Необходимость схем инверторов с чистой синусоидой

Разработкой схем инвертора с чистой синусоидой заняты не только многие народные умельцы, но и научно-технические центры. Инверторы, или блоки бесперебойного питания, приобрели популярность с развитием компьютерных технологий. Сбои в программном обеспечении, потеря информации при внезапном отключении питания вынудили принять необходимые меры безопасности. Первые устройства выдавали импульсное напряжение прямоугольной формы - меандр. Они обеспечивали небольшой промежуток времени, в течении которого можно было сохранить информацию и выполнить штатное выключение компьютера. Дальнейшие разработки позволили создать усовершенствованные модели преобразователей.

Конструкция инвертора

Конструкция инвертора.

Увеличение емкости аккумуляторов, номинальной мощности инверторов позволило не только увеличить время работы компьютеров, но и применить ИБП для работы других устройств и приборов при перебоях в электроснабжении.

Первый опыт эксплуатации показал, что длительная работа оборудования на импульсном напряжении приводит к ускоренному износу и отказу техники. Определенные категории оборудования оказались не способными работать на напряжении, отличающемся от синусоиды. Мощность источников питания не позволяла подключать несколько устройств одновременно.

Возникла необходимость в инверторах с синусоидальной формой напряжения, способных выдержать нагрузку в несколько киловатт. Частичное решение проблемы было найдено. Производители предложили преобразователи с квази - синусом. Такая форма представляет собой синусоиду, состоящую из множества небольших ступенек.

Естественная и искусственная синусоида

Схема питания преобразователя

Рисунок 1. Схема питания преобразователя.

Синусоидальная форма напряжения, вырабатываемая промышленными генераторами, создается вращением полюсов магнитного поля. Работа электродвигателей основана на создании электроэнергией вращающегося магнитного поля для воздействия на ротор. При форме напряжения, отличающейся от синусоиды, вращение ротора будет происходить неравномерно, с ускорением или замедлением, что отразится на техническом состоянии двигателя и рабочей части.

Использование напряжения искаженной формы пока не прошло достаточных испытаний на практике, поэтому использовать его для питания дорогостоящего оборудования без гарантий производителя нежелательно. Большинство ИБП предназначено для поддержания основных жизненно необходимых функций.

Сетевое напряжение не всегда имеет идеальную форму. Повышающие и понижающие трансформаторные станции, различные виды потребляющего оборудования создают определенные изменения в форму сетевого напряжения. Преобладающее использование индуктивных нагрузок без компенсационных конденсаторных установок создает в сети определенный сдвиг фаз, влияющий на форму синусоиды. Массовое подключение импульсных блоков питания также вносит свою долю искажений, несмотря на наличие фильтров.

Установка на выходе фильтра

Рисунок 2. Установка на выходе фильтра.

Получить чистый синус при использовании радиоэлектронных компонентов довольно сложно. Решение вроде бы лежит на поверхности. Прямоугольный импульс в упрощенном представлении состоит из гармонического ряда синусоид, первая из которых соответствует частоте импульсов. Требуется всего лишь установить на выходе соответствующий фильтр.

Эффективность эксплуатации такого устройства довольно низкая. Значительная часть энергии задержится на элементах фильтра и преобразуется в тепло. Вес и габаритные размеры преобразователя значительно возрастут. Выделить и использовать отфильтрованную энергию для зарядки также довольно сложно. Схема значительно усложнится, возрастет ее стоимость, снизится надежность.

Большинство экспериментаторов сходится во мнении, что модифицированная синусоида вполне приемлема для большинства бытовых и промышленных устройств, приборов.

Схема инвертора с чистым синусом

Питание преобразователя (рис.1) может быть от источника со сложной формой напряжения или постоянного тока. При использовании аккумулятора фильтр Ф и диодный мост М можно не устанавливать. Для работы низковольтной части схемы используется мост М1, собранный на маломощных диодах. Изготовить такую схему своими руками довольно сложно. У исполнителя должен быть определенный опыт выполнения подобных работ.

Подгонка катушек под напряжением 220 В

Рисунок 3. Подгонка катушек под напряжением 220 В.

Схема работает следующим образом. Задающий генератор на микросхеме D5 создает синусоидальный сигнал с частотой 50 Гц. Его схема представляет собой модифицированный вариант генератора Вина. Изменения внесены для увеличения надежности схемы и уменьшения потребления энергии. Контроллеры D1, D2 модулируют синусоидальный сигнал. Для модуляции на микросхемах используются различные входы: прямой и инвертирующий. Поэтому одна сторона запускается при положительной волне, вторая - при отрицательной. С контроллеров выходной сигнал поступает на микросхемы D3, D4, формирующие сигнал для управления транзисторами.

Силовая часть собрана по принципу мостовой схемы. Нагрузка подключается в одну диагональ моста, питающее напряжение - в другую. При прохождении одного из полупериодов ток проходит от минусовой клеммы через VT4, обмотку L1, нагрузку, VT1, плюсовую клемму источника питания. При другом полупериоде работают транзисторы VT2, VT3.

Защита по превышению максимально допустимого тока собрана на резисторах R17-19, R22 и диодах VD11,12. При превышении падения напряжения на резисторах в силовой цепи разница поступает на соответствующие контакты D1, D2, и схема прекращает работу.

Дополнительный фильтр

Схема чистой синусоиды

Схема чистой синусоиды.

Имеющийся в наличии преобразователь с прямоугольным импульсным напряжением можно модернизировать, установив на выходе фильтр (рис.2), отсеивающий высшие гармоники. Точный расчет и тщательное изготовление деталей помогут снизить потери на фильтре до минимума.

При изготовлении следует учитывать, что устройство используется для силовых цепей. Все элементы и комплектующие должны выдерживать максимально допустимый ток.

В состав входят два LC контура с резонансной частотой 50 Гц. В одном из них емкость с индуктивностью подключены последовательно, во втором - параллельно. Дроссели для контуров рассчитываются и изготавливаются идентично, конденсаторы также должны иметь одинаковые параметры. Оптимальная емкость для конденсаторов 100 мкФ, допустимое напряжение не меньше 300 В. Электролитические полярные конденсаторы использовать нельзя.

Сердечники для катушек индуктивности должны быть из трансформаторного железа. Для точной подгонки дросселя в железе нужно вырезать зазор. Необходимое количество витков можно рассчитать, используя соотношения для расчета резонансной частоты контура. Для намотки желательно использовать гибкий медный провод. Минимальное сечение должно быть не менее 2,5 мм2.

https://youtube.com/embed/AdBP7R8QFJQ

Общую площадь намотки необходимо сравнить с размерами окна в сердечнике. После сборки необходимо выполнить подгонку катушек, подключив сетевое напряжение 220 В (рис.3). Сопротивление нагрузки представляет собой лампу накаливания, измерительный прибор можно использовать любого типа с необходимым диапазоном. Правильная настройка определяется по максимальному напряжению. В зазор нужно уложить прокладки несколько больше расчетной величины. Затем следует убавлять толщину прокладок, контролируя напряжение по вольтметру. Значение должно увеличиваться при изменении толщины зазора, затем снижаться. Зазор при максимальном напряжении является самым оптимальным вариантом. При наладке необходимо стягивать железо сердечника до плотного контакта с прокладочным материалом. После подгонки следует собрать и подключить фильтр.

https://youtube.com/embed/fNx1AA3sTQo

При наличии осциллографа можно проверить форму напряжения до и после фильтра. При наличии всех необходимых деталей и определенного опыта устройство вполне доступно для изготовления своими руками.

The development of an inverter with pure sine wave circuits are busy not only many craftsmen, but also scientific and technical centers. Inverters, or uninterruptible power supplies, have gained in popularity with the development of computer technology. Failures in the software, data loss during a power failure forced to take the necessary security measures. The first devices were given pulse voltage rectangular - meander. They provided a small amount of time, during which it was possible to save information and complete the staff shut down the computer. Further developments helped to create improved models of transducers.

inverter design

The design of the inverter.

Increased battery capacity, nominal inverter power will not only increase the work of computers, but also to use the UPS to operate other devices and appliances when power failure.

First experience has shown that the long-term operation of the equipment at the pulse voltage leads to accelerated wear and failure of technology. Certain categories of equipment were not able to work at voltages other than the sine wave. Power Supply Power does not allow you to connect multiple devices simultaneously.

There was a need for inverters with a sinusoidal voltage waveform, capable of withstanding a load of a few kilowatts. A partial solution has been found. Manufacturers offered converters with quasi - sine. This form is a sine wave consisting of many small steps.

Natural and artificial sine wave

Power converter circuit

Figure 1. Schematic of the power converter.

Sine wave voltage generated by industrial generators, created by rotating magnetic field poles. Operation of motors based on the creation of a rotating magnetic field to act on the power rotor. When the voltage shape, which differs from a sine wave, the rotation of the rotor will occur unevenly, with the acceleration or deceleration, which will be reflected in the technical condition of the engine and the working part.

Using Voltage Distortion is not sufficient testing took place in practice, so use it without the manufacturer's warranties expensive equipment power is undesirable. Most UPS are designed to maintain basic vital functions.

The mains voltage is not always the ideal shape. Raising and lowering transformer stations, various types of consuming equipment creates certain changes in the shape of the mains voltage. The predominant use of inductive loads without compensation capacitor units in a network creates a certain phase shift that affects the shape of a sine wave. Bulk connection of pulsed power supplies also contribute its share of distortion, despite the presence of filters.

Installation of the filter output

Figure 2. Setting the filter on the output.

Get pure sine using radio-electronic components is difficult. The solution seems to be on the surface. Rectangular pulse in a simplified representation consists of a harmonic series of sine waves, the first of which corresponds to the pulse frequency. It takes only to set appropriate filter at the output.

The efficiency of operation of such a device is quite low. A significant part of the energy is delayed on the filter elements and is converted into heat. Weight and dimensions converter will increase significantly. Select and use the filtered energy to charge is also quite difficult. Driving becomes more complex and increases its cost, decrease reliability.

Most experimenters concurs that the modified sine wave is quite acceptable for the majority of household and industrial devices, instruments.

an inverter circuit with a pure sine

Power converter (Figure 1) can be the source with a complex form of voltage or constant current. When using the battery filter and a diode bridge P M can be omitted. For low-voltage part of the circuit using the bridge M1 assembled on low-power diodes. To produce such a scheme with his own hands is quite difficult. At the artist must have a certain experience in such work.

Trimming the coils under the voltage of 220 V

Figure 3. Adjusting the coils at a voltage of 220 V.

The circuit operates as follows. The clock on the chip D5 generates a sinusoidal signal with a frequency of 50 Hz. His scheme is a modified version of the generator wines. Changes have been made to increase the reliability of circuits and reduce energy consumption. Controllers D1, D2 are modulated sinusoidal signal. For the modulation of various inputs used in the chips: direct and inverting. Therefore, one side starts with a positive wave, the second - with the negative. C controller output signal is fed to circuits D3, D4, forming the signal for controlling the transistors.

The power part is collected on the basis of the bridge circuit. The load is connected to one diagonal of the bridge, voltage supply - to another. With the passage of one of the half-periods of the current flows from the negative terminal through VT4, L1 winding load, VT1 is, the plus power supply terminal. In the other half cycle work transistors VT2, VT3.

Protection for exceeding the maximum allowable current is collected on the resistors R17-19, R22 and diodes VD11,12. When the main circuit exceeds the voltage drop across the resistors corresponding to the difference is supplied to contacts D1, D2, and the circuit stops.

additional filter

Driving a pure sinusoid

Driving pure sine wave.

Available from the inverter with a rectangular pulse voltage can be upgraded by installing a filter at the output (2), keeps out the higher harmonics. The exact calculation and careful production of details will help reduce the loss of the filter to a minimum.

When making should take into account that the device is used for power applications. All elements and components have to withstand maximum current.

The structure includes two LC circuit with a resonant frequency of 50 Hz. In one capacitance connected in series with the inductance, the second - parallel. Chokes for contours are calculated and made identical, the capacitors should also have the same parameters. The optimal capacity of the capacitor 100 uF, voltage rating not less than 300 V. Electrolytic polar capacitors can not be used.

Cores for inductors must be from the transformer iron. For precise adjustment of the throttle in the iron you need to cut the gap. The required number of turns can be calculated using the ratio to calculate the resonant frequency of the circuit. For winding, it is desirable to use a flexible copper wire. Minimum cross-section must be at least 2.5 mm2.

https://youtube.com/embed/AdBP7R8QFJQ

The total area of the wound should be compared with the size of the window in the core. After assembly, you must fit the coils by connecting the mains voltage of 220 V (Figure 3). The load resistance is the incandescent lamp, the measuring device can be used with any type of desired range. The correct setting is determined by the maximum voltage. The gap to be stacked pads a bit more calculated value. Then follows diminish the thickness of the gaskets by controlling the voltage on the voltmeter. The value should be increased when the gap thickness, and then decline. The gap at the maximum voltage is the best option. If adjustment is necessary to pull the iron core to the close contact with the cushioning material. After fitting the need to collect and connect the filter.

https://youtube.com/embed/fNx1AA3sTQo

When the oscilloscope is possible to check the presence of the voltage waveform before and after the filter. In the presence of all the necessary details and some experience it is a device for making available their own hands.

Розробкою схем інвертора з чистою синусоїдою зайняті не тільки багато народні умільці, а й науково-технічні центри. Інвертори, або блоки безперебійного живлення, набули популярності з розвитком комп'ютерних технологій. Збої в програмному забезпеченні, втрата інформації при раптовому відключенні живлення змусили вжити необхідних заходів безпеки. Перші пристрої видавали імпульсна напруга прямокутної форми - меандр. Вони забезпечували невеликий проміжок часу, протягом якого можна було зберегти інформацію і виконати штатний виключення комп'ютера. Подальші розробки дозволили створити вдосконалені моделі перетворювачів.

конструкція інвертора

Конструкція інвертора.

Збільшення ємності акумуляторів, номінальної потужності інверторів дозволило не тільки збільшити час роботи комп'ютерів, але і застосувати ІБП для роботи інших пристроїв і приладів при перебоях в електропостачанні.

Перший досвід експлуатації показав, що тривала робота обладнання на імпульсній напрузі призводить до прискореного зносу і відмови техніки. Певні категорії обладнання виявилися нездатними працювати на напрузі, що відрізняється від синусоїди. Потужність джерел живлення не дозволяла підключати кілька пристроїв одночасно.

Виникла необхідність в інверторах з синусоїдальною формою напруги, здатних витримати навантаження в кілька кіловат. Часткове вирішення проблеми було знайдено. Виробники запропонували перетворювачі з квазі - синусом. Така форма є синусоїдою, що складається з безлічі невеликих сходинок.

Природна і штучна синусоїда

Схема живлення перетворювача

Малюнок 1. Схема живлення перетворювача.

Синусоїдальна форма напруги, що виробляється промисловими генераторами, створюється обертанням полюсів магнітного поля. Робота електродвигунів заснована на створенні електроенергією обертового магнітного поля для впливу на ротор. При формі напруги, що відрізняється від синусоїди, обертання ротора буде відбуватися нерівномірно, з прискоренням або уповільненням, що відіб'ється на технічному стані двигуна і робочої частини.

Використання напруги спотвореної форми поки не пройшло достатніх випробувань на практиці, тому використовувати його для живлення дорогого устаткування без гарантій виробника небажано. Більшість ДБЖ призначений для підтримки основних життєво необхідних функцій.

Напруга не завжди має ідеальну форму. Підвищують і знижують трансформаторні станції, різні види споживає обладнання створюють певні зміни в форму напруги. Переважне використання індуктивних навантажень без компенсаційних конденсаторних установок створює в мережі певне зрушення фаз, що впливає на форму синусоїди. Масове підключення імпульсних блоків живлення також вносить свою частку спотворень, незважаючи на наявність фільтрів.

Установка на виході фільтра

Малюнок 2. Установка на виході фільтра.

Отримати чистий синус при використанні радіоелектронних компонентів досить складно. Рішення начебто лежить на поверхні. Прямокутний імпульс в спрощеному уявленні складається з гармонійного ряду синусоїд, перша з яких відповідає частоті імпульсів. Потрібно всього лише встановити на виході відповідний фільтр.

Ефективність експлуатації такого пристрою досить низька. Значна частина енергії затримається на елементах фільтра і перетворюється в тепло. Вага і габаритні розміри перетворювача значно зростуть. Виділити і використовувати відфільтровану енергію для зарядки також досить складно. Схема значно ускладниться, зросте її вартість, знизиться надійність.

Більшість експериментаторів сходиться на думці, що модифікована синусоїда цілком прийнятна для більшості побутових і промислових пристроїв, приладів.

Схема інвертора з чистим синусом

Харчування перетворювача (рис.1) може бути від джерела зі складною формою напруги або постійного струму. При використанні акумулятора фільтр Ф і діодний міст М можна не встановлювати. Для роботи низьковольтної частини схеми використовується міст М1, зібраний на малопотужних діодах. Виготовити таку схему своїми руками досить складно. У виконавця повинен бути певний досвід виконання подібних робіт.

Підгонка котушок під напругою 220 В

Малюнок 3. Підгонка котушок під напругою 220 В.

Схема працює в такий спосіб. Генератор, що задає на мікросхемі D5 створює синусоїдальний сигнал з частотою 50 Гц. Його схема являє собою модифікований варіант генератора Вина. Зміни внесені для збільшення надійності схеми і зменшення споживання енергії. Контролери D1, D2 модулюють синусоїдальний сигнал. Для модуляції на мікросхемах використовуються різні входи: прямий і інвертується. Тому одна сторона запускається при позитивній хвилі, друга - при негативній. З контролерів вихідний сигнал надходить на мікросхеми D3, D4, що формують сигнал для управління транзисторами.

Силова частина зібрана за принципом мостової схеми. Навантаження підключається в одну діагональ моста, напругу живлення - в іншу. При проходженні одного з напівперіодів струм проходить від мінусової клеми через VT4, обмотку L1, навантаження, VT1, плюсову клему джерела живлення. При іншому напівперіоді працюють транзистори VT2, VT3.

Захист по перевищенню максимально допустимого струму зібрана на резисторах R17-19, R22 і діодах VD11,12. При перевищенні падіння напруги на резисторах в силовому ланцюзі різниця надходить на відповідні контакти D1, D2, і схема припиняє роботу.

додатковий фільтр

Схема чистої синусоїди

Схема чистої синусоїди.

Наявний в наявності перетворювач з прямокутним імпульсним напругою можна модернізувати, встановивши на виході фільтр (рис.2), що відсіває вищі гармоніки. Точний розрахунок і ретельне виготовлення деталей допоможуть знизити втрати на фільтрі до мінімуму.

При виготовленні слід враховувати, що пристрій використовується для силових ланцюгів. Всі елементи і комплектуючі повинні витримувати максимально допустимий струм.

До складу входять два LC контура з резонансною частотою 50 Гц. В одному з них ємність з індуктивністю підключені послідовно, у другому - паралельно. Дроселі для контурів розраховуються і виготовляються ідентично, конденсатори також повинні мати однакові параметри. Оптимальна ємність для конденсаторів 100 мкФ, допустиме напругу не менше 300 В. Електролітичні полярні конденсатори використовувати не можна.

Сердечники для котушок індуктивності повинні бути з трансформаторного заліза. Для точної підгонки дроселя в залозі потрібно вирізати зазор. Необхідна кількість витків можна розрахувати, використовуючи співвідношення для розрахунку резонансної частоти контуру. Для намотування бажано використовувати гнучкий мідний дріт. Мінімальний переріз повинен бути не менше 2,5 мм2.

https://youtube.com/embed/AdBP7R8QFJQ

Загальну площу намотування необхідно порівняти з розмірами вікна в осерді. Після складання необхідно виконати підгонку котушок, підключивши до мережевої напруги 220 В (рис.3). Опір навантаження являє собою лампу розжарювання, вимірювальний прилад можна використовувати будь-якого типу з необхідним діапазоном. Правильна настройка визначається по максимальному напрузі. У зазор потрібно укласти прокладки дещо більше розрахункової величини. Потім слід зменшувати товщину прокладок, контролюючи напруга по вольтметру. Значення має збільшуватися при зміні товщини зазору, потім знижуватися. Зазор при максимальній напрузі є найоптимальнішим варіантом. При наладці необхідно стягувати залізо сердечника до щільного контакту з прокладним матеріалом. Після підгонки слід зібрати і підключити фільтр.

https://youtube.com/embed/fNx1AA3sTQo

При наявності осцилографа можна перевірити форму напруги до і після фільтра. При наявності всіх необхідних деталей і певного досвіду пристрій цілком доступно для виготовлення своїми руками.


» » » Необходимость схем инверторов с чистой синусоидой