Problema de queda de tensão do inversor - como resolver

Sempre que PWM é empregado em um inversor para habilitar uma saída de onda senoidal, tensão do inversor queda se torna um grande problema, especialmente se os parâmetros não são calculados corretamente.

Neste site, você pode ter encontrado muitos conceitos de inversores de onda senoidal e de onda senoidal pura usando feeds PWM ou integrações SPWM. Embora o conceito funcione muito bem e permita ao usuário obter as saídas equivalentes de onda sinusoidal necessárias, eles parecem ter problemas com problemas de queda de tensão de saída, sob carga.

Neste artigo, aprenderemos como corrigir isso por meio de cálculos e compreensão simples.

Primeiro, devemos perceber que a potência de saída de um inversor é meramente o produto da tensão de entrada e da corrente que está sendo fornecida ao transformador.

Portanto, aqui devemos ter certeza de que o transformador está classificado corretamente para processar a alimentação de entrada de modo que produza a saída desejada e seja capaz de sustentar a carga sem nenhuma queda.

A partir da discussão a seguir, tentaremos analisar através de cálculos simples o método para se livrar desse problema, configurando os parâmetros corretamente.

Analisando a tensão de saída em inversores de onda quadrada

Em um circuito inversor de onda quadrada, normalmente encontraremos a forma de onda conforme mostrado abaixo nos dispositivos de energia, que fornecem a corrente e a tensão para o enrolamento do transformador relevante de acordo com a taxa de condução mosfet usando esta onda quadrada:

Aqui podemos ver que a tensão de pico é de 12 V e o ciclo de trabalho é de 50% (igual tempo ON / OFF da forma de onda).

Para prosseguir com a análise, primeiro precisamos encontrar a tensão média induzida através do enrolamento do transformador relevante.

Supondo que estejamos usando uma torneira central 12-0-12V / 5 amp trafo, e assumindo 12V @ 50% do ciclo de trabalho é aplicado a um dos enrolamentos de 12V, então a energia induzida dentro desse enrolamento pode ser calculada conforme dado abaixo:

12 x 50% = 6V

Isso se torna a tensão média através das portas dos dispositivos de energia, que operam correspondentemente o enrolamento do trafo na mesma taxa.

Para as duas metades do enrolamento do trafo obtemos, 6V + 6V = 12V (combinando as duas metades do trafo da derivação central.

Multiplicando esses 12 V com a capacidade de corrente total de 5 A nos dá 60 watts

Agora, como a potência real do transformador também é 12 x 5 = 60 watts, implica que a potência induzida no primário do trafo está cheia e, portanto, a saída também estará cheia, permitindo que a saída funcione sem qualquer queda na tensão sob carga .

Estes 60 watts são iguais à classificação de potência real do transfômero, ou seja, 12 V x 5 amp = 60 watts. portanto a saída do trafo trabalha com força máxima e não diminui a tensão de saída, mesmo quando uma carga máxima de 60 watts é conectada.

Analisando uma Tensão de Saída do Inversor com base em PWM

Agora, suponha que aplicemos um PWM cortando as portas dos mosfets de energia, digamos a uma taxa de 50% do ciclo de trabalho nas portas dos mosfets (que já estão funcionando com um ciclo de trabalho de 50% do oscilador principal, como discutido acima)

Isso novamente implica que a média de 6 V calculada anteriormente é agora impactada adicionalmente por esta alimentação PWM com ciclo de trabalho de 50%, reduzindo o valor de tensão média através das portas mosfet para:

6V x 50% = 3V (embora o pico ainda seja 12V)

Combinando esta média de 3 V para ambas as metades do enrolamento, obtemos

3 + 3 = 6V

Multiplicando este 6 V por 5 amp, obtemos 30 watts.

Bem, isso é 50% menos do que o transformador está classificado para suportar.

Portanto, quando medido na saída, embora a saída possa mostrar 310 V completos (devido aos picos de 12 V), mas sob carga, isso pode cair rapidamente para 150 V, uma vez que a alimentação média no primário é 50% menor do que o valor nominal.

Para corrigir esse problema, temos que lidar com dois parâmetros simultaneamente:

1) Devemos ter certeza de que o enrolamento do transformador corresponde ao valor de tensão média entregue pela fonte usando o corte PWM,

2) e a corrente do enrolamento deve ser especificada em conformidade, de modo que a saída CA não caia sob carga.

Vamos considerar nosso exemplo acima, onde a introdução de um PWM de 50% fez com que a entrada para o enrolamento fosse reduzida para 3V, para reforçar e resolver esta situação, devemos garantir que o enrolamento do trafo deve ser correspondentemente avaliado em 3V. Portanto, nesta situação, o transformador deve ser classificado em 3-0-3V

Especificações atuais para o transformador

Considerando a seleção do trafo 3-0-3V acima, e considerando que a saída do trafo se destina a trabalhar com carga de 60 watts e 220V sustentado, podemos precisar que o primário do trafo seja classificado em 60/3 = 20 amperes , sim são 20 amperes que o trafo precisará ter para garantir que os 220V sejam sustentados quando uma carga total de 60 watts for conectada à saída.

Lembre-se de que, em tal situação, se a tensão de saída for medida sem carga, pode-se ver um aumento anormal no valor da tensão de saída que pode parecer estar excedendo 600V. Isso pode acontecer porque, embora o valor médio induzido nos mosfets seja de 3 V, o pico é sempre de 12 V.

Mas não há nada para se preocupar se acontecer de você ver essa alta tensão sem carga, porque ela rapidamente cairia para 220 V assim que uma carga fosse conectada.

Dito isto, se os usuários acharem que é difícil ver esse nível elevado de tensões sem carga, isso pode ser corrigido aplicando-se adicionalmente um circuito regulador de tensão de saída que já discuti em um de meus posts anteriores, você pode aplicar efetivamente o mesmo com este conceito também.

Alternativamente, a exibição de tensão elevada pode ser neutralizada conectando um capacitor de 0,45uF / 600V através da saída ou qualquer capacitor com classificação semelhante, o que também ajudaria a filtrar os PWMs em uma forma de onda sinusoidal que varia suavemente.

O problema da alta atualidade

No exemplo discutido acima, vimos que com um corte PWM de 50%, somos forçados a empregar um trafo 3-0-3V para uma alimentação de 12V, forçando o usuário a ir para um transformador de 20 A apenas para obter 60 watts, que parece bastante irracional.

Se 3V exige 20 amperes para obter 60 watts, implica que 6V exigiria 10 amperes para gerar 60 watts, e este valor parece bastante gerenciável ....... ou para torná-lo ainda melhor, um 9V permitiria que você trabalhe com um trafo de 6,66 amp, que parece ainda mais razoável.

A declaração acima nos diz que se a indução de tensão média no enrolamento do trafo for aumentada, a exigência de corrente diminui, e uma vez que a tensão média depende do tempo PWM ON, simplesmente implica que para atingir tensões médias mais altas no trafo primário, você apenas precisa aumentar o tempo PWM ON, que é outra alternativa e maneira eficaz de reforçar corretamente o problema de queda de tensão de saída em inversores baseados em PWM.

Se você tiver alguma dúvida ou pergunta específica a respeito do assunto, pode sempre utilizar a caixa de comentários abaixo e escrever suas opiniões.