Sirkuit Inverter Gelombang Sinus Bertingkat 5 Langkah Bertingkat

Pada artikel ini kita belajar bagaimana membuat rangkaian inverter bertingkat bertingkat (5 langkah) menggunakan konsep yang sangat sederhana yang dikembangkan oleh saya. Mari pelajari lebih lanjut tentang detailnya.

Konsep Sirkuit

Sejauh ini, di situs web ini saya telah mengembangkan, merancang, dan memperkenalkan banyak rangkaian inverter gelombang sinus menggunakan konsep langsung dan komponen biasa seperti IC 555, yang kebetulan lebih berorientasi pada hasil daripada kompleks dan penuh dengan teori campur aduk.

Saya telah menjelaskan betapa sederhananya a penguat audio daya tinggi dapat diubah menjadi inverter gelombang sinus murni , dan saya juga telah membahas secara komprehensif mengenai inveter gelombang sinus menggunakan konsep SPWM

Kami juga telah belajar melalui situs web ini tentang bagaimana mengubah inverter persegi apa pun menjadi inverter gelombang sinus murni rancangan.

Menilai rangkaian inverter gelombang sinus di atas menggunakan PWM ekuivalen sinus, kami memahami bahwa bentuk gelombang SPWM tidak secara langsung cocok atau bertepatan dengan bentuk gelombang sinusoidal yang sebenarnya, melainkan mengeksekusi efek gelombang sinus atau hasil dengan menafsirkan nilai RMS dari gelombang sinus yang sebenarnya AC.

Meskipun SPWM dapat dianggap sebagai cara yang efektif untuk mereplikasi dan menerapkan gelombang sinus yang cukup murni, fakta bahwa SPWM tidak mensimulasikan atau bertepatan dengan gelombang sinus yang sebenarnya membuat konsep ini sedikit tidak canggih, terutama jika dibandingkan dengan inverter gelombang sinus bertingkat 5 Tingkat konsep.

Kedua jenis konsep simulasi gelombang sinus tersebut dapat kita bandingkan dan analisis dengan mengacu pada gambar berikut:

Gambar Bentuk Gelombang Bertingkat Bertingkat

Kita dapat melihat dengan jelas bahwa konsep bertingkat 5 langkah bertingkat menghasilkan simulasi gelombang sinus yang lebih jelas dan efektif daripada konsep SPWM yang hanya mengandalkan pencocokan nilai RMS dengan besaran gelombang sinus asli.

Mendesain Inverter Gelombang Sinus Bertingkat 5 Tingkat konvensional bisa jadi cukup rumit, tetapi konsep yang dijelaskan di sini membuat penerapannya lebih mudah dan menggunakan komponen biasa.

Diagram Sirkuit

CATATAN: Harap tambahkan kapasitor 1uF / 25 di pin # 15 dan pin # 16 baris IC, jika tidak, urutan tidak akan dimulai.
Mengacu pada gambar di atas, kita dapat melihat betapa sederhananya konsep inverter bertingkat 5 tingkat dapat diterapkan secara praktis hanya dengan menggunakan trafo muti-tap, sepasang IC 4017 dan 18 BJT daya, yang dapat dengan mudah diganti dengan MOSFET jika diperlukan.

Di sini beberapa IC 4017 yang merupakan chip pembagi penghitung 10 tahap Johnson, yang mengalir untuk menghasilkan logika yang berjalan atau mengejar tertinggi secara berurutan di pinout IC yang ditunjukkan.

Operasi Sirkuit

Logika yang berjalan secara berurutan ini digunakan untuk memicu BJT daya yang terhubung dalam urutan yang sama yang pada gilirannya mengalihkan belitan transformator dalam urutan yang menyebabkan transformator menghasilkan jenis bentuk gelombang setara sinus bertingkat.

Trafo membentuk jantung sirkuit dan menggunakan primer luka khusus dengan 11 keran. Keran ini hanya diekstraksi secara seragam dari satu belitan terhitung panjang.

BJT yang diasosiasikan dengan salah satu sakelar IC salah satu bagian dari transformator melalui 5 keran yang memungkinkan pembuatan 5 langkah tingkat, yang merupakan satu setengah siklus bentuk gelombang AC, sedangkan BJT yang terkait dengan IC lain melakukan fungsi yang sama untuk membentuk naik setengah siklus AC bagian bawah dalam bentuk bentuk gelombang bertingkat 5 tingkat.

IC dijalankan oleh sinyal clock yang diterapkan ke posisi yang ditunjukkan dalam rangkaian, yang dapat diperoleh dari rangkaian astabil IC 555 standar.

5 set BJT pertama membangun 5 level bentuk gelombang, 4 BJT sisanya beralih sama dalam urutan terbalik untuk menyelesaikan bentuk gelombang bertingkat yang memiliki total 9 gedung pencakar langit.

Pencakar langit ini dibentuk dengan menghasilkan level tegangan naik dan turun dengan mengganti belitan transformator yang sesuai yang dinilai pada level tegangan yang relevan

Misalnya, belitan # 1 dapat dinilai pada 150V sehubungan dengan keran tengah, belitan # 2 pada 200V, belitan # 3 pada 230V, belitan # 4 pada 270V dan belitan # 5 pada 330V, jadi ketika ini dialihkan secara berurutan oleh himpunan 5 BJT yang ditunjukkan, kita mendapatkan 5 tingkat pertama dari bentuk gelombang, selanjutnya ketika belitan ini diaktifkan secara terbalik oleh 4 BJT berikut ini menciptakan bentuk gelombang 4 tingkat menurun, sehingga menyelesaikan setengah siklus atas AC 220V.

Hal yang sama diulangi oleh 9 BJT lainnya yang terkait dengan IC 4017 lainnya yang menimbulkan paruh bawah dari cascaded AC 5 level, yang melengkapi satu bentuk gelombang AC lengkap dari output AC 220V yang diperlukan.

Detail Transformer Winding:

Seperti dapat disaksikan pada diagram di atas, transformator adalah jenis inti besi biasa, dibuat dengan menggulung primer dan sekunder dengan belitan yang sesuai dengan sadapan tegangan yang ditunjukkan.

Ketika dihubungkan dengan BJT yang sesuai, belitan ini dapat diharapkan untuk menginduksi 5 level atau total 9 level bentuk gelombang bertingkat dimana belitan 36V pertama akan sesuai dan menginduksi 150V, 27V akan menginduksi ekuivalen 200V, sedangkan 20V, 27V, 36V akan bertanggung jawab untuk menghasilkan 230V, 270V dan 330V melintasi belitan sekunder dalam format bertingkat yang diusulkan.

Set keran di sisi bawah primer akan melakukan peralihan untuk menyelesaikan 4 level gelombang naik.

Prosedur yang identik akan diulangi oleh 9 BJT yang terkait dengan IC 4017 komplementer untuk membangun setengah siklus negatif AC ... negatif diberikan karena orientasi berlawanan dari belitan transformator sehubungan dengan keran tengah.

Memperbarui:

Diagram rangkaian lengkap dari rangkaian inverter sinewave multi-level yang dibahas

CATATAN: Harap tambahkan kapasitor 1uF / 25 di pin # 15 dan pin # 16 baris IC, jika tidak, urutan tidak akan dimulai.
Pot 1M yang terkait dengan sirkuit 555 perlu disesuaikan untuk menyiapkan frekuensi 50Hz atau 60Hz untuk inverter sesuai dengan spesifikasi negara pengguna.

Daftar Bagian

Semua resistor yang tidak ditentukan adalah 10k, 1/4 watt
Semua dioda adalah 1N4148
Semua BJT adalah TIP142
IC adalah 4017

Catatan untuk Sirkuit Inverter Gelombang Sinus Bertingkat 5 Langkah Bertingkat:

Pengujian dan verifikasi desain di atas berhasil dilakukan oleh Bapak Sherwin Baptista, yang merupakan salah satu pengikut situs web yang tajam.

1. Kami memutuskan suplai input ke inverter --- 24V @ 18Ah @ 432Wh

2. Akan ada masalah KEBISINGAN yang ditimbulkan selama proses pembuatan inverter ini. Untuk memecahkan masalah kebisingan yang dihasilkan dan diperkuat dengan sangat mudah

A. Kami memutuskan untuk menyaring sinyal keluaran IC555 saat itu diproduksi di pin 3, dengan melakukan itu gelombang persegi yang lebih bersih dapat diperoleh.

B. Kami memutuskan untuk menggunakan FERRITE BEADS pada output masing-masing IC4017 untuk meningkatkan penyaringan sebelum sinyal dikirim ke transistor penguat.

C. Kami memutuskan untuk menggunakan DUA TRANSFORMER dan meningkatkan penyaringan antara keduanya di sirkuit.

3. Data Tahap Osilator:

Tahapan yang diusulkan ini merupakan tahapan utama rangkaian inverter. Ini menghasilkan pulsa yang diperlukan pada frekuensi tertentu agar transformator dapat beroperasi. Ini terdiri dari IC555, IC4017 dan Transistor Daya Amplifier.

A. IC555:

Ini adalah chip pengatur waktu daya rendah yang mudah digunakan dan memiliki banyak variasi proyek yang dapat dilakukan dengan menggunakannya. Dalam proyek inverter ini kami mengkonfigurasinya dalam mode astabil untuk menghasilkan gelombang persegi. Di sini kami mengatur frekuensi pada 450Hz dengan menyesuaikan potensiometer 1 megaohm dan mengonfirmasi keluaran dengan pengukur frekuensi.

B. IC4017:

Ini adalah chip logika pembagi penghitung 10 tahap Jhonson yang sangat terkenal di rangkaian flasher / chaser LED berurutan / berjalan. Di sini ia dikonfigurasi dengan cerdas untuk digunakan dalam aplikasi inverter. Kami menyediakan 450Hz yang dihasilkan oleh IC555 ini ke input IC4017. IC ini melakukan tugas memecah frekuensi input menjadi 9 bagian dengan masing-masing menghasilkan output 50Hz.
Sekarang pin output dari kedua 4017 memiliki sinyal clock 50Hz yang terus berjalan maju dan mundur.

C.Transistor Daya Amplifier:

Ini adalah Transistor Daya Tinggi yang menarik daya baterai ke belitan transformator sesuai dengan sinyal yang dimasukkan ke dalamnya. Karena arus keluaran 4017 terlalu rendah, kami tidak dapat langsung memasukkannya ke transformator. Oleh karena itu diperlukan suatu jenis penguat yang akan mengubah sinyal arus rendah dari 4017s menjadi sinyal arus tinggi yang kemudian dapat diteruskan ke transformator untuk pengoperasian selanjutnya.

Transistor ini akan menjadi panas selama operasi dan membutuhkan heatsink.
Seseorang dapat menggunakan heatsink terpisah untuk setiap transistor, oleh karena itu harus dipastikan bahwa
heatsink tidak saling bersentuhan.

ATAU

Seseorang dapat menggunakan satu bagian heatsink yang panjang agar sesuai dengan semua transistor di atasnya. Maka harus
isolasi secara termal dan elektrik setiap tab tengah transistor agar tidak menyentuh heatsink masuk

untuk menghindari korsleting. Ini dapat dilakukan dengan menggunakan Mica Isolation Kit.

4. Berikutnya adalah Transformator Tahap Pertama:

A. Di sini kita menggunakan transformator Primer Multi-tap ke Sekunder Dua Kawat. Selanjutnya kita menemukan volt per tap untuk menyiapkan tegangan primer.

---LANGKAH 1---

Kami mempertimbangkan Tegangan Input DC yaitu 24V. Kami membagi ini dengan 1.4142 dan menemukan ekuivalen AC RMS-nya yaitu 16.97V ~
Kami membulatkan angka RMS di atas yang menghasilkan 17V ~

---LANGKAH 2---

Selanjutnya kita membagi RMS 17V ~ dengan 5 (karena kita membutuhkan lima tegangan tap) dan kita mendapatkan RMS 3.4V ~
Kami mengambil angka RMS akhir dengan 3,5V ~ dan mengalikannya dengan 5 memberi kami 17,5V ~ sebagai angka bulat.
Pada akhirnya kami menemukan Volts Per Tap yaitu RMS 3.5V ~

B.Kami memutuskan untuk menjaga tegangan Sekunder ke RMS 12V ~ yaitu, 0-12V karena kami dapat memperoleh output ampere yang lebih tinggi pada 12V ~

C.Jadi kami memiliki peringkat trafo seperti di bawah ini:
Multi-tap Primer: 17.5 --- 14 --- 10.5 --- 7 --- 3.5 --- 0 --- 3.5 --- 7 --- 10.5 --- 14 --- 17.5V @ 600W / 1000VA
Sekunder: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA.
Kami mendapat luka trafo ini oleh dealer trafo lokal.

5. Sekarang mengikuti Sirkuit LC utama:

Sirkuit LC yang dikenal sebagai perangkat filter memiliki aplikasi yang kuat di sirkuit konverter daya.
Digunakan dalam aplikasi inverter, umumnya diperlukan untuk memecah puncak yang tajam

bentuk gelombang yang dihasilkan dan membantu mengubahnya menjadi bentuk gelombang yang lebih halus.

Di sini, di bagian sekunder transformator di atas menjadi 0 --- 12V, kami mengharapkan multilevel
bentuk gelombang kaskade persegi pada output. Jadi kami menggunakan Sirkuit LC 5 Tahap untuk mendapatkan bentuk gelombang setara SINEWAVE.

Data Sirkuit LC adalah sebagai berikut:

A) Semua Induktor harus 500uH (microhenry) 50A nilai IRON CORE EI LAMINATED.
B) Semua Kapasitor harus berjenis 1uF 250V NONPOLAR.

Perhatikan bahwa kami menekankan pada rangkaian LC 5 tahap dan tidak hanya satu atau dua tahap sehingga kita bisa mendapatkan bentuk gelombang yang jauh lebih bersih pada keluaran dengan distorsi harmonik yang lebih rendah.

6. Sekarang sampai pada Transformer Tahap Kedua dan Terakhir:

Trafo ini bertanggung jawab untuk mengubah output dari jaringan LC yaitu RMS 12V ~ menjadi 230V ~
Trafo ini akan diberi nilai seperti di bawah ini:
Utama: 0 --- 12V @ 600W / 1000VA
Sekunder: 230V @ 600W / 1000VA.

Di sini, TIDAK ADA jaringan LC tambahan yang diperlukan pada keluaran akhir 230V untuk lebih banyak penyaringan karena kita sudah memfilter setiap tahap dari setiap keluaran yang diproses di awal.
OUTPUT sekarang akan menjadi SINEWAVE.

Hal yang BAIK adalah sama sekali TIDAK ADA KEBISINGAN pada keluaran akhir inverter ini dan
gadget canggih bisa dioperasikan.

Tetapi satu hal yang harus diingat oleh orang yang mengoperasikan inverter adalah TIDAK MENGUNGGAH KELEBIHAN INVERTER dan menjaga agar beban daya perangkat canggih yang sedang dioperasikan tetap terbatas.

Beberapa koreksi yang harus dilakukan dalam diagram sirkuit diberikan sebagai berikut:

1. Regulator IC7812 harus memiliki kapasitor bypass yang terhubung. Ini harus dipasang pada a
HEATSINK karena akan menjadi hangat selama pengoperasian.

2. Timer IC555 harus mengikuti resistansi seri sebelum sinyalnya diteruskan ke dioda.
Nilai resistansi harus 100E. IC menjadi panas jika resistor tidak terhubung.

Kesimpulannya, kami memiliki 3 tahap filter yang diusulkan:

1. Sinyal yang dibangkitkan oleh IC555 pada pin 3 disaring ke ground dan diteruskan ke resistor
dan kemudian ke dioda.

2. Saat sinyal yang berjalan keluar dari pin yang relevan dari IC4017, kami menghubungkan manik-manik ferit sebelumnya
melewatkan sinyal ke resistor.
3. Tahap filter terakhir digunakan antara kedua transformator

Bagaimana Saya Menghitung Belitan Transformer

Saya ingin berbagi sesuatu dengan Anda hari ini.

Ketika datang ke inti besi berliku, saya tidak tahu apa-apa tentang spesifikasi rewinding karena saya menemukan banyak parameter dan perhitungan yang masuk ke dalamnya.

Jadi untuk artikel di atas saya memberikan spesifikasi dasar kepada orang trafo winder dan dia hanya bertanya kepada saya:

a) Penyadapan tegangan input dan output jika perlu,
b) Arus masukan dan keluaran,
c) Kekuatan total,
d) Apakah Anda memerlukan perlengkapan penjepit eksternal yang dibaut ke trafo?
e) Apakah Anda ingin sekring tersambung secara internal di sisi transformator 220V?
f) Apakah Anda ingin kabel terhubung ke trafo ATAU cukup menjaga kabel enamel di bagian luar dengan bahan heatsink tambahan?
g) Apakah Anda ingin inti di-ground dengan kabel eksternal yang terhubung?
h) Apakah Anda ingin IRON CORE dilindungi pernis dan dicat dengan oksida hitam?

Akhirnya dia meyakinkan saya tentang uji keamanan lengkap untuk trafo menjadi tipe yang dibuat berdasarkan pesanan setelah siap dan akan memakan waktu 5 hari untuk menyelesaikannya sampai pembayaran sebagian diberikan.
Pembayaran bagian (kira-kira) seperempat dari total biaya yang diusulkan ditentukan oleh orang jamnya.

Jawaban saya atas pertanyaan di atas adalah:

CATATAN: Untuk menghindari kebingungan kabel, saya berasumsi trafo dibuat untuk satu tujuan: TRANSFORMATOR LANGKAH BAWAH di mana primer adalah sisi tegangan tinggi dan sekunder adalah sisi tegangan rendah.

a) input primer 0-220V, 2-kabel.
17.5 --- 14 --- 10.5 --- 7 --- 3.5 --- 0 --- 3.5 --- 7 --- 10.5 --- 14 --- 17.5V output multi-tap sekunder, 11- kabel.

b) Arus masukan primer: 4,55A pada 220V Arus keluaran: 28,6 Amps pada tegangan sekunder multi-tap @ ujung ke ujung 35V… ..dimana perhitungannya diperhatikan.

Saya mengatakan kepadanya bahwa saya perlu 5 amp pada 220V (230. max) yaitu, input primer dan 32 amp pada 35V yaitu, output sekunder multi-tap.

c) Saya awalnya memberi tahu dia 1000VA tetapi berdasarkan perhitungan volt kali amp dan pembulatan angka desimal, daya menjadi 1120VA +/- 10%. Dia memberi saya nilai toleransi keamanan untuk sisi 220V.

d) Ya. Saya memang membutuhkan pemasangan yang mudah ke kabinet logam.

e) Tidak. Saya mengatakan kepadanya bahwa saya akan menempatkan satu secara eksternal untuk memudahkan aksesnya ketika secara tidak sengaja meledak.

f) Saya mengatakan kepadanya untuk menjaga kawat enamel di luar untuk sisi sekunder multi-tap yang dipanaskan dengan benar untuk keselamatan dan di sisi utama saya meminta kabel untuk dihubungkan.

g) Ya. Saya ingin inti dibumikan untuk alasan keamanan. Oleh karena itu, harap pasang kabel eksternal.

h) Ya. Saya memintanya untuk memberikan perlindungan yang diperlukan untuk stempel inti.

Ini adalah interaksi antara saya dan dia untuk trafo tipe made-to-order yang diusulkan.

MEMPERBARUI:

Dalam desain bertingkat 5 langkah di atas, kami menerapkan pemotongan 5 langkah melintasi sisi DC transformator, yang tampaknya sedikit tidak efisien. Itu karena peralihan dapat mengakibatkan sejumlah besar daya hilang melalui EMF balik dari transformator, dan ini akan membutuhkan transformator yang sangat besar.

Ide yang lebih baik adalah mengosilasi sisi DC dengan inverter jembatan penuh 50 Hz atau 60 Hz, dan mengganti sisi AC sekunder dengan output IC 4017 sekuensial 9 langkah kami menggunakan triac, seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Ide ini akan mengurangi lonjakan dan transien serta memungkinkan inverter memiliki pelaksanaan bentuk gelombang sinus 5 langkah yang lebih mulus dan efisien. Triac akan kurang rentan terhadap peralihan, dibandingkan dengan transistor di sisi DC.