วงจรอินเวอร์เตอร์ 3 เฟสอย่างง่าย

โพสต์อธิบายถึงวิธีการสร้างวงจรอินเวอร์เตอร์ 3 เฟสซึ่งสามารถใช้ร่วมกับวงจรอินเวอร์เตอร์คลื่นสี่เหลี่ยมเฟสเดียวธรรมดา วงจรนี้ได้รับการร้องขอจากหนึ่งในผู้อ่านที่สนใจของบล็อกนี้

อัปเดต : กำลังมองหาการออกแบบตาม Arduino หรือไม่? คุณอาจพบว่าสิ่งนี้มีประโยชน์:

Arduino 3 เฟสอินเวอร์เตอร์

แนวคิดวงจร

โหลด 3 เฟสสามารถทำงานจากอินเวอร์เตอร์เฟสเดียวได้โดยใช้ขั้นตอนวงจรที่อธิบายต่อไปนี้

โดยทั่วไปขั้นตอนที่เกี่ยวข้องสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

• วงจรกำเนิด PWM
• เครื่องกำเนิดสัญญาณ 3 เฟส วงจร
• วงจรขับ mosfet

แผนภาพแรกด้านล่างแสดงขั้นตอนการกำเนิด PWM ซึ่งอาจเข้าใจได้ด้วยประเด็นต่อไปนี้:

Oscillator และ PWM Stage

IC 4047 มีสายเป็นมาตรฐาน รองเท้าแตะ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเอาท์พุตในอัตราความถี่ไฟหลักที่ต้องการซึ่งกำหนดโดย VR1 และ C1

ตอนนี้ PWM แบบกด - ดึงแบบปรับขนาดพร้อมใช้งานแล้วที่จุดเชื่อมต่อ E / C ของทรานซิสเตอร์ BC547 สองตัว
PWM นี้ใช้กับอินพุตของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 3 เฟสที่อธิบายไว้ในหัวข้อถัดไป

วงจรต่อไปนี้แสดงวงจรกำเนิดไฟฟ้าสามเฟสอย่างง่ายซึ่งจะแปลงสัญญาณพุช - ดึงอินพุตด้านบนให้เป็นเอาต์พุตแบบไม่ต่อเนื่อง 3 เฟสเลื่อนไป 120 องศา

เอาต์พุตเหล่านี้ถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนเพิ่มเติมโดยแต่ละขั้นตอนการกดดึงที่ทำจากสเตจ NOT gates ทั้ง 3 เฟสที่ไม่ต่อเนื่องกะระยะ 120 องศา PWM แบบกดดึงตอนนี้กลายเป็นสัญญาณอินพุตป้อน (HIN, LIN) สำหรับขั้นตอนการขับ 3 เฟสสุดท้ายที่อธิบายไว้ด้านล่าง

เครื่องกำเนิดสัญญาณนี้ใช้แหล่งจ่าย 12V เดียวไม่ใช่แหล่งจ่ายคู่

คำอธิบายที่สมบูรณ์สามารถพบได้ในนี้ บทความเครื่องกำเนิดสัญญาณ 3 เฟส

วงจรด้านล่างแสดงวงจรอินเวอร์เตอร์อินเวอร์เตอร์ 3 เฟสโดยใช้การกำหนดค่า H-bridge mosfets ซึ่งได้รับ PWM ที่เปลี่ยนเฟสจากขั้นตอนข้างต้นและแปลงเป็นเอาต์พุต AC แรงดันไฟฟ้าสูงที่สอดคล้องกันสำหรับการใช้งานโหลด 3 เฟสที่เชื่อมต่อโดยปกติจะเป็น 3 เฟสมอเตอร์

แรงดันไฟฟ้าสูง 330 ในส่วนของไดรเวอร์ mosfet แบบแยกส่วนได้มาจากอินเวอร์เตอร์เฟสเดียวมาตรฐานใด ๆ ที่รวมอยู่ในท่อระบายน้ำ mosfets ที่แสดงเพื่อจ่ายไฟให้กับโหลด 3 เฟสที่ต้องการ

ไดร์เวอร์ฟูลบริดจ์ 3 เฟส

ในข้างต้น วงจรกำเนิดไฟฟ้า 3 เฟส (แผนภาพสุดท้ายที่สอง) โดยใช้คลื่นไซน์ไม่สมเหตุสมผลเพราะในที่สุด 4049 จะแปลงเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมและยิ่งไปกว่านั้น IC ของไดรเวอร์ในการออกแบบครั้งสุดท้ายใช้ IC ดิจิทัลซึ่งจะไม่ตอบสนองต่อคลื่นไซน์

ดังนั้นความคิดที่ดีกว่าคือการใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม 3 เฟสสำหรับป้อนขั้นตอนสุดท้ายของไดรเวอร์

คุณสามารถอ้างอิงบทความที่อธิบาย วิธีการสร้างวงจรอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ 3 เฟส เพื่อทำความเข้าใจขั้นตอนการทำงานของเครื่องกำเนิดสัญญาณ 3 เฟสและรายละเอียดการใช้งาน

ใช้ IC IR2103

รุ่นที่ค่อนข้างง่ายกว่าของวงจรอินเวอร์เตอร์ 3 เฟสข้างต้นสามารถศึกษาได้ด้านล่างนี้โดยใช้ ICS ตัวขับฮาล์ฟบริดจ์ IC IR2103 เวอร์ชันนี้ไม่มีคุณสมบัติการปิดเครื่องดังนั้นหากคุณไม่ต้องการรวมคุณสมบัติการปิดเครื่องคุณสามารถลองใช้การออกแบบที่ง่ายกว่านี้ได้

ลดความซับซ้อนของการออกแบบข้างต้น

ในวงจรอินเวอร์เตอร์ 3 เฟสที่อธิบายไว้ข้างต้นสเตจเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 3 เฟสดูซับซ้อนโดยไม่จำเป็นดังนั้นฉันจึงตัดสินใจมองหาทางเลือกอื่นที่ง่ายกว่าสำหรับการเปลี่ยนส่วนเฉพาะนี้

หลังจากการค้นหาบางครั้งฉันพบวงจรกำเนิดไฟฟ้า 3 เฟสที่น่าสนใจต่อไปนี้ซึ่งดูง่ายและตรงไปตรงมากับการตั้งค่า

ดังนั้นตอนนี้คุณสามารถเปลี่ยน IC 4047 และส่วน opamp ที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ได้ทั้งหมดและรวมการออกแบบนี้เข้ากับ HIN อินพุต LIN f วงจรขับ 3 เฟส

แต่จำไว้ว่าคุณจะต้องใช้ประตู N1 ---- N6 ระหว่างวงจรใหม่นี้กับวงจรขับสะพานแบบเต็ม

การสร้างวงจรอินเวอร์เตอร์ 3 เฟสพลังงานแสงอาทิตย์

จนถึงตอนนี้เราได้เรียนรู้วิธีการสร้างวงจรอินเวอร์เตอร์พื้นฐาน 3 เฟสแล้วตอนนี้เราจะมาดูกันว่าอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีเอาต์พุต 3 เฟสสามารถสร้างขึ้นได้อย่างไรโดยใช้ไอซีธรรมดาและส่วนประกอบแบบพาสซีฟ

โดยพื้นฐานแล้วแนวคิดนั้นเหมือนกันฉันเพิ่งเปลี่ยนสเตจเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 3 เฟสสำหรับแอปพลิเคชัน

ข้อกำหนดพื้นฐานของอินเวอร์เตอร์

สำหรับการรับเอาต์พุต AC 3 เฟสจากเฟสเดียวหรือแหล่งจ่ายไฟ DC เราจะต้องใช้วงจรพื้นฐานสามขั้นตอน:

1. เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 3 เฟสหรือวงจรโปรเซสเซอร์
2. วงจรไฟฟ้ากำลังขับ 3 เฟส
3. วงจรแปลงเพิ่ม
4. แผงโซลาร์เซลล์ (ให้คะแนนอย่างเหมาะสม)

หากต้องการเรียนรู้วิธีจับคู่แผงโซลาร์เซลล์กับแบตเตอรี่และอินเวอร์เตอร์คุณสามารถอ่านบทแนะนำต่อไปนี้:

คำนวณแผงโซลาร์เซลล์สำหรับอินเวอร์เตอร์

ตัวอย่างที่ดีอาจศึกษาได้ในบทความนี้ซึ่งอธิบายวงจรอินเวอร์เตอร์ 3 เฟสอย่างง่าย

ในการออกแบบปัจจุบันเราได้รวมสามขั้นตอนพื้นฐานเหล่านี้ไว้ด้วยเช่นกันก่อนอื่นเรามาเรียนรู้เกี่ยวกับวงจรตัวประมวลผลตัวกำเนิด 3 เฟสจากการสนทนาต่อไปนี้:

มันทำงานอย่างไร

แผนภาพด้านบนแสดงวงจรโปรเซสเซอร์พื้นฐานซึ่งดูซับซ้อน แต่จริงๆแล้วไม่ใช่ วงจรประกอบด้วยสามส่วน IC 555 ซึ่งกำหนดความถี่ 3 เฟส (50 Hz หรือ 60 Hz) IC 4035 ซึ่งแบ่งความถี่ออกเป็น 3 เฟสที่ต้องการโดยคั่นด้วยมุมเฟส 120 องศา

ต้องเลือก R1, R2 และ C อย่างเหมาะสมเพื่อให้ได้ความถี่ 50 Hz หรือ 60 Hz ที่รอบการทำงาน 50%

ตัวเลข 8 ตัวที่ไม่ได้ประตูจาก N3 ถึง N8 สามารถมองเห็นได้ซึ่งรวมเข้าด้วยกันเพื่อแยกสามเฟสที่สร้างขึ้นออกเป็นคู่ของเอาต์พุตลอจิกสูงและต่ำ

NOT ประตูเหล่านี้อาจได้มาจาก IC 4049 สองตัว

คู่ของเอาต์พุตสูงและต่ำเหล่านี้ใน NOT gates ที่แสดงกลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการจ่ายไฟขั้นตอนการขับ 3 เฟสถัดไปของเรา

คำอธิบายต่อไปนี้แสดงรายละเอียดวงจรขับมอสเฟ็ทพลังงานแสงอาทิตย์ 3 เฟส

หมายเหตุ: ขาปิดต้องเชื่อมต่อกับสายกราวด์ถ้าไม่ใช้มิฉะนั้นวงจรจะไม่ทำงาน

ดังที่เห็นในรูปด้านบนส่วนนี้ถูกสร้างขึ้นบนไอซีไดรเวอร์ฮาล์ฟบริดจ์ 3 ตัวที่แยกจากกันโดยใช้ IRS2608 ซึ่งมีไว้สำหรับการขับมอสเฟตด้านสูงและด้านต่ำโดยเฉพาะ

การกำหนดค่าดูค่อนข้างตรงไปตรงมาด้วย IC ไดรเวอร์ที่มีความซับซ้อนสูงจากวงจรเรียงกระแสระหว่างประเทศ

IC แต่ละสเตจมีพินอินพุต HIN (high In) และ LIN (low In) ของตัวเองและยังมีพิน Vcc / กราวด์ของตัวเอง

จำเป็นต้องเชื่อมต่อ Vcc ทั้งหมดเข้าด้วยกันและเชื่อมต่อกับสายจ่าย 12V ของวงจรแรก (พิน 4/8 ของ IC555) เพื่อให้ทุกขั้นตอนของวงจรสามารถเข้าถึงแหล่งจ่าย 12V ที่มาจากแผงโซลาร์เซลล์

ในทำนองเดียวกันหมุดและสายกราวด์ทั้งหมดจะต้องทำเป็นคอมมอนเรล

HIN และ LIN ควรเชื่อมต่อกับเอาต์พุตที่สร้างจากประตู NOT ตามที่ระบุไว้ในแผนภาพที่สอง

การจัดเรียงข้างต้นจะดูแลการประมวลผล 3 เฟสและการขยายสัญญาณอย่างไรก็ตามเนื่องจากเอาต์พุต 3 เฟสควรอยู่ที่ระดับไฟเมนและแผงโซลาร์เซลล์สามารถได้รับการจัดอันดับที่สูงสุด 60V เราจึงต้องมีการจัดเตรียมที่จะช่วยเพิ่มระดับต่ำ 60 นี้ แผงโซลาร์เซลล์ถึงระดับ 220V หรือ 120V ที่ต้องการ

ใช้ IC 555 จาก Flyback Buck / Boost Converter

สิ่งนี้สามารถใช้งานได้อย่างง่ายดายผ่านวงจรบูสต์คอนเวอร์เตอร์แบบ 555 IC แบบง่ายๆตามที่ศึกษาด้านล่าง:

อีกครั้งการกำหนดค่าที่แสดงของตัวแปลงบูสต์ 60V ถึง 220V นั้นดูไม่ยากนักและสามารถสร้างได้โดยใช้ส่วนประกอบธรรมดามาก

IC 555 ได้รับการกำหนดค่าเป็น Astable โดยมีความถี่ประมาณ 20 ถึง 50 kHz ความถี่นี้ถูกป้อนไปยังประตูของมอสเฟ็ทแบบสวิตชิ่งผ่านขั้นตอน BJT แบบผลักดึง

หัวใจของวงจรบูสต์ถูกสร้างขึ้นด้วยความช่วยเหลือของหม้อแปลงแกนเฟอร์ไรต์ขนาดกะทัดรัดซึ่งรับความถี่ในการขับขี่จากมอสเฟตและแปลงอินพุต 60V เป็นเอาต์พุต 220V ที่ต้องการ

ในที่สุด 220V DC นี้จะถูกต่อเข้ากับขั้นตอนไดรเวอร์ mosfet ที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้บนท่อระบายน้ำของ Mosfets 3 เฟสเพื่อให้ได้เอาต์พุต 220V 3 เฟส

หม้อแปลงบูสต์คอนเวอร์เตอร์สามารถสร้างขึ้นบนชุดแกน / กระสวย EE ที่เหมาะสมโดยใช้ 1 มม. 50 รอบหลัก (ลวดแม่เหล็กสองชั้น 0.5 มม. สองเส้นขนานกัน) และรองโดยใช้ลวดแม่เหล็ก o.5 มม. 200 รอบ