מעגל מהפך גל סינוס מדורגת בעל 5 שלבים מרובעים

במאמר זה אנו לומדים כיצד ליצור מעגל מהפך מדורגים רב-שכבתי (5 שלבים) באמצעות מושג פשוט מאוד שפותח על ידי. בואו ללמוד עוד לגבי הפרטים.

קונספט המעגל

באתר זה עד כה פיתחתי, תכננתי והצגתי מעגלי מהפך של גל סינוס רבים באמצעות מושגים פשוטים ורכיבים רגילים כמו IC 555, שבמקרה הם מכווני תוצאות יותר במקום להיות מורכבים ומלאים בבלבולים תיאורטיים.

הסברתי כמה פשוט א ניתן להמיר מגבר שמע בעל הספק גבוה לממיר גל סינוס טהור וכן סקרתי באופן מקיף לגבי מזמיני גל סינוס באמצעות מושגי SPWM

למדנו גם דרך אתר זה לגבי כיצד להמיר כל מהפך מרובע למהפך גל סינוס טהור לְעַצֵב.

הערכת מעגלי המהפך של גל סינוס הנ'ל באמצעות PWMs המקבילים לסינוס, אנו מבינים שצורת הגל של SPWMs אינה תואמת ישירות או חופפת צורת גל סינוסית ממש, אלא אלה מבצעים את אפקט גל הסינוס או התוצאות על ידי פירוש ערך ה- RMS של גל הסינוס בפועל. AC.

למרות ש- SPWM יכול להיחשב כדרך יעילה לשכפול ויישום של גל סינוס טהור למדי, העובדה שהוא אינו מדמה או עולה בקנה אחד עם גל סינוס אמיתי הופך את הרעיון למעט לא מתוחכם, במיוחד אם בהשוואה למהפך גל סינוס מפלס 5 רמות. מוּשָׂג.

אנו יכולים להשוות ולנתח את שני הסוגים של מושגי סימולציה של גלי סינוס על ידי התייחסות לתמונות הבאות:

תמונת צורת גל מדורגת מרובעת

אנו יכולים לראות בבירור כי הרעיון המפלס בן 5 הצעדים המדרגתי מייצר סימולציה ברורה ויעילה יותר של גל סינוס אמיתי מאשר תפיסת SPWM הנשענת אך ורק על התאמת ערך ה- RMS לגודל גל הסינוס המקורי.

תכנון מהפך גלי סינוס רגיל בעל 5 מפלסים עשוי להיות מורכב למדי, אך הרעיון שמוסבר כאן מקל על היישום ומשתמש ברכיבים רגילים.

תרשים מעגל

הערה: אנא הוסף קבל 1uF / 25 על פני סיכות מס '15 וסיכה מס' 16 של ICs, אחרת הרצף לא יתחיל.
בהתייחס לתמונה לעיל, אנו יכולים לראות כיצד ניתן ליישם בפועל את מושג המהפך המחולק ב -5 רמות באמצעות שנאי ברז-ברז בלבד, כמה 4017 ICs ו- 18 BJT-כוח, שניתן להחליף בקלות עם mosfets במידת הצורך.

הנה כמה 4017 ICs שהם שבבי מחיצת הנגד השלבים של ג'ונסון, מפלגים לייצר ריצוף או רודף אחרי שיאים לוגיים על פני פינות ה- IC המוצגות.

מבצע מעגל

לוגיקה פועלת ברצף אלה משמשת להפעלת BJT הכוח המחובר באותו רצף אשר בתורו מחליף את השנאי המתפתל בסדר הגורם לשנאי לייצר סוג גל של צורת גל שווה ערך.

השנאי מהווה את לב המעגל ומעסיק ראשוני שנפצע במיוחד עם 11 ברזים. ברזים אלה פשוט מופקים באופן אחיד מתפתל יחיד מחושב ארוך.

ה- BJT המשויך לאחד מה- ICs מחליף את אחד מחצאי השנאי דרך 5 ברזים המאפשרים יצירת 5 שלבים ברמה, המהווים חצי מחזור אחד של צורת הגל AC, ואילו ה- BJT המשויך לשאר ה- ICs עושה את אותה פונקציה כדי לעצב. במעלה מחצית ה- AC התחתונה בצורה של צורת גל מדורגת ב -5 מפלסים.

ה- ICs מופעלים על ידי אותות שעון המופעלים על המיקום המצוין במעגל, אשר ניתן לרכוש מכל מעגל 555 IC סטנדרטי.

חמש הסטים הראשונים של ה- BJT בונים את 5 רמות צורת הגל, שאר 4 ה- BJT שנותרו עוברים זהה בסדר הפוך כדי להשלים את צורת הגל המדורגת הכוללת 9 גורדי שחקים.

גורדי שחקים אלה נוצרים על ידי הפקת רמות מתח עולות ויורדות על ידי החלפת סלילה מתאימה של השנאי אשר מדורגות ברמות המתח הרלוונטיות.

לדוגמא, סלילה מס '1 יכולה להיות מדורגת ב -150 וולט ביחס לברז המרכזי, סלילה מס' 2 ב -200 וולט, סלילה מס '3 ב -230 וולט, סלילה מס' 4 ב -270 וולט ומתפתלת מספר 5 ב -330 וולט, כך שכאשר אלה עוברים ברצף על ידי את הסט של 5 BJT המוצגים, אנו מקבלים את 5 הרמות הראשונות של צורת הגל, לאחר מכן כאשר מתפתלים אלה מוחלפים לאחור על ידי 4 BJT הבאים, הוא יוצר את צורות הגל של 4 הרמות היורדות, ובכך משלים את מחזור החצי העליון של 220 וולט.

אותו דבר חוזר על ידי שאר 9 ה- BJT המשויכים לשאר 4017 IC שמוליד את המחצית התחתונה של זרם ה- AC המפלס בן 5 הרמות, שמשלים צורת גל אחת שלמה של תפוקת ה- AC הנדרשת.

שנאי מתפתל פרטים:

כפי שניתן לראות בתרשים לעיל, השנאי הוא סוג ליבת ברזל רגיל, שנעשה על ידי סלילה ראשונית ומשנית עם סיבובים המתאימים לברזי המתח המצוינים.

כאשר הם מחוברים ל- BJT המקביל, ניתן לצפות כי סלילה זו תגרום לרמת 5 או בסך הכל 9 רמות של צורת גל מדורגת שבה סלילה ראשונה של 36 וולט תתאים ותגרום ל -150 וולט, 27 וולט יגרום לשווה ערך של 200 וולט, ואילו 20 וולט, 27 וולט, 36 וולט יהיה אחראי על ייצור 230 וולט, 270 וולט ו -330 וולט על פני סלילה משנית בפורמט המדורג המוצע.

מערך הברזים בצד התחתון של הראשוני יבצע את המעבר ל -4 רמות עולות של צורת הגל.

הליך זהה יחזור על ידי 9 ה- BJT המשויכים ל- IC המשלים 4017 לבניית מחצית מחזור שלילית של AC ... השלילי מועבר בשל כיוון הפוך של שנאי המתפתל ביחס לברז המרכזי.

עדכון:

דיאגרמת מעגל מלאה של מעגל מהפך סינוס רב-רמות הנדון

הערה: אנא הוסף קבל 1uF / 25 על פני סיכות מס '15 וסיכה מס' 16 של ICs, אחרת הרצף לא יתחיל.
יש להתאים את הסיר 1M המשויך למעגל 555 לצורך הגדרת תדר 50Hz או 60Hz עבור המהפך בהתאם למפרט המדינה של המשתמש.

רשימת חלקים

כל הנגדים הלא מוגדרים הם 10k, 1/4 וואט
כל הדיודות הן 1N4148
כל BJTs הם TIP142
ICs הם 4017

הערות למעגל מהפך גל סינוס מדורגים בן 5 שלבים:

הבדיקה והאימות של העיצוב הנ'ל נערכו בהצלחה על ידי מר שרווין בפטיסטה, שהוא אחד החסידים הנלהבים של האתר.

1. אנו מחליטים על אספקת הקלט למהפך --- 24V @ 18Ah @ 432Wh

2. תהיה נושא של רעש שנוצר במהלך כל תהליך בניית המהפך הזה. כדי לפצח את נושא הרעש שנוצר ומוגבר בקלות רבה

ת. אנו מחליטים לסנן את אות הפלט של IC555 ברגע שהוא מופק בסיכה 3, על ידי כך ניתן להשיג גל נקי יותר.

ב. אנו מחליטים להשתמש ב- FERRITE BEADS ביציאות המתאימות של IC4017 כדי לשפר את הסינון לפני שנשלח האות לטרנזיסטורי המגבר.

ג. אנו מחליטים להשתמש בשני טרנספורמטורים ולשפר את הסינון בין שניהם במעגל.

3. נתוני שלב המתנד:

שלב מוצע זה הוא השלב העיקרי במעגל המהפך. הוא מייצר את הפולסים הנדרשים בתדר נתון להפעלת השנאי. הוא מורכב מ- IC555, IC4017 וטרנזיסטורי כוח של מגבר.

A. IC555:

זהו שבב טיימר בעל צריכת חשמל נמוכה וקלה לשימוש ויש בו שפע של מגוון פרויקטים שניתן לבצע באמצעותו. בפרויקט מהפך זה אנו מגדירים אותו במצב מדהים ליצירת גלים מרובעים. כאן קבענו את התדר ל -450 הרץ על ידי כוונון הפוטנציומטר 1 מגה-אחד ואישור הפלט בעזרת מד תדרים.

B. IC4017:

זהו שבב לוגיקה של 10 מחיצות נגד של ג'ונסון, המפורסם מאוד במעגלי הברקה / רודף LED ברצף / פועל. כאן הוא מוגדר בצורה חכמה לשימוש ביישום מהפך. אנו מספקים את 450 הרץ זה שנוצר על ידי IC555 לקלטים של IC4017. IC זה עושה את העבודה לשבור את תדר הקלט ל -9 חלקים כאשר כל אחד מהם גורם ליציאת 50Hz.
כעת לסיכות הפלט של שני 4017 יש אות שעון של 50 הרץ ברציפות קדימה ואחורה.

ג. טרנזיסטורי הכוח של המגבר:

אלה הטרנזיסטורים בעוצמה גבוהה אשר מושכים את כוח הסוללה אל פיתולי השנאי בהתאם לאות המוזן אליהם. מכיוון שזרמי הפלט של שנות ה- 4017 נמוכים מדי, איננו יכולים להזין אותם ישירות לשנאי. לכן אנו זקוקים למגבר כלשהו אשר ימיר את אותות הזרם הנמוך משנות ה -4017 לאותות זרם גבוה אשר לאחר מכן ניתן להעביר לשנאי לצורך המשך פעולה.

טרנזיסטורים אלה יתחממו במהלך ההפעלה ויהיה צורך בהזדקק.
אפשר להשתמש בגופי קירור נפרדים לכל טרנזיסטור, ולכן צריך לוודא שה-
צלעות הקירור אינן נוגעות זו בזו.

אוֹ

אפשר להשתמש בחתיכת גוף קירור ארוכה אחת כדי להתאים את כל הטרנזיסטורים שעליה. ואז צריך
מבודדים תרמית וחשמלית את כל לשונית המרכזית של הטרנזיסטור מנגיעה בגוף הקירור

כדי למנוע מהם להתקצר. ניתן לעשות זאת באמצעות ערכת בידוד מיקה.

4. הבא מגיע שנאי הבמה הראשון:

ת. כאן אנו מעסיקים את הראשוני מרובה הקשות לשנאי משני דו חוטי. לאחר מכן אנו מוצאים את הוולטים לכל ברז להכנת המתח הראשוני.

---שלב 1---

אנו לוקחים בחשבון את מתח DC הקלט שהוא 24V. אנו מחלקים את זה עם 1.4142 ונמצא שווה ערך ל- AC RMS שהוא 16.97V ~
אנו מעגלים את דמות ה- RMS הנ'ל המביאה ל- 17V ~

---שלב 2---

בשלב הבא אנו מחלקים את RMS 17V ~ ל- 5 (מכיוון שאנו זקוקים לחמישה מתח ברז) ומקבלים RMS 3.4V ~
אנו לוקחים את נתון ה- RMS הסופי ב -3.5 וולט ~ ומכפילים אותו ב -5 נותן לנו 17.5 וולט ~ כדמות עגולה.
בסופו של דבר מצאנו את הוולטים לכל הברז שהוא RMS 3.5V ~

ב. אנו מחליטים לשמור על המתח המשני ל- RMS 12V ~ כלומר, 0-12V הוא בגלל שנוכל להשיג תפוקת אמפר גבוהה יותר ב- 12V ~

ג. אז יש לנו את דירוג השנאי להלן:
ראשי רב טפחים: 17.5 --- 14 --- 10.5 --- 7 --- 3.5 --- 0 --- 3.5 --- 7 --- 10.5 --- 14 --- 17.5V @ 600W / 1000VA
משני: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA.
קיבלנו את השנאי הזה על ידי סוחר שנאי מקומי.

5. עכשיו עוקב אחר מעגל LC הראשי:

למעגל LC המכונה מכשיר פילטר יש יישומים חזקים במעגלי ממיר הספק.
בשימוש ביישום מהפך זה בדרך כלל נדרש לפירוק הפסגות החדות

של כל צורת גל שנוצרת ועוזר להמיר אותה לצורת גל חלקה יותר.

כאן בקטע המשני של השנאי הנ'ל הוא 0 --- 12V, אנו מצפים למפלס רב-שכבתי
צורת גל מדורגת מרובעת בפלט. אז אנו משתמשים במעגל LC של 5 שלבים כדי לקבל צורת גל שווה ערך SINEWAVE.

הנתונים עבור מעגל LC הם להלן:

א) כל המשרנים צריכים להיות 500UH (microhenry) 50A מדורג IRON CORE EI LAMINATED.
ב) כל הקבלים צריכים להיות מסוג 1uF 250V NONPOLAR.

שים לב שאנו מדגישים את מעגל LC בן 5 השלבים ולא רק שלב אחד או שניים כך שנוכל לקבל צורת גל נקייה בהרבה בפלט עם עיוותים הרמוניים פחותים.

6. עכשיו מגיע שנאי הבמה השני והאחרון:

שנאי זה אחראי להמרת הפלט מרשת LC כלומר, RMS 12V ~ ל- 230V ~
שנאי זה ידורג להלן:
ראשוני: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA
משני: 230V @ 600W / 1000VA.

כאן לא תידרש שום רשת LC נוספת ביציאת 230 וולט הסופית לצורך סינון נוסף מכיוון שכבר סיננו כל שלב של כל פלט מעובד בהתחלה.
ה- OUTPUT יהיה כעת SINEWAVE.

דבר טוב הוא שאין שום רעש בפלט הסופי של מהפך זה
ניתן להפעיל גאדג'טים מתוחכמים.

אך דבר אחד שיש לזכור על ידי האדם המפעיל את המהפך הוא לא להעמיס את המהפך ולשמור על עומסי הכוח של גאדג'טים מתוחכמים המופעלים בגבולות.

כמה תיקונים שיש לבצע בתרשים המעגל ניתנים להלן:

1. על הרגולטור IC7812 צריכים להיות מחוברים קבלים עוקפים. זה צריך להיות מותקן על
HEATSINK מכיוון שהוא יתחמם במהלך הפעולה.

2. טיימר IC555 צריך לעקוב אחר התנגדות סדרתית לפני שהאות עובר קדימה לדיודות.
ערך ההתנגדות צריך להיות 100E. IC מתחמם אם הנגד אינו מחובר.

לסיכום יש לנו 3 שלבי סינון מוצעים:

1. האות שנוצר על ידי IC555 בסיכה 3 מסונן לקרקע ואז מועבר לנגד
ואז לדיודות.

2. כאשר האותות הרצים יוצאים מהסיכות הרלוונטיות של IC4017, חיברנו בעבר חרוזי פריטה
העברת אות לנגד.
3. שלב הסינון הסופי משמש בין שני השנאים

איך חישבתי את סליל השנאי

הייתי רוצה לחלוק איתך משהו היום.

כשמדובר בליבת ברזל מפותלת, לא ידעתי שום דבר על מפרטים לאחור, מכיוון שגיליתי שהרבה פרמטרים וחישובים נכנסים אליהם.

אז עבור המאמר לעיל נתתי את המפרט הבסיסי לאדם המסובב את הטראפו והוא פשוט שאל אותי:

א) הקשת מתח הקלט והפלט במידת הצורך,
ב) זרם הקלט והפלט,
ג) ההספק הכולל,
ד) האם אתה זקוק למתקן הידוק חיצוני המוברג לתנועה?
ה) האם אתה רוצה נתיך המחובר פנימי בצד השנאי 220V?
ו) האם אתה רוצה חוטים המחוברים לטרפו או פשוט לשמור את חוט האמייל מבחוץ עם חומר קירור נוסף?
ז) האם אתה רוצה שהליבה תהיה מקורקעת באמצעות חוט חיצוני המחובר?
ח) האם ברצונך שקרן הברזל יהיה מוגן בלכה ונצבע בתחמוצת שחורה?

לבסוף הוא הבטיח לי שמבחן הבטיחות המלא עבור השנאי הוא סוג שנעשה לפי הזמנה לאחר שיהיה מוכן וזה ייקח טווח של 5 ימים עד שהושלם עד לתשלום חלק.
תשלום החלק היה (בערך) רבע מסך העלות המוצעת שהוכתב על ידי האדם המתפתל.

התשובות שלי לשאלות הנ'ל הן:

הערה: כדי למנוע בלבולי חיווט, אני מניח ש- trafo מיועד למטרה אחת: TRANSFORM TRANSFORMER כאשר ראשוני הוא צד מתח גבוה ומשני הוא צד מתח נמוך.

א) כניסה ראשונית 0-220 וולט, 2 חוטים.
17.5 --- 14 --- 10.5 --- 7 --- 3.5 --- 0 --- 3.5 --- 7 --- 10.5 --- 14 --- 17.5V פלט רב-טפחי משני, 11- חוטים.

ב) זרם הקלט הראשי: 4.55A ב 220V זרם היציאה: 28.6 אמפר במתח רב משוני @ מתח קצה לקצה 35V ... .. בכל מה שקשור לחישוב.

אמרתי לו שאני צריך 5 אמפר ב -220 וולט (230. מקסימום) כלומר קלט ראשוני ו -32 אמפר ב -35 וואט, כלומר פלט משני רב-טפחים.

ג) בתחילה אמרתי לו 1000VA אך בהתבסס על חישוב וולט כפול מגבר ועיגול דמויות עשרוניות, ההספק הלך ל 1120VA +/- 10%. הוא סיפק לי ערך סובלנות בטיחותי לצד 220 וולט.

ד) כן. אני כן זקוק להתקנה קלה על ארון מתכת.

ה) לא. אמרתי לו שאני אשים אחד חיצוני לגישה נוחה אליו כשהוא בטעות יתפוצץ.

ו) אמרתי לו לשמור את החוט האמייל מבחוץ כדי שהצד השני המשני יוחזר כראוי למען הביטחון ובצד הראשי ביקשתי לחבר חוטים.

ז) כן. אני זקוק ללידה של האדמה מטעמי בטיחות. לכן אנא חברו חוט חיצוני.

ח) כן. ביקשתי ממנו לספק את ההגנה הדרושה להחתמת הליבה.

אלה היו האינטראקציות ביני לבינו עם שנאי הסוג המוצע לפי הזמנה.

עדכון:

בתכנון מדורגים של 5 שלבים לעיל יישמנו את קיצוץ 5 הצעדים על פני צד DC של השנאי, שנראה מעט לא יעיל. זה בגלל שהמיתוג עלול לגרום לכמות משמעותית של כוח שאבד דרך ה- EMF הגב מהשנאי, וזה יצטרך שהשנאי יהיה גדול מאוד.

רעיון טוב יותר יכול להיות לתנוד את הצד DC עם מהפך גשר מלא של 50 הרץ או 60 הרץ, ולהחליף את צד ה- AC המשני עם יציאות IC 4017 רציפות של 9 השלבים שלנו באמצעות טריאקים, כפי שמוצג להלן. רעיון זה יצמצם קוצים וחולפים ויאפשר לממיר לבצע ביצוע חלק ויעיל של צורת גל הסינוס בת 5 הצעדים. הטריאקות יהיו פחות פגיעות למיתוג, בהשוואה לטרנזיסטורים בצד DC.