Wandeln Sie einen Rechteck-Wechselrichter in einen Sinus-Wechselrichter um

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In diesem Beitrag werden einige Schaltungskonzepte erläutert, die zum Konvertieren oder Modifizieren eines gewöhnlichen Rechteckwechselrichters in ein ausgeklügeltes Sinuswechselrichterdesign verwendet werden können.

Bevor Sie die verschiedenen in diesem Artikel erläuterten Designs untersuchen, wäre es interessant, die Faktoren zu kennen, die einen Sinuswechselrichter typischerweise wünschenswerter machen als ein Rechteckwellendesign.



So funktioniert die Frequenz in Wechselrichtern

Wechselrichter umfassen im Wesentlichen Frequenzen oder Schwingungen zur Implementierung der Boost- und Inversionsaktionen. Die Frequenz, wie wir sie kennen, ist die Erzeugung von Impulsen mit einem einheitlichen und berechneten Muster. Beispielsweise kann eine typische Wechselrichterfrequenz mit 50 Hz oder 50 positiven Impulsen pro Sekunde bewertet werden.

Die Grundfrequenzwellenform eines Wechselrichters liegt in Form von Rechteckimpulsen vor.



Wie wir alle wissen, ist eine Rechteckwelle niemals für den Betrieb hochentwickelter elektronischer Geräte wie Fernseher, Musikplayer, Computer usw. geeignet.

Das Wechselstromnetz, das wir an unserer Haushaltssteckdose beziehen, besteht ebenfalls aus pulsierenden Stromfrequenzen, die jedoch in Form von Sinus- oder Sinuswellen vorliegen.

Es liegt normalerweise bei 50 Hz oder 60 Hz, abhängig von den jeweiligen Landesspezifikationen.

Die oben erwähnte Sinuskurve unserer Heim-Wechselstromwellenform bezieht sich auf die exponentiell ansteigenden Spannungsspitzen, die die 50 Zyklen der Frequenz bilden.

Da unser Haushaltswechselstrom durch magnetische Turbinen erzeugt wird, ist die Wellenform von Natur aus eine Sinuswelle, erfordert also keine weitere Verarbeitung und kann direkt in Privathaushalten für alle Arten von Geräten verwendet werden.

Umgekehrt liegt die Grundwellenform bei Wechselrichtern in Form von Rechteckwellen vor, die gründlich verarbeitet werden müssen, damit das Gerät mit allen Arten von Geräten kompatibel ist.

Unterschied zwischen Rechteckwelle und Sinuswelle

Wie in der Figur gezeigt, können eine Rechteckwelle und eine Sinuswelle identische Spitzenspannungspegel aufweisen, aber der Effektivwert oder der quadratische Mittelwert sind möglicherweise nicht identisch. Dieser Aspekt unterscheidet eine Rechteckwelle besonders von einer Sinuswelle, obwohl der Spitzenwert gleich sein kann.

Daher würde ein Rechteck-Wechselrichter, der mit 12 V Gleichstrom arbeitet, einen Ausgang erzeugen, der beispielsweise 330 V entspricht, genau wie ein Sinus-Wechselrichter, der mit derselben Batterie betrieben wird. Wenn Sie jedoch den Effektivwert beider Wechselrichter messen, würde er sich erheblich unterscheiden (330 V und 220 V).

Das Bild zeigt fälschlicherweise 220 V als Spitze, eigentlich sollte es 330 V sein

Im obigen Diagramm ist die grün gefärbte Wellenform die Sinuswellenform, während das Orange die Rechteckwellenform darstellt. Der schattierte Teil ist der überschüssige Effektivwert, der ausgeglichen werden muss, um beide Effektivwerte so nahe wie möglich zu bringen.

Das Umwandeln eines Rechteckwelleninverters in ein Sinuswellenäquivalent bedeutet daher im Grunde, dass der Rechteckwelleninverter den erforderlichen Spitzenwert von beispielsweise 330 V erzeugen kann, jedoch einen Effektivwert aufweist, der gerade seinem Sinuswellengegenstück entspricht.

Konvertieren / Ändern einer Rechteckwellenform in eine Sinuswellenformäquivalent

Dies kann entweder durch Schnitzen einer Rechteckwellenprobe in eine Sinuswellenform oder einfach durch Zerlegen einer Rechteckwellenform in gut berechnete kleinere Teile erfolgen, so dass ihr Effektivwert einem Standard-Netz-Wechselstrom-Effektivwert sehr nahe kommt.

Um eine Rechteckwelle in eine perfekte Sinuswelle zu schneiden, können wir einen Wien-Brückenoszillator oder genauer einen 'Bubba-Oszillator' verwenden und ihn einer Sinuswellen-Prozessorstufe zuführen. Diese Methode wäre zu komplex und daher keine empfohlene Idee für die Implementierung eines vorhandenen Rechteckwechselrichters in einen Sinuswechselrichter.

Die praktikablere Idee wäre, die zugehörige Rechteckwelle an der Basis der Ausgabegeräte auf den erforderlichen Effektivgrad zu zerhacken.

Ein klassisches Beispiel ist unten dargestellt:

Das erste Diagramm zeigt eine Rechteckwechselrichterschaltung. Durch Hinzufügen eines einfachen AMV-Zerhackers können wir die Impulse an der Basis der relevanten Mosfets auf das erforderliche Maß herunterbrechen.

einfache Rechteckwechselrichterschaltung

Modifizierte Wechselrichterversion von Rechteckwelle zu Sinuswelle der obigen Schaltung.

Hier erzeugt die niedrigere AMV Impulse mit hoher Frequenz, deren Mark / Space-Verhältnis mit Hilfe der Voreinstellung VR1 geeignet geändert werden kann. Dieser PWM-gesteuerte Ausgang wird an die Gates der Mosfets angelegt, um deren Leitung auf den festgelegten Effektivwert abzustimmen.

So ändern Sie einen Rechteck-Wechselrichter in einen Sinus-Wechselrichter

Erwartetes typisches Wellenformmuster aus der obigen Modifikation:

Wellenform an den Mosfet-Toren:

Wellenform am Ausgang des Transformators:

Wellenform nach ordnungsgemäßer Filtration mit Induktivitäten und Kondensatoren am Ausgang des Transformators:

Liste der Einzelteile

R1, R2 = 27 K,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1 kOhm,
C1, C2 = 0,47 uF / 100 V metallisiert
C3, C4 = 0,1 uF
T1, T2, T5, T6 = BC547,
T3, T4 = beliebiger 30 V, 10 Ampere Mosfet, N-Kanal.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = 47K voreingestellt
Transformator = 9-0-9 V, 8 Ampere ( Für eine korrekte Leistungsoptimierung müssen die Spezifikationen gemäß der Ausgangslast ausgewählt werden )
Batterie = 12 V, 10 Ah

Bessere Effizienzrate

Die obige Umwandlung oder Modifikation liefert ungefähr 70% der Effizienz mit der erreichten RMS-Anpassung. Wenn Sie an einer besseren und präziseren Anpassung interessiert sind, ist wahrscheinlich ein IC 556 PWM-Wellenformprozessor erforderlich.

Sie möchten auf diesen Artikel verweisen, der das Prinzip dahinter zeigt Ändern einer Rechteckwellenform in eine Sinuswellenform mit ein paar IC555.

Der Ausgang der oben erwähnten Schaltung kann in ähnlicher Weise dem Gate oder der Basis der relevanten Leistungsvorrichtungen zugeführt werden, die in der vorhandenen quadratischen Wechselrichtereinheit vorhanden sind.

Ein umfassenderer Ansatz kann in diesem Artikel gesehen werden, in dem ein Der IC 556 wird zum Extrahieren einer präzisen PWM-basierten modifizierten Sinuswelle verwendet Äquivalente aus einer Rechteckwellen-Probenquelle.

Diese Wellenform wird in die vorhandenen Ausgabegeräte integriert, um die beabsichtigten Änderungen zu implementieren.

Die obigen Beispiele lehren uns die einfacheren Methoden, mit denen jeder vorhandene gewöhnliche Rechteckwechselrichter in einen Sinuswechselrichter umgewandelt werden kann.

Umwandlung in ein SPWM

Im obigen Artikel haben wir gelernt, wie die Wellenform eines Rechteckwechselrichters optimiert werden kann, um eine Sinuswellenform zu erhalten, indem die Rechteckwelle in kleinere Abschnitte zerlegt wird.

Eine eingehendere Analyse zeigt jedoch, dass das Erreichen eines geeigneten Sinuswellenäquivalents möglicherweise nicht möglich ist, wenn die gehackte Wellenform nicht in Form von SPWMs dimensioniert ist.

Um diese Bedingung zu erfüllen, wird eine SPWM-Wandlerschaltung wesentlich, um die idealste Sinusform aus dem Wechselrichter herauszuarbeiten.

Das folgende Diagramm zeigt, wie dies mit den oben diskutierten Designs effektiv implementiert werden kann.

SPWM-Umwandlung für einen Rechteckwechselrichter

Durch einen meiner früheren Artikel haben wir verstanden wie ein Opamp zum Erstellen von SPWMs verwendet werden kann Dieselbe Theorie konnte im obigen Konzept angewendet werden. Hier werden zwei Dreieckswellengeneratoren verwendet, von denen einer die schnelle Rechteckwelle vom unteren Astable akzeptiert, während der andere langsame Rechteckwellen vom oberen Astable akzeptiert und sie zu entsprechenden schnellen bzw. langsamen Dreieckswellenausgängen verarbeitet.

Diese verarbeiteten Dreieckswellen werden über die beiden Eingänge eines Operationsverstärkers gespeist, wodurch sie schließlich in SPWMs oder Sinuswellenimpulsbreiten umgewandelt werden.

Diese SPWMs werden zum Zerhacken der Signale am Gate der Mosfets verwendet, die letztendlich die Wellenform über die angeschlossene Transformatorwicklung schalten, um durch magnetische Induktion eine exakte Nachbildung einer reinen Sinuswellenform auf der Sekundärseite des Transformators zu erzeugen.




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