Απλό κύκλωμα μετατροπέα 3 φάσεων

Η ανάρτηση απορρίπτει τον τρόπο δημιουργίας ενός τριφασικού κυκλώματος μετατροπέα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με οποιοδήποτε συνηθισμένο μονοφασικό κύκλωμα μετατροπέα τετραγωνικών κυμάτων. Το κύκλωμα ζητήθηκε από έναν από τους ενδιαφερόμενους αναγνώστες αυτού του ιστολογίου.

ΕΚΣΥΓΧΡΟΝΙΖΩ : Ψάχνετε για σχεδιασμό με βάση το Arduino; Μπορεί να το βρείτε χρήσιμο:

Μετατροπέας 3 φάσεων Arduino

Η έννοια του κυκλώματος

Ένα τριφασικό φορτίο μπορεί να λειτουργήσει από έναν μονοφασικό μετατροπέα χρησιμοποιώντας τα ακόλουθα εξηγημένα στάδια κυκλώματος.

Βασικά τα εμπλεκόμενα στάδια μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες:

• ο Κύκλωμα γεννήτριας PWM
• ο Γεννήτρια σήματος 3 φάσεων κύκλωμα
• Το κύκλωμα οδήγησης mosfet

Το πρώτο διάγραμμα παρακάτω δείχνει το στάδιο γεννήτριας PWM, μπορεί να γίνει κατανοητό με τα ακόλουθα σημεία:

Ο ταλαντωτής και η σκηνή PWM

Το IC 4047 είναι ενσύρματο ως στάνταρ flip flop γεννήτρια εξόδου με το ρυθμό της επιθυμητής συχνότητας δικτύου που ορίζεται από VR1 και C1.

Το διαστασιολογημένο PWM push-pull είναι πλέον διαθέσιμο στη διασταύρωση E / C των δύο τρανζίστορ BC547.
Αυτό το PWM εφαρμόζεται στην είσοδο της γεννήτριας 3 φάσεων που εξηγείται στην επόμενη ενότητα.

Το ακόλουθο κύκλωμα δείχνει ένα απλό κύκλωμα τριφασικής γεννήτριας που μετατρέπει το παραπάνω σήμα ώθησης-τραβήγματος εισόδου σε 3 διακριτές εξόδους, η φάση μετατοπίστηκε κατά 120 μοίρες.

Αυτές οι έξοδοι διαιρούνται περαιτέρω από μεμονωμένα στάδια ώθησης-έλξης που κατασκευάζονται από στάδια NOT πύλες. Αυτά τα 3 διακριτά φάση μετατόπισης 120 μοιρών, PWM ώθησης τραβήγματος τώρα γίνονται τα σήματα εισόδου τροφοδοσίας (HIN, LIN) για το τελευταίο στάδιο 3 φάσεων προγράμματος οδήγησης που εξηγείται παρακάτω.

Αυτή η γεννήτρια σημάτων χρησιμοποιεί μία μόνο τροφοδοσία 12V και όχι μια διπλή τροφοδοσία.

Πλήρης εξήγηση μπορεί να βρεθεί σε αυτό Τριφασικό προϊόν δημιουργίας σήματος

Το παρακάτω κύκλωμα δείχνει ένα στάδιο τριφασικού μετατροπέα αντιστροφέα χρησιμοποιώντας διαμόρφωση H-Bridge mosfets που λαμβάνει τις μεταβλητές φάσεις PWMs από το παραπάνω στάδιο και τις μετατρέπει σε αντίστοιχες εξόδους AC υψηλής τάσης για τη λειτουργία του συνδεδεμένου φορτίου 3 φάσεων, κανονικά αυτό θα ήταν κινητήρας φάσης.

Η υψηλή τάση 330 στα μεμονωμένα τμήματα των οδηγών mosfet λαμβάνεται από οποιονδήποτε τυπικό μονοφασικό μετατροπέα ενσωματωμένο στις απεικονιζόμενες αποχετεύσεις mosfets για την τροφοδοσία του επιθυμητού φορτίου 3 φάσεων.

Το 3-Phase Full-Bridge Driver Stage

Στα παραπάνω Κύκλωμα γεννήτριας 3 φάσεων (δεύτερο τελευταίο διάγραμμα) η χρήση ημιτονοειδούς κύματος δεν έχει νόημα επειδή το 4049 θα το μετατρέψει τελικά σε τετράγωνα κύματα και, επιπλέον, τα IC οδηγού στον τελευταίο σχεδιασμό χρησιμοποιούν ψηφιακά IC που δεν θα ανταποκρίνονται στα ημιτονοειδή κύματα.

Επομένως, μια καλύτερη ιδέα είναι να χρησιμοποιήσετε μια γεννήτρια σήματος τετραγωνικού κύματος 3 φάσεων για τροφοδοσία του τελευταίου σταδίου του προγράμματος οδήγησης.

Μπορείτε να ανατρέξετε στο άρθρο που εξηγεί πώς να φτιάξετε ένα τριφασικό κύκλωμα ηλιακού μετατροπέα για την κατανόηση της λειτουργίας και της υλοποίησης του σταδίου παραγωγής 3 φάσεων.

Χρήση IC IR2103

Μια σχετικά απλούστερη έκδοση του παραπάνω κυκλώματος μετατροπέα 3 φάσεων μπορεί να μελετηθεί παρακάτω, χρησιμοποιώντας το IC IR2103 half bridge driver ICS. Αυτή η έκδοση δεν διαθέτει τη δυνατότητα τερματισμού λειτουργίας, επομένως εάν δεν θέλετε να ενσωματώσετε τη λειτουργία τερματισμού λειτουργίας, μπορείτε να δοκιμάσετε τον ακόλουθο απλούστερο σχεδιασμό.

Απλοποίηση των παραπάνω σχεδίων

Στο παραπάνω εξηγημένο κύκλωμα μετατροπέα 3 φάσεων, το στάδιο της γεννήτριας 3 φάσεων φαίνεται άσκοπα πολύπλοκο και ως εκ τούτου αποφάσισα να αναζητήσω μια εναλλακτική ευκολότερη επιλογή για την αντικατάσταση αυτής της συγκεκριμένης ενότητας.

Μετά από κάποια αναζήτηση βρήκα το ακόλουθο ενδιαφέρον κύκλωμα γεννήτριας 3 φάσεων που φαίνεται αρκετά εύκολο και απλό με τις ρυθμίσεις του.

Επομένως τώρα μπορείτε απλά να αντικαταστήσετε το προηγούμενο εξηγημένο IC 4047 και το τμήμα opamp εντελώς και να ενσωματώσετε αυτόν τον σχεδιασμό με τις εισόδους HIN, LIN για το τριφασικό κύκλωμα οδήγησης.

Αλλά θυμηθείτε ότι θα πρέπει να εξακολουθείτε να χρησιμοποιείτε τις πύλες N1 ---- N6 μεταξύ αυτού του νέου κυκλώματος και του κυκλώματος οδηγού πλήρους γέφυρας.

Δημιουργία κυκλώματος μετατροπέα ηλιακού 3 φάσεων

Μέχρι στιγμής έχουμε μάθει πώς να φτιάχνουμε ένα βασικό κύκλωμα μετατροπέα 3 φάσεων, τώρα θα δούμε πώς μπορεί να κατασκευαστεί ένας ηλιακός μετατροπέας με έξοδο 3 φάσεων χρησιμοποιώντας πολύ συνηθισμένα IC και παθητικά εξαρτήματα.

Η ιδέα είναι βασικά η ίδια, μόλις έχω αλλάξει το στάδιο παραγωγής 3 φάσεων για την εφαρμογή.

Βασική απαίτηση μετατροπέα

Για την απόκτηση 3 φάσεων εξόδου AC από οποιαδήποτε μονοφασική ή πηγή DC, θα χρειαζόμαστε τρία βασικά στάδια κυκλώματος:

1. Κύκλωμα τριφασικής γεννήτριας ή επεξεργαστή
2. Ένα κύκλωμα ισχύος 3 φάσεων οδηγού.
3. Ένα κύκλωμα μετατροπέα ώθησης
4. Ηλιακός συλλέκτης (κατάλληλα βαθμολογημένο)

Για να μάθετε πώς να αντιστοιχίσετε ένα ηλιακό πλαίσιο με μπαταρία και μετατροπέα, μπορείτε να διαβάσετε τον ακόλουθο οδηγό:

Υπολογίστε ηλιακούς συλλέκτες για μετατροπείς

Ένα καλό παράδειγμα μπορεί να μελετηθεί σε αυτό το άρθρο που εξηγεί ένα απλό κύκλωμα μετατροπέα 3 φάσεων

Στην παρούσα σχεδίαση ενσωματώνουμε και αυτά τα τρία βασικά στάδια, ας μάθουμε πρώτα σχετικά με το κύκλωμα επεξεργαστή γεννήτριας 3 φάσεων από την ακόλουθη συζήτηση:

Πως δουλεύει

Το παραπάνω διάγραμμα δείχνει το βασικό κύκλωμα επεξεργαστή που φαίνεται περίπλοκο, αλλά στην πραγματικότητα δεν είναι. Το κύκλωμα αποτελείται από τρία τμήματα, το IC 555 που καθορίζει τη συχνότητα 3 φάσεων (50 Hz ή 60 Hz), το IC 4035 που χωρίζει τη συχνότητα στις απαιτούμενες 3 φάσεις που διαχωρίζονται με γωνία φάσης 120 μοιρών.

Τα R1, R2 και C πρέπει να επιλέγονται κατάλληλα για απόκτηση συχνότητας 50 Hz ή 60 Hz σε κύκλο λειτουργίας 50%.

8 αριθμοί πύλες ΟΧΙ από Ν3 έως Ν8 μπορούν να θεωρηθούν ενσωματωμένοι απλά για το διαχωρισμό των παραγόμενων τριών φάσεων σε ζεύγη υψηλών και χαμηλών λογικών εξόδων.

Αυτές οι πύλες ΔΕΝ μπορούν να αποκτηθούν από δύο 4049 IC.

Αυτά τα ζεύγη υψηλών και χαμηλών εξόδων στις εμφανιζόμενες πύλες ΔΕΝ καθίστανται απαραίτητα για την τροφοδοσία της επόμενης τριφασικής φάσης ισχύος του οδηγού μας.

Η ακόλουθη επεξήγηση περιγράφει το κύκλωμα οδηγού ηλιακής ισχύος 3 φάσεων mosfet

Σημείωση: Ο πείρος τερματισμού πρέπει να είναι συνδεδεμένος στη γραμμή γείωσης εάν δεν χρησιμοποιείται, διαφορετικά το κύκλωμα δεν θα λειτουργήσει

Όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, αυτή η ενότητα είναι χτισμένη σε 3 ξεχωριστά IC οδηγού μισής γέφυρας χρησιμοποιώντας IRS2608 τα οποία είναι εξειδικευμένα για την οδήγηση ζευγών mosfet υψηλών και χαμηλών πλευρών.

Η διαμόρφωση φαίνεται αρκετά απλή, χάρη σε αυτό το εξαιρετικά εξελιγμένο IC προγράμματος οδήγησης από το International rectifier.

Κάθε στάδιο IC έχει τους δικούς του ακροδέκτες εισόδου HIN (high In) και LIN (low In), καθώς και τους αντίστοιχους πείρους Vcc / γείωσης.

Όλα τα Vcc πρέπει να συνδέονται μεταξύ τους και να συνδέονται με τη γραμμή τροφοδοσίας 12V του πρώτου κυκλώματος (pin4 / 8 του IC555), έτσι ώστε όλα τα στάδια του κυκλώματος να είναι προσβάσιμα στην παροχή 12V που προέρχεται από το ηλιακό πάνελ.

Παρομοίως, όλοι οι γείσοι και οι γραμμές πρέπει να είναι κοινές ράγες.

Το HIN και το LIN πρέπει να ενώνονται με τις εξόδους που δημιουργούνται από τις πύλες NOT όπως καθορίζεται στο δεύτερο διάγραμμα.

Η παραπάνω ρύθμιση φροντίζει για την τριφασική επεξεργασία και ενίσχυση, ωστόσο, δεδομένου ότι η έξοδος 3 φάσεων θα πρέπει να είναι στο κεντρικό επίπεδο και ένα ηλιακό πάνελ θα μπορούσε να βαθμολογηθεί σε μέγιστο 60V, πρέπει να έχουμε μια ρύθμιση που θα επέτρεπε την ενίσχυση αυτού του χαμηλού 60 ηλιακό πάνελ βολτ στο απαιτούμενο επίπεδο 220V ή 120V.

Χρήση μετατροπέα Flyback Buck / Boost με βάση το IC 555

Αυτό μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί μέσω ενός απλού κυκλώματος μετατροπέα ώθησης με βάση το IC 555, όπως μπορεί να μελετηθεί παρακάτω:

Και πάλι, η εμφανιζόμενη διαμόρφωση του μετατροπέα ώθησης 60V έως 220V δεν φαίνεται τόσο δύσκολη και μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας πολύ συνηθισμένα εξαρτήματα.

Το IC 555 έχει διαμορφωθεί ως αστάθεια με συχνότητα περίπου 20 έως 50 kHz. Αυτή η συχνότητα τροφοδοτείται στην πύλη ενός μεταγωγέα mosfet μέσω ενός βήματος push pull BJT.

Η καρδιά του κυκλώματος ενίσχυσης διαμορφώνεται με τη βοήθεια ενός συμπαγούς μετασχηματιστή πυρήνα φερρίτη που λαμβάνει τη συχνότητα οδήγησης από το mosfet και μετατρέπει την είσοδο 60V στην απαιτούμενη έξοδο 220V.

Αυτό το 220V DC συνδέεται τελικά με το προηγούμενο εξειδικευμένο στάδιο οδήγησης mosfet κατά μήκος των αποχετεύσεων των 3 φάσεων mosfets για επίτευξη της 220V 3 φάσης εξόδου.

Ο μετασχηματιστής μετατροπέα ενίσχυσης μπορεί να κατασκευαστεί σε οποιοδήποτε κατάλληλο συγκρότημα πυρήνα / μπομπίνας EE χρησιμοποιώντας 1 mm 50 στροφές πρωτεύοντος (δύο δισδιάστατα καλώδια μαγνήτη 0,5 mm παράλληλα) και δευτερεύον χρησιμοποιώντας καλώδιο μαγνήτη 0,5 mm με 200 στροφές