Como su nombre indica, un circuito inversor que convierte una entrada de CC en CA sin depender de un inductor o un transformador se denomina inversor sin transformador.
Dado que no se emplea un transformador basado en inductor, la CC de entrada normalmente es igual al valor pico de la CA generada en la salida del inversor.
La publicación nos ayuda a comprender 3 circuitos inversores diseñados para funcionar sin usar un transformador y usando una red IC de puente completo y un circuito generador SPWM.
Inversor sin transformador con IC 4047
Comencemos con una topología H-Bridge que probablemente sea la más simple en su forma. Sin embargo, técnicamente no es el ideal, y no se recomienda, ya que está diseñado utilizando mosfets de canal p / n. Los mosfets de canal P se utilizan como los mosfets del lado alto y el canal n como el lado bajo.
Dado que los mosfets de canal p se utilizan en el lado alto, bootstrapping se vuelve innecesario, y esto simplifica mucho el diseño. Esto también significa que este diseño no tiene que depender de circuitos integrados de controladores especiales.
Aunque el diseño se ve atractivo y atractivo, tiene un pocas desventajas subyacentes . Y es exactamente por eso que se evita esta topología en unidades profesionales y comerciales.
Dicho esto, si se construye correctamente puede servir para aplicaciones de baja frecuencia.
Aquí está el circuito completo que usa IC 4047 como generador de frecuencia de tótem astable
Lista de partes
Todas las resistencias son 1/4 vatio 5%
- R1 = 56k
- C1 = 0,1 uF / PPC
- Resistencia IC pin10 / 11 = 330 ohmios - 2nos
- Resistencias de puerta MOSFET = 100k - 2nos
- Opto-couplers = 4N25 - 2 nos
- MOSFET de canal P superior = FQP4P40 - 2nos
- MOSFET de canal N inferior = IRF740 = 2nos
- Diodos Zener = 12V, 1/2 vatio - 2 nos
La siguiente idea también es un circuito de puente en h, pero este utiliza los mosfets de canal n recomendados. El circuito fue solicitado por Mr. Ralph Wiechert
Especificaciones principales
Saludos desde Saint Louis, Missouri.
¿Estarías dispuesto a colaborar en un proyecto de inversor ? Le pagaría por un diseño y / o su tiempo, si lo desea.
Tengo un Prius de 2012 y 2013, y mi madre tiene un Prius de 2007. El Prius es único en el sentido de que tiene un paquete de baterías de alto voltaje de 200 VCC (nominal). Los propietarios de Prius en el pasado han aprovechado este paquete de baterías con inversores listos para usar para generar sus voltajes nativos y ejecutar herramientas y electrodomésticos. (Aquí en EE. UU., 60 Hz, 120 y 240 VCA, como estoy seguro de que lo sabe). El problema es que esos inversores ya no se fabrican, pero el Prius todavía lo está.
Aquí hay un par de inversores que se utilizaron en el pasado para este propósito:
1) PWRI2000S240VDC (Ver anexo) ¡Ya no se fabrica!
2) Emerson Liebert Upstation S (Este es en realidad un SAI, pero retira el paquete de baterías, que era de 192 VCC nominales). (Consulte el anexo.) ¡Ya no se fabrica!
Idealmente, estoy buscando diseñar un inversor continuo de 3000 vatios, onda sinusoidal pura, salida de 60 Hz, 120 VCA (con fase dividida de 240 VCA, si es posible) y sin transformador. Quizás 4000-5000 Watts pico. Entrada: 180-240 VDC. Toda una lista de deseos, lo sé.
Soy ingeniero mecánico, con experiencia en la construcción de circuitos y en la programación de microcontroladores Picaxe. Simplemente no tengo mucha experiencia diseñando circuitos desde cero. ¡Estoy dispuesto a intentarlo y fallar si es necesario!
El diseño
En este blog ya he comentado más de 100 diseños y conceptos de inversores , la solicitud anterior se puede lograr fácilmente modificando uno de mis diseños existentes y probando para la aplicación dada.
Para cualquier diseño sin transformador, debe haber un par de cosas básicas incluidas para la implementación: 1) El inversor debe ser un inversor de puente completo con un controlador de puente completo y 2) la alimentación de CC de entrada alimentada debe ser igual al voltaje pico de salida requerido nivel.
Al incorporar los dos factores anteriores, se puede observar un diseño básico de inversor de 3000 vatios en el siguiente diagrama, que tiene un forma de onda de salida de onda sinusoidal pura característica.
Los detalles de funcionamiento del inversor se pueden comprender con la ayuda de los siguientes puntos:
El básico o el configuración estándar de inversor de puente completo está formado por el controlador de puente completo IC IRS2453 y la red mosfet asociada.
Cálculo de la frecuencia del inversor
La función de esta etapa es hacer oscilar la carga conectada entre los mosfets a una frecuencia determinada determinada por los valores de la red Rt / Ct.
Los valores de estos componentes RC de tiempo se pueden establecer mediante la fórmula: f = 1 / 1.453 x Rt x Ct donde Rt está en ohmios y Ct en faradios. Debe configurarse para lograr 60Hz para complementar la salida especificada de 120V, alternativamente para especificaciones de 220V, esto podría cambiarse a 50Hz.
Esto también se puede lograr mediante un ensayo práctico y error, evaluando el rango de frecuencia con un medidor de frecuencia digital.
Para lograr un resultado de onda sinusoidal pura, las compuertas mosfets del lado bajo se desconectan de sus respectivas alimentaciones IC y se aplican lo mismo a través de una etapa de búfer BJT, configurada para operar a través de una entrada SPWM.
Generando SPWM
El SPWM que significa modulación de ancho de pulso de onda sinusoidal es configurado alrededor de un opamp IC y un solo Generador IC 555 PWM.
Aunque el IC 555 está configurado como PWM, la salida PWM de su pin n. ° 3 nunca se usa, sino que las ondas triangulares generadas a través de su capacitor de sincronización se utilizan para tallar los SPWM. Aquí se supone que una de las muestras de ondas triangulares es mucho más lenta en frecuencia y está sincronizada con la frecuencia del IC principal, mientras que la otra necesita ser ondas triangulares más rápidas, cuya frecuencia determina esencialmente la cantidad de pilares que puede tener el SPWM.
El opamp está configurado como un comparador y se alimenta con muestras de ondas triangulares para procesar los SPWM requeridos. Una onda triangular, que es la más lenta, se extrae del pinout Ct del IC principal IRS2453
El procesamiento lo realiza el opamp IC comparando las dos ondas triangulares en sus pines de entrada, y el SPWM generado se aplica a las bases de la etapa de búfer BJT.
Los búferes de BJT cambian de acuerdo con los pulsos de SPWM y se aseguran de que los mosfets del lado bajo también cambien en el mismo patrón.
La conmutación anterior permite que la salida de CA también cambie con un patrón SPWM para ambos ciclos de la frecuencia de CA y la forma de onda.
Seleccionar los mosfets
Dado que se especifica un inversor sin transformador de 3 kva, los mosfets deben tener una clasificación adecuada para manejar esta carga.
El mosfet número 2SK 4124 indicado en el diagrama en realidad no podrá soportar una carga de 3kva porque están clasificados para manejar un máximo de 2kva.
Algunas investigaciones en la red nos permiten encontrar el mosfet: IRFB4137PBF-ND que se ve bien para operar sobre cargas de 3kva, debido a su enorme potencia nominal a 300V / 38amps.
Dado que es un inversor de 3kva sin transformador, se elimina la cuestión de seleccionar el transformador, sin embargo, las baterías deben tener la clasificación adecuada para producir un mínimo de 160 V con carga moderada y alrededor de 190 V cuando están completamente cargadas.
Corrección automática de voltaje.
Se puede lograr una corrección automática conectando una red de retroalimentación entre los terminales de salida y el pinout Ct, pero esto puede no ser realmente necesario porque los potenciómetros IC 555 se pueden usar de manera efectiva para fijar el RMS del voltaje de salida, y una vez que se establece el Se puede esperar que el voltaje de salida sea absolutamente fijo y constante independientemente de las condiciones de carga, pero solo mientras la carga no exceda la capacidad de potencia máxima del inversor.
2) Inversor sin transformador con cargador de batería y control de retroalimentación
El segundo diagrama de circuito de un inversor transformador compacto sin incorporar un voluminoso transformador de hierro se analiza a continuación. En lugar de un transformador de hierro pesado, utiliza un inductor de núcleo de ferrita como se muestra en el siguiente artículo. El esquema no fue diseñado por mí, me lo proporcionó uno de los ávidos lectores de este blog, el Sr. Ritesh.
El diseño es una configuración completa que incluye la mayoría de las características, como detalles del devanado del transformador de ferrita , etapa de indicador de bajo voltaje, instalación de regulación de voltaje de salida, etc.
La explicación del diseño anterior aún no se ha actualizado, intentaré actualizarla pronto, mientras tanto, puede consultar el diagrama y aclarar sus dudas a través de un comentario, si corresponde.
Diseño # 3 de inversor compacto sin transformador de 200 vatios
Un tercer diseño a continuación muestra un circuito inversor de 200 vatios sin un transformador (sin transformador) con una entrada de 310 V CC. Es un diseño compatible con onda sinusoidal.
Introducción
Los inversores, como los conocemos, son dispositivos que convierten o más bien invierten una fuente de CC de bajo voltaje en una salida de CA de alto voltaje.
La salida de CA de alto voltaje producida generalmente está en el orden de los niveles de voltaje de la red local. Sin embargo, el proceso de conversión de un voltaje bajo a un voltaje alto requiere invariablemente la inclusión de transformadores pesados y voluminosos. ¿Tenemos una opción para evitarlos y hacer un circuito inversor sin transformador?
Sí, hay una forma bastante sencilla de implementar un diseño de inversor sin transformador.
Básicamente, el inversor que utiliza una batería de bajo voltaje de CC requiere aumentarlos al voltaje de CA más alto previsto, lo que a su vez hace que la inclusión de un transformador sea imperativa.
Eso significa que si pudiéramos simplemente reemplazar la CC de bajo voltaje de entrada con un nivel de CC igual al nivel de CA de salida previsto, la necesidad de un transformador podría simplemente eliminarse.
El diagrama del circuito incorpora una entrada de CC de alto voltaje para operar un circuito inversor mosfet simple y podemos ver claramente que no hay transformador involucrado.
Operación del circuito
La CC de alto voltaje es igual a la CA de salida requerida que se obtiene al disponer 18 baterías pequeñas de 12 voltios en serie.
La puerta N1 es del IC 4093, N1 se ha configurado aquí como oscilador.
Dado que el IC requiere un voltaje de funcionamiento estricto entre 5 y 15 voltios, la entrada requerida se toma de una de las baterías de 12 voltios y se aplica a las salidas de pines del IC correspondientes.
Así, toda la configuración se vuelve muy simple y eficiente y elimina por completo la necesidad de un transformador voluminoso y pesado.
Las baterías son todas de 12 voltios, 4 AH, que son bastante pequeñas e incluso cuando se conectan entre sí no parecen cubrir demasiado espacio. Pueden apilarse apretadamente para formar una unidad compacta.
La salida será de 110 V CA a 200 vatios.
Lista de partes
- Q1, Q2 = MPSA92
- Q3 = MJE350
- Q4, Q5 = MJE340
- Q6, Q7 = K1058,
- Q8, Q9 = J162
- NAND IC = 4093,
- D1 = 1N4148
- Batería = 12V / 4AH, 18 nos.
Actualización a una versión de onda sinusoidal
El circuito inversor sin transformador simple de 220 V mencionado anteriormente podría actualizarse a un inversor de onda sinusoidal pura o verdadera simplemente reemplazando el oscilador de entrada con un circuito generador de onda sinusoidal como se muestra a continuación:
Se puede encontrar la lista de piezas para el oscilador de onda sinusoidal en esta publicación
Circuito inversor solar sin transformador
El sol es una fuente importante e ilimitada de energía bruta que está disponible en nuestro planeta de forma totalmente gratuita. Este poder es fundamentalmente en forma de calor, sin embargo los seres humanos han descubierto métodos para explotar la luz también de esta enorme fuente para fabricar energía eléctrica.
Visión general
Hoy la electricidad se ha convertido en la línea vital de todas las ciudades e incluso de las zonas rurales. Con el agotamiento de los combustibles fósiles, la luz solar promete ser una de las principales fuentes de energía renovable a la que se puede acceder directamente desde cualquier lugar y en todas las circunstancias de este planeta, sin costo alguno. Aprendamos uno de los métodos para convertir la energía solar en electricidad para nuestro beneficio personal.
En una de mis publicaciones anteriores, hablé de un circuito de inversor solar que más bien tenía un enfoque simple e incorporaba una topología de inversor ordinaria utilizando un transformador.
Los transformadores, como todos sabemos, son voluminosos, pesados y pueden resultar bastante inconvenientes para algunas aplicaciones.
En el presente diseño he intentado eliminar el uso de un transformador incorporando mosfets de alto voltaje y aumentando el voltaje a través de la conexión en serie de paneles solares. Estudiemos toda la configuración con la ayuda de los siguientes puntos:
Cómo funciona
Al observar el diagrama de circuito inversor sin transformador basado en energía solar que se muestra a continuación, podemos ver que básicamente consta de tres etapas principales, a saber. la etapa de oscilador compuesta por el versátil IC 555, la etapa de salida que consta de un par de mosfets de potencia de alto voltaje y la etapa de entrega de energía que emplea el banco de paneles solares, que se alimenta en B1 y B2.
Diagrama de circuito
Dado que el circuito integrado no puede funcionar con voltajes superiores a 15 V, está bien protegido mediante una resistencia de caída y un diodo Zener. El diodo zener limita el alto voltaje del panel solar al voltaje zener de 15V conectado.
Sin embargo, los mosfets pueden funcionar con el voltaje de salida solar completo, que puede estar entre 200 y 260 voltios. En condiciones nubladas, el voltaje puede caer muy por debajo de 170 V, por lo que probablemente se pueda usar un estabilizador de voltaje en la salida para regular el voltaje de salida en tales situaciones.
Los mosfets son tipos N y P que forman un par para implementar las acciones de empujar y tirar y para generar la CA requerida.
Los mosfets no se especifican en el diagrama, idealmente deben tener una potencia nominal de 450 V y 5 amperios, encontrará muchas variantes, si busca un poco en Google en la red.
Los paneles solares usados deben tener estrictamente un voltaje de circuito abierto de alrededor de 24 V a plena luz del sol y alrededor de 17 V durante los períodos de crepúsculo brillante.
Cómo conectar los paneles solares
Lista de partes
R1 = 6K8
R2 = 140 K
C1 = 0,1 uF
Diodos = son 1N4148
R3 = 10K, 10 vatios,
R4, R5 = 100 ohmios, 1/4 vatio
B1 y B2 = del panel solar
Z1 = 5,1 V 1 vatio
Utilice estas fórmulas para calcular R1, R2, C1 ....
Actualizar:
El diseño de 555 IC anterior puede no ser tan confiable y eficiente, se puede ver un diseño mucho más confiable a continuación en forma de circuito inversor puente H completo . Se puede esperar que este diseño proporcione resultados mucho mejores que el circuito 555 IC anterior
Otra ventaja de usar el circuito anterior es que no necesitará una disposición de panel solar dual, sino que una fuente solar conectada en serie única sería suficiente para operar el circuito anterior y lograr una salida de 220V.
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