajı RMS 12V'de tutmaya karar verdik ~ yani, 0-12V, 12V ~'da daha yüksek bir amper çıkışı elde edebiliyoruz çünkü

C. Yani aşağıdaki gibi trafo derecelendirmesine sahibiz:
Çoklu Kademeli Birincil: 17,5 - 14 - 10,5 - 7 - 3,5 - 0 - 3,5 - 7 - 10,5 - 14 - 17,5V @ 600W / 1000VA
İkincil: 0 - 12V @ 600W / 1000VA.
Bu transformatörü yerel bir transformatör satıcısından aldık.

5. Şimdi ana LC Devresini takip edin:

Filtre cihazı olarak bilinen bir LC devresi, güç dönüştürücü devrelerinde sağlam uygulamalara sahiptir.
Bir invertör uygulamasında kullanıldığında, genellikle keskin zirveleri kırmak için gereklidir.

Oluşturulan herhangi bir dalga formunun daha yumuşak bir dalga formuna dönüştürülmesine yardımcı olur.

Burada, yukarıdaki transformatörün 0 - 12V olan ikincil bölümünde, çok seviyeli bir
çıkışta kare kademeli dalga formu. Bu yüzden, SINEWAVE eşdeğer dalga formu elde etmek için 5 Aşamalı LC Devresi kullanıyoruz.

LC Devresi için veriler aşağıdaki gibidir:

A) Tüm İndüktörler 500uH (microhenry) 50A dereceli DEMİR CORE EI LAMİNE olmalıdır.
B) Tüm Kapasitörler 1uF 250V NONPOLAR tipte olmalıdır.

Çıkışta daha az harmonik bozulma ile çok daha temiz bir dalga formu elde edebilmemiz için sadece bir veya iki aşamayı değil, 5 aşamalı LC devresini vurguladığımızı unutmayın.

6. Şimdi İkinci ve Son Aşama Transformatörü geliyor:

Bu transformatör, çıktıyı LC ağından, yani RMS 12V ~ 'dan 230V ~' ye dönüştürmekle sorumludur.
Bu transformatör aşağıdaki gibi derecelendirilecektir:
Birincil: 0 - 12V @ 600W / 1000VA
İkincil: 230V @ 600W / 1000VA.

Burada, daha fazla filtreleme için son 230V çıkışta HİÇBİR ilave LC ağına ihtiyaç duyulmayacaktır çünkü başlangıçta her işlenmiş çıktının her aşamasını filtreledik.
ÇIKTI şimdi bir SINEWAVE olacaktır.

İYİ bir şey, bu invertörün son çıkışında kesinlikle GÜRÜLTÜ olmaması ve
sofistike araçlar çalıştırılabilir.

Ancak, inverteri çalıştıran kişi tarafından akılda tutulması gereken bir şey, İNVERTERİ AŞIRI YÜKLEMEMEK ve karmaşık cihazların güç yüklerini sınırlar dahilinde tutmaktır.

Devre şemasında yapılacak birkaç düzeltme aşağıdaki gibidir:

1. IC7812 regülatörüne bağlı baypas kondansatörleri olmalıdır. Üzerine monte edilmelidir.
Çalışma sırasında ısınacağından HEATSINK.

2. IC555 zamanlayıcı, sinyali diyotlara geçmeden önce bir seri direnci izlemelidir.
Direnç değeri 100E olmalıdır. Direnç bağlı değilse IC ısınır.

Sonuç olarak, önerilen 3 filtre aşaması var:

1. IC555 tarafından pin 3'te üretilen sinyal toprağa filtrelenir ve ardından dirence aktarılır
ve sonra diyotlara.

2. Çalışan sinyaller IC4017'nin ilgili pinlerinden çıkarken, daha önce ferrit boncukları bağladık.
dirence sinyal geçirme.
3. Son filtre aşaması her iki transformatör arasında kullanılır

Transformatör Sargısını Nasıl Hesapladım

Bugün sizinle bir şeyler paylaşmak isterim.

Konu demir çekirdeğin sarılmasına gelince, geri sarma spesifikasyonları hakkında hiçbir şey bilmiyordum çünkü çok fazla parametre ve hesaplamanın bunlara girdiğini öğrendim.

Bu yüzden yukarıdaki makale için trafo sarıcı kişisine temel özellikleri verdim ve bana sordu:

a) Gerekirse giriş ve çıkış voltajı kademesi,
b) Giriş ve çıkış akımı,
c) Toplam güç,
d) Trafiğe cıvatalanmış harici kenetleme fikstürüne ihtiyacınız var mı?
e) Transformatörün 220V tarafına dahili olarak bağlanmış bir sigorta istiyor musunuz?
f) Trafoya bağlanan kablolar mı istiyorsunuz VEYA sadece emaye kabloyu eklenmiş soğutucu materyali ile dışarıda mı tutuyorsunuz?
g) Çekirdeğin harici bir kablo bağlanarak topraklanmasını istiyor musunuz?
h) DEMİR ÇEKİRDEK'in verniklenmesini ve siyah oksitle boyanmasını ister misiniz?

Sonunda, transformatörün hazır olduğunda siparişe göre üretilmiş bir tip olması için eksiksiz bir güvenlik testi yaptığına dair bana güvence verdi ve bir parça ödemesi sağlanana kadar tamamlanması 5 gün sürecek.
Parça ödemesi, sancı kişi tarafından dikte edilen toplam önerilen maliyetin (yaklaşık olarak) dörtte biri kadardı.

Yukarıdaki sorulara verdiğim cevaplar:

NOT: Kablolama karmaşasını önlemek için, trafiğin tek bir amaç için yapıldığını varsayıyorum: Birincil yüksek voltaj tarafı ve ikincil düşük voltaj tarafı olan ADIM AŞAĞI TRANSFORMATÖR.

a) 0-220V birincil giriş, 2 telli.
17,5 - 14 - 10,5 - 7 - 3,5 - 0 - 3,5 - 7 - 10,5 - 14 - 17,5V ikincil çok kademeli çıkış, 11- teller.

b) Birincil giriş akımı: 220V'da 4.55A Çıkış akımı: Hesaplama söz konusu olduğunda çok kademeli ikincil @ uçtan uca gerilim 35V… .. üzerinde 28.6 Amper.

Ona 220V'da 5 amper (230. maks.), Yani birincil giriş ve 35V'de 32 amper, yani çok kademeli ikincil çıkışa ihtiyacım olduğunu söyledim.

c) Başlangıçta ona 1000VA dedim, ancak volt çarpı amper hesaplamasına ve ondalık sayıları yuvarlayarak, güç 1120VA +/-% 10'a çıktı. Bana 220V tarafı için bir güvenlik toleransı değeri sağladı.

d) Evet. Metal dolaba kolay sabitlemeye ihtiyacım var.

e) Hayır. Yanlışlıkla patladığında kolay erişim için dışarıdan bir tane yerleştireceğimi söyledim.

f) Emaye teli dışarıda tutmasını, çok yönlü sekonder tarafın güvenlik için uygun şekilde soğutulmasını söyledim ve birincil tarafta tellerin bağlanmasını istedim.

g) Evet. Güvenlik nedeniyle çekirdeğin topraklanmasına ihtiyacım var. Bu nedenle lütfen harici bir kablo bağlayın.

h) Evet. Çekirdek damgalar için gerekli korumayı sağlamasını istedim.

Bunlar, önerilen siparişe göre üretilen tip transformatör için benim ve onun arasındaki etkileşimdi.

GÜNCELLEME:

Yukarıdaki 5 adımlı kademeli tasarımda, transformatörün DC tarafı boyunca biraz verimsiz görünen 5 adımlı doğrama uyguladık. Bunun nedeni, anahtarlamanın transformatörden geri EMF yoluyla önemli miktarda güç kaybına neden olabilmesidir ve bu, transformatörün çok büyük olmasını gerektirecektir.

DC tarafını 50 Hz veya 60 Hz tam köprü invertörü ile salınım yapmak ve aşağıda gösterildiği gibi triyak kullanan 9 adımlı sıralı IC 4017 çıkışlarımızla ikincil AC tarafını değiştirmek daha iyi bir fikir olabilir. Bu fikir, ani yükselmeleri ve geçişleri azaltacak ve invertörün 5 adımlı sinüs dalga formunun daha yumuşak ve verimli bir şekilde yürütülmesini sağlayacaktır. Triyaklar, DC tarafındaki transistörlere kıyasla anahtarlamaya karşı daha az savunmasız olacaktır.