Инвертор чистый синус
Пост опубликован: 22 ноября, 2017
Инвертор – это техническое устройство, служащее для преобразования напряжения одного типа в другое.
В системах преобразования альтернативной энергии в электрическую (солнечные электростанции, ветровые установки), инвертор преобразует напряжение 12 Вольт постоянного тока в напряжение питания бытовых приборов 220 Вольт частотой 50 Гц.
Форма получаемого напряжения на выходе может быть различной конфигурации: синусоидальное, приближенное к синусоидальной (квазисинусоида) и прямоугольное (импульсное). Вид синусоиды определяет конструкция прибора и его предназначение (возможность использования).
Инвертор чистый синус – это более сложный прибор, чем его аналоги, обеспечивающий параметры напряжения, необходимые для нормальной работы сложных технических устройств, чувствительных к качеству напряжения питающей сети (медицинская и прочая сложная техника, автоматика газового и иного оборудования, сложные бытовые приборы).
Принцип работы
Работа аппаратов типа «чистый синус», обеспечивающих параметры напряжения на выходе, соответствующие параметрам внешних электрических сетей, осуществляется следующим образом:
- Постоянное напряжение, подается на прибор с аккумуляторных батарей (12,0 В) и проходит предварительную обработку, в процессе которое его значение достигает значения цепи питания нагрузки (220,0 В);
- Электрическая энергия, преобразованная в требуемые значения напряжения, поступает на мостовой инвертор, где напряжение постоянного тока преобразуется в переменное.
Форма выходного сигнала близка к чистой синусоиде, что достигается путем использования транзисторов, управляемых по методу многократной широтно-импульсной модуляции;
- Установленный в приборе высокочастотный фильтр низких частот придает выходному сигналу вид чистой синусоиды.
Плюсы и минусы
К достоинствам инверторов типа «чистый синус» можно отнести их следующие свойства:
- Синусоида на выходе близка к форме кривой напряжения бытовой сети 220 Вольт промышленного способа производства электрической энергии.
- Форма выходного сигнала позволяет подключать к приборам данного типа различные технические устройства, работа которых зависит от качества напряжения питающей сети.
- Использование инверторов типа «чистый синус» увеличивает сроки эксплуатации бытовых приборов и технических устройств, чувствительных к качеству напряжения.
- Улучшаются условия эксплуатации подключенной нагрузки: снижается шум при работе циркуляционных насосов и их нагрев, работа различных источников света и электронных устройств, не происходит «зависание» компьютера и электронных гаджетов.
Основным недостатком инверторов «чистый синус» является их высокая стоимость, в сравнении с приборами, выдающими выходной сигнал иной формы.
Схема
Инверторы данного типа могут устанавливаться для преобразования напряжения в сетях, в которых имеются аккумуляторные батареи служащие накопителями электрической энергии, а также в прочих электрических сетях, когда форма напряжения (выходного сигнала) не соответствует требуемой конфигурации.
Ниже приведена принципиальная схема инвертора типа «чистый синус» в которой учтены разные варианты использования.
Фильтр «Ф» и диодный мост «М» работают, когда инвертор улучшает качество напряжения и не требуются — при подключении прибора к аккумуляторам.
При работе с накопителями энергии (аккумуляторными батареями), выпрямление напряжения осуществляет диодный мост М1.
Генератор, задающий сигнал напряжением 220 В частотой 50 Гц, построен на основе микросхемы D5, а контроллеры D1, D2 формируют сигнал синусоидальной формы.
С контроллеров, выходной сигнал поступает на микросхемы D3, D4, где формируется сигнал управления транзисторами.
Силовая схема построена по мостовому принципу. Нагрузка подключается в одно плечо диодного моста, питающее напряжение – в другое.
Защита по тока собрана на резисторах R17-19, R22 и диодах VD11,12.
Где купить
Инвертор — это прибор, который не относится к товарам повседневного спроса, поэтому его нельзя приобрести в простом магазине или супермаркете. Реализацией подобных изделий занимаются специализированные организации и торговые сети, ориентированные на альтернативные виды энергии, используемые для автономного электроснабжения объектов различных типов.
Если у потребителя уже установлена солнечная электростанция или ветровой генератор, то лучше всего приобрести модель того производителя, оборудование которого уже используется. Для этого необходимо найти дилера этой компании и заключить с ним договор поставки.
Если создается новая система автономного электроснабжения и пользователь самостоятельно выполняет ее комплектацию, то можно пойти несколькими путями, это:
- Опять же найти дилера компании, производящей подобные устройства и приобрести товар у него.
- Обратиться в торговую компанию, реализующую приборы из этой группы товаров.
- Поискать необходимое устройство в сети интернет, где представлен достаточно широкий ассортимент подобных устройств.
Как сделать своими руками
При желании изготовить инвертор типа «чистый синус» своими руками, необходимо помнить, что это достаточно сложное электронное устройство. При самостоятельном изготовлении необходимо не только уметь работать с паяльником, а также нужно знать, как правильно монтировать микросхемы и прочие электронные комплектующие. Уметь работать с электронными приборами, с помощью которых можно отслеживать форму выходного сигнала, а также подстраивать элементы схемы, обеспечивающие соответствие формы и силы выходного сигнала, предъявляемым требованиям.
Ниже, приведена одна из схем, используя которую, можно самостоятельно собрать подобный прибор. Это достаточно простая схема, но тем не менее, она широко используется и промышленными производителями таких устройств.
В качестве генератора сигналов используется микросхема КР1211ЕУ1, а в качестве ключей — транзисторы IRL2505. Повышающий трансформатор повышает напряжение на выходе до 220 вольт, а снижение высокочастотных помех осуществляет конденсатор.
Мощность устройства, собранного по этой схеме – до 0,5 кВт, в зависимости от мощности трансформатора.
Источник
Собираем дешевый инвертор с чистой синусоидой (от 12В до 110В/220В)
Немного о том, почему важен инвертор именно с чистой синусоидой для обычного бытового потребителя. Не вдаваясь в дебри электротехники, чисто на бытовом уровне, многие электроприборы будут работать, только если форма выходного сигнала — чистый синус, другие приборы будут работать и на меандре, но со значительной потерей мощности и с потенциальным риском выхода из строя. К рисковым приборам относятся холодильники, насосы, стиральные машинки, котлы отопления и т.д.
Форма выходного сигнала не имеет особого значения для большинства современных телевизоров, светодиодных ламп, приборов имеющих собственные блоки питания, например ноутбук.
Соответственно цена на инвертор (или бесперебойный источник питания) с чистой синусоидой существенно выше.
В этой статье мастер-самодельщик расскажет нам как сделать недорогой инвертор с чистой синусоидой от 12 В до 220 В (DC-AC) с нуля. Проект основан на недорогом модуле платы драйвера EGS002 SPWM. Плата инвертора может обрабатывать до 1 кВт (в зависимости от размера трансформатора). На создание этого проекта было потрачено около 30 долларов.
Шаг первый: о проекте
Немного общей информации о проекте.
В электростанциях используются генераторы, которые генерируют чистый синусоидальный сигнал. Все наши приборы переменного тока изначально были разработаны для работы с этой формой волны.
Несколько лет назад синусоидальные инверторы были чрезвычайно дорогими (200-1000 долларов), и в результате прямоугольная волна и модифицированная прямоугольная волна стали обычным и доступными вариантом.
Инверторы с волной прямоугольной формы менее эффективны и могут повредить чувствительные приборы.
Помимо того что инверторы прямоугольной формы являются дешевыми они создают неприятные гудящие звуки в двигателях, трансформаторах и т.д. Поэтому мастер и решил изготовить инвертор с чистой синусоидой.
Особенности проекта.
Трансформатор можно заменить для работы с выходами 110В / 220В / 230В.
Устройство имеет обратную связь по выходному напряжению (постоянное выходное напряжение переменного тока)
Неискаженный чистый синусоидальный выход (с нагрузкой)
Выбираемая выходная частота (60 Гц / 50 Гц)
Текущая защита
Защита от напряжения
Температурная защита
Активное охлаждение
ЖК-экран
Модульная конструкция с возможностью замены комплектующих
Проект состоит из двух частей. Сначала мы разбираем первую, часть и по мере выхода второй, она будет представлена на обозрение читателей. Во второй части мастер планирует улучшить проект.
Ожидается, что следующая конструкция индуктора с одной катушкой будет иметь меньший форм-фактор, более высокую эффективность преобразования и более низкое энергопотребление в режиме ожидания. Комплектующие будут заменены на SMD-компоненты. Будет произведен еще ряд улучшений.
Мастер предупреждает:
Будьте особенно осторожны с этим проектом, так как он дает на выходе «высокое напряжение — большой ток». Плата была разработана для трансформатора мощностью 1 кВт. Из-за его отсутствия я смог приобрести только лишний трансформатор ИБП мощностью 500 Вт 12 В — 220 В. Насколько мне известно, я смог добиться только 400 Вт с минимальным искажением синусоидальной волны. Во второй части видеоурока будет показан процесс устранения неполадок и подключения к большему трансформатору. В части 3 будет показан процесс разработки инвертора для конкретного пользователя с использованием модуля EGS002, а в части 4 — о создании лучшего инвертора с входом 48 В для моей автономной солнечной панели.
Шаг второй: о плате EGS002
EGS002 — это универсальное комплексное решение за 3 доллара для создания инверторов с чистой синусоидой. Можно построить из него инверторные блоки малой мощности и высокой мощности. Прямо из коробки, это еще не инвертор. Чтобы превратить его в функциональный инверторный аппарат, нужна обвязка.
Хорошие высокомощные коммерческие инверторы с чистой синусоидой очень дороги. и их цена варьируются от 120 до 400 долларов. С EGS002 вы можете проектировать всевозможные инверторы с входным напряжением, выходным напряжением и номинальной мощностью по вашему выбору. Общая стоимость проекта состовляет около 20 долларов, что в десятки раз меньше.
Теперь рассмотрим, что есть на плате EGS002.
Микроконтроллер SOIC EG8010 — EGS002 использует микросхему микроконтроллера EG8010 ASIC (специализированная интегральная схема), для вывода логических сигналов SPWM для управления инверторами H-Bridge. Микросхема также оснащена входами / выходами, специально разработанными для контроля напряжения замкнутого контура, контроля тока отключения, контроля температуры и вывода привода вентилятора. В отличие от проекта инвертора на базе Arduino, чип предварительно запрограммирован и готов к использованию.
Драйвер MOSFET / IGBT со стороны высокого и низкого уровня — плата также содержит два драйвера MOSFET IR2110S для управления N-канальным H-мостовым MOSFET для SPWM и переключения полярности на трансформатор или катушку индуктивности.
OP-AMP для измерения тока — на плате есть OP-AMP LM393 для усиления напряжения от шунтирующего резистора. Усиленное напряжение возвращается на аналоговый вход EG8010, поскольку микросхема использует его для защиты от перегрузки по току.
Выход на ЖК-дисплей — микроконтроллер EG8010 уже был предварительно запрограммирован для работы с собственным ЖК-дисплеем. Вы можете добавить доллар к EGS002 за 3 доллара, чтобы получить дополнительный ЖК-экран. Отображает выходное напряжение, ток, температуру и частотный режим.
Одинарный светодиодный индикатор ошибки — на плате есть один красный светодиод, который будет мигать определенное количество раз, отображая ошибки для устранения неполадок.
Шаг четвертый: схемы
Левая часть схемы относится к тому, что находится на плате EGS002, а правая — к схеме, которую нужно будет смонтировать, чтобы построить полностью функциональный инвертор.
Мастер связал контакты стока MOSFET, охлаждающий вентилятор 12 В и контакт 12 В платы EGS002 как Vcc (источник входного питания). Обратите внимание, что 12-вольтовый вывод EGS002 — это то, что обеспечивает управляемые выходы драйвера IR2110S для затворов полевых МОП-транзисторов. Это означает, что максимальное входное напряжение для инвертора ограничено максимальным напряжением затвора MOSFET (обычно 20 В) и максимальным входным напряжением регулятора 5 В (35 В для 7805). В дальнейшем он планирует еще одно руководство по системам инверторов с более высоким входным напряжением (24 В / 48 В / 72 В).
Также он подключил четыре полевых МОП-транзистора параллельно для каждого из 4-х полевых МОП-транзисторов, используемых в монтаже H-моста, что в сумме дает 16 МОП-транзисторов. Это было сделано для уменьшения сопротивления системы в открытом состоянии для установки более мощных трансформаторов (+1 кВт при 12 В). Вы можете оставить некоторые слоты MOSFET пустыми для схем 4/8/12 MOSFET.
Шаг пятый: дизайн печатной платы
Вы можете изготовить свою собственную самодельную печатную плату или выбрать профессиональное изготовление печатных плат на соответствующем сайте.
Для этого проекта мастер решил сделать самодельную двустороннюю печатную плату. Вместо переноса тонера он использовал метод изготовления светочувствительной печатной платы, аналогичный тому, что используют фабрики. Способ удобен для струйной печати, в отличие от технологии переноса тонера.
Скачать файлы для печати или самостоятельного изготовления плат можно ниже. Файлы gerber также были включены в zip-архив. Можете заказать печатные платы на PCBway без загрузки gerber, просто кликнув на две верхние ссылки ниже.
Основная плата инвертора
Плата для подключения фильтров
Пакет файлов: схема , печатная плата и файлы документации для загрузки в zip- архиве
PDF — файлы:
Коммутационная плата фильтра (нижний слой) .PDF
Основная плата инвертора (нижний слой) .PDF
Основная плата инвертора (верхний слой) .
Источник