Converti un inverter a onda quadra in un inverter a onda sinusoidale

Converti un inverter a onda quadra in un inverter a onda sinusoidale

Il post spiega alcuni concetti di circuito che possono essere utilizzati per convertire o modificare qualsiasi normale inverter a onda quadra in un sofisticato design di inverter a onda sinusoidale.



Prima di studiare i vari progetti spiegati in questo articolo, sarebbe interessante conoscere i fattori che tipicamente rendono un inverter a onda sinusoidale più desiderabile di un modello a onda quadra.

Come funziona la frequenza negli inverter

Gli inverter fondamentalmente coinvolgono la frequenza o le oscillazioni per implementare le azioni di boost e inversione. La frequenza, come sappiamo, è la generazione di impulsi a un modello uniforme e calcolato, ad esempio una frequenza tipica di un inverter può essere valutata a 50 Hz o 50 impulsi positivi al secondo.





La forma d'onda della frequenza fondamentale di un inverter è sotto forma di impulsi a onda quadra.

Come tutti sappiamo, un'onda quadra non è mai adatta al funzionamento di apparecchiature elettroniche sofisticate come TV, lettori musicali, computer ecc.



La rete CA (corrente alternata) che acquistiamo alla nostra presa di rete domestica è composta anche da frequenza di corrente pulsante, ma queste sono sotto forma di onde sinusoidali o onde sinusoidali.

Normalmente è a 50 Hz o 60 Hz a seconda delle specifiche dell'utilità del paese.

La suddetta curva sinusoidale della nostra forma d'onda CA domestica si riferisce ai picchi di tensione in aumento esponenziale che costituiscono i 50 cicli della frequenza.

Poiché la nostra corrente alternata domestica viene generata tramite turbine magnetiche, la forma d'onda è intrinsecamente un'onda sinusoidale, quindi non richiede ulteriori elaborazioni e diventa direttamente utilizzabile nelle case per tutti i tipi di apparecchi.

Al contrario negli inverter, le forme d'onda fondamentali sono a forma di onda quadra che necessita di un'elaborazione approfondita per rendere l'unità compatibile con tutti i tipi di apparecchiature.

Differenza tra onda quadra e onda sinusoidale

Come mostrato nella figura, un'onda quadra e un'onda sinusoidale possono avere livelli di tensione di picco identici ma il valore RMS o il valore quadratico medio della radice potrebbero non essere identici. Questo aspetto è ciò che rende un'onda quadra particolarmente diversa da un'onda sinusoidale anche se il valore di picco può essere lo stesso.

Pertanto un inverter a onda quadra funzionante con 12V DC genererebbe un'uscita equivalente a dire 330V proprio come un inverter a onda sinusoidale funzionante con la stessa batteria ma se si misura l'uscita RMS di entrambi gli inverter, sarebbe significativamente diversa (330V e 220V).

L'immagine mostra erroneamente 220V come picco, in realtà dovrebbe essere 330V

Nel diagramma sopra, la forma d'onda di colore verde è la forma d'onda sinusoidale, mentre l'arancione rappresenta la forma d'onda quadrata. La parte ombreggiata è l'RMS in eccesso che deve essere livellato per rendere entrambi i valori RMS il più vicini possibile.

Convertire un inverter a onda quadra in un equivalente a onda sinusoidale significa quindi sostanzialmente consentire all'inverter a onda quadra di produrre il valore di picco richiesto di diciamo 330 V pur avendo un RMS quasi uguale alla sua controparte a onda sinusoidale.

Come convertire / modificare una forma d'onda quadra in forma d'onda sinusoidale equivalente

Questo può essere fatto scolpendo un campione d'onda quadra in una forma d'onda sinusoidale, o semplicemente tagliando una forma d'onda quadra campione in pezzi più piccoli ben calcolati in modo che il suo RMS diventi molto vicino a un valore RMS CA di rete standard.

Per scolpire un'onda quadra in un'onda sinusoidale perfetta, possiamo impiegare un oscillatore a ponte wien o più precisamente un 'oscillatore bubba' e alimentarlo a uno stadio del processore a onda sinusoidale. Questo metodo sarebbe troppo complesso e quindi non è un'idea consigliata per implementare un inverter a onda quadra esistente in un inverter a onda sinusoidale.

L'idea più fattibile sarebbe quella di tagliare l'onda quadra associata alla base dei dispositivi di output al grado RMS richiesto.

Di seguito viene mostrato un classico esempio:

Il primo diagramma mostra un circuito inverter a onda quadra. Aggiungendo un semplice chopper AMV possiamo abbattere gli impulsi alla base dei relativi mosfet al grado richiesto.

circuito inverter a onda quadra semplice

Versione con inverter da onda quadra modificata a onda sinusoidale equivalente del circuito di cui sopra.

Qui gli AMV inferiori generano impulsi ad alta frequenza il cui rapporto mark / space può essere opportunamente modificato con l'aiuto del preset VR1. Questa uscita controllata PWM viene applicata ai gate dei mosfet per adattare la loro conduzione al valore RMS stabilito.

Come modificare un inverter a onda quadra in un inverter a onda sinusoidale

Schema di forma d'onda tipico previsto dalla modifica di cui sopra:

Forma d'onda ai gate mosfet:

Forma d'onda all'uscita del trasformatore:

Forma d'onda dopo un'adeguata filtrazione utilizzando induttori e condensatori all'uscita del trasformatore:

Elenco delle parti

R1, R2, = 27K,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1K Ohm,
C1, C2 = 0.47uF / 100V metallizzato
C3, C4 = 0,1 uF
T1, T2, T5, T6 = BC547,
T3, T4 = qualsiasi 30V, mosfet 10amp, canale N.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = 47K preimpostato
Trasformatore = 9-0-9V, 8 amp ( le specifiche devono essere selezionate in base al carico di uscita per una corretta ottimizzazione della potenza )
Batteria = 12V, 10AH

Ottenere un tasso di efficienza migliore

La conversione o modifica di cui sopra fornirà circa il 70% di efficienza con la corrispondenza RMS ottenuta. Se sei interessato a ottenere una corrispondenza migliore e precisa, probabilmente sarebbe necessario un processore di forme d'onda IC 556 PWM.

Ti consigliamo di fare riferimento a questo articolo che mostra il principio alla base modificare una forma d'onda quadra in una forma d'onda sinusoidale utilizzando un paio di IC555.

L'uscita dal circuito sopra menzionato può essere analogamente alimentata al cancello o alla base dei relativi dispositivi di potenza presenti nell'unità quadro inverter esistente.

Un approccio più completo può essere visto in questo articolo dove un IC 556 viene utilizzato per estrarre un'onda sinusoidale modificata basata su PWM precisa equivalenti da una sorgente di campionamento a onda quadra.

Questa forma d'onda è integrata con i dispositivi di uscita esistenti per implementare le modifiche previste.

Gli esempi precedenti ci insegnano i metodi più semplici attraverso i quali qualsiasi normale inverter a onda quadra esistente può essere modificato in un progetto di inverter a onda sinusoidale.

Conversione in un SPWM

Nell'articolo precedente abbiamo appreso come la forma d'onda di un inverter a onda quadra possa essere ottimizzata per ottenere un tipo di forma d'onda sinusoidale tagliando l'onda quadra in sezioni più piccole.

Tuttavia, un'analisi più approfondita mostra che, a meno che la forma d'onda tagliata non sia dimensionata sotto forma di SPWM, potrebbe non essere possibile ottenere un corretto equivalente dell'onda sinusoidale.

Per soddisfare questa condizione un circuito convertitore SPWM diventa essenziale per ritagliare la forma d'onda sinusoidale più ideale dall'inverter.

Il diagramma seguente mostra come questo potrebbe essere efficacemente implementato con i progetti discussi sopra.

Conversione SPWM per inverter a onda quadra

Attraverso uno dei miei articoli precedenti abbiamo capito come un opamp potrebbe essere utilizzato per creare SPWM , la stessa teoria potrebbe essere applicata al concetto di cui sopra. Qui vengono utilizzati due generatori di onde triangolari, uno che accetta l'onda quadra veloce dall'astabile inferiore, mentre l'altro accetta onde quadre lente dall'astabile superiore e le processa rispettivamente nelle corrispondenti uscite di onde triangolari veloci e lente.

Queste onde triangolari elaborate vengono alimentate attraverso i due ingressi di un amplificatore operazionale, che alla fine le converte in SPWM o ampiezze di impulso dell'onda sinusoidale.

Questi SPWM vengono utilizzati per tagliare i segnali al gate dei mosfet che alla fine commutano la forma d'onda sull'avvolgimento del trasformatore collegato per creare una replica esatta di una forma d'onda sinusoidale pura sul lato secondario del trasformatore attraverso l'induzione magnetica.




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