3 besten transformatorlosen Wechselrichterschaltungen

Wie der Name schon sagt, wird eine Wechselrichterschaltung, die einen Gleichstromeingang ohne Abhängigkeit von einer Induktivität oder einem Transformator in Wechselstrom umwandelt, als transformatorloser Wechselrichter bezeichnet.

Da kein Transformator auf Induktorbasis verwendet wird, ist der Eingangsgleichstrom normalerweise gleich dem Spitzenwert des am Ausgang des Wechselrichters erzeugten Wechselstroms.

Der Beitrag hilft uns, 3 Wechselrichterschaltungen zu verstehen, die ohne Verwendung eines Transformators und unter Verwendung eines Vollbrücken-IC-Netzwerks und einer SPWM-Generatorschaltung ausgelegt sind.

Transformatorloser Wechselrichter mit IC 4047

Beginnen wir mit einer H-Bridge-Topologie, die in ihrer Form wahrscheinlich die einfachste ist. Technisch gesehen ist es jedoch nicht das ideale und wird nicht empfohlen, da es mit P / N-Kanal-Mosfets ausgelegt ist. P-Kanal-Mosfets werden als High-Side-Mosfets und n-Channel als Low-Side-Mosfets verwendet.

Da auf der hohen Seite p-Kanal-Mosfets verwendet werden, werden die Bootstrapping wird unnötig, und dies vereinfacht das Design erheblich. Dies bedeutet auch, dass dieses Design nicht von speziellen Treiber-ICs abhängen muss.

Obwohl das Design cool und verlockend aussieht, hat es eine wenige zugrunde liegende Nachteile . Und genau deshalb wird diese Topologie in professionellen und kommerziellen Einheiten vermieden.

Das heißt, wenn es richtig gebaut ist, kann es den Zweck für Niederfrequenzanwendungen erfüllen.

Hier ist die komplette Schaltung mit IC 4047 als astabilem Totempfahl-Frequenzgenerator

Liste der Einzelteile

Alle Widerstände sind 1/4 Watt 5%

• R1 = 56k
• C1 = 0,1 uF / PPC
• IC Pin10 / 11 Widerstand = 330 Ohm - 2nos
• MOSFET-Gate-Widerstände = 100k - 2nos
• Optokoppler = 4N25 - 2 nr
• Obere P-Kanal-MOSFETs = FQP4P40 - 2nos
• Untere N-Kanal-MOSFETs = IRF740 = 2nos
• Zenerdioden = 12 V, 1/2 Watt - 2 Nr

Die nächste Idee ist auch eine H-Brücken-Schaltung, aber diese verwendet die empfohlenen n-Kanal-Mosfets. Die Strecke wurde von Herrn Ralph Wiechert angefordert

Hauptspezifikationen

Grüße aus Saint Louis, Missouri.
Wären Sie bereit, zusammenzuarbeiten? ein Wechselrichterprojekt ? Ich würde Sie für ein Design und / oder Ihre Zeit bezahlen, wenn Sie möchten.

Ich habe einen Prius 2012 und 2013 und meine Mutter hat einen Prius 2007. Der Prius ist insofern einzigartig, als er über einen 200-VDC-Hochspannungsakku (nominal) verfügt. In der Vergangenheit haben Prius-Besitzer diesen Akku mit handelsüblichen Wechselrichtern genutzt, um ihre nativen Spannungen auszugeben und Werkzeuge und Geräte zu betreiben. (Hier in den USA, 60 Hz, 120 und 240 VAC, wie Sie sicher wissen). Das Problem ist, dass diese Wechselrichter nicht mehr hergestellt werden, der Prius aber immer noch ist.

Hier sind einige Wechselrichter, die in der Vergangenheit zu diesem Zweck verwendet wurden:

1) PWRI2000S240VDC (siehe Anhang) Nicht mehr hergestellt!

2) Emerson Liebert Upstation S (Dies ist eigentlich eine USV, aber Sie entfernen den Akku, der nominal 192 VDC hatte.) (Siehe Anhang.) Nicht mehr hergestellt!

Idealerweise möchte ich einen kontinuierlichen 3000-Watt-Wechselrichter, eine reine Sinuswelle, einen Ausgang von 60 Hz, 120 VAC (mit 240 VAC Split-Phase, wenn möglich) und transformatorlos entwickeln. Vielleicht 4000-5000 Watt Spitze. Eingang: 180-240 VDC. Eine ziemliche Wunschliste, ich weiß.

Ich bin ein Maschinenbauingenieur mit etwas Erfahrung im Aufbau von Schaltkreisen sowie in der Programmierung von Picaxe-Mikrocontrollern. Ich habe einfach nicht viel Erfahrung damit, Schaltungen von Grund auf neu zu entwerfen. Ich bin bereit zu versuchen und zu scheitern, wenn nötig!

Das Design

In diesem Blog habe ich bereits mehr als diskutiert 100 Wechselrichterkonstruktionen und -konzepte Die obige Anforderung kann leicht erfüllt werden, indem eines meiner vorhandenen Designs geändert und für die gegebene Anwendung ausprobiert wird.

Für jedes transformatorlose Design müssen einige grundlegende Dinge für die Implementierung enthalten sein: 1) Der Wechselrichter muss ein Vollbrückenwechselrichter sein, der einen Vollbrückentreiber verwendet, und 2) die eingespeiste Eingangsgleichstromversorgung muss der erforderlichen Ausgangsspitzenspannung entsprechen Niveau.

Unter Berücksichtigung der beiden oben genannten Faktoren ist in der folgenden Abbildung ein grundlegendes Wechselrichterkonzept mit 3000 Watt zu sehen reine Sinuswellen-Ausgangswellenform Merkmal.

Die Funktionsdetails des Wechselrichters können anhand der folgenden Punkte verstanden werden:

Das Grundlegende oder das Standardkonfiguration für Vollbrückenwechselrichter wird vom Vollbrückentreiber IC IRS2453 und dem zugehörigen Mosfet-Netzwerk gebildet.

Berechnung der Wechselrichterfrequenz

Die Funktion dieser Stufe besteht darin, die angeschlossene Last zwischen den Mosfets mit einer gegebenen Frequenzrate zu oszillieren, die durch die Werte des Rt / Ct-Netzwerks bestimmt wird.

Die Werte dieser Timing-RC-Komponenten können durch die Formel eingestellt werden: f = 1 / 1,453 x Rt x Ct, wobei Rt in Ohm und Ct in Farad ist. Es sollte so eingestellt werden, dass 60 Hz erreicht werden, um den angegebenen 120-V-Ausgang zu ergänzen. Alternativ kann dies für 220-V-Spezifikationen auf 50 Hz geändert werden.

Dies kann auch durch einige praktische Versuche und Irrtümer erreicht werden, indem der Frequenzbereich mit einem digitalen Frequenzmesser bewertet wird.

Um ein reines Sinuswellenergebnis zu erzielen, werden die Low-Side-Mosfets-Gates von ihren jeweiligen IC-Einspeisungen getrennt und über eine BJT-Pufferstufe, die für den Betrieb über einen SPWM-Eingang konfiguriert ist, gleich angelegt.

SPWM generieren

Das SPWM, das für Sinuswellen-Pulsweitenmodulation steht, ist konfiguriert um einen Operationsverstärker-IC und eine einzige IC 555 PWM geneartor.

Obwohl der IC 555 als PWM konfiguriert ist, wird der PWM-Ausgang von Pin 3 niemals verwendet, sondern die über seinen Zeitkondensator erzeugten Dreieckswellen werden zum Schnitzen der SPWMs verwendet. Hier soll eines der Dreieckwellen-Samples eine viel langsamere Frequenz haben und mit der Frequenz des Haupt-IC synchronisiert sein, während das andere schnellere Dreieckwellen sein muss, deren Frequenz im Wesentlichen die Anzahl der Säulen bestimmt, die das SPWM haben kann.

Der Operationsverstärker ist wie ein Komparator konfiguriert und wird mit Dreieckswellenabtastwerten zur Verarbeitung der erforderlichen SPWMs gespeist. Eine Dreieckswelle, die langsamer ist, wird aus der Ct-Pinbelegung des Haupt-IC IRS2453 extrahiert

Die Verarbeitung erfolgt durch den Operationsverstärker-IC durch Vergleichen der beiden Dreieckswellen an seinen Eingangsbelegungen, und das erzeugte SPWM wird auf die Basen der BJT-Pufferstufe angewendet.

Die BJT-Puffer schalten entsprechend den SPWM-Impulsen und stellen sicher, dass die Low-Side-Mosfets ebenfalls nach dem gleichen Muster geschaltet werden.

Das obige Schalten ermöglicht es dem Ausgangs-Wechselstrom auch, mit einem SPWM-Muster für beide Zyklen der Wechselstrom-Frequenzwellenform zu schalten.

Auswahl der Mosfets

Da ein transformatorloser Wechselrichter mit 3 kVA spezifiziert ist, müssen die Mosfets für die Handhabung dieser Last entsprechend ausgelegt sein.

Die im Diagramm angegebene Mosfet-Nummer 2SK 4124 kann eine Last von 3 kVA nicht tragen, da diese für eine maximale Belastung von 2 kVA ausgelegt sind.

Einige Recherchen im Internet ermöglichen es uns, den Mosfet zu finden: IRFB4137PBF-ND Dies sieht aufgrund seiner massiven Nennleistung bei 300 V / 38 Ampere gut für den Betrieb über 3 kVA-Lasten aus.

Da es sich um einen transformatorlosen 3-kVA-Wechselrichter handelt, entfällt die Frage der Auswahl des Transformators. Die Batterien müssen jedoch so ausgelegt sein, dass sie bei mäßiger Ladung mindestens 160 V und bei voller Ladung etwa 190 V erzeugen.

Automatische Spannungskorrektur.

Eine automatische Korrektur kann erreicht werden, indem ein Rückkopplungsnetzwerk zwischen den Ausgangsanschlüssen und der Ct-Pinbelegung angeschlossen wird. Dies ist jedoch möglicherweise nicht erforderlich, da die IC 555-Potis effektiv zum Festlegen des Effektivwerts der Ausgangsspannung verwendet werden können und einmal eingestellt werden Es ist zu erwarten, dass die Ausgangsspannung unabhängig von den Lastbedingungen absolut fest und konstant ist, jedoch nur, solange die Last die maximale Leistungskapazität des Wechselrichters nicht überschreitet.

2) Transformatorloser Wechselrichter mit Batterieladegerät und Rückkopplungsregelung

Das zweite Schaltbild eines kompakten Transformator-Wechselrichters ohne sperrigen Eisentransformator wird nachstehend erörtert. Anstelle eines schweren Eisentransformators wird ein Ferritkerninduktor verwendet, wie im folgenden Artikel gezeigt. Der Schaltplan wurde nicht von mir entworfen, sondern von einem der begeisterten Leser dieses Blogs, Herrn Ritesh, zur Verfügung gestellt.

Das Design ist eine vollwertige Konfiguration mit den meisten Funktionen wie z Wicklungsdetails des Ferrittransformators , Niederspannungsanzeigestufe, Ausgangsspannungsregelungseinrichtung usw.

Die Erklärung für das obige Design wurde noch nicht aktualisiert. Ich werde versuchen, es bald zu aktualisieren. In der Zwischenzeit können Sie sich auf das Diagramm beziehen und Ihre Zweifel durch etwaige Kommentare klären.

200 Watt kompakter transformatorloser Wechselrichter Design # 3

Ein drittes Design unten zeigt eine 200-Watt-Wechselrichterschaltung ohne Transformator (transformatorlos) mit einem 310-V-Gleichstromeingang. Es ist ein Sinuswellen-kompatibles Design.

Einführung

Wie wir wissen, sind Wechselrichter Geräte, die eine Niederspannungs-Gleichstromquelle in einen Hochspannungs-Wechselstromausgang umwandeln oder vielmehr invertieren.

Der erzeugte Hochspannungs-Wechselstromausgang liegt im Allgemeinen in der Größenordnung der lokalen Netzspannungspegel. Der Umwandlungsprozess von einer Niederspannung zu einer Hochspannung erfordert jedoch ausnahmslos die Einbeziehung schwerer und sperriger Transformatoren. Haben wir die Möglichkeit, diese zu vermeiden und eine transformatorlose Wechselrichterschaltung herzustellen?

Ja, es gibt eine ziemlich einfache Möglichkeit, ein transformatorloses Wechselrichterkonzept zu implementieren.

Grundsätzlich müssen Wechselrichter, die eine Niederspannungsbatterie verwenden, diese auf die beabsichtigte höhere Wechselspannung anheben, was wiederum die Aufnahme eines Transformators erforderlich macht.

Das heißt, wenn wir nur den Eingangsniederspannungs-Gleichstrom durch einen Gleichstrompegel ersetzen könnten, der dem beabsichtigten Ausgangs-Wechselstrompegel entspricht, könnte die Notwendigkeit eines Transformators einfach beseitigt werden.

Das Schaltbild enthält einen Hochspannungs-Gleichstromeingang für den Betrieb einer einfachen Mosfet-Wechselrichterschaltung, und wir können deutlich erkennen, dass kein Transformator beteiligt ist.

Schaltungsbetrieb

Der Hochspannungsgleichstrom entspricht dem erforderlichen Ausgangswechselstrom, der durch Anordnen von 18 kleinen 12-Volt-Batterien in Reihe abgeleitet wird.

Das Gate N1 stammt vom IC 4093, N1 wurde hier als Oszillator konfiguriert.

Da der IC eine strenge Betriebsspannung zwischen 5 und 15 Volt benötigt, wird der erforderliche Eingang von einer der 12-Volt-Batterien entnommen und an die entsprechenden IC-Pinbelegungen angelegt.

Die gesamte Konfiguration wird somit sehr einfach und effizient und macht einen sperrigen und schweren Transformator vollständig überflüssig.

Die Batterien haben alle eine Spannung von 12 Volt und 4 AH, was ziemlich klein ist und selbst wenn sie miteinander verbunden sind, nicht zu viel Platz zu beanspruchen. Sie können dicht gestapelt sein, um eine kompakte Einheit zu bilden.

Die Ausgangsleistung beträgt 110 V AC bei 200 Watt.

Liste der Einzelteile

• Q1, Q2 = MPSA92
• Q3 = MJE350
• Q4, Q5 = MJE340
• Q6, Q7 = K1058,
• Q8, Q9 = J162
• NAND IC = 4093,
• D1 = 1N4148
• Batterie = 12 V / 4 Ah, 18 Nr.

Upgrade auf eine Sinewave-Version

Die oben diskutierte einfache transformatorlose 220-V-Wechselrichterschaltung könnte zu einem reinen oder echten Sinus-Wechselrichter aufgerüstet werden, indem einfach der Eingangsoszillator durch eine Sinusgeneratorschaltung ersetzt wird, wie unten gezeigt:

Die Teileliste für den Sinusoszillator finden Sie hier in diesem Beitrag

Transformatorloser Solarwechselrichterkreis

Die Sonne ist eine wichtige und unbegrenzte Quelle roher Energie, die auf unserem Planeten absolut kostenlos verfügbar ist. Diese Energie liegt im Wesentlichen in Form von Wärme vor. Menschen haben jedoch Methoden entdeckt, um das Licht auch aus dieser riesigen Quelle zur Herstellung elektrischer Energie zu nutzen.

Überblick

Heute ist Elektrizität die Lebensader aller Städte und sogar der ländlichen Gebiete. Mit dem Abbau fossiler Brennstoffe verspricht Sonnenlicht eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen zu sein, auf die direkt und unter allen Umständen auf diesem Planeten kostenlos zugegriffen werden kann. Lernen wir eine der Methoden zur Umwandlung von Sonnenenergie in Elektrizität zu unserem persönlichen Vorteil.

In einem meiner vorherigen Beiträge habe ich eine Solarwechselrichterschaltung besprochen, die eher einen einfachen Ansatz hatte und eine gewöhnliche Wechselrichtertopologie unter Verwendung eines Transformators enthielt.

Wie wir alle wissen, sind Transformatoren sperrig, schwer und können für einige Anwendungen recht unpraktisch werden.
In der vorliegenden Konstruktion habe ich versucht, die Verwendung eines Transformators durch Einbau von Hochspannungs-Mosfets und durch Erhöhung der Spannung durch Reihenschaltung von Sonnenkollektoren zu vermeiden. Lassen Sie uns die gesamte Konfiguration anhand der folgenden Punkte untersuchen:

Wie es funktioniert

Wenn wir uns das unten gezeigte Schaltbild eines transformatorlosen Wechselrichters auf Solarbasis ansehen, können wir sehen, dass es im Wesentlichen aus drei Hauptstufen besteht, nämlich. Die Oszillatorstufe besteht aus dem vielseitigen IC 555, die Ausgangsstufe besteht aus einigen Hochspannungs-Mosfets und die Leistungsabgabestufe, die die Solarpanel-Bank verwendet, die an B1 und B2 gespeist wird.

Schaltplan

Da der IC nicht mit Spannungen von mehr als 15 V betrieben werden kann, ist er durch einen fallenden Widerstand und eine Zenerdiode gut geschützt. Die Zenerdiode begrenzt die Hochspannung vom Solarpanel auf die angeschlossene 15-V-Zenerspannung.

Die Mosfets dürfen jedoch mit der vollen Solarausgangsspannung betrieben werden, die zwischen 200 und 260 Volt liegen kann. Unter bewölkten Bedingungen kann die Spannung auf deutlich unter 170 V abfallen. Daher kann am Ausgang wahrscheinlich ein Spannungsstabilisator zur Regelung der Ausgangsspannung in solchen Situationen verwendet werden.

Die Mosfets sind N- und P-Typen, die ein Paar zum Implementieren der Push-Pull-Aktionen und zum Erzeugen des erforderlichen Wechselstroms bilden.

Die Mosfets sind nicht in der Abbildung angegeben, idealerweise müssen sie für 450 V und 5 Ampere ausgelegt sein. Wenn Sie etwas über das Internet googeln, werden Sie auf viele Varianten stoßen.

Die verwendeten Solarmodule sollten bei voller Sonneneinstrahlung eine Leerlaufspannung von ca. 24 V und in der Dämmerung von ca. 17 V aufweisen.

So schließen Sie die Sonnenkollektoren an

Liste der Einzelteile

R1 = 6K8
R2 = 140K
C1 = 0,1 uF
Dioden = sind 1N4148
R3 = 10 K, 10 Watt,
R4, R5 = 100 Ohm, 1/4 Watt
B1 und B2 = vom Solarpanel
Z1 = 5,1 V 1 Watt

Verwenden Sie diese Formeln zur Berechnung von R1, R2, C1 ....

Aktualisieren:

Das obige 555-IC-Design ist möglicherweise nicht so zuverlässig und effizient. Ein sehr zuverlässiges Design ist unten in Form von a zu sehen volle H-Brücken-Wechselrichterschaltung . Es ist zu erwarten, dass dieses Design viel bessere Ergebnisse liefert als die obige 555-IC-Schaltung

Ein weiterer Vorteil der Verwendung der obigen Schaltung besteht darin, dass Sie keine Anordnung mit zwei Solarmodulen benötigen. Stattdessen würde eine einzige in Reihe geschaltete Solarversorgung ausreichen, um die obige Schaltung zu betreiben und eine 220-V-Leistung zu erzielen.