Večstopenjski 5-stopenjski kaskadni sinusni pretvornik

V tem članku se naučimo, kako narediti večstopenjsko (5-stopenjsko) kaskadno pretvorniško vezje z zelo preprostim konceptom, ki sem ga razvil jaz. Naučimo se več o podrobnostih.

Koncept vezja

Na tem spletnem mestu sem doslej razvil, zasnoval in predstavil številna vezja pretvornikov sinusnih valov z uporabo enostavnih konceptov in običajnih komponent, kot je IC 555, ki so bolj usmerjene k rezultatom, namesto da bi bile zapletene in polne teoretičnih motenj.

Pojasnil sem, kako preprosto a močan avdio ojačevalnik je mogoče pretvoriti v pretvornik s čistim sinusnim valom in izčrpno sem obravnaval tudi izumitelje sinusnih valov z uporabo konceptov SPWM

Na tej spletni strani smo se tudi naučili glede kako pretvoriti kateri koli kvadratni pretvornik v pretvornik s čistim sinusnim valom oblikovanje.

Pri ocenjevanju zgornjih vezij pretvornika sinusnega vala z uporabo sinusno enakovrednih PWM razumemo, da se valovna oblika SPWM ne ujema neposredno ali ne sovpada z dejansko sinusoidno valovno obliko, temveč izvajajo učinek ali rezultate sinusnega vala z interpretacijo efektivne vrednosti dejanskega sinusnega vala AC

Čeprav je SPWM mogoče šteti za učinkovit način kopiranja in izvajanja razumno čistega sinusnega vala, dejstvo, da ne simulira ali sovpada z resničnim sinusnim valom, naredi koncept nekoliko nezahteven, še posebej v primerjavi s petstopenjskim kaskadnim sinusnim pretvornikom koncept.

Obe vrsti konceptov simulacije sinusnega vala lahko primerjamo in analiziramo s sklicevanjem na naslednje slike:

Slika na večstopenjski kaskadni valovni obliki

Jasno lahko vidimo, da večstopenjski kaskadni koncept s 5 stopnjami ustvarja bolj očitno in učinkovitejšo simulacijo pravega sinusnega vala kot koncept SPWM, ki temelji zgolj na ujemanju RMS vrednosti z izvirno velikostjo sinusnega vala.

Načrtovanje običajnega 5-stopenjskega kaskadnega pretvornika sinusnih valov je lahko precej zapleteno, toda koncept, ki je tukaj razložen, olajša izvedbo in uporablja običajne komponente.

Shema vezja

OPOMBA: Prosimo, dodajte 1uF / 25 kondenzator čez črte # 15 in pin # 16 vrstic IC, sicer sekvenciranje ne bo sproženo.
Sklicujoč se na zgornjo sliko, lahko vidimo, kako preprosto lahko 5-stopenjski kaskadni inverterski koncept praktično izvedemo z uporabo samo transformatorja muti-tap, nekaj 4017 IC-jev in 18 močnostnih BJT-jev, ki bi jih po potrebi lahko zamenjali z MOSFET-i.

Tukaj je nekaj 4017 IC-jev, ki so Johnsonovi 10-stopenjski števni delilni žetoni, kaskadno izdelanih, tako da zaporedno tečejo ali lovijo logične vzpone po prikazanih pinoutih IC-jev.

Delovanje vezja

Ta zaporedno delujoča logika se uporablja za sprožitev povezanih BJT moči v istem zaporedju, ki nato preklopi navitje transformatorja v vrstnem redu, zaradi katerega transformator proizvaja kaskadno vrsto sinusno ekvivalentne valovne oblike.

Transformator tvori srce vezja in zaposluje posebej ranjen primarni sistem z 11 pipami. Te pipe preprosto izvlečemo enakomerno iz enega dolgega izračunanega navitja.

BJT-ji, povezani z eno od IC-jev, preklopijo eno polovico transformatorja skozi 5 pip, kar omogoča generiranje 5-stopenjskih korakov, ki predstavljajo en polovični cikel valovne oblike AC, medtem ko BJT-ji, povezani z drugimi IC-ji, opravljajo enako funkcijo pri oblikovanju navzgor po spodnji polovici AC cikla v obliki 5-stopenjske kaskadne valovne oblike.

IC se vodijo z urnimi signali, ki se nanašajo na navedeni položaj v vezju in jih je mogoče pridobiti iz katerega koli standardnega 555 IC stabilnega vezja.

Prvih 5 sklopov BJT-jev gradi 5 nivojev valovne oblike, preostali 4 BJT-ji pa preklopijo v obratnem vrstnem redu, da zaključijo kaskadno valovno obliko, ki ima skupaj 9 nebotičnikov.

Ti nebotičniki so oblikovani tako, da proizvajajo naraščajočo in padajočo raven napetosti s preklopom ustreznega navitja transformatorja, ki so ocenjeni na ustreznih napetostnih nivojih

Na primer, navitje št. 1 bi bilo mogoče oceniti na 150 V glede na sredinsko pipo, navitje št. 2 pri 200 V, navitje št. 3 pri 230 V, navitje št. 4 pri 270 V in navitje št. 5 pri 330 V, tako da ko jih zaporedno preklopite s niz prikazanih 5 BJT, dobimo prvih 5 stopenj valovne oblike, nato pa, ko se ta navitja preklopijo vzvratno z naslednjimi 4 BJT, ustvari padajoče valovne oblike 4 ravni, s čimer zaključi zgornji polovični cikel 220V AC.

Enako ponovijo ostalih 9 BJT-jev, povezanih z drugimi 4017 IC, kar povzroči spodnjo polovico petstopenjskega kaskadnega izmeničnega toka, ki zaključi eno popolno valovno obliko AC z zahtevanim 220V AC izhodom.

Podrobnosti navitja transformatorja:

Kot je razvidno iz zgornjega diagrama, je transformator navaden železni jeder, narejen tako, da primarno in sekundarno naviti z zavoji, ki ustrezajo navedenim napetostnim pipam.

Pri povezavi z ustreznimi BJT-ji lahko pričakujemo, da bo to navitje induciralo 5-stopinjsko ali skupno 9-stopenjsko kaskadno valovno obliko, pri čemer bi prvo navitje 36V ustrezalo in induciralo 150V, 27V pa enakovredno 200V, medtem ko bi 20V, 27V, 36V bi bili odgovorni za proizvodnjo 230V, 270V in 330V preko sekundarnega navitja v predlagani kaskadni obliki.

Nabor pip na spodnji strani primarnega dela bi izvedel preklop, da bi zaključil 4 naraščajoče ravni valovne oblike.

Isti postopek bi ponovili 9 BJT-jev, povezanih z komplementarno 4017 IC, za izdelavo negativnega polovičnega cikla izmeničnega toka ... negativni se upodablja zaradi nasprotne usmeritve navitja transformatorja glede na sredinsko pipo.

Nadgradnja:

Popoln diagram vezja obravnavanega večstopenjskega pretvornika sinewave

OPOMBA: Prosimo, dodajte 1uF / 25 kondenzator čez črte # 15 in pin # 16 vrstic IC, sicer sekvenciranje ne bo sproženo.
1M lonec, povezan s 555 vezjem, bo treba prilagoditi za nastavitev frekvence 50Hz ali 60Hz za pretvornik v skladu s specifikacijami države za uporabnika.

Seznam delov

Vsi neopredeljeni upori so 10k, 1/4 vata
Vse diode so 1N4148
Vsi BJT-ji so TIP142
IC so 4017

Opombe za večstopenjsko petstopenjsko kaskadno vezje pretvornika sinusov:

Testiranje in preverjanje zgornje zasnove je uspešno izvedel g. Sherwin Baptista, ki je eden od zagovornikov spletnega mesta.

1. Odločimo se za vhodno napajanje pretvornika --- 24V @ 18Ah @ 432Wh

2. V celotnem postopku izdelave tega pretvornika bo nastala emisija Hrup. Zelo enostavno rešiti vprašanje ustvarjenega in ojačenega hrupa

A. Odločimo se, da bomo izhodni signal IC555 filtrirali v trenutku, ko bo proizveden na zatiču 3, s čimer bomo lahko dobili čistejši kvadratni val.

B. Odločili smo se, da bomo uporabili FERRITE BEADS na ustreznih izhodih IC4017 za izboljšanje filtriranja, preden bo signal poslan na ojačevalne tranzistorje.

C. Odločili smo se, da bomo uporabili DVA TRANSFORMATORJA in izboljšali filtriranje med obema v vezju.

3. Podatki o oscilatorju:

Ta predlagana stopnja je glavna stopnja vezja pretvornika. Za delovanje transformatorja proizvaja potrebne impulze na določeni frekvenci. Sestavljen je iz močnostnih tranzistorjev IC555, IC4017 in ojačevalnika.

A. IC555:

To je enostaven za uporabo časovnik z nizko porabo in ima veliko različnih projektov, ki jih je mogoče izvesti z njegovo uporabo. V tem projektu pretvornika ga konfiguriramo v nespremenljiv način za generiranje kvadratnih valov. Tu nastavimo frekvenco 450Hz s prilagoditvijo potenciometra 1 megaohm in potrditvijo izhoda s frekvenčnim merilnikom.

B. IC4017:

To je 10-stopenjski logični čip Jhonsonovega števca, ki je zelo znan v zaporednih / delujočih vezjih LED utripalke / lovca. Tu je pametno konfiguriran za uporabo v pretvorniškem programu. Na vhode IC4017 dobimo teh 450Hz, ki jih generira IC555. Ta IC nalogo lomi vhodno frekvenco na 9 delov, pri čemer ima vsak 50Hz izhod.
Zdaj imajo izhodni zatiči obeh 4017 urni signal 50Hz, ki neprekinjeno teče naprej in nazaj.

C. Močni tranzistorji ojačevalnika:

To so močni tranzistorji, ki vlečejo baterijo v navitja transformatorja v skladu s signalom, ki se dovaja v njih. Ker so izhodni tokovi 4017-ih prenizki, jih ne moremo neposredno dovajati v transformator. Zato potrebujemo nekakšen ojačevalnik, ki bo pretvoril nizkonapetostne signale iz 4017-ih v visokotokovne signale, ki jih lahko nato prenesemo na transformator za nadaljnje delovanje.

Ti tranzistorji bi se med delovanjem segreli in bi nujno potrebovali hladilnik.
Za vsak tranzistor bi lahko uporabili ločen hladilnik, zato je treba zagotoviti, da
hladilniki se ne dotikajo.

ALI

Za namestitev vseh tranzistorjev na njem bi lahko uporabili en dolg kos hladilnika. Potem bi moral
toplotno in električno izolirajte osrednji jeziček vsakega tranzistorja, da se ne dotakne hladilnika

da se jim izognemo, da jim ne bi prišlo do kratkega stika. To lahko storite z uporabo izolacijskega kompleta Mica.

4. Sledi transformator prve stopnje:

A. Tu uporabljamo večnamenski primarni do dvožični sekundarni transformator. Nato najdemo volte na pipo za pripravo primarne napetosti.

---KORAK 1---

Upoštevamo vhodno enosmerno napetost 24V. To delimo z 1,4142 in najdemo njegov ekvivalent efektivne vrednosti AC, ki znaša 16,97V ~
Zgornjo RMS vrednost zaokrožimo, kar ima za posledico 17V ~

--- KORAK 2 ---

Nato delimo RMS 17V ~ s 5 (ker potrebujemo pet napetosti pipe) in dobimo RMS 3,4V ~
Končno vrednost RMS vzamemo za 3,5 V ~ in, če jo pomnožimo s 5, dobimo 17,5 V ~ kot okroglo številko.
Na koncu smo našli volte na pipo, ki je RMS 3,5 V ~

B. Odločili smo se, da bomo sekundarno napetost ohranili na RMS 12V ~, tj. 0-12V, ker lahko pri 12V ~ dobimo večjo izhodno moč

C. Torej imamo oceno transformatorja, kot je prikazano spodaj:
Primarni z več pipami: 17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5V @ 600W / 1000VA
Sekundarno: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA.
To navitje transformatorja smo dobili pri lokalnem prodajalcu transformatorjev.

5. Zdaj sledi glavni LC krog:

LC vezje, znano kot filtrirna naprava, ima močne aplikacije v vezjih pretvornikov moči.
Če ga uporabljate v pretvorniku, je praviloma potreben za razbijanje ostrih vrhov

generirane valovne oblike in jo pomaga pretvoriti v bolj gladko valovno obliko.

Tukaj na sekundarnem odseku zgornjega transformatorja, ki je 0 --- 12V, pričakujemo večstopenjsko
kvadratna kaskadna valovna oblika na izhodu. Torej uporabljamo petstopenjsko LC vezje, da dobimo enakovredno valovno obliko SINEWAVE.

Podatki za LC vezje so naslednji:

A) Vsi induktorji morajo imeti 500uH (mikrohenry) 50A IRON CORE EI LAMINATED.
B) Vsi kondenzatorji naj bodo tipa 1uF 250V NONPOLAR.

Upoštevajte, da poudarjamo petstopenjsko LC vezje in ne le eno ali dve stopnji, tako da lahko na izhodu dobimo veliko čistejšo valovno obliko z manjšim harmonskim popačenjem.

6. Zdaj prihaja transformator druge in zadnje stopnje:

Ta transformator je odgovoren za pretvorbo izhoda iz omrežja LC, tj. RMS 12V ~ v 230V ~
Ta transformator bi bil ocenjen kot spodaj:
Primarno: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA
Sekundarno: 230V @ 600W / 1000VA.

Tu na končnem izhodu 230 V NI bilo potrebno dodatno LC omrežje za več filtriranja, saj smo že na začetku filtrirali vsako stopnjo vsakega obdelanega izhoda.
IZHOD bo zdaj SINEWAVE.

DOBRO je, da na končnem izhodu tega pretvornika in HUMA ni popolnoma nobenega hrupa
lahko upravljate s prefinjenimi pripomočki.

Toda ena stvar, ki jo mora imeti v mislih oseba, ki upravlja pretvornik, je, DA NE PRETLOŽITE PRETVORNIKA in ohranjate omejene obremenitve moči sofisticiranih pripomočkov.

Nekaj ​​popravkov, ki jih je treba izvesti v vezju, je podano spodaj:

1. Regulator IC7812 mora imeti priključene bypass kondenzatorje. Namestiti ga je treba na a
HEATSKIN, saj bi se med delovanjem ogrelo.

2. Časovnik IC555 mora slediti serijskemu uporu, preden signal preide naprej na diode.
Vrednost upora mora biti 100E. IC se segreje, če upor ni priključen.

V zaključku imamo tri predlagane stopnje filtriranja:

1. Signal, ki ga generira IC555 na zatiču 3, se filtrira na tla in nato prenese na upor
in nato na diode.

2. Ko delujoči signali zapuščajo ustrezne nožice IC4017, smo prej povezali feritne kroglice
prehodni signal na upor.
3. Končna stopnja filtra se uporablja med obema transformatorjema

Kako sem izračunal navitje transformatorja

Danes bi rad nekaj delil z vami.

Pri navijanju železnega jedra nisem vedel ničesar o previjanju specifikacij, saj sem ugotovil, da gre veliko parametrov in izračunov.

Torej, za zgornji članek sem dal osnovne specifikacije osebi za navijanje trafo in me je le vprašal:

a) po potrebi dovajanje vhodne in izhodne napetosti,
b) vhodni in izhodni tok,
c) skupna moč,
d) Ali potrebujete zunanjo vpenjalno napravo, pritrjeno na trafo?
e) Ali želite varovalko, ki je notranje povezana na strani transformatorja 220V?
f) Ali želite, da so žice priključene na trafo ALI preprosto držite emajlirano žico na zunanji strani z dodanim hladilnim materialom?
g) Ali želite, da je jedro ozemljeno s priključeno zunanjo žico?
h) Ali želite, da je ŽELEZNO jedro zaščiteno z lakom in barvanjem s črnim oksidom?

Nazadnje mi je zagotovil popoln varnostni test za transformator, ki je narejen po naročilu, ko bo pripravljen, in trajalo bo pet dni, da bo dokončan, dokler ni zagotovljeno delno plačilo.
Delno plačilo je znašalo (približno) četrtino vseh predlaganih stroškov, ki jih je narekovala navijačica.

Moji odgovori na zgornja vprašanja so:

OPOMBA: Da bi se izognili zmedam pri ožičenju, predvidevam, da je trafo narejen za en namen: STOP DOL TRANSFORMATOR, kjer je primarna stran visoke napetosti, sekundarna pa stran nizke napetosti.

a) 0-220V primarni vhod, 2-žilni.
17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5V sekundarni večrezalni izhod, 11- žice.

b) Primarni vhodni tok: 4,55 A pri 220 V Izhodni tok: 28,6 amperov na sekundarni @ končni do končni napetosti 35 V… .. pri izračunu.

Rekel sem mu, da potrebujem 5 amperov pri 220 V (230 maks.), Tj. Primarni vhod in 32 amperov pri 35 V, tj. Sekundarni izhod z več pipami.

c) Sprva sem mu rekel 1000VA, vendar je na podlagi izračuna volt-krat ojačevalnika in zaokrožitve decimalnih številk moč prešla na 1120VA +/- 10%. Priskrbel mi je vrednost tolerance za varnostno stran 220V.

d) Da. Potrebujem enostavno pritrditev na kovinsko omarico.

e) Ne. Rekel sem mu, da ga bom postavil zunaj za lažji dostop, ko bo slučajno izpuhtel.

f) Rekel sem mu, naj emajlirana žica ostane na zunanji strani, da je sekundarna stran z več pipami primerno hladilna zaradi varnosti, na primarni strani pa sem zahteval priključitev žic.

g) Da. Iz varnostnih razlogov potrebujem ozemljitev jedra. Zato prosimo pritrdite zunanjo žico.

h) Da. Prosil sem ga, naj zagotovi potrebno zaščito za žigosanje jedra.

To je bila interakcija med mano in njim pri predlaganem transformatorju po naročilu.

NADGRADNJA:

V zgornji 5-stopenjski kaskadni izvedbi smo izvedli petstopenjsko sekanje po enosmerni strani transformatorja, kar se zdi nekoliko neučinkovito. To je zato, ker bi preklop lahko povzročil znatno izgubo moči zaradi zadnjega EMF iz transformatorja, zaradi česar bi moral biti transformator izjemno velik.

Boljša ideja bi lahko bila nihanje enosmerne strani s polno mostnim pretvornikom s frekvenco 50 Hz ali 60 Hz in sekundarno AC stran z našimi 9-stopenjskimi zaporednimi izhodi IC 4017 s pomočjo triakov, kot je prikazano spodaj. Ta ideja bi zmanjšala konice in prehodne razmere in pretvorniku omogočila bolj gladko in učinkovito izvedbo petstopenjskega sinusnega vala. Triaki bodo manj občutljivi na preklop v primerjavi s tranzistorji na enosmerni strani.