การออกแบบวงจรอินเวอร์เตอร์ Grid-Tie

อินเวอร์เตอร์แบบกริดไทร์ทำงานได้เหมือนกับอินเวอร์เตอร์ทั่วไปอย่างไรก็ตามกำลังไฟฟ้าที่ส่งออกจากอินเวอร์เตอร์ดังกล่าวจะถูกป้อนเข้าและต่อเข้ากับสายไฟ AC จากแหล่งจ่ายไฟของระบบสาธารณูปโภค

ตราบเท่าที่มีแหล่งจ่ายไฟ AC หลักอินเวอร์เตอร์จะจ่ายไฟไปยังแหล่งจ่ายไฟแบบกริดที่มีอยู่และหยุดกระบวนการเมื่อการจ่ายกระแสไฟฟ้าล้มเหลว

แนวคิด

แนวคิดนี้น่าสนใจมากเนื่องจากช่วยให้เราแต่ละคนกลายเป็นผู้มีส่วนสนับสนุนด้านสาธารณูปโภค ลองนึกภาพบ้านแต่ละหลังที่มีส่วนร่วมในโครงการนี้เพื่อสร้างพลังงานจำนวนมากให้กับกริดซึ่งจะเป็นแหล่งรายได้แบบพาสซีฟให้กับที่อยู่อาศัยที่มีส่วนร่วม เนื่องจากข้อมูลที่ป้อนนั้นได้มาจากแหล่งที่มาหมุนเวียนรายได้จึงไม่มีค่าใช้จ่ายใด ๆ

การทำอินเวอร์เตอร์แบบกริดไทร์ที่บ้านถือเป็นเรื่องยากมากเนื่องจากแนวคิดนี้เกี่ยวข้องกับเกณฑ์ที่เข้มงวดบางประการที่ต้องปฏิบัติตามการไม่ปฏิบัติตามอาจนำไปสู่สถานการณ์ที่เป็นอันตราย

สิ่งสำคัญบางประการที่ต้องปฏิบัติ ได้แก่

เอาต์พุตจากอินเวอร์เตอร์ต้องตรงกับกริด AC อย่างสมบูรณ์แบบ

แอมพลิจูดและความถี่ของแรงดันไฟฟ้าขาออกตามที่กล่าวไว้ข้างต้นต้องสอดคล้องกับพารามิเตอร์ AC ของกริด

อินเวอร์เตอร์ควรปิดทันทีในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าของกริดล้มเหลว

ในโพสต์นี้ฉันได้พยายามนำเสนอวงจรอินเวอร์เตอร์แบบกริดไทด์แบบธรรมดาซึ่งตามที่ฉันบอกจะดูแลข้อกำหนดข้างต้นทั้งหมดและส่ง AC ที่สร้างขึ้นไปยังกริดอย่างปลอดภัยโดยไม่สร้างสถานการณ์ที่เป็นอันตรายใด ๆ

การทำงานของวงจร

มาลองทำความเข้าใจกับการออกแบบที่เสนอ (พัฒนาโดยฉันโดยเฉพาะ) ด้วยความช่วยเหลือของประเด็นต่อไปนี้:

อีกครั้งตามปกติเพื่อนที่ดีที่สุดของเรา IC555 จะเป็นจุดศูนย์กลางในแอปพลิเคชันทั้งหมด ในความเป็นจริงเพียงเพราะ IC นี้การกำหนดค่าอาจกลายเป็นเรื่องง่ายมาก

อ้างอิงถึงแผนภาพวงจร IC1 และ IC2 โดยทั่วไปจะต่อสายเป็นซินธิไซเซอร์แรงดันไฟฟ้าหรือในคำที่คุ้นเคยกันดีกว่าคือตัวปรับตำแหน่งพัลส์

ที่นี่ใช้หม้อแปลงแบบ step down TR1 เพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการให้กับวงจร IC และสำหรับการส่งข้อมูลการซิงโครไนซ์ไปยัง IC เพื่อให้สามารถประมวลผลเอาต์พุตตามพารามิเตอร์กริด

พิน # 2 และพิน # 5 ของ IC ทั้งสองเชื่อมต่อกับจุดหลัง D1 และผ่าน T3 ตามลำดับซึ่งจะให้จำนวนความถี่และข้อมูลแอมพลิจูดของกริด AC ไปยัง IC ตามลำดับ

ข้อมูลสองอย่างข้างต้นที่ให้ไว้กับ ICs จะแจ้งให้ ICs แก้ไขเอาต์พุตที่พินตามลำดับตามข้อมูลเหล่านี้

ผลลัพธ์จากเอาต์พุตจะแปลข้อมูลนี้เป็นแรงดันไฟฟ้า PWM ที่ปรับให้เหมาะสมซึ่งตรงกับแรงดันไฟฟ้าของกริดเป็นอย่างมาก

IC1 ใช้สำหรับสร้าง PWM บวกในขณะที่ IC2 สร้าง PWM เชิงลบทั้งสองทำงานควบคู่กันเพื่อสร้างเอฟเฟกต์ push pull ที่ต้องการบน mosfets

แรงดันไฟฟ้าข้างต้นจะถูกป้อนให้กับ mosfets ตามลำดับซึ่งจะแปลงรูปแบบข้างต้นให้เป็นกระแสตรงที่มีความผันผวนสูงในปัจจุบันในขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับขดลวดอินพุตหม้อแปลง

เอาต์พุตของหม้อแปลงจะแปลงอินพุตเป็น AC ที่ซิงโครไนซ์อย่างสมบูรณ์แบบเข้ากันได้กับ AC กริดที่มีอยู่

ในขณะที่เชื่อมต่อเอาต์พุต TR2 กับกริดให้เชื่อมต่อหลอดไฟ 100 วัตต์เข้าด้วยกันด้วยสายไฟเส้นใดเส้นหนึ่ง หากหลอดไฟสว่างหมายความว่า AC ไม่อยู่ในเฟสให้ย้อนกลับการเชื่อมต่อทันทีและตอนนี้หลอดไฟควรหยุดเรืองแสงเพื่อให้แน่ใจว่าการซิงโครไนซ์ AC อย่างเหมาะสม

คุณยังต้องการเห็นสิ่งนี้ การออกแบบวงจรผูกกริดอย่างง่าย

สันนิษฐานว่า PWM Waveform (การติดตามด้านล่าง) ที่เอาต์พุตของ ICs

ส่วนรายการ

ตัวต้านทานทั้งหมด = 2K2
C1 = 1000uF / 25V
C2, C4 = 0.47 ยูเอฟ
D1, D2 = 1N4007,
D3 = 10AMP,
IC1,2 = 555
MOSFETS = ตามข้อกำหนดการใช้งาน
TR1 = 0-12V, 100mA
TR2 = ตามข้อกำหนดการใช้งาน
T3 = BC547
INPUT DC = ตามข้อกำหนดการใช้งาน

คำเตือน: ไอเดียนี้ขึ้นอยู่กับการจำลองแบบจินตนาการเท่านั้นคำเตือนของมุมมองได้รับคำแนะนำอย่างเคร่งครัด

หลังจากได้รับคำแนะนำที่ถูกต้องจากผู้อ่านบล็อกนี้ Mr. Darren และผู้ใคร่ครวญบางคนพบว่าวงจรข้างต้นมีข้อบกพร่องมากมายและไม่สามารถใช้งานได้จริง

การออกแบบที่ปรับปรุงใหม่

การออกแบบที่ปรับปรุงใหม่แสดงไว้ด้านล่างซึ่งดูดีขึ้นมากและเป็นแนวคิดที่เป็นไปได้

ที่นี่มีการรวม IC 556 ตัวเดียวเพื่อสร้างพัลส์ PWM
ครึ่งหนึ่งของ IC ได้รับการกำหนดค่าให้เป็นเครื่องกำเนิดความถี่สูงสำหรับป้อน IC อีกครึ่งหนึ่งซึ่งติดตั้งเป็นโมดูเลเตอร์ความกว้างพัลส์

ความถี่มอดูเลตตัวอย่างได้มาจาก TR1 ซึ่งให้ข้อมูลความถี่ที่แน่นอนไปยัง IC เพื่อให้ PWM มีขนาดที่สมบูรณ์ตามความถี่ของไฟเมน

ความถี่สูงทำให้แน่ใจว่าเอาต์พุตสามารถสับข้อมูลการมอดูเลตข้างต้นให้มีความแม่นยำและให้ mosfets ที่มี RMS เทียบเท่ากับกริดเมน

ในที่สุดทรานซิสเตอร์ทั้งสองตรวจสอบให้แน่ใจว่ามอสเฟตไม่เคยรวมกันเพียงครั้งเดียวตามการสั่นของไฟเมน 50 หรือ 60 เฮิรตซ์

ส่วนรายการ

• R1, R2, C1 = เลือกเพื่อสร้างความถี่ประมาณ 1 kHz
• R3, R4, R5, R6 = 1K
• C2 = 1nF
• C3 = 100uF / 25V
• D1 = 10 แอมป์ไดโอด
• D2, D3, D4, D5 = 1N4007
• T1, T2 = ตามความต้องการ
• T3, T4 = BC547
• IC1 = ไอซี 556
• TR1, TR2 = ตามที่แนะนำในการออกแบบส่วนก่อนหน้า

วงจรข้างต้นได้รับการวิเคราะห์โดย Mr. Selim และเขาพบข้อบกพร่องที่น่าสนใจบางอย่างในวงจร ข้อบกพร่องหลักคือพัลส์ PWM เชิงลบที่ขาดหายไปของครึ่งรอบ AC ตรวจพบข้อผิดพลาดที่สองด้วยทรานซิสเตอร์ซึ่งดูเหมือนจะไม่แยกการสลับของมอสเฟตทั้งสองตามอัตรา 50 เฮิรตซ์ที่ป้อน

แนวคิดข้างต้นได้รับการแก้ไขโดย Mr. Selim ต่อไปนี้เป็นรายละเอียดรูปคลื่นหลังจากการปรับเปลี่ยน การปรับเปลี่ยน:

รูปคลื่น:

CTRL คือสัญญาณ 100 Hz หลังวงจรเรียงกระแส, OUT มาจาก PWM จากคลื่นครึ่งหนึ่ง, Vgs คือแรงดันเกตของ FETs, Vd คือปิคอัพบนขดลวดทุติยภูมิซึ่งซิงค์กับ CTRL / 2

ไม่ต้องสนใจความถี่เนื่องจากไม่ถูกต้องเนื่องจากความเร็วในการสุ่มตัวอย่างต่ำ (มิฉะนั้นจะช้าเกินไปใน iPad) ที่ความถี่ในการสุ่มตัวอย่างที่สูงขึ้น (20Mhz) PWM นั้นค่อนข้างน่าประทับใจ

ในการแก้ไขรอบการทำงานเป็น 50% ที่ประมาณ 9kHz ฉันต้องใส่ไดโอดเข้าไป

ความนับถือ,

เซลิม

การปรับเปลี่ยน

สำหรับการเปิดใช้งานการตรวจจับครึ่งรอบเชิงลบอินพุตควบคุมของ IC จะต้องป้อนด้วยทั้งครึ่งรอบของ AC ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้การกำหนดค่าวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์
นี่คือลักษณะของวงจรสุดท้ายที่ควรมีลักษณะตามฉัน

ตอนนี้ฐานทรานซิสเตอร์เชื่อมต่อกับซีเนอร์ไดโอดดังนั้นหวังว่าจะช่วยให้ทรานซิสเตอร์สามารถแยกการนำมอสเฟตออกได้โดยที่พวกมันทำสลับกันเพื่อตอบสนองต่อพัลส์ 50 เฮิรตซ์ที่ฐาน T4

การอัปเดตล่าสุดจาก Mr. Selim

สวัสดี Swag

ฉันอ่านบล็อกของคุณเรื่อย ๆ และทำการทดลองบนเขียงหั่นขนมต่อไป
ฉันได้ลองใช้วิธีซีเนอร์ไดโอด (ไม่มีโชค) ประตู CMOS และดีกว่ามากออปแอมป์ทำงานได้ดีที่สุด ฉันมี 90VAC จาก 5VDC และ 170VAC จาก 9VDC ที่ 50Hz ฉันเชื่อว่ามันซิงค์กับกริด (ไม่สามารถยืนยันได้ว่าไม่มีออสซิลโลสโคป) Btw เสียงจะดังขึ้นถ้าคุณยึดด้วยหมวก 0.15u บนขดลวดทุติยภูมิ

ทันทีที่ฉันใส่โหลดลงบนขดลวดทุติยภูมิแรงดันไฟฟ้าจะลดลงเหลือ 0VAC โดยมีอินพุต DC แอมป์เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย Mosfets ไม่พยายามดึงแอมป์เพิ่มขึ้นด้วยซ้ำ บางทีไดรเวอร์ mosfet บางตัวเช่น IR2113 (ดูด้านล่าง) อาจช่วยได้?

แม้ว่าจะมีจิตใจสูง แต่ฉันรู้สึกว่า PWM อาจไม่ตรงไปตรงมาอย่างที่หวัง การควบคุมแรงบิดของมอเตอร์กระแสตรงที่ความถี่ pwm ต่ำเป็นการดีอย่างแน่นอน อย่างไรก็ตามเมื่อสัญญาณ 50 Hz ถูกสับที่ความถี่ที่สูงขึ้นด้วยเหตุผลบางอย่างจะสูญเสียพลังงานหรือ PWMd mosfet ไม่สามารถส่งแอมป์สูงที่จำเป็นบนขดลวดปฐมภูมิเพื่อให้ 220VAC ทำงานภายใต้ภาระ

ฉันพบแผนผังอื่นที่เกี่ยวข้องกับคุณมากยกเว้น PWM คุณอาจเคยเห็นสิ่งนี้มาก่อน
ลิงค์อยู่ที่ https: // www (dot) electro-tech-online (dot) com / alternative-energy / 105324-grid-tie-inverter-schematic-2-0-a.html

วงจรจัดการพลังงานคือไดรฟ์ H ที่มี IGBT (เราสามารถใช้ mosfets แทนได้) ดูเหมือนว่ามันจะส่งพลังข้ามไปได้
มันดูซับซ้อน แต่จริงๆแล้วก็ไม่เลวร้ายเกินไปคุณคิดอย่างไร? ฉันจะลองจำลองวงจรควบคุมและให้คุณดูว่าเป็นอย่างไร
ความนับถือ,

เซลิม

ส่งจากไอแพดของฉัน

การปรับเปลี่ยนเพิ่มเติม

การปรับเปลี่ยนและข้อมูลที่น่าสนใจบางอย่างจัดทำโดย Miss Nuvem หนึ่งในผู้อ่านเฉพาะของบล็อกนี้มาเรียนรู้กันด้านล่าง:

สวัสดีคุณนาย Swagatam,

ฉันชื่อ Miss Nuvem และฉันทำงานในกลุ่มที่กำลังสร้างวงจรของคุณในช่วงเหตุการณ์เกี่ยวกับการใช้ชีวิตอย่างยั่งยืนในบราซิลและคาตาโลเนีย คุณต้องไปเยี่ยมสักวัน

ฉันได้จำลองวงจรอินเวอร์เตอร์ Grid-Tie ของคุณและฉันต้องการแนะนำการปรับเปลี่ยนสองสามอย่างสำหรับการออกแบบล่าสุดที่คุณมีในโพสต์ของคุณ

ก่อนอื่นฉันประสบปัญหาที่สัญญาณ PWM out (IC1 พิน 9) จะว่างเปล่าและหยุดการสั่น สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่แรงดันไฟฟ้าควบคุมที่ขา 11 จะสูงกว่าแรงดันไฟฟ้า Vcc เนื่องจากการตกคร่อม D4 วิธีแก้ปัญหาของฉันคือการเพิ่มไดโอด 1n4007 สองตัวในอนุกรมระหว่างวงจรเรียงกระแสและแรงดันไฟฟ้าควบคุม คุณอาจจะหนีไปได้ด้วยไดโอดเพียงอันเดียว แต่ฉันใช้สองตัวเพื่อความปลอดภัย

ปัญหาอีกอย่างที่ฉันพบคือ Vgs สำหรับ T1 และ T2 ไม่สมมาตรกันมาก T1 ใช้ได้ดี แต่ T2 ไม่สั่นจนสุดค่า Vcc เพราะเมื่อใดก็ตามที่เปิด T3 มันจะใส่ 0.7V ข้าม T4 แทนที่จะปล่อยให้ R6 ดึงแรงดันไฟฟ้าขึ้น ฉันแก้ไขสิ่งนี้โดยใส่ตัวต้านทาน 4.7kohm ระหว่าง T3 และ T4 ฉันคิดว่าค่าใด ๆ ที่สูงกว่านั้นก็ใช้ได้ แต่ฉันใช้ 4.7kohm

ฉันหวังว่านี่จะสมเหตุสมผล ฉันกำลังแนบรูปภาพของวงจรพร้อมการปรับเปลี่ยนเหล่านี้และผลการจำลองที่ฉันได้รับจาก LTspice
เราจะดำเนินการแก้ไขปัญหานี้และวงจรอื่น ๆ ในสัปดาห์หน้า เราจะแจ้งให้คุณทราบ

ขอแสดงความนับถือ
คิดถึงเมฆ

รูปภาพรูปคลื่น