Mạch biến tần 500 Watt với bộ sạc pin

Trong bài đăng này, chúng tôi sẽ thảo luận toàn diện về cách xây dựng mạch biến tần 500 watt với giai đoạn sạc pin tự động tích hợp.

Tiếp theo trong bài viết, chúng ta cũng sẽ tìm hiểu cách nâng cấp hệ thống để có tải cao hơn và cách nâng cấp ot thành phiên bản sóng sin thuần túy.

Bộ biến tần công suất 500 watt này sẽ chuyển đổi điện áp 12 V DC hoặc 24 V DC từ pin axit chì thành 220 V hoặc 120 V AC, có thể được sử dụng để cấp nguồn cho tất cả các loại tải, ngay từ đèn CFL, bóng đèn LED, quạt, lò sưởi , động cơ, máy bơm, máy trộn, máy tính, v.v.

Thiết kế cơ bản

An biến tần có thể được thiết kế theo nhiều cách khác nhau, chỉ đơn giản bằng cách thay thế giai đoạn dao động bằng một loại giai đoạn dao động khác, tùy theo sở thích của người dùng.

Giai đoạn dao động về cơ bản là một multivibrator đáng kinh ngạc có thể được sử dụng IC hoặc bóng bán dẫn.

Mặc dù một bộ dao động dựa trên khả năng ổn định có thể được thiết kế theo nhiều cách khác nhau, chúng tôi sẽ sử dụng tùy chọn IC 4047 ở đây vì nó là một chip linh hoạt, chính xác và được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng như máy in.

Sử dụng IC 4047

Chế tạo bất kỳ biến tần nào sử dụng IC 4047 có lẽ là lựa chọn được khuyến nghị nhất do độ chính xác và khả năng đọc của vi mạch cao. Thiết bị này là một IC dao động đa năng cung cấp một đầu ra kéo đẩy hoặc flip flop kép trên chân 10 và chân 11 của nó, và cũng là một đầu ra sóng vuông duy nhất ở chân 13.

MẠCH CƠ BẢN

Một biến tần 500 watt cơ bản với đầu ra sóng vuông có thể đơn giản như trên để xây dựng. Tuy nhiên, để nâng cấp nó bằng bộ sạc pin, chúng tôi có thể phải sử dụng một bộ biến áp sạc được đánh giá thích hợp theo thông số kỹ thuật của pin.

Trước khi tìm hiểu cấu hình bộ sạc, trước tiên chúng ta hãy làm quen với thông số kỹ thuật pin cần thiết cho dự án này.

Từ một trong những bài viết trước của chúng tôi, chúng tôi biết rằng tốc độ sạc và xả thích hợp hơn của pin axit chì nên ở tốc độ 0,1C hoặc ở dòng điện cung cấp ít hơn 10 lần so với xếp hạng Ah của pin. Điều này ngụ ý rằng để có được ít nhất 7 giờ dự phòng ở tải 500 watt, Ah của pin có thể được tính theo cách sau

Dòng điện hoạt động cần thiết cho tải 500 watt từ pin 12V sẽ là 500/12 = 41 Amps xấp xỉ

41 ampe này cần kéo dài trong 7 giờ, có nghĩa là Ah của pin phải = 41 x 7 = 287 Ah. Tuy nhiên, trong cuộc sống thực, di chúc này sẽ cần ít nhất 350 Ah.

Đối với pin 24 V, mức này có thể giảm tới 50% ở 200 Ah. Đây chính là lý do tại sao điện áp hoạt động cao hơn luôn được khuyên dùng khi xếp hạng công suất của biến tần ở phía cao hơn.

Sử dụng pin 24 V

Để giữ cho pin và kích thước máy biến áp nhỏ hơn và dây cáp mỏng hơn, bạn có thể muốn sử dụng pin 24 V cho hoạt động của thiết kế 500 watt được đề xuất.

Thiết kế cơ bản sẽ vẫn như cũ, ngoại trừ một 7812 IC được thêm vào mạch IC 4047, như hình dưới đây:

Sơ đồ

Sạc pin

Để giữ cho thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả, tôi đã tránh sử dụng tự động cắt bộ sạc pin ở đây, và cũng đã đảm bảo một máy biến áp chung duy nhất được sử dụng cho biến tần và hoạt động của bộ sạc.

Sơ đồ mạch hoàn chỉnh cho biến tần 500 watt được đề xuất với bộ sạc pin có thể được nhìn thấy dưới đây:

Khái niệm tương tự đã được thảo luận tỉ mỉ trong một trong những bài viết liên quan khác, bạn có thể tham khảo để biết thêm thông tin.

Về cơ bản, biến tần sử dụng cùng một máy biến áp để sạc pin và để chuyển đổi nguồn pin thành đầu ra 220 V AC. Hoạt động được thực hiện thông qua một mạng chuyển đổi rơle, luân phiên thay đổi cuộn dây máy biến áp sang chế độ sạc và chế độ biến tần.

Làm thế nào nó hoạt động

Khi nguồn điện lưới AC không khả dụng, các tiếp điểm rơle được đặt tại các điểm N / C tương ứng của chúng (thường đóng). Điều này kết nối cống của MOSFET với sơ cấp của máy biến áp và các thiết bị hoặc tải kết nối với thứ cấp của máy biến áp.

Thiết bị chuyển sang chế độ biến tần và bắt đầu tạo ra 220V AC hoặc 120 V AC cần thiết từ pin.

Các cuộn dây tiếp điện được cấp nguồn từ một vật liệu thô đơn giản mạch cung cấp điện không biến áp (điện dung) sử dụng một tụ điện rơi 2uF / 400V.

Nguồn cung cấp không bắt buộc phải được ổn định hoặc điều chỉnh tốt vì tải ở dạng cuộn dây rơ le có nhiệm vụ khá nặng và sẽ dễ dàng chịu được sự đột ngột của công tắc ON từ tụ điện 2uF.

Có thể thấy cuộn dây cho rơ le RL1 điều khiển phía nguồn AC của máy biến áp được kết nối trước một diode chặn, trong khi cuộn dây của RL2 điều khiển phía MOSFET được đặt sau diode và song song với một tụ điện lớn.

Điều này được thực hiện một cách có chủ ý để tạo ra một hiệu ứng trễ nhỏ cho RL2, hoặc để đảm bảo RL1 chuyển sang BẬT và TẮT trước RL2. Điều này là vì các mối quan tâm về an toàn và để đảm bảo rằng MOSFET không bao giờ bị cung cấp sạc ngược bất cứ khi nào rơle chuyển từ chế độ biến tần sang chế độ sạc.

Đề xuất An toàn

Như chúng ta đã biết, trong bất kỳ mạch nghịch lưu nào, máy biến áp hoạt động giống như một tải nặng cảm ứng. Khi một tải cảm ứng nặng như vậy được chuyển đổi với một tần số, nó nhất định tạo ra một lượng lớn dòng điện đột biến có thể gây nguy hiểm cho các thiết bị điện tử nhạy cảm và các vi mạch liên quan.

Để đảm bảo an toàn thích hợp cho giai đoạn điện tử, điều quan trọng là phải sửa đổi phần 7812 theo cách sau:

Đối với ứng dụng 12V, bạn có thể giảm mạch bảo vệ tăng đột biến ở trên xuống phiên bản sau:

Pin, MOSFET và Máy biến áp Xác định công suất

Chúng tôi đã thảo luận về điều này nhiều lần qua các bài viết khác nhau rằng chính biến áp, pin và xếp hạng MOSFET thực sự quyết định lượng điện năng mà một biến tần có thể tạo ra.

Chúng ta đã nói về các tính toán pin trong các đoạn trước, bây giờ hãy xem cách máy biến áp có thể được tính toán để bổ sung cho sản lượng điện yêu cầu.

Nó thực sự rất đơn giản. Vì điện áp được cho là 24 V và công suất 500 watt, chia 500 với 24 sẽ cho 20,83 amps. Có nghĩa là định mức amp biến áp phải trên 21 ampe, tốt nhất là lên đến 25 ampe.

Tuy nhiên, vì chúng tôi đang sử dụng cùng một máy biến áp cho cả hai chế độ sạc và biến tần, chúng tôi phải chọn điện áp sao cho phù hợp với cả hai hoạt động một cách tối ưu.

20-0-20 V cho phía sơ cấp dường như là một thỏa hiệp tốt, trên thực tế, nó là đánh giá lý tưởng phù hợp cho hoạt động tổng thể của biến tần trên cả hai chế độ.

Vì chỉ sử dụng một nửa cuộn dây để sạc pin nên định mức 20 V RMS của máy biến áp có thể được sử dụng để nhận Dc đỉnh 20 x 1,41 = 28,2 V trên pin với sự trợ giúp của tụ lọc liên kết được kết nối qua pin thiết bị đầu cuối. Điện áp này sẽ sạc pin ở tốc độ tốt và ở tốc độ chính xác.

Trong chế độ biến tần, khi pin ở khoảng 26 V, sẽ cho phép đầu ra biến tần ở mức 24/26 = 220 / Out

Ra = 238 V

Điều này có vẻ là một đầu ra khỏe mạnh trong khi pin thứ này được sạc tối ưu và ngay cả khi pin giảm xuống 23 V, đầu ra có thể được mong đợi duy trì mức 210V khỏe mạnh

Tính toán MOSFET : Về cơ bản MOSFET hoạt động giống như các công tắc không bị cháy trong khi chuyển đổi lượng dòng điện danh định và cũng không được nóng lên do tăng điện trở đối với dòng chuyển đổi.

Để đáp ứng các khía cạnh trên, chúng tôi phải đảm bảo rằng khả năng xử lý hiện tại hoặc thông số ID của MOSFET là trên 25 amps cho biến tần 500 watt của chúng tôi. Ngoài ra, để tránh tiêu tán cao và chuyển đổi không hiệu quả, thông số RDSon của MOSFET phải càng thấp càng tốt.

Thiết bị hiển thị trong sơ đồ là IRF3205 , có ID là 110 amp và RDSon là 8 miliohms (0,008 Ohms), thực sự trông khá ấn tượng và hoàn toàn phù hợp cho dự án biến tần này.

Danh sách các bộ phận

Để chế tạo biến tần 500 watt ở trên với bộ sạc pin, bạn sẽ cần hóa đơn vật liệu sau:

• IC 4047 = 1
• Điện trở
• 56 nghìn = 1
• 10 ôm = 2
• Tụ điện 0,1uF = 1
• Tụ điện 4700uF / 50 V = 1 (trên các cực của pin)
• MOSFETs IRF3205 = 2
• Diode 20 amp = 1
• Tản nhiệt cho MOSFETs = Loại lớn có vây
• Điốt chặn qua MOSFETs Drain / Source = 1N5402 (Vui lòng kết nối chúng qua cống / nguồn của mỗi MOSFET để tăng cường bảo vệ chống lại EMF ngược từ sơ cấp biến áp. Cathode sẽ đi đến chân xả.
• Chuyển tiếp DPDT 40 amp = 2 nos

Nâng cấp lên Biến tần Sinewave Sửa đổi

Phiên bản sóng vuông được thảo luận ở trên có thể được chuyển đổi một cách hiệu quả thành đã sửa đổi sinewave Mạch biến tần 500 watt với dạng sóng đầu ra được cải thiện nhiều.

Đối với điều này, chúng tôi sử dụng tuổi già IC 555 và IC 741 kết hợp để sản xuất dạng sóng sin dự kiến.

Mạch hoàn chỉnh với bộ sạc pin được cung cấp dưới đây:

Ý tưởng này cũng giống như ý tưởng đã được áp dụng trong một số thiết kế biến tần sinewave khác trên trang web này. Nó là cắt cổng của MOSFETs công suất với SPWM được tính toán để một SPWM dòng cao lặp lại được dao động trên cuộn dây kéo đẩy của sơ cấp máy biến áp.

IC 741 được sử dụng như một bộ so sánh so sánh hai sóng tam giác trên hai đầu vào của nó. Sóng tam giác cơ sở chậm được lấy từ chân IC 4047 Ct, trong khi sóng tam giác nhanh được lấy từ một tầng ổn định IC 555 bên ngoài. Kết quả là một SPWM được tính toán tại chân 6 của IC 741. SPWM này được cắt nhỏ tại các cửa của MOSFETs nguồn được chuyển đổi bởi máy biến áp ở cùng tần số SPWM.

Điều này dẫn đến mặt thứ cấp có đầu ra sóng sinewave thuần túy (sau một số lần lọc).

Thiết kế toàn cầu

Phiên bản cầu nối đầy đủ cho khái niệm trên có thể được xây dựng bằng cách sử dụng cấu hình cho sẵn dưới đây:

Để đơn giản, không bao gồm tính năng ngắt pin tự động, vì vậy bạn nên TẮT nguồn cung cấp ngay khi điện áp pin đạt đến mức sạc đầy. Hoặc cách khác, bạn có thể thêm một bóng đèn dây tóc trong loạt với dòng sạc dương của pin, để đảm bảo sạc an toàn cho pin.

Nếu bạn có thắc mắc hoặc nghi ngờ liên quan đến khái niệm trên, hộp bình luận bên dưới là của bạn.