Преобразование прямоугольного инвертора в синусоидальный инвертор

В сообщении объясняются несколько концепций схем, которые можно использовать для преобразования или модификации любого обычного прямоугольного инвертора в сложную конструкцию синусоидального инвертора.

Прежде чем изучать различные конструкции, описанные в этой статье, было бы интересно узнать факторы, которые обычно делают синусоидальный инвертор более желательным, чем прямоугольный.

Как работает частота в инверторах

Инверторы в основном используют частоту или колебания для реализации действий наддува и инверсии. Как мы знаем, частота - это генерация импульсов с некоторой однородной и рассчитанной схемой, например, типичная частота инвертора может составлять 50 Гц или 50 положительных импульсов в секунду.

Форма волны основной частоты инвертора имеет форму прямоугольных импульсов.

Как мы все знаем, прямоугольная волна никогда не подходит для работы со сложным электронным оборудованием, таким как телевизор, музыкальные плееры, компьютеры и т. Д.

Сеть переменного тока (переменного тока), которую мы получаем от нашей домашней электросети, также состоит из частоты пульсирующего тока, но они имеют форму синусоидальных волн или синусоидальных волн.

Обычно это 50 или 60 Гц в зависимости от технических характеристик утилиты конкретной страны.

Вышеупомянутая синусоида формы волны переменного тока в нашем доме относится к экспоненциально возрастающим пикам напряжения, которые составляют 50 периодов частоты.

Поскольку наш домашний переменный ток генерируется с помощью магнитных турбин, форма волны по своей сути является синусоидальной волной, поэтому не требует дополнительной обработки и становится непосредственно пригодной для использования в домах для всех типов приборов.

И наоборот, в инверторах основная форма волны имеет форму прямоугольных волн, которые требуют тщательной обработки, чтобы сделать устройство совместимым со всеми типами оборудования.

Разница между прямоугольной и синусоидальной волной

Как показано на рисунке, прямоугольная волна и синусоида могут иметь одинаковые уровни пикового напряжения, но среднеквадратичное значение или среднеквадратичное значение могут не совпадать. Именно этот аспект отличает прямоугольную волну от синусоиды, даже если пиковое значение может быть таким же.

Следовательно, прямоугольный инвертор, работающий с напряжением 12 В постоянного тока, будет генерировать выходной сигнал, эквивалентный, скажем, 330 В, точно так же, как синусоидальный инвертор, работающий от той же батареи, но если вы измеряете выходное среднеквадратичное значение обоих инверторов, оно будет значительно отличаться (330 В и 220 В).

Изображение неправильно показывает 220V как пик, на самом деле это должно быть 330V

На приведенной выше диаграмме сигнал зеленого цвета - это синусоидальный сигнал, а оранжевый - прямоугольный. Затененная часть - это избыточное среднеквадратичное значение, которое необходимо выровнять, чтобы оба значения среднеквадратичного значения были как можно более близкими.

Преобразование прямоугольного инвертора в эквивалент синусоидальной волны, таким образом, в основном означает, что преобразователь прямоугольной волны может производить необходимое пиковое значение, скажем, 330 В, при этом среднеквадратичное значение примерно равно его синусоидальному аналогу.

Как преобразовать / изменить прямоугольный сигнал в эквивалент синусоидального сигнала

Это можно сделать либо путем преобразования прямоугольного сигнала в синусоидальную форму волны, либо просто путем разделения прямоугольного сигнала образца на хорошо рассчитанные более мелкие части, так что его среднеквадратичное значение становится очень близким к стандартному среднеквадратичному значению переменного тока в сети.

Чтобы преобразовать прямоугольную волну в идеальную синусоидальную волну, мы можем использовать генератор моста Вина или, точнее, «генератор баббы» и подать его на каскад синусоидального процессора. Этот метод был бы слишком сложным, и поэтому не рекомендуется использовать существующий прямоугольный инвертор в синусоидальный инвертор.

Более осуществимой идеей было бы обрезать соответствующую прямоугольную волну в основании выходных устройств до требуемой степени RMS.

Один классический пример показан ниже:

На первой схеме показана схема инвертора прямоугольной формы. Добавив простой прерыватель AMV, мы можем до необходимой степени разбить импульсы на базе соответствующих МОП-транзисторов.

Преобразование прямоугольной волны в эквивалентную синусоидальную инверторную версию вышеуказанной схемы.

Здесь нижний AMV генерирует импульсы с высокой частотой, отношение метки к промежутку может быть соответствующим образом изменено с помощью предварительно установленного VR1. Этот управляемый ШИМ выходной сигнал подается на затворы МОП-транзисторов, чтобы настроить их проводимость в соответствии с установленным среднеквадратичным значением.

Ожидаемая типовая форма волны из приведенной выше модификации:

Форма волны на воротах mosfet:

Форма волны на выходе трансформатора:

Форма волны после надлежащей фильтрации с использованием катушек индуктивности и конденсаторов на выходе трансформатора:

Список деталей

R1, R2, = 27К,
R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10 = 1 кОм,
C1, C2 = 0,47 мкФ / 100 В металлизированный
C3, C4 = 0,1 мкФ
Т1, Т2, Т5, Т6 = BC547,
T3, T4 = любой МОП-транзистор 30 В, 10 А, N-канал.
D1, D2 = 1N4148
VR1 = 47K предустановка
Трансформатор = 9-0-9В, 8 ампер ( спецификации должны быть выбраны в соответствии с выходной нагрузкой для правильной оптимизации мощности )
Аккумулятор = 12 В, 10 Ач

Повышение эффективности

Вышеупомянутое преобразование или модификация обеспечит около 70% эффективности с достигнутым среднеквадратичным согласованием. Если вы заинтересованы в улучшении и точном согласовании, возможно, потребуется процессор сигналов ШИМ IC 556.

Вы хотели бы сослаться на эту статью, которая показывает принцип, лежащий в основе преобразование прямоугольного сигнала в синусоидальный используя парочку IC555.

Выход из вышеупомянутой схемы может аналогичным образом подаваться на затвор или основание соответствующих силовых устройств, которые присутствуют в существующем блоке квадратного инвертора.

Более комплексный подход можно увидеть в этой статье, где IC 556 используется для извлечения точной модифицированной синусоидальной волны на основе ШИМ. эквиваленты от источника выборки прямоугольных импульсов.

Этот сигнал интегрирован с существующими устройствами вывода для реализации предполагаемых модификаций.

Приведенные выше примеры показывают нам более простые методы, с помощью которых любой существующий инвертор прямоугольной формы может быть преобразован в конструкцию синусоидального инвертора.

Преобразование в SPWM

В вышеприведенной статье мы узнали, как можно оптимизировать форму сигнала преобразователя прямоугольной формы для получения формы волны синусоиды путем разделения прямоугольной волны на более мелкие участки.

Однако более глубокий анализ показывает, что до тех пор, пока размер прерванной волны не определен в форме SPWM, достижение надлежащего эквивалента синусоиды может оказаться невозможным.

Чтобы удовлетворить этому условию, необходима схема преобразователя SPWM для получения от инвертора наиболее идеальной синусоиды.

На следующей диаграмме показано, как это можно эффективно реализовать с помощью рассмотренных выше конструкций.

В одной из моих предыдущих статей мы поняли как операционный усилитель может быть использован для создания SPWM , та же теория может быть применена в вышеупомянутой концепции. Здесь используются два генератора треугольных волн: один принимает быструю прямоугольную волну из нижнего нестабильного состояния, а другой принимает медленные прямоугольные волны из верхнего нестабильного состояния и преобразует их в соответствующие выходные сигналы быстрой и медленной треугольной волны соответственно.

Эти обработанные треугольные волны проходят через два входа операционного усилителя, который в конечном итоге преобразует их в SPWM или ширину синусоидального импульса.

Эти SPWM используются для прерывания сигналов на затворе МОП-транзисторов, которые в конечном итоге переключают форму волны через подключенную обмотку трансформатора для создания точной копии чистой синусоидальной формы волны на вторичной стороне трансформатора за счет магнитной индукции.