Faça este circuito inversor de onda senoidal pura de 1KVA (1000 watts)

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Um circuito inversor de onda senoidal pura relativamente simples de 1000 watts é explicado aqui usando um amplificador de sinal e um transformador de potência.

Como pode ser visto no primeiro diagrama abaixo, a configuração é um mosfet simples projetado para amplificar a corrente em +/- 60 volts, de modo que o transformador conectado corresponda para gerar a saída de 1kva necessária.



Operação de Circuito

Q1, Q2 forma o estágio de amplificador diferencial inicial que eleva apropriadamente o sinal senoidal de 1vpp em sua entrada para um nível que se torna adequado para iniciar o estágio de driver composto de Q3, Q4, Q5.

Este estágio aumenta ainda mais a tensão de modo que se torna suficiente para acionar os mosfets.



Os mosfets também são formados no formato push pull, que efetivamente embaralha todos os 60 volts através dos enrolamentos do transformador 50 vezes por segundo, de modo que a saída do transformador gere os 1000 watts AC pretendidos no nível da rede elétrica.

Cada par é responsável por lidar com 100 watts de saída, juntos todos os 10 pares despejam 1000 watts no transformador.

Para adquirir a saída de onda senoidal pura pretendida, é necessária uma entrada senoidal adequada, que é realizada com a ajuda de um circuito gerador de onda senoidal simples.

É composto de alguns opamps e algumas outras partes passivas. Deve ser operado com tensões entre 5 e 12. Esta tensão deve ser adequadamente derivada de uma das baterias que estão sendo incorporadas para acionar o circuito do inversor.

O inversor é acionado com tensões de +/- 60 volts que equivalem a 120 V DC.

Este enorme nível de tensão é obtido colocando 10 nos. de baterias de 12 volts em série.

Circuito inversor de onda sinusoidal de 1000 watts ou 1kva

O circuito gerador de onda senoidal

O diagrama abaixo mostra um circuito gerador de onda senoidal simples que pode ser usado para conduzir o circuito do inversor acima, no entanto, como a saída deste gerador é exponencial por natureza, pode causar muito aquecimento dos mosfets.

Uma opção melhor seria incorporar um circuito baseado em PWM que forneceria ao circuito acima pulsos PWM apropriadamente otimizados equivalentes a um sinal seno padrão.

O circuito PWM que utiliza o IC555 também foi referido no próximo diagrama, que pode ser usado para acionar o circuito inversor de 1000 watts acima.

Lista de peças para o circuito gerador de seno

Todos os resistores são 1/8 watts, 1%, MFR
R1 = 14K3 (12K1 para 60 Hz),
R2, R3, R4, R7, R8 = 1K,
R5, R6 = 2K2 (1K9 para 60 Hz),
R9 = 20K
C1, C2 = 1 µF, TANT.
C3 = 2µF, TANT (DOIS 1µF EM PARALELO)
C4, C6, C7 = 2µ2 / 25V,
C5 = 100µ / 50v,
C8 = 22µF / 25V
A1, A2 = TL 072

Lista de peças para inversor

Q1, Q2 = BC556

Q3 = BD140

Q4, Q5 = BD139

Todos os mosfet do canal N são = K1058

Todos os mosfets do canal P são = J162

Transformador = 0-60V / 1000 watts / saída 110 / 220volts 50Hz / 60Hz

O inversor de 1 kva proposto discutido nas seções acima pode ser muito simplificado e reduzido em tamanho, conforme indicado no seguinte projeto:

Como conectar baterias

O diagrama também mostra o método de conexão da bateria e as conexões de alimentação para a onda senoidal ou os estágios do oscilador PWM.

Aqui, apenas quatro mosfets foram usados, que poderiam ser IRF4905 para o canal p e IRF2907 para o canal n.

Projeto de circuito inversor completo de 1 kva com oscilador senoidal de 50 Hz

Na seção acima, aprendemos um projeto de ponte completa no qual duas baterias estão envolvidas para realizar a saída necessária de 1kva. Agora vamos investigar como um projeto de ponte completa pode ser construído usando mosfet de 4 N canais e usando uma única bateria.

A seção a seguir mostra como um circuito inversor de ponte completa de 1 KVA pode ser construído usando, sem incorporar redes complicadas de driver de lado alto ou chips.

Usando Arduino

O circuito inversor de onda senoidal de 1kva explicado acima também pode ser conduzido por um Arduino para atingir quase uma saída de onda senoidal perfeita.

O diagrama de circuito completo baseado em Arduino pode ser visto abaixo:

Inversor de onda senoidal de 1 kva usando Arduino

O código do programa é fornecido abaixo:

//code modified for improvement from http://forum.arduino.cc/index.php?topic=8563.0
//connect pin 9 -> 10k Ohm + (series with)100nF ceramic cap -> GND, tap the sinewave signal from the point at between the resistor and cap.
float wav1[3]//0 frequency, 1 unscaled amplitude, 2 is final amplitude
int average
const int Pin = 9
float time
float percentage
float templitude
float offset = 2.5 // default value 2.5 volt as operating range voltage is 0~5V
float minOutputScale = 0.0
float maxOutputScale = 5.0
const int resolution = 1 //this determines the update speed. A lower number means a higher refresh rate.
const float pi = 3.14159
void setup()
wav1[0] = 50 //frequency of the sine wave
wav1[1] = 2.5 // 0V - 2.5V amplitude (Max amplitude + offset) value must not exceed the 'maxOutputScale'
TCCR1B = TCCR1B & 0b11111000
void loop() {
time = micros()% 1000000
percentage = time / 1000000
templitude = sin(((percentage) * wav1[0]) * 2 * pi)
wav1[2] = (templitude * wav1[1]) + offset //shift the origin of sinewave with offset.
average = mapf(wav1[2],minOutputScale,maxOutputScale,0,255)
analogWrite(9, average)//set output 'voltage'
delayMicroseconds(resolution)//this is to give the micro time to set the 'voltage'
}
// function to map float number with integer scale - courtesy of other developers.
long mapf(float x, float in_min, float in_max, long out_min, long out_max)
{
return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min
}

O conceito de inversor Full-Bridge

Conduzir uma rede mosfet de ponte completa com 4 mosfets de canal N nunca é fácil, em vez disso, requer circuitos razoavelmente complexos envolvendo redes complexas de driver de lado alto.

Se você estudar o seguinte circuito, que foi desenvolvido por mim, descobrirá que, afinal, não é tão difícil projetar tais redes e pode ser feito até mesmo com componentes comuns.

Vamos estudar o conceito com a ajuda do diagrama de circuito mostrado, que está na forma de um circuito inversor de 1 kva modificado empregando 4 mosfets de canal N.

Como todos sabemos, quando 4 mosfets de canais N estão envolvidos em um Rede H-bridge , uma rede de bootstrapping torna-se imperativa para conduzir o lado alto ou os dois mosfets superiores cujos drenos estão conectados ao lado alto ou a bateria (+) ou o positivo da alimentação fornecida.

No projeto proposto, a rede de bootstrap é formada com a ajuda de seis portas NOT e alguns outros componentes passivos.

A saída das portas NOT que são configuradas como buffers geram tensão duas vezes maior que a faixa de alimentação, o que significa que se a alimentação for de 12 V, as saídas da porta NOT geram cerca de 22V.

Esta tensão aumentada é aplicada às portas dos mosfets do lado alto através das pinagens do emissor de dois respectivos transistores NPN.

Uma vez que esses transistores devem ser comutados de forma que os mosfets diagonalmente opostos conduzam ao mesmo tempo, enquanto os mosfets emparelhados diagonalmente nos dois braços da ponte conduzem alternadamente.

Esta função é efetivamente controlada pelo gerador de alta saída sequencial IC 4017, que é tecnicamente chamado de divisão Johnson por 10 contador / divisor IC.

A rede de bootstrapping

A frequência de condução para o IC acima é derivada da própria rede de bootstrapping, apenas para evitar a necessidade de um estágio de oscilador externo.

A frequência da rede de bootstrapping deve ser ajustada de forma que a frequência de saída do transformador seja otimizada para o grau necessário de 50 ou 60 Hz, de acordo com as especificações exigidas.

Durante o sequenciamento, as saídas do IC 4017 acionam os mosfets conectados de maneira apropriada, produzindo o efeito push-pull necessário no enrolamento do transformador conectado, que ativa o funcionamento do inversor.

O transistor PNP que pode ser visto conectado com os transistores NPN certifica-se de que a capacitância da porta dos mosfets seja efetivamente descarregada no curso da ação para permitir o funcionamento eficiente de todo o sistema.

As conexões de pinagem para os mosfets podem ser alteradas e alteradas de acordo com as preferências individuais, isso também pode exigir o envolvimento da conexão do pino 15 de reset.

Imagens de forma de onda

O design acima foi testado e verificado pelo Sr. Robin Peter, um dos entusiastas e contribuidor deste blog, as seguintes imagens de forma de onda foram gravadas por ele durante o processo de teste.




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