Diseño de un circuito inversor conectado a la red

Diseño de un circuito inversor conectado a la red

Un inversor conectado a la red funciona como un inversor convencional, sin embargo, la potencia de salida de dicho inversor se alimenta y conecta con la red de CA del suministro de la red pública.

Mientras esté presente el suministro de CA de la red, el inversor aporta su energía al suministro de red existente y detiene el proceso cuando falla el suministro de la red.

El concepto

El concepto es de hecho muy intrigante, ya que nos permite a cada uno de nosotros convertirnos en un contribuyente de energía eléctrica. Imagine que cada casa se involucra en este proyecto para generar cantidades abrumadoras de energía a la red, que a su vez proporciona una fuente de ingresos pasiva a las residencias que contribuyen. Dado que el insumo se deriva de las fuentes renovables, los ingresos se vuelven absolutamente gratuitos.



Hacer un inversor de conexión a la red en casa se considera muy difícil ya que el concepto implica algunos criterios estrictos que deben observarse, no seguirlos puede conducir a situaciones peligrosas.

Las principales cosas que deben tenerse en cuenta son:

La salida del inversor debe estar perfectamente sincronizada con la red AC.

La amplitud y frecuencia del voltaje de salida como se mencionó anteriormente deben corresponder con los parámetros de CA de la red.

El inversor debe apagarse instantáneamente en caso de que falle la tensión de la red.

En esta publicación he intentado presentar un circuito inversor de conexión a la red simple que, en mi opinión, se encarga de todos los requisitos anteriores y entrega la CA generada a la red de manera segura sin crear situaciones peligrosas.

Operación del circuito

Intentemos comprender el diseño propuesto (desarrollado exclusivamente por mí) con la ayuda de los siguientes puntos:

Una vez más, como siempre nuestro mejor amigo, el IC555 ocupa el centro del escenario en toda la aplicación. De hecho, solo gracias a este IC, la configuración podría resultar aparentemente muy simple.

En referencia al diagrama del circuito, el IC1 y el IC2 están básicamente conectados como un sintetizador de voltaje o, en términos más familiares, como moduladores de posición de pulso.

Aquí se utiliza un transformador reductor TR1 para suministrar el voltaje de funcionamiento requerido al circuito IC, y también para suministrar los datos de sincronización al IC, de modo que pueda procesar la salida de acuerdo con los parámetros de la red.

El pin n. ° 2 y el pin n. ° 5 de ambos circuitos integrados están conectados al punto después de D1 y a través de T3 respectivamente, lo que proporciona el recuento de frecuencia y los datos de amplitud de la red de CA a los circuitos integrados respectivamente.

La información anterior proporcionada a los circuitos integrados solicita a los circuitos integrados que modifiquen sus salidas en los pines respectivos de acuerdo con esta información.

El resultado de la salida traduce estos datos en un voltaje PWM bien optimizado que está muy sincronizado con el voltaje de la red.

IC1 se usa para generar PWM positivo, mientras que IC2 produce PWM negativos, ambos trabajan en conjunto creando el efecto de empuje y tracción requerido sobre los mosfets.

Los voltajes anteriores se alimentan a los respectivos mosfets, lo que convierte efectivamente el patrón anterior en una corriente continua fluctuante de alta corriente a través del devanado de entrada del transformador elevador involucrado.

La salida del transformador convierte la entrada en una CA perfectamente sincronizada, compatible con la CA de la red existente.

Mientras conecta la salida TR2 con la red, conecte una bombilla de 100 vatios en serie con uno de los cables. Si la bombilla se enciende, significa que los AC están desfasados, invierta las conexiones inmediatamente y ahora la bombilla debe dejar de iluminarse asegurando la sincronización adecuada de los AC.

También querrías ver esto Diseño de circuito de conexión a red simplificado

Forma de onda PWM asumida (trazo inferior) en las salidas de los circuitos integrados

Lista de partes

Todas las resistencias = 2K2
C1 = 1000 uF / 25 V
C2, C4 = 0,47 uF
D1, D2 = 1N4007,
D3 = 10 AMP,
IC1,2 = 555
MOSFETS = SEGÚN LAS ESPECIFICACIONES DE APLICACIÓN.
TR1 = 0-12 V, 100 mA
TR2 = SEGÚN LAS ESPECIFICACIONES DE APLICACIÓN
T3 = BC547
ENTRADA DC = SEGÚN LAS ESPECIFICACIONES DE APLICACIÓN.

ADVERTENCIA: LA IDEA SE BASA ÚNICAMENTE EN LA SIMULACIÓN IMAGINATIVA, SE RECOMIENDA ESTRICTAMENTE LA DISCRECIÓN DEL VISOR.

Después de recibir una sugerencia correctiva de uno de los lectores de este blog, el Sr. Darren y algo de contemplación, reveló que el circuito anterior tenía muchos defectos y que en realidad no funcionaría de manera práctica.

El diseño revisado

El diseño revisado se muestra a continuación, que se ve mucho mejor y es una idea factible.

Aquí se ha incorporado un solo IC 556 para crear los pulsos PWM.
La mitad del IC se ha configurado como generador de alta frecuencia para alimentar la otra mitad del IC, que está equipado como un modulador de ancho de pulso.

La frecuencia de modulación de la muestra se deriva de TR1 que proporciona los datos de frecuencia exactos al IC para que los PWM estén perfectamente dimensionados de acuerdo con la frecuencia de la red.

La alta frecuencia asegura que la salida pueda cortar la información de modulación anterior con precisión y proporcionar a los mosfets un equivalente RMS exacto de la red eléctrica.

Finalmente, los dos transistores se aseguran de que los mosfets nunca conduzcan juntos, sino solo uno a la vez, según las oscilaciones de 50 o 60 Hz de la red.

Lista de partes

  • R1, R2, C1 = seleccione para crear una frecuencia de alrededor de 1 kHz
  • R3, R4, R5, R6 = 1K
  • C2 = 1nF
  • C3 = 100 uF / 25 V
  • D1 = diodo de 10 amperios
  • D2, D3, D4, D5 = 1N4007
  • T1, T2 = según el requisito
  • T3, T4 = BC547
  • IC1 = IC 556
  • TR1, TR2 = como se sugiere en el diseño de la sección anterior

El circuito anterior fue analizado por el Sr. Selim y encontró algunas fallas interesantes en el circuito. El defecto principal son los pulsos PWM negativos que faltan de los semiciclos de CA. La segunda falla se detectó con los transistores que no parecían aislar la conmutación de los dos mosfets según la frecuencia de 50 Hz alimentada.

La idea anterior fue modificada por el Sr. Selim, aquí están los detalles de la forma de onda después de las modificaciones. modificaciones:

Imagen de forma de onda:

CTRL es la señal de 100 Hz después del rectificador, OUT es de PWM de ambas mitades de ondas, Vgs son los voltajes de puerta de los FET, Vd es la captación en el devanado secundario, que está sincronizado con CTRL / 2.

Ignore las frecuencias, ya que son incorrectas debido a las bajas velocidades de muestreo (de lo contrario, se vuelve demasiado lento en el ipad). A frecuencias de muestreo más altas (20 Mhz), el PWM parece bastante impresionante.

Para fijar el ciclo de trabajo al 50% a alrededor de 9 kHz, tuve que colocar un diodo.

Saludos,

Selim

Modificaciones

Para permitir la detección de los semiciclos negativos, la entrada de control del IC debe alimentarse con ambos semiciclos de la CA, esto se puede lograr empleando una configuración de puente rectificador.
Así es como debería verse el circuito finalizado según mí.

La base del transistor ahora está conectada con un diodo Zener para que, con suerte, los transistores puedan aislar la conducción del mosfet de manera que conduzcan alternativamente en respuesta a los pulsos de 50 Hz en la base T4.

Actualizaciones recientes del Sr. Selim

Hola Swag,

Sigo leyendo tus blogs y sigo experimentando en el tablero.
He probado el enfoque de diodo Zener (sin suerte), las puertas CMOS y, mucho mejor, los amplificadores operacionales funcionaron mejor. Tengo 90VAC de 5VDC y 170VAC de 9VDC a 50Hz, creo que está sincronizado con la red (no puedo confirmar que no hay osciloscopio). Por cierto, el ruido desaparece si lo sujeta con una tapa de 0.15u. en la bobina secundaria.

Tan pronto como coloco una carga en la bobina secundaria, su voltaje cae a 0 VCA con solo un ligero aumento en los amperios de CC de entrada. Los Mosfet ni siquiera intentan consumir más amplificadores. ¿Quizás algunos controladores mosfet como IR2113 (ver más abajo) podrían ayudar?

Aunque estoy de buen humor, creo que PWM podría no ser tan sencillo como se esperaba. Definitivamente es bueno controlar el par en motores de CC a bajas frecuencias de pwm. Sin embargo, cuando la señal de 50 Hz se corta a una frecuencia más alta, por alguna razón pierde potencia o el mosfet PWMd no puede entregar los altos amperios necesarios en la bobina primaria para mantener los 220 VCA bajo carga.

Encontré otro esquema que está muy relacionado con el suyo, excepto PWM. Es posible que haya visto este antes.
El enlace está en https: // www (dot) electro-tech-online (dot) com / Alternative-Energy / 105324-grid-tie-inverter-schematic-2-0-a.html

El circuito de manejo de energía es una unidad H con IGBT (podríamos usar mosfets en su lugar). Parece que puede transmitir el poder.
Parece complicado pero en realidad no está tan mal, ¿qué opinas? Intentaré simular el circuito de control y les mostraré cómo se ve.
Saludos,

Selim

Enviado desde mi iPad

Control de red para GTI control de inversor para GTI

Más modificaciones

Miss Nuvem, una de las lectoras dedicadas de este blog, proporcionó algunas modificaciones e información muy interesantes, aprendamos a continuación:

Hola señor. Swagatam,

Soy Miss Nuvem y estoy trabajando en un grupo que está construyendo algunos de sus circuitos durante un evento sobre la vida sustentable en Brasil y Cataluña. Tienes que visitar algún día.

He estado simulando su circuito inversor de conexión a red y me gustaría sugerir un par de modificaciones al último diseño que tenía en su publicación.

Primero, estaba teniendo problemas donde la señal de salida PWM (pin 9 de IC1) simplemente se apagaba y dejaba de oscilar. Esto sucedía cada vez que el voltaje de control en el pin 11 iba más alto que el voltaje Vcc debido a la caída en D4. Mi solución fue agregar dos diodos 1n4007 en serie entre el rectificador y el voltaje de control. Es posible que pueda salirse con la suya con solo un diodo, pero estoy usando dos solo para estar seguro.

Otro problema que estaba teniendo era que los Vgs para T1 y T2 no eran muy simétricos. T1 estaba bien, pero T2 no oscilaba hasta los valores de Vcc porque siempre que T3 estaba encendido, ponía 0.7V a través de T4 en lugar de permitir que R6 aumentara el voltaje. Arreglé esto colocando una resistencia de 4.7kohm entre T3 y T4. Creo que cualquier valor más alto que eso funciona, pero usé 4.7kohm.

Espero que esto tenga sentido. Adjunto una imagen del circuito con estas modificaciones y los resultados de la simulación que obtengo con LTspice.
Trabajaremos en este y otros circuitos durante la próxima semana. Le mantendremos informado.

Un cordial saludo.
Señorita nube

Imágenes de forma de onda




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