Chuyển đổi Bộ khuếch đại âm thanh thành Biến tần Pure Sinewave

Nếu bạn không quá quan tâm đến việc tìm hiểu các khía cạnh kỹ thuật sâu của bộ biến tần công suất sóng sin thực sự, nhưng muốn chế tạo nó trong vòng vài giờ, thì bài viết này sẽ giúp bạn thực hiện nó bằng cách sử dụng bộ khuếch đại công suất âm thanh và một số động cơ DC. Ở đây chúng tôi sẽ làm thế nào để chuyển đổi bộ khuếch đại âm thanh thành bộ biến tần sóng sin thuần túy

Chúng ta sẽ xem xét 3 thiết kế biến tần sóng sin thực sự riêng biệt sử dụng bộ khuếch đại âm thanh có kích thước thích hợp và mạch tạo sóng sin kỹ thuật số

Thiết kế số 1

Hãy bắt đầu bằng cách tìm hiểu cách một vài động cơ DC nhỏ có thể được sử dụng để tạo ra tín hiệu sóng sin thuần túy và sau đó tiến hành các chi tiết ghép nối động cơ với bộ khuếch đại công suất được chế tạo sẵn để thu được đầu ra công suất sóng sin thực sự của nguồn điện AC mong muốn. Bài báo giải thích một ý tưởng sáng tạo về việc cấu hình một vài thiết bị làm sẵn như bộ khuếch đại công suất, một vài động cơ DC và pin thành một bộ biến tần điện sóng sin.

Có những người có cuộc sống phụ thuộc vào nguồn điện truy cập từ biến tần và đối với họ những tiện ích này thực sự vô giá và quan trọng. Cũng có những cá nhân có ý định sở hữu biến tần nhưng lại thiếu thông tin về thông số kỹ thuật của chúng, v.v. và do đó, họ không muốn mang chúng về nhà.

Một yếu tố khác đối với bộ biến tần là chúng có thể vô cùng đắt đỏ, đặc biệt là những bộ biến tần có thể hoạt động phổ biến với mọi loại thiết bị điện hoặc đơn giản là bộ biến tần sóng sin thực sự. Tôi đã thảo luận về nhiều sơ đồ mạch biến tần ở đây, từ ý tưởng loại sở thích bình thường nhất đến sóng sin được sửa đổi rất tinh vi và các loại biến tần sóng sin . Tuy nhiên, những thiết kế này đều quá kỹ thuật và chắc chắn không dành cho người thường.

Những ý tưởng được giải thích không hề đơn giản và cần phải có kiến ​​thức chuyên môn về điện tử để hiểu chúng, đồng thời cũng phải có kiến ​​thức kỹ lưỡng về thiết bị điện tử thực tế để xây dựng chúng. Vậy có nghĩa là một người bình thường sẽ không thể hiểu được những ngôi nhà quyền lực tráng lệ này? Và nó có nghĩa là một người dân không được hưởng những lợi ích của một biến tần điện sóng sin tự chế, một biến tần không chỉ thú vị để chế tạo mà còn rất rẻ và đáng tin cậy so với các sản phẩm thương mại.

Phần sau đây sẽ chỉ rõ cách một biến tần sóng sin thực sự tinh vi có thể được xây dựng bởi hầu như bất kỳ ai có kỹ năng và kiến ​​thức kỹ thuật bình thường.

Ý tưởng được giải thích dưới đây không phải là một đơn vị dựa trên mạch cần lắp ráp sử dụng PCB, linh kiện điện tử, v.v ... mà ở đây chúng tôi mua các đơn vị làm sẵn như bộ khuếch đại, động cơ, pin, máy biến áp, v.v. và tích hợp tất cả những thứ này để xây dựng phần cuối cùng. Hãy cùng tìm hiểu cách thực hiện trong vòng một giờ.

CẢNH BÁO: KHÁI NIỆM CHỈ ĐƯỢC TÁC GIẢ ĐÁNH GIÁ VÀ CHƯA BAO GIỜ ĐƯỢC KIỂM TRA HOẶC XÁC NHẬN THỰC TIỄN, HÃY XÂY DỰNG Ý TƯỞNG THEO RỦI RO CỦA RIÊNG BẠN VÀ NẾU BẠN CÓ NIỀM TIN HẤP DẪN VỀ KHẢ NĂNG CỦA NỘI DUNG ĐƯỢC GIẢI THÍCH.

Nguyên lý làm việc cơ bản của Biến tần

Khái niệm: Biến tần như chúng ta đã biết không là gì khác ngoài bộ khuếch đại điện áp hoặc bộ điều khiển. Phương pháp tăng điện áp được biết đến nhiều nhất là thông qua máy biến áp trong đó cuộn dây cách ly được sử dụng để đạt được các phép nhân mức điện áp đáng kinh ngạc. Về cơ bản, quá trình này diễn ra thông qua các cuộn cảm từ để biến đổi từ thông dòng điện cao thành đầu ra điện áp cao.

Để tuân thủ quy trình trên, yêu cầu đầu vào AC cao có thể được nhồi vào cuộn dây liên quan của máy biến áp để có được nguồn AC 230 hoặc 120 volt mong muốn.

Tuy nhiên, vì toàn bộ mục đích là chuyển đổi nguồn DC thành các mức chính, nên trước tiên chúng ta phải chuyển đổi DC mức thấp thành đầu vào AC thấp. Trong bộ nghịch lưu sóng vuông, điều này có thể dễ dàng đạt được bằng cách sử dụng các mạch thông thường, nhưng đầu ra sóng vuông là thứ mà chúng tôi hoàn toàn không tìm kiếm, vậy làm cách nào để chúng tôi thực sự “sản xuất” đầu vào sóng sin thực hoặc thuần túy cho nguyên mẫu của mình.

Sử dụng động cơ DC để tạo tín hiệu hình sin thay vì mạch PWM

Tất nhiên, chúng tôi có thể làm điều đó bằng cách sử dụng các mạch opamp phức tạp như Mạch 'bubba' , nhưng vì ở đây chúng tôi không muốn liên quan đến nhiều thiết bị điện tử, một giải pháp đơn giản hơn sẽ là sử dụng một động cơ DC nhỏ cho mục đích. Một động cơ như chúng ta đều biết có thể quay bằng cách sử dụng năng lượng cho nó, các chuyển động quay là do tương tác xoắn không đổi của nam châm vĩnh cửu và hiệu ứng điện từ cảm ứng.

Nếu chúng ta đảo ngược quá trình, tức là nếu chúng ta quay động cơ bằng cách tác dụng lực cơ học bên ngoài, chúng ta có thể tạo ra một lượng điện thế thay đổi hợp lý trên các đầu dây quấn của nó và điện áp nhận được sẽ có dạng sóng hình sin. Dạng sóng sẽ hoàn toàn tự nhiên và là sóng sin thực sự.

Nếu đầu vào sóng sin này được khuếch đại đến mức mong muốn, thì có lẽ nhiệm vụ của chúng ta có thể hoàn thành một cách đơn giản. Thay vì bắt tay vào các mạch mosfet phức tạp dành cho các ứng dụng biến tần, tôi nghĩ tốt hơn nên cấp đầu vào sin ở trên cho một bộ khuếch đại âm thanh công suất cao mua sẵn trên thị trường.

Một mô hình bộ khuếch đại mẫu như vậy được hiển thị ở đây. Các đầu ra được kết nối với loa phải được kết nối với máy biến áp công suất của chúng tôi.

Nếu bộ khuếch đại là âm thanh nổi thì chúng ta có thể sử dụng một cặp máy biến áp và kết thúc đầu ra AC của máy biến áp để tách các ổ cắm AC để các thiết bị khác nhau có thể được kết nối với chúng.

Động cơ thực sự tạo ra sóng sin được điều khiển bởi một động cơ khác gắn với cơ cấu ròng rọc / dây đai. Động cơ truyền động được vận hành bằng nguồn pin có sẵn.

Bộ phận bắt buộc

Bạn sẽ yêu cầu các bộ phận và đơn vị sau để tạo ra bộ biến tần sóng sin thực sự này:

Bộ khuếch đại âm thanh công suất cao đã sẵn sàng

Biến áp - Đánh giá phải phù hợp với công suất của bộ khuếch đại. Nếu bộ khuếch đại có thể cung cấp 500 watt ở 50 volt, điều đó có nghĩa là cuộn dây đầu vào của máy biến áp phải được đánh giá ở mức 50 volt và 10 Amps.

Ngoài ra, biến áp cung cấp điện của bộ khuếch đại công suất có thể được tháo ra và sử dụng cho mục đích này.

Động cơ - RPM phải trên 3000 và phải được điều chỉnh đến chính xác 3000 RPM để có thể đạt được tần số 50 z từ đó.

Tủ phù hợp để chứa cả bộ.

Đai ốc, bu lông, vòng đệm, dây điện, pin, v.v.

Bố cục đấu dây cho Biến tần Sinewave được Đề xuất sử dụng Bộ khuếch đại âm thanh

Cách lắp ráp Bộ khuếch đại âm thanh với pin và đầu vào hình sin

Nó khá đơn giản và tất cả về việc tích hợp các đơn vị được mua sắm theo sơ đồ đã cho. Toàn bộ hệ thống cùng với bộ khuếch đại, máy biến áp và động cơ có thể được đặt bên trong một tủ kim loại lớn hơn và được cố định một cách thích hợp.

Đặc biệt các động cơ phải được kẹp chặt với chân đế của tủ biến tần để tránh rung và ồn. Tủ cũng phải bao gồm tất cả các đầu nối được chỉ định với thiết bị, được cố định bên ngoài cho kết nối pin và các ổ cắm AC.

Thông qua một khái niệm đơn giản, ý tưởng xây dựng một bộ nghịch lưu sóng sin thuần túy đã được giải thích trong bài báo. Đọc tiếp để biết toàn bộ chi tiết xây dựng.

Thiết kế # 2: Sử dụng Mô-đun Bộ khuếch đại 100 watt

Có thể hiểu rằng bộ nghịch lưu sóng sin không dễ chế tạo, do nhiều lý do khác nhau. Nhưng nó có lẽ là loại nhất sau mạch và cũng khá khó tìm. Đối với những người đang tuyệt vọng tìm kiếm một mạch như vậy, có lẽ bài viết này có thể giúp ích.

Sau rất nhiều suy nghĩ, có lẽ tôi đã thiết kế một khái niệm dễ dàng hơn (mặc dù không hiệu quả lắm) về mạch biến tần sóng sin thuần túy. Vì mạch chưa được tôi thử nghiệm nên tôi không thể nói nhiều về thông số kỹ thuật chính xác của mạch và tôi muốn để độc giả quyết định tính khả thi của mạch hiện tại.

Tôi nảy ra ý tưởng khi đọc mô tả mạch của một Bộ khuếch đại âm thanh MOSFET . Chúng ta đều biết rằng khi tín hiệu âm thanh được cấp ở đầu vào của bộ khuếch đại, nó sẽ tạo ra công suất đầu ra được khuếch đại có các đặc tính giống hệt như đầu vào.

Điều đó đơn giản ngụ ý rằng, thay cho tín hiệu âm thanh nếu tín hiệu AC thuần túy từ mạch cầu Wien được áp dụng cho đầu vào của bộ khuếch đại công suất và biến áp biến tần được kết nối với đầu ra của nó (nơi thông thường sẽ kết nối loa), nó sẽ chắc chắn tạo ra một bản sao khuếch đại của đầu vào. Và cuộn dây thứ cấp của máy biến áp nghịch lưu được kết nối chắc chắn sẽ tạo ra nguồn điện xoay chiều sóng sin (Giả định của tôi).

Vấn đề lớn duy nhất là mất một lượng đáng kể năng lượng pin dưới dạng nhiệt thông qua các thiết bị điện làm giảm hiệu suất tổng thể của biến tần.

Hãy tiếp tục và xem các giai đoạn khác nhau của mạch được đề xuất hoạt động như thế nào.

Mạch tạo dao động

Mạch tạo sóng hình sin đơn giản được hiển thị bên cạnh có thể được sử dụng để tạo ra các sóng hình sin cần thiết ở đầu vào của bộ khuếch đại công suất, hãy cùng tìm hiểu về hoạt động của nó qua các bước sau:

Op amp A1 về cơ bản được kết nối như một bộ điều khiển đa vi mạch đáng kinh ngạc,

Điện trở R1 và tụ điện C1 xác định tần số dao động của vật dao động.

Sóng vuông từ A1 được đưa đến A2 được cấu hình như một bộ lọc thông thấp hai cực và được sử dụng để lọc ra các sóng hài từ A1.

Đầu ra từ A2 sẽ gần như là một sóng hình sin thuần túy, đỉnh rõ ràng sẽ phụ thuộc vào điện áp cung cấp và vào loại opamp được sử dụng.

Tần số của mạch hiện tại đã được cố định ở mức xấp xỉ 50 Hz. Nếu các giá trị của các bộ phận được hiển thị trong ngoặc được chọn, tần số sẽ vào khoảng 60 Hz.

Danh sách các bộ phận

Tất cả các điện trở là 1/8 watt, 1%, MFR

R1 = 14K3 (12K1),

R2, R3, R4, R7, R8 = 1K,

R5, R6 = 2K2 (1K9),

R9 = 20 nghìn

C1, C2 = 1µF, TANT.

C3 = 2µF, TANT (HAI 1µF TRONG PARALLEL)

C4, C6, C7 = 2µ2 / 25V,

C5 = 100µ / 50v,

C8 = 22µF / 25V

A1, A2 = TL 072

IC2 = LM3886 (Chất bán dẫn quốc gia),

HEATSINK CHO IC2 NHƯ HIỂN THỊ TRONG HÌNH ẢNH,

MÁY BIẾN ÁP = 0 - 24 V / 8 AMPS. ĐẦU RA - 120/230 V AC

PCB = MỤC ĐÍCH CHUNG

Mạch Khuếch đại Hiện tại

Để giữ cho các thông số kỹ thuật thiết kế rất đơn giản và số lượng thành phần tối thiểu nhất có thể, một bộ khuếch đại chip đơn là yêu cầu cơ bản. Một bộ khuếch đại mạnh mẽ hợp lý sử dụng IC LM3886 (National Semiconductor) cuối cùng đã được tôi lựa chọn cho mục đích này. Các tính năng nổi bật của chip khuếch đại công suất này như sau:

Thực sự linh hoạt và là một vi mạch hiệu suất cao so với các loại thiết bị lai và rời khác.

Được bảo vệ hoàn toàn bên trong khỏi nhiệt độ đỉnh tức thời,

Có một khu vực hoạt động an toàn được bảo vệ động,

Thiết bị đầu ra được bảo vệ hoàn hảo chống đoản mạch với đất hoặc nguồn điện tích cực thông qua mạng mạch hạn chế dòng điện bên trong.

Đầu ra cũng được bảo vệ chống lại đầu ra quá điện áp do quá độ tải cảm ứng,

Có thể hoạt động với điện áp thấp từ 20 volt đến 94 volt đáng kinh ngạc.

Thông số kỹ thuật của nó như sau:

Độ nhạy đầu vào là 1 Vrms

Công suất đầu ra sẽ nằm trong khoảng 100 watt nếu điện trở sơ cấp của máy biến áp là khoảng 4 Ohms.

Băng thông nguồn là 10 Hz đến 100 KHz.

Gợi ý xây dựng

Về cơ bản, mạch chỉ bao gồm hai IC làm thành phần hoạt động chính và một số thành phần thụ động khác, vì vậy quy trình xây dựng rất dễ dàng. Toàn bộ việc lắp ráp có thể được thực hiện đơn giản trên một miếng bảng đa năng (khoảng 4 x 4 inch).

IC2 nên được đặt ở cạnh của PCB để dễ lắp tản nhiệt. Hiện tại sử dụng hai pin xe tải 24 volt lớn. Kết nối chúng như thể hiện trong sơ đồ.

Cần có bộ sạc pin riêng để sạc pin.

Thiết kế # 3: Biến tần sóng sin tinh khiết 500 W

Bài đăng giải thích cách tạo bộ biến tần sóng sin tinh khiết 500 watt sử dụng bộ khuếch đại âm thanh 500 watt để có được kết quả xuất sắc hợp lý.

Về cơ bản, mạch sử dụng cấu trúc liên kết đẩy kéo thông qua một vài pin 24V. Việc sử dụng hai pin 24V cho phép kết hợp pin AH thấp hơn với hiệu suất và công suất cao hơn.

Pin 12V cũng có thể được thử tuy nhiên công suất đầu ra sẽ giảm xuống một nửa.

Vì nguồn cung cấp kép được sử dụng, máy biến áp được kết nối không cần phải là loại có nấc điều chỉnh trung tâm, thay vào đó, máy biến áp thông thường hai dây sẽ phù hợp ở đây.

Một vài thiết kế được hiển thị dưới đây là tất cả những gì cần thiết để thực hiện mạch biến tần sóng sin thuần túy đơn giản này.

Máy tạo sóng hình sin

Mạch đầu tiên là bộ tạo sóng sin cơ bản trở thành đầu vào cấp cho bộ khuếch đại sóng sin chính hoặc tầng đầu ra.

Bộ tạo sóng hình sin tạo ra đầu ra sóng hình sin thuần túy với các thành phần được hiển thị ở khoảng 50Hz, đối với các tần số khác, điện trở 2,5K có thể được thay đổi và được thử nghiệm trong bộ mô phỏng để sửa chữa kết quả mong muốn.

Mạch tạo sin nên được cung cấp với +/- 12V, và không trực tiếp từ nguồn cung cấp pin 24V vì có thể làm hỏng IC vĩnh viễn.

Các opamps được sử dụng trong bộ tạo sin này là từ IC TL072

Sử dụng mạch khuếch đại công suất làm biến tần

Sơ đồ tiếp theo cho thấy giai đoạn đầu ra của mạch biến tần sóng sin thuần túy đơn giản được đề xuất, thực chất là một thiết kế bộ khuếch đại công suất 500 watt. Có thể thấy thiết kế không phức tạp chút nào.

Tất cả các thành phần liên quan là tiêu chuẩn và dễ dàng có sẵn.

Các mosfet là IRF540n và IRF9540n bổ sung cho nhau để tạo ra hiệu ứng kéo đẩy cần thiết qua máy biến áp đi kèm.

Với một biến áp 0-24V / 25amp và một vài pin 24V, mạch sẽ có thể tạo ra đầu ra sóng sin thuần túy cao tới 600 watt ở điện áp liên quan.

Đầu ra trên opamp bên phải của bộ tạo sin sẽ được kết nối qua đầu vào của mạch thứ hai để khởi tạo các hoạt động được đề xuất.

Chi tiết đấu dây pin cho mạch biến tần sóng sin đơn giản ở trên