Проектирование схемы сетевого инвертора

Сетевой инвертор работает так же, как обычный инвертор, однако выходная мощность такого инвертора подается и связана с сетью переменного тока от электросети общего пользования.

Пока присутствует сетевое питание переменного тока, инвертор вносит свою мощность в существующее сетевое электроснабжение и останавливает процесс при отключении сетевого питания.

Концепция

Эта концепция действительно очень интригующая, поскольку позволяет каждому из нас стать участником энергоснабжения. Представьте, что каждый дом участвует в этом проекте, чтобы генерировать огромное количество энергии в сеть, которая, в свою очередь, обеспечивает источник пассивного дохода для участвующих в проекте жилых домов. Поскольку исходные материалы поступают из возобновляемых источников, доход становится абсолютно бесплатным.

Изготовление инвертора для привязки к сети в домашних условиях считается очень сложной задачей, поскольку эта концепция включает в себя некоторые строгие критерии, которые необходимо соблюдать, несоблюдение может привести к опасным ситуациям.

Вот несколько основных вещей, которые необходимо соблюдать:

Выход инвертора должен быть идеально синхронизирован с сетью переменного тока.

Амплитуда и частота выходного напряжения, как упомянуто выше, должны соответствовать параметрам переменного тока сети.

Инвертор должен немедленно выключиться в случае пропадания сетевого напряжения.

В этом посте я попытался представить простую схему инвертора с привязкой к сети, которая, по моему мнению, учитывает все вышеуказанные требования и безопасно подает генерируемый переменный ток в сеть, не создавая никаких опасных ситуаций.

Схема работы

Попробуем разобраться в предлагаемой конструкции (эксклюзивно разработанной мной) с помощью следующих пунктов:

И снова, как обычно, наш лучший друг, IC555 занимает центральное место во всем приложении. Фактически только благодаря этой ИС конфигурация могла стать настолько простой.

Обращаясь к принципиальной схеме, IC1 и IC2 в основном соединены как синтезатор напряжения или, в более привычных терминах, модуляторы положения импульса.

Понижающий трансформатор TR1 здесь используется для подачи необходимого рабочего напряжения на схему IC, а также для подачи данных синхронизации на IC, чтобы она могла обрабатывать выходной сигнал в соответствии с параметрами сети.

Контакты №2 и №5 обеих ИС подключены к точке после D1 и через T3 соответственно, что обеспечивает подсчет частоты и данные амплитуды переменного тока сети на ИС соответственно.

Вышеупомянутые две информации, предоставленные ИС, побуждают ИС изменить свои выходы на соответствующих контактах в соответствии с этой информацией.

Результат на выходе преобразует эти данные в хорошо оптимизированное напряжение ШИМ, которое очень синхронизировано с напряжением сети.

IC1 используется для генерации положительной ШИМ, в то время как IC2 производит отрицательные ШИМ, оба работают в тандеме, создавая требуемый двухтактный эффект для МОП-транзисторов.

Вышеупомянутые напряжения подаются на соответствующие МОП-транзисторы, которые эффективно преобразуют вышеуказанную схему в сильноточный флуктуирующий постоянный ток через входную обмотку повышающего трансформатора.

Выход трансформатора преобразует входной сигнал в идеально синхронизированный переменный ток, совместимый с существующим сетевым переменным током.

При соединении выхода TR2 с сеткой подключите лампочку 100 Вт последовательно с одним из проводов. Если лампочка горит, это означает, что переменный ток не в фазе, немедленно поменяйте местами соединения, и теперь лампа должна перестать светиться, обеспечивая правильную синхронизацию переменного тока.

Вы бы тоже хотели это увидеть упрощенная конструкция схемы связи сетки

Предполагаемая форма сигнала ШИМ (нижняя кривая) на выходах микросхем

Список деталей

Все резисторы = 2К2
C1 = 1000 мкФ / 25 В
C2, C4 = 0,47 мкФ
D1, D2 = 1N4007,
D3 = 10АМП,
IC1,2 = 555
МОП-транзисторы = В СООТВЕТСТВИИ С ТРЕБОВАНИЯМИ ПРИМЕНЕНИЯ.
TR1 = 0-12 В, 100 мА
TR2 = В соответствии с требованиями приложения
T3 = BC547
ВХОД ПОСТОЯННОГО ТОКА = В СООТВЕТСТВИИ С ТРЕБОВАНИЯМИ ПРИМЕНЕНИЯ.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: ИДЕЯ ОСНОВАНА ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО НА ВООБРАЖЕНИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ, СООТВЕТСТВИЕ ЗРИТЕЛЕМ СТРОГО РЕКОМЕНДУЕТСЯ.

После получения предложения по исправлению от одного из читателей этого блога, мистера Даррена, и некоторого размышления, выяснилось, что в указанной выше схеме было много недостатков, и на практике она не работала.

Обновленный дизайн

Обновленный дизайн показан ниже, он выглядит намного лучше и является осуществимой идеей.

Здесь одна микросхема IC 556 была включена для создания импульсов ШИМ.
Одна половина ИС сконфигурирована как высокочастотный генератор для питания другой половины ИС, которая настроена как широтно-импульсный модулятор.

Частота модуляции выборки выводится из TR1, который предоставляет точные данные частоты для IC, так что размеры ШИМ точно соответствуют частоте сети.

Высокая частота гарантирует, что выход может с точностью прервать указанную выше информацию о модуляции и предоставить МОП-транзисторам точный эквивалент среднеквадратичного значения сетевой сети.

Наконец, два транзистора гарантируют, что МОП-транзисторы никогда не проводят вместе, а только по одному, в соответствии с колебаниями сети 50 или 60 Гц.

Список деталей

• R1, R2, C1 = выберите для создания частоты около 1 кГц
• R3, R4, R5, R6 = 1К
• C2 = 1 нФ
• C3 = 100 мкФ / 25 В
• D1 = 10 А диод
• D2, D3, D4, D5 = 1N4007
• T1, T2 = согласно требованию
• T3, T4 = BC547
• IC1 = IC 556
• TR1, TR2 = как предложено в предыдущем разделе конструкции

Вышеупомянутая схема была проанализирована г-ном Селимом, и он обнаружил некоторые интересные недостатки в схеме. Основной недостаток - отсутствие отрицательных импульсов ШИМ полупериодов переменного тока. Вторая неисправность была обнаружена в транзисторах, которые, похоже, не изолировали переключение двух МОП-транзисторов в соответствии с подаваемой частотой 50 Гц.

Вышеупомянутая идея была изменена г-ном Селимом, вот детали формы сигнала после изменений. модификации:

Изображение формы волны:

CTRL - это сигнал 100 Гц после выпрямителя, OUT - от ШИМ от обеих половинных волн, Vgs - напряжения затвора полевых транзисторов, Vd - это сигнал на вторичной обмотке, который синхронизируется с CTRL / 2.

Не обращайте внимания на частоты, поскольку они неверны из-за низкой скорости дискретизации (иначе на ipad она станет слишком медленной). На более высоких частотах дискретизации (20 МГц) ШИМ выглядит весьма впечатляюще.

Чтобы установить рабочий цикл на 50% на частоте около 9 кГц, мне пришлось вставить диод.

С уважением,

Селим

Модификации

Для обеспечения возможности обнаружения отрицательных полупериодов на управляющий вход ИС должны подаваться оба полупериода переменного тока, этого можно достичь, используя конфигурацию мостового выпрямителя.
Вот как, на мой взгляд, должна выглядеть завершенная схема.

База транзистора теперь соединена с стабилитроном, что, как мы надеемся, позволило бы транзисторам изолировать проводимость МОП-транзистора, чтобы они проводили попеременно в ответ на импульсы 50 Гц на базе T4.

Последние обновления от г-на Селима

Привет Swag,

Продолжаю читать ваши блоги и продолжаю экспериментировать на макетной плате.
Я пробовал использовать стабилитрон (безуспешно), вентили CMOS и, что гораздо лучше, операционные усилители работали лучше всего. У меня есть 90 В переменного тока из 5 В постоянного тока и 170 В переменного тока из 9 В постоянного тока при 50 Гц, я считаю, что он синхронизирован с сетью (не могу подтвердить, поскольку нет осциллографа). Кстати, шум идет, если зажать его крышкой 0,15u. на вторичной обмотке.

Как только я помещаю нагрузку на вторичную катушку, ее напряжение падает до 0 В переменного тока с небольшим увеличением входного постоянного тока. Mosfet даже не пытается потреблять больше усилителей. Возможно, некоторые драйверы mosfet, такие как IR2113 (см. Ниже), могут помочь?

Хотя я в приподнятом настроении, я чувствую, что ШИМ может быть не так прямолинейно, как хотелось бы. Определенно хорошо контролировать крутящий момент двигателей постоянного тока на низких частотах ШИМ. Однако, когда сигнал 50 Гц прерывается на более высокой частоте, он по какой-то причине теряет мощность или PWMd mosfet не может обеспечить необходимый высокий ток на первичной катушке, чтобы поддерживать 220 В переменного тока под нагрузкой.

Я нашел другую схему, которая очень похожа на вашу, кроме ШИМ. Возможно, вы видели это раньше.
Ссылка находится на https: // www (dot) electro-tech-online (dot) com / alternate-energy / 105324-grid-tie-invter-schematic-2-0-a.html.

Схема управления питанием представляет собой привод H с IGBT (вместо этого мы могли бы использовать MOSFET). Похоже, он может передать мощность.
Выглядит сложно, но на самом деле не так уж и плохо, как вы думаете? Я постараюсь смоделировать схему управления и расскажу, как она выглядит.
С уважением,

Селим

Отправлено с моего Ipad

Дальнейшие модификации

Некоторые очень интересные модификации и информация были предоставлены мисс Нувем, одной из преданных читательниц этого блога, давайте узнаем о них ниже:

Здравствуйте мистер. Свагатам,

Я мисс Нувем, и я работаю в группе, которая строит некоторые из ваших схем во время мероприятия о стабильной жизни в Бразилии и Каталонии. Ты должен когда-нибудь приехать.

Я моделировал вашу схему инвертора с сеткой и хотел бы предложить пару модификаций последней конструкции, которую вы описали в своем посте.

Во-первых, у меня были проблемы, когда выходной сигнал ШИМ (вывод 9 IC1) просто отключался и переставал колебаться. Это происходило всякий раз, когда управляющее напряжение на выводе 11 становилось выше, чем напряжение Vcc из-за падения на D4. Мое решение состояло в том, чтобы добавить два диода 1n4007 последовательно между выпрямителем и управляющим напряжением. Возможно, вам удастся обойтись только одним диодом, но я использую два на всякий случай.

Другая проблема, с которой я столкнулся, заключалась в том, что Vgs для T1 и T2 не были очень симметричными. T1 был в порядке, но T2 не колебался до значений Vcc, потому что всякий раз, когда T3 был включен, он подавал 0,7 В на T4 вместо того, чтобы позволять R6 повышать напряжение. Я исправил это, установив резистор 4,7 кОм между T3 и T4. Думаю, работает любое значение выше, но я использовал 4,7 кОм.

Я надеюсь в этом есть смысл. Я прилагаю изображение схемы с этими модификациями и результатами моделирования, которые я получаю с помощью LTspice.
На следующей неделе мы будем работать над этой и другими схемами. Мы будем держать вас в курсе.

Теплые пожелания.
Мисс Клауд

Изображения формы волны