Mạch biến tần sóng sin đa cấp 5 bước

Trong bài này, chúng ta học cách tạo một mạch biến tần đa cấp (5 bước) bằng cách sử dụng một khái niệm rất đơn giản do tôi phát triển. Chúng ta hãy tìm hiểu thêm về các chi tiết.

Khái niệm vi mạch

Trong trang web này cho đến nay tôi đã phát triển, thiết kế và giới thiệu nhiều mạch nghịch lưu sóng sin sử dụng các khái niệm đơn giản và các thành phần thông thường như IC 555, thiên về hướng kết quả thay vì phức tạp và đầy rẫy lý thuyết.

Tôi đã giải thích cách đơn giản bộ khuếch đại âm thanh công suất cao có thể được chuyển đổi thành bộ biến tần sóng sin thuần túy và tôi cũng đã đề cập toàn diện về bộ nghịch lưu sóng sin bằng cách sử dụng các khái niệm SPWM

Chúng tôi cũng đã tìm hiểu thông qua trang web này về làm thế nào để chuyển đổi bất kỳ biến tần vuông thành biến tần sóng sin thuần túy thiết kế.

Đánh giá các mạch nghịch lưu sóng sin ở trên bằng cách sử dụng PWM sin tương đương, chúng tôi hiểu rằng dạng sóng của SPWM không trực tiếp khớp hoặc trùng với dạng sóng hình sin thực tế, thay vào đó chúng thực hiện hiệu ứng hoặc kết quả sóng sin bằng cách diễn giải giá trị RMS của sóng sin thực tế AC.

Mặc dù SPWM có thể được coi là một cách hiệu quả để tái tạo và triển khai một sóng sin thuần túy hợp lý, nhưng thực tế là nó không mô phỏng hoặc trùng khớp với một sóng sin thực khiến khái niệm này hơi không phức tạp, đặc biệt là nếu so sánh với bộ biến tần sóng sin 5 cấp. Ý tưởng.

Chúng ta có thể so sánh và phân tích hai loại khái niệm mô phỏng sóng sin bằng cách tham khảo các hình ảnh sau:

Hình ảnh dạng sóng xếp tầng đa cấp

Chúng ta có thể thấy rõ rằng khái niệm xếp tầng 5 bậc đa cấp tạo ra mô phỏng rõ ràng và hiệu quả hơn về sóng sin thực so với khái niệm SPWM chỉ dựa vào việc khớp giá trị RMS với cường độ sóng sin ban đầu.

Việc thiết kế một Biến tần sine sóng xếp tầng 5 cấp thông thường có thể khá phức tạp, nhưng khái niệm được giải thích ở đây làm cho việc thực hiện dễ dàng hơn và sử dụng các thành phần thông thường.

Sơ đồ mạch

LƯU Ý: Vui lòng thêm tụ điện 1uF / 25 qua các dòng chân số 15 và chân số 16 của IC, nếu không quá trình sắp xếp sẽ không bắt đầu.
Tham khảo hình ảnh trên, chúng ta có thể thấy khái niệm biến tần 5 cấp có thể được thực hiện đơn giản như thế nào chỉ bằng một biến áp muti-tap, một vài IC 4017 và 18 BJT công suất, có thể dễ dàng thay thế bằng các mosfet nếu cần.

Ở đây, một vài IC 4017 là chip chia bộ đếm 10 giai đoạn của Johnson, được xếp tầng để tạo ra mức cao logic chạy tuần tự hoặc theo đuổi trên các sơ đồ chân được hiển thị của IC.

Hoạt động mạch

Các logic chạy tuần tự này được sử dụng để kích hoạt các BJT công suất được kết nối theo cùng một trình tự, lần lượt chuyển đổi cuộn dây máy biến áp theo thứ tự làm cho máy biến áp tạo ra một loại dạng sóng tương đương sin theo tầng.

Máy biến áp tạo thành trung tâm của mạch và sử dụng một sơ cấp bị thương đặc biệt với 11 vòi. Các vòi này chỉ đơn giản được trích ra đồng nhất từ ​​một cuộn dây dài được tính toán duy nhất.

Các BJT được kết hợp với một trong các IC chuyển đổi một trong các nửa của máy biến áp thông qua 5 vòi cho phép tạo ra 5 bước mức, tạo thành một nửa chu kỳ của dạng sóng AC, trong khi các BJT được kết hợp với các IC khác có chức năng giống hệt nhau để định hình. lên nửa chu kỳ AC dưới dạng sóng phân tầng 5 cấp.

Các IC được chạy bằng tín hiệu đồng hồ áp dụng cho vị trí được chỉ định trong mạch, có thể được lấy từ bất kỳ mạch ổn định IC 555 tiêu chuẩn nào.

5 bộ BJT đầu tiên xây dựng 5 cấp độ của dạng sóng, 4 BJT còn lại chuyển đổi tương tự theo thứ tự ngược lại để hoàn thành dạng sóng xếp tầng có tổng cộng 9 tòa nhà chọc trời.

Những tòa nhà chọc trời này được hình thành bằng cách tạo ra mức điện áp tăng dần và giảm dần bằng cách chuyển đổi cuộn dây tương ứng của máy biến áp được đánh giá ở các mức điện áp liên quan

Ví dụ: cuộn dây số 1 có thể được đánh giá ở 150V đối với vòi trung tâm, cuộn dây số 2 ở 200V, cuộn dây số 3 ở 230V, cuộn dây số 4 ở 270V và cuộn dây số 5 ở 330V, vì vậy khi chúng được chuyển đổi tuần tự bằng tập hợp 5 BJT được hiển thị, chúng ta nhận được 5 mức đầu tiên của dạng sóng, tiếp theo khi các cuộn dây này được chuyển đổi ngược lại bởi 4 BJT sau, nó tạo ra dạng sóng 4 mức giảm dần, do đó hoàn thành nửa chu kỳ trên của điện xoay chiều 220V.

Điều tương tự cũng được lặp lại bởi 9 BJT khác được kết hợp với IC 4017 khác tạo ra nửa dưới của AC xếp tầng 5 cấp, hoàn thành một dạng sóng AC hoàn chỉnh của đầu ra AC 220V yêu cầu.

Chi tiết cuộn dây biến áp:

Như có thể thấy trong sơ đồ trên, máy biến áp là loại lõi sắt thông thường, được chế tạo bằng cách quấn cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp với các vòng tương ứng với các nấc điện áp được chỉ định.

Khi được kết nối với các BJT tương ứng, các cuộn dây này có thể tạo ra mức 5 hoặc tổng cộng 9 mức của dạng sóng xếp tầng trong đó cuộn dây 36V đầu tiên sẽ tương ứng và tạo ra 150V, 27V sẽ tạo ra tương đương 200V, trong khi 20V, 27V, 36V sẽ chịu trách nhiệm tạo ra 230V, 270V và 330V trên cuộn thứ cấp ở định dạng xếp tầng được đề xuất.

Tập hợp các vòi ở phía dưới của cuộn sơ cấp sẽ thực hiện chuyển đổi để hoàn thành 4 mức tăng dần của dạng sóng.

Một quy trình tương tự sẽ được lặp lại bởi 9 BJT được kết hợp với IC bổ sung 4017 để xây dựng nửa chu kỳ âm của AC ... âm được tạo ra do hướng ngược lại của cuộn dây máy biến áp đối với vòi trung tâm.

Cập nhật:

Sơ đồ mạch hoàn chỉnh của mạch biến tần sinewave đa cấp đã thảo luận

LƯU Ý: Vui lòng thêm tụ điện 1uF / 25 qua các dòng chân số 15 và chân số 16 của IC, nếu không quá trình sắp xếp sẽ không bắt đầu.
Nồi 1M liên kết với mạch 555 sẽ cần được điều chỉnh để thiết lập tần số 50Hz hoặc 60Hz cho biến tần theo thông số kỹ thuật quốc gia của người dùng.

Danh sách các bộ phận

Tất cả các điện trở không xác định là 10k, 1/4 watt
Tất cả các điốt là 1N4148
Tất cả các BJT đều là TIP142
IC là 4017

Các lưu ý cho Mạch Biến tần Sine Wave Cascaded 5 bậc Đa cấp:

Việc thử nghiệm và xác minh thiết kế trên đã được thực hiện thành công bởi ông Sherwin Baptista, một trong những tín đồ quan tâm của trang web.

1. Chúng tôi quyết định nguồn cung cấp đầu vào cho biến tần --- 24V @ 18Ah @ 432Wh

2. Sẽ có vấn đề về tiếng ồn phát sinh trong toàn bộ quá trình xây dựng biến tần này. Để giải quyết vấn đề tiếng ồn được tạo ra và khuếch đại rất dễ dàng

A. Chúng tôi quyết định lọc tín hiệu đầu ra của IC555 tại thời điểm nó được tạo ra ở chân 3, bằng cách đó có thể thu được sóng vuông sạch hơn.

B. Chúng tôi quyết định sử dụng FERRITE BEADS tại các đầu ra tương ứng của IC4017 để tăng cường khả năng lọc trước khi tín hiệu được gửi đến các bóng bán dẫn bộ khuếch đại.

C. Chúng tôi quyết định sử dụng HAI MÁY BIẾN ÁP và tăng cường khả năng lọc giữa cả hai trong mạch.

3. Dữ liệu Giai đoạn Dao động:

Giai đoạn đề xuất này là giai đoạn chính của mạch biến tần. Nó tạo ra các xung cần thiết ở một tần số nhất định để máy biến áp hoạt động. Nó bao gồm IC555, IC4017 và các bóng bán dẫn nguồn khuếch đại.

A. IC555:

Đây là một chip hẹn giờ năng lượng thấp dễ sử dụng và có rất nhiều dự án có thể được thực hiện bằng cách sử dụng nó. Trong dự án biến tần này, chúng tôi cấu hình nó ở chế độ ổn định để tạo ra sóng vuông. Ở đây chúng tôi đặt tần số ở 450Hz bằng cách điều chỉnh chiết áp 1 megaohm và xác nhận đầu ra bằng máy đo tần số.

B. IC4017:

Đây là chip logic bộ chia bộ đếm 10 giai đoạn của Jhonson, rất nổi tiếng trong các mạch flash / chaser LED tuần tự / chạy. Ở đây nó được cấu hình thông minh để sử dụng trong ứng dụng biến tần. Chúng tôi cung cấp 450Hz này do IC555 tạo ra cho các đầu vào của IC4017. IC này thực hiện công việc chia tần số đầu vào thành 9 phần với mỗi phần tạo ra đầu ra 50Hz.
Bây giờ các chân đầu ra của cả hai 4017 đều có tín hiệu xung nhịp 50Hz liên tục chạy tiến và lùi.

C. Bóng bán dẫn công suất bộ khuếch đại:

Đây là các bóng bán dẫn công suất cao kéo nguồn pin vào cuộn dây của máy biến áp phù hợp với tín hiệu được cấp vào chúng. Vì dòng đầu ra của 4017s quá thấp, chúng tôi không thể cấp trực tiếp chúng vào máy biến áp. Do đó, chúng tôi cần một số loại bộ khuếch đại sẽ chuyển đổi tín hiệu dòng điện thấp từ những năm 4017 thành tín hiệu dòng điện cao, sau đó có thể được chuyển đến máy biến áp để hoạt động thêm.

Các bóng bán dẫn này sẽ nóng lên trong quá trình hoạt động và nhất thiết sẽ cần tản nhiệt.
Người ta có thể sử dụng một bộ tản nhiệt riêng biệt cho mỗi bóng bán dẫn, do đó cần đảm bảo rằng
các tấm tản nhiệt không chạm vào nhau.

HOẶC LÀ

Người ta có thể sử dụng một đoạn tản nhiệt dài duy nhất để lắp tất cả các bóng bán dẫn trên đó. Sau đó, một người nên
cách ly nhiệt và điện cách ly từng mấu trung tâm của bóng bán dẫn khỏi chạm vào bộ tản nhiệt trong

để tránh chúng bị thiếu hụt. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng Bộ cách ly Mica.

4. Tiếp theo là Máy biến áp Giai đoạn đầu:

A. Ở đây chúng tôi sử dụng Máy biến áp sơ cấp nhiều nấc cho một máy biến áp thứ cấp hai dây. Tiếp theo, chúng tôi tìm vôn trên mỗi vòi để chuẩn bị điện áp sơ cấp.

---BƯỚC 1---

Chúng tôi xem xét Điện áp DC đầu vào là 24V. Chúng tôi chia giá trị này với 1.4142 và tìm tương đương AC RMS của nó là 16,97V ~
Chúng tôi làm tròn con số RMS ở trên, kết quả là 17V ~

---BƯỚC 2---

Tiếp theo, chúng tôi chia RMS 17V ~ cho 5 (vì chúng tôi cần năm điện áp vòi) và chúng tôi nhận được RMS 3,4V ~
Chúng tôi lấy con số RMS cuối cùng là 3,5V ~ và nhân nó với 5 cho chúng tôi 17,5V ~ như một con số tròn.
Cuối cùng, chúng tôi đã tìm thấy Volts Per Tap là RMS 3.5V ~

B. Chúng tôi quyết định giữ Điện áp thứ cấp thành RMS 12V ~ tức là 0-12V vì chúng tôi có thể có được đầu ra cường độ dòng điện cao hơn ở 12V ~

C. Vì vậy, chúng tôi có đánh giá máy biến áp như sau:
Sơ cấp nhiều nấc: 17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- 17,5V @ 600W / 1000VA
Thứ cấp: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA.
Chúng tôi đã mua máy biến áp này bởi một đại lý máy biến áp địa phương.

5. Bây giờ theo mạch LC chính:

Mạch LC được biết đến như một thiết bị lọc có các ứng dụng mạnh mẽ trong các mạch chuyển đổi công suất.
Được sử dụng trong ứng dụng biến tần, nó thường được yêu cầu để phá vỡ các đỉnh nhọn

của bất kỳ dạng sóng nào được tạo ra và giúp chuyển đổi nó thành dạng sóng mượt mà hơn.

Ở đây, ở phần thứ cấp của máy biến áp trên là 0 --- 12V, chúng tôi mong đợi một đa cấp
dạng sóng xếp tầng vuông ở đầu ra. Vì vậy, chúng tôi sử dụng Mạch LC 5 giai đoạn để có được dạng sóng tương đương SINEWAVE.

Dữ liệu cho mạch LC như sau:

A) Tất cả các cuộn cảm phải là loại 500uH (microhenry) 50A được định mức SẮT EI LAMINATED.
B) Tất cả các tụ điện phải là loại NONPOLAR 1uF 250V.

Lưu ý rằng chúng tôi nhấn mạnh vào mạch LC 5 giai đoạn chứ không chỉ một hoặc hai giai đoạn để chúng tôi có thể có được dạng sóng sạch hơn nhiều ở đầu ra với độ méo hài ít hơn.

6. Bây giờ là Biến áp Giai đoạn Thứ hai và Cuối cùng:

Máy biến áp này chịu trách nhiệm chuyển đổi đầu ra từ mạng LC, tức là RMS 12V ~ thành 230V ~
Máy biến áp này sẽ được đánh giá như sau:
Sơ cấp: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA
Thứ cấp: 230V @ 600W / 1000VA.

Ở đây, KHÔNG cần mạng LC bổ sung ở đầu ra 230V cuối cùng để lọc nhiều hơn vì chúng tôi đã lọc mọi giai đoạn của mỗi đầu ra được xử lý ngay từ đầu.
OUTPUT bây giờ sẽ là một SINEWAVE.

Một điều TỐT là hoàn toàn KHÔNG có tiếng ồn ở đầu ra cuối cùng của biến tần này và
tiện ích tinh vi có thể được vận hành.

Nhưng có một điều cần lưu ý đối với người vận hành biến tần là KHÔNG ĐƯỢC QUÁ TẢI TRỌN BỘ INVERTER và giữ cho tải điện của các thiết bị tinh vi được vận hành trong giới hạn.

Một số hiệu chỉnh cần thực hiện trong sơ đồ mạch như sau:

1. Bộ điều chỉnh IC7812 phải được kết nối với các tụ điện rẽ nhánh. Nó phải được gắn trên một
HEATSINK vì nó sẽ ấm lên trong quá trình hoạt động.

2. Bộ định thời IC555 phải tuân theo điện trở nối tiếp trước khi tín hiệu của nó chuyển tiếp đến điốt.
Giá trị của điện trở phải là 100E. IC bị nóng nếu điện trở không được kết nối.

Kết luận, chúng tôi có 3 giai đoạn lọc được đề xuất:

1. Tín hiệu do IC555 tạo ra ở chân 3 được lọc xuống đất và sau đó chuyển sang điện trở
và sau đó đến điốt.

2. Khi các tín hiệu đang chạy thoát ra khỏi các chân liên quan của IC4017, chúng tôi đã kết nối các hạt ferit trước đó
truyền tín hiệu tới điện trở.
3. Giai đoạn lọc cuối cùng được sử dụng giữa cả hai máy biến áp

Làm thế nào tôi tính toán cuộn dây máy biến áp

Tôi muốn chia sẻ vài điều với bạn hôm nay.

Khi nói đến lõi sắt cuộn dây, tôi không biết gì về thông số kỹ thuật quấn lại vì tôi đã tìm ra rất nhiều thông số và tính toán đi vào chúng.

Vì vậy, đối với bài viết trên, tôi đã đưa ra các thông số kỹ thuật cơ bản cho người đánh tàu trafo và anh ta chỉ hỏi tôi:

a) Điều chỉnh điện áp đầu vào và đầu ra nếu cần,
b) Dòng điện đầu vào và đầu ra,
c) Tổng công suất,
d) Bạn có cần cố định kẹp bên ngoài được bắt vít vào khay không?
e) Bạn có muốn một cầu chì kết nối bên trong máy biến áp phía 220V?
f) Bạn có muốn dây kết nối với trafo HOẶC chỉ cần giữ dây tráng men bên ngoài có thêm vật liệu tản nhiệt?
g) Bạn có muốn lõi được nối đất với dây bên ngoài được kết nối không?
h) Bạn có muốn CỐT SẮT được bảo vệ bằng vecni và sơn bằng ôxít đen không?

Cuối cùng, anh ấy đảm bảo với tôi về một cuộc kiểm tra an toàn hoàn chỉnh cho máy biến áp là loại sản xuất theo đơn đặt hàng khi đã sẵn sàng và sẽ mất khoảng 5 ngày để hoàn thành cho đến khi thanh toán một phần được cung cấp.
Khoản thanh toán một phần là (xấp xỉ.) Một phần tư tổng chi phí đề xuất do người đánh bạc quyết định.

Câu trả lời của tôi cho những câu hỏi trên là:

LƯU Ý: Để tránh nhầm lẫn hệ thống dây điện, tôi cho rằng trafo được tạo ra cho một mục đích: MÁY BIẾN ÁP XUỐNG BƯỚC trong đó sơ cấp là phía điện áp cao và thứ cấp là phía điện áp thấp.

a) Đầu vào chính 0-220V, 2 dây.
17,5 --- 14 --- 10,5 --- 7 --- 3,5 --- 0 --- 3,5 --- 7 --- 10,5 --- 14 --- Đầu ra nhiều nấc thứ cấp 17,5V, 11- Dây điện.

b) Dòng điện đầu vào sơ cấp: 4,55A ở 220V Dòng điện đầu ra: 28,6 Amps trên điện áp thứ cấp nhiều nấc @ từ đầu đến cuối 35V… .. trong đó cần tính toán.

Tôi nói với anh ấy rằng tôi cần 5 ampe ở 220V (tối đa 230.), Tức là đầu vào chính và 32 ampe ở 35V, tức là đầu ra thứ cấp nhiều nấc.

c) Ban đầu tôi nói với anh ta 1000VA nhưng dựa trên tính toán volt lần amp và làm tròn số thập phân, công suất đã lên đến 1120VA +/- 10%. Anh ta cung cấp cho tôi giá trị dung sai an toàn cho phía 220V.

d) Có. Tôi cần cố định dễ dàng vào tủ kim loại.

e) Không. Tôi đã nói với anh ấy rằng tôi sẽ đặt một cái bên ngoài để dễ dàng tiếp cận nó khi nó vô tình thổi bay.

f) Tôi đã bảo anh ta giữ dây tráng men ở bên ngoài để bên thứ cấp nhiều đầu nối được tản nhiệt thích hợp để đảm bảo an toàn và ở phía sơ cấp, tôi yêu cầu kết nối dây.

g) Có. Tôi cần lõi được nối đất vì lý do an toàn. Do đó, hãy gắn một dây bên ngoài.

h) Có. Tôi đã yêu cầu anh ta cung cấp sự bảo vệ cần thiết cho các vết dập lõi.

Đây là sự tương tác giữa tôi và anh ấy đối với loại máy biến áp đặt hàng được đề xuất.

CẬP NHẬT:

Trong thiết kế xếp tầng 5 bước ở trên, chúng tôi đã thực hiện cắt 5 bước trên mặt DC của máy biến áp, điều này có vẻ hơi kém hiệu quả. Đó là bởi vì việc chuyển đổi có thể dẫn đến một lượng điện năng bị mất đáng kể thông qua EMF trở lại từ máy biến áp, và điều này sẽ cần máy biến áp cực lớn.

Ý tưởng tốt hơn có thể là tạo dao động phía DC bằng bộ nghịch lưu cầu đầy đủ 50 Hz hoặc 60 Hz và chuyển đổi phía AC thứ cấp với đầu ra IC 4017 tuần tự 9 bước của chúng tôi bằng cách sử dụng triac, như được hiển thị bên dưới. Ý tưởng này sẽ làm giảm xung đột và quá độ và cho phép biến tần thực hiện mượt mà và hiệu quả dạng sóng sin 5 bước. Các triac sẽ ít bị tổn thương hơn khi chuyển đổi, so với các bóng bán dẫn ở phía DC.