Se non sei troppo interessato a comprendere gli aspetti tecnici profondi di un vero inverter di potenza a onda sinusoidale, ma desideri costruirlo entro un paio d'ore, questo articolo ti aiuterà a realizzarlo utilizzando un amplificatore di potenza audio e alcuni motori CC. Qui vedremo come convertire amplificatori audio in inverter a onda sinusoidale pura
Prenderemo in considerazione 3 progetti separati di inverter a onda sinusoidale reale utilizzando amplificatori audio opportunamente dimensionati e circuiti generatori di onde sinusoidali digitali
Design n. 1
Cominciamo col capire come è possibile utilizzare un paio di piccoli motori DC per la generazione segnali sinusoidali puri e quindi procedere con i dettagli dell'accoppiamento dei motori con un amplificatore di potenza pronto per l'acquisizione della potenza di uscita a onda sinusoidale reale della rete CA desiderata. L'articolo spiega un'idea innovativa di configurare alcune unità già pronte come un amplificatore di potenza, un paio di motori CC e una batteria in un inverter di potenza a onda sinusoidale.
Ci sono persone la cui vita dipende dalla potenza a cui si accede dagli inverter e per loro questi gadget sono davvero inestimabili e cruciali. Ci sono anche persone che intendono possedere inverter ma sono troppo male informate sulle loro specifiche tecniche ecc. E quindi sono riluttanti a portarli a casa.
Un altro fattore con gli inverter è che possono essere immensamente costosi, specialmente quelli che possono essere utilizzati universalmente con tutti i tipi di apparecchi elettrici o semplicemente i veri inverter a onda sinusoidale. Ho già discusso molti schemi circuitali dell'inverter qui che vanno dal idea di tipo hobby più comune all'onda sinusoidale modificata molto sofisticata e al vero tipi di inverter sinusoidali . Tuttavia questi design sono fin troppo tecnici e decisamente non pensati per i profani.
Le idee spiegate non sono semplici e richiedono una conoscenza preliminare dell'elettronica per comprenderle, e anche una conoscenza approfondita dell'elettronica pratica per costruirle. Quindi significa che un profano non sarebbe in grado di capire queste magnifiche centrali elettriche? E significa che un laico non ha il diritto di godere dei vantaggi di un inverter di potenza a onda sinusoidale fatto in casa, che può essere non solo molto divertente da costruire ma anche molto economico e affidabile rispetto alle controparti commerciali.
La sezione seguente mostrerà chiaramente come a sofisticato vero inverter a onda sinusoidale può essere costruito praticamente da chiunque abbia competenze e conoscenze tecniche ordinarie.
L'idea spiegata di seguito non è un'unità basata su circuiti che necessita di assemblaggio utilizzando PCB, componenti elettronici ecc. Piuttosto qui acquistiamo unità già pronte come amplificatori, motori, batterie, trasformatori ecc. E integriamo tutti questi per costruire il pezzo finale. Impariamo come farlo entro un'ora.
ATTENZIONE: IL CONCETTO VIENE ASSUNTO SOLO DALL'AUTORE E NON È MAI STATO CONTROLLATO O VERIFICATO PRATICAMENTE, COSTRUILO A TUO RISCHIO E SE HAI SUFFICIENTE FEDE SULLA FATTIBILITÀ DEL CONTENUTO SPIEGATO.
Principio di funzionamento di base degli inverter
Il concetto: gli inverter come tutti sappiamo non sono altro che amplificatori di tensione o stepper. Il metodo più noto per aumentare le tensioni è attraverso trasformatori dove vengono utilizzati avvolgimenti isolati per ottenere moltiplicazioni sbalorditive del livello di tensione. Fondamentalmente il processo avviene attraverso induzioni magnetiche per trasformare flussi di corrente elevata in uscite ad alta tensione.
Per rispettare il processo di cui sopra, è necessario un ingresso AC elevato che può essere inserito nel relativo avvolgimento del trasformatore per ottenere la potenza CA desiderata a 230 o 120 volt.
Tuttavia, poiché l'intero scopo è convertire una sorgente CC a livelli di rete, dobbiamo prima convertire il livello CC a basso livello in ingresso CA basso. Negli inverter a onda quadra questo è facilmente ottenibile utilizzando normali circuiti astabili, ma un'uscita a onda quadra è ciò che non stiamo assolutamente cercando, quindi come possiamo effettivamente 'fabbricare' un ingresso a onda sinusoidale vera o pura per il nostro prototipo.
Utilizzo di motori CC per la generazione di segnali sinusoidali invece di circuiti PWM
Ovviamente possiamo farlo usando circuiti operazionali complessi come un file Circuito “bubba” , ma poiché qui non vogliamo coinvolgere gran parte dell'elettronica, una soluzione più semplice sarebbe quella di utilizzare un piccolo motore a corrente continua per lo scopo. Un motore come tutti sappiamo può essere ruotato applicando potenza ad esso, le rotazioni sono causate da costante interazione torcente del magnete permanente e l'effetto elettromagnetico indotto.
Se invertiamo il processo, ovvero se ruotiamo un motore applicando una forza meccanica esterna, possiamo indurre una discreta quantità di potenziale variabile attraverso i suoi terminali di avvolgimento e la tensione ricevuta avrà una forma d'onda sinusoidale. La forma d'onda sarà perfettamente naturale e una vera onda sinusoidale.
Se questo ingresso sinusoidale viene amplificato ai livelli desiderati, forse la nostra missione può essere semplicemente portata a termine. Invece di intraprendere circuiti mosfet complessi pensati per applicazioni inverter, ho pensato che fosse un'idea migliore alimentare l'ingresso sinusoidale di cui sopra a un amplificatore audio ad alta potenza acquistato già pronto dal mercato.
Uno di questi modelli di amplificatore campione è mostrato qui. Le uscite che si intendono unire agli altoparlanti devono essere unite ai nostri trasformatori di potenza.
Se l'amplificatore è uno stereo, possiamo utilizzare una coppia di trasformatori e terminare le uscite CA dei trasformatori per separare le prese CA in modo che possano essere collegati a loro diversi apparecchi.
Il motore che effettivamente produce le onde sinusoidali è azionato da un altro motore collegato con meccanismo a puleggia / cinghia. Il motore di azionamento viene azionato con la potenza della batteria disponibile.
Parti richieste
Avrai bisogno delle seguenti parti e unità per realizzare questo vero inverter a onda sinusoidale:
Un amplificatore audio ad alta potenza già pronto
Trasformatore: il valore deve corrispondere alla potenza dell'amplificatore. Se l'amplificatore può fornire 500 watt a 50 volt, significa che l'avvolgimento di ingresso del trasformatore deve essere valutato a 50 volt e 10 ampere.
In alternativa, il trasformatore di alimentazione dell'amplificatore di potenza può essere rimosso e utilizzato allo scopo.
Motori - Il regime deve essere superiore a 3000 e deve essere regolato esattamente a 3000 giri / min in modo da ottenere una frequenza di 50 z.
Armadio adatto per accogliere l'intero assieme.
Dado, bulloni, rondelle, fili, batteria ecc.
Layout del cablaggio per l'inverter sinusoidale proposto utilizzando un amplificatore audio
Come assemblare l'amplificatore audio con batteria e ingresso sinusoidale
È abbastanza semplice e riguarda l'integrazione delle unità acquistate secondo il diagramma fornito. L'intero sistema insieme all'amplificatore, al trasformatore e ai motori può essere alloggiato all'interno di un armadio metallico più grande e fissato opportunamente.
In particolare, i motori devono essere serrati saldamente alla base dell'armadio dell'inverter per evitare vibrazioni e rumore. L'armadio deve comprendere anche tutti i terminali specificati con l'unità, fissati esternamente per il collegamento della batteria e le prese AC.
Attraverso un semplice concetto, nell'articolo è stata spiegata l'idea di costruire un inverter a onda sinusoidale pura. Continua a leggere per conoscere tutti i dettagli costruttivi.
Design n. 2: utilizzo di un modulo amplificatore da 100 watt
È comprensibile che gli inverter a onda sinusoidale non siano facili da costruire, a causa di molti motivi diversi. Ma è probabilmente il più ordinario dopo il circuito e anche piuttosto difficile da trovare. Per le persone che sono alla disperata ricerca di un circuito del genere, forse questo articolo può aiutare.
Dopo molte riflessioni, probabilmente mi sembra di aver progettato un concetto più semplice (anche se non del tutto efficiente) di un circuito inverter a onda sinusoidale pura. Dato che il circuito non è stato testato da me, non potrò dire molto riguardo alle specifiche esatte del circuito e vorrei lasciare che sia il lettore a decidere la fattibilità del circuito attuale.
L'idea mi ha colpito leggendo la descrizione del circuito di un Amplificatore audio MOSFET . Sappiamo tutti che quando un segnale audio viene inviato all'ingresso di un amplificatore, produce una potenza di uscita amplificata avente esattamente le stesse proprietà dell'ingresso.
Ciò implica semplicemente che, al posto di un segnale audio, se un segnale AC puro, diciamo da un circuito Wien bridge, viene applicato all'ingresso di un amplificatore di potenza e un trasformatore inverter collegato alla sua uscita (dove normalmente sarebbe collegato un altoparlante), lo sarebbe certamente producono una replica amplificata dell'input. E l'avvolgimento secondario del trasformatore dell'inverter collegato produrrebbe sicuramente un'alimentazione CA sinusoidale (ipotesi mia).
L'unico grosso problema è la perdita di una quantità significativa di potenza della batteria sotto forma di calore attraverso i dispositivi di potenza, riducendo l'efficienza complessiva dell'inverter.
Andiamo avanti e vediamo come funzionano le diverse fasi del circuito proposto.
Il circuito dell'oscillatore
Il semplice circuito generatore di onde sinusoidali mostrato a lato può essere utilizzato per produrre le onde sinusoidali richieste all'ingresso dell'amplificatore di potenza, studiamo il suo funzionamento attraverso i seguenti passaggi:
L'amplificatore operazionale A1 è fondamentalmente cablato come un multivibratore astabile,
Il resistore R1 e il condensatore C1 definiscono la frequenza di oscillazione dell'astabile.
L'onda quadra da A1 viene alimentata ad A2 che è configurato come un filtro passa basso a due poli e viene utilizzato per filtrare le armoniche da A1.
L'uscita da A2 sarà quasi un'onda sinusoidale pura, il picco ovviamente dipenderà dalla tensione di alimentazione e dal tipo di opamp utilizzato.
La frequenza del circuito attuale è stata fissata a circa 50 Hz. Se vengono selezionati i valori delle parti mostrate tra parentesi, la frequenza sarà di circa 60 Hz.
Elenco delle parti
Tutti i resistori sono 1/8 watt, 1%, MFR
R1 = 14K3 (12K1),
R2, R3, R4, R7, R8 = 1K,
R5, R6 = 2K2 (1K9),
R9 = 20K
C1, C2 = 1µF, TANT.
C3 = 2µF, TANT (DUE 1µF IN PARALLELO)
C4, C6, C7 = 2 µ2 / 25 V,
C5 = 100µ / 50v,
C8 = 22µF / 25V
A1, A2 = TL 072
IC2 = LM3886 (National Semiconductor),
DISSIPATORE DI CALORE PER IC2 COME MOSTRATO NELL'IMMAGINE,
TRASFORMATORE = 0-24 V / 8 AMPS. USCITA - 120/230 V AC
PCB = USO GENERALE
L'attuale circuito dell'amplificatore
Per mantenere le specifiche di progetto molto semplici e il numero di componenti minimo possibile, un amplificatore a chip singolo era il requisito di base. Alla fine ho scelto un amplificatore ragionevolmente potente che utilizza IC LM3886 (National Semiconductor) per lo scopo. Le caratteristiche salienti di questo chip dell'amplificatore di potenza sono le seguenti:
Veramente versatile e un circuito integrato ad alte prestazioni rispetto agli altri tipi di dispositivi ibridi e discreti.
Totalmente protetto internamente da picchi di temperatura istantanei,
Dispone di un'area operativa sicura protetta dinamicamente,
L'uscita è perfettamente schermata contro un cortocircuito con la massa o il positivo di alimentazione tramite una rete di circuiti limitatori di corrente interni.
L'uscita è inoltre protetta contro le sovratensioni in uscita dovute a transitori di carico induttivo,
Può essere azionato con tensioni a partire da 20 volt fino a un incredibile 94 volt.
Le sue specifiche tecniche sono le seguenti:
La sensibilità di ingresso è 1 Vrms
La potenza di uscita sarà intorno ai 100 watt se la resistenza primaria del trasformatore è di circa 4 Ohm.
La larghezza di banda di potenza è enorme da 10 Hz a 100 KHz.
Suggerimenti per la costruzione
Il circuito consiste fondamentalmente di solo due circuiti integrati come componenti attivi principali e una manciata di altri componenti passivi, quindi la procedura di costruzione dovrebbe essere molto semplice. L'intero assemblaggio può essere fatto semplicemente su un pezzo di tavola per uso generale (circa 4 x 4 pollici).
L'IC2 deve essere posizionato sul bordo del PCB per facilitare il montaggio del dissipatore di calore. Il presente utilizza due grandi batterie per autocarri da 24 volt. Collegarli come mostrato nel diagramma.
Per caricare le batterie è necessario un caricabatterie separato.
Design n. 3: inverter a onda sinusoidale pura da 500 W.
Il post spiega come realizzare un inverter a onda sinusoidale pura pura da 500 watt utilizzando un amplificatore audio da 500 wat per ottenere risultati ragionevolmente eccezionali.
Il circuito utilizza fondamentalmente una topologia push pull attraverso un paio di batterie 24V. L'uso di due batterie da 24 V consente di incorporare batterie AH inferiori con maggiore efficienza e potenza.
Si possono provare anche batterie da 12V, tuttavia la potenza in uscita sarebbe ridotta della metà.
Poiché viene utilizzata una doppia alimentazione, non è necessario che il trasformatore collegato sia del tipo a presa centrale, ma qui diventa adatto un normale trasformatore a due fili.
La coppia di modelli mostrati di seguito sono tutto ciò che sarebbe necessario per implementare questo semplice circuito inverter a onda sinusoidale pura.
Il generatore di onde sinusoidali
Il primo circuito è il generatore di onde sinusoidali di base che diventa l'ingresso di alimentazione per l'amplificatore sinusoidale principale o lo stadio di uscita.
Il generatore di onde sinusoidali produce un'uscita sinusoidale pura con i componenti mostrati a circa 50Hz, per altre frequenze il resistore da 2,5K può essere alterato e testato in un simulatore per fissare i risultati desiderati.
Il circuito del generatore sinusoidale dovrebbe essere alimentato con +/- 12V, e non direttamente dalla batteria da 24V, in quanto ciò potrebbe danneggiare l'IC in modo permanente.
Gli amplificatori operazionali utilizzati in questo generatore sinusoidale provengono dall'IC TL072
Utilizzo di un circuito amplificatore di potenza come inverter
Il diagramma successivo mostra lo stadio di uscita del circuito inverter a onda sinusoidale semplice proposto, che in realtà è un progetto di amplificatore di potenza da 500 watt. Come si può vedere il design non è affatto complicato.
Tutti i componenti coinvolti sono standard e facilmente disponibili.
I mosfet sono IRF540n e IRF9540n che si completano a vicenda per produrre l'effetto push pull richiesto sul trasformatore collegato.
Con un trasformatore da 0-24 V / 25 A e un paio di batterie da 24 V, il circuito sarebbe in grado di generare fino a 600 watt di uscita a onda sinusoidale pura alla relativa tensione.
L'uscita attraverso il lato destro opamp del generatore di seno deve essere collegata attraverso l'ingresso del secondo circuito per inizializzare le operazioni proposte.
Dettagli di cablaggio della batteria per il circuito inverter a onda sinusoidale semplice sopra
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