Circuito inversor de 500 watts com carregador de bateria

Neste post, discutiremos minuciosamente como construir um circuito inversor de 500 watts com um estágio de carregador de bateria automático embutido.

Mais adiante neste artigo, aprenderemos também como atualizar o sistema para cargas mais altas e como atualizar em uma versão pura de onda senoidal.

Este inversor de potência de 500 watts converterá 12V DC ou 24V DC de uma bateria de chumbo-ácido para 220V ou 120V AC, que pode ser usada para alimentar todos os tipos de cargas, diretamente de lâmpadas CFL, lâmpadas LED, ventiladores, aquecedores , motores, bombas, misturadores, computadores, etc.

Design básico

Um inversor pode ser projetado de diversas maneiras, simplesmente substituindo o estágio do oscilador por outro tipo de estágio, dependendo das preferências do usuário.

O estágio do oscilador é basicamente um multivibrador astável que pode estar usando circuitos ou transistores integrados.


Embora um oscilador de base astável possa ser projetado de várias maneiras, usaremos a opção IC 4047 aqui, pois é um chip astável versátil, preciso e especializado, projetado especificamente para aplicações como inversores.

Usando IC 4047

Provavelmente, a opção mais recomendada é fazer qualquer inversor com o IC 4047 devido à alta precisão e legibilidade do IC. O dispositivo é um IC de oscilador versátil que fornece uma saída de tração dupla ou flip flop através de seus pinos 10 e 11, e também uma única saída de onda quadrada no pino 13.

CIRCUITO BÁSICO

Um inversor básico de 500 watts com uma saída de onda quadrada pode ser tão simples quanto a construção antiga. No entanto, para atualizá-lo com um carregador de bateria, podemos precisar empregar um transformador de carregador com a capacidade adequada, com base nas especificações da bateria.

Antes de aprender a configuração do carregador, vamos conhecer as especificações da bateria necessárias para este projeto.

Em uma de nossas postagens anteriores, sabemos que a taxa de carga e descarga mais adequada para uma bateria de chumbo-ácido deve ser de 0,1 ° C ou com uma corrente de fornecimento 10 vezes menor que a classificação Ah da bateria. Isso implica que, para obter um mínimo de 7 horas de backup com uma carga de 500 watts, a bateria Ah pode ser calculada da seguinte maneira

A corrente operacional necessária para uma carga de 500 watts de uma bateria de 12V será 500/12 = aproximadamente 41 amperes


Esses 41 amperes devem durar 7 horas, o que implica que a bateria Ah deve ser = 41 x 7 = 287 Ah. No entanto, na vida real, isso deve ter pelo menos 350 Ah.

Para uma bateria de 24V, isso pode ser reduzido para 50% a menos que 200Ah. Esta é exatamente a razão pela qual uma tensão operacional mais alta é sempre recomendada à medida que a potência nominal do inversor aumenta.

Usando uma bateria de 24V

Para manter o tamanho da bateria e do transformador menor e os cabos mais finos, convém usar uma bateria de 24V para operar o projeto de 500 watts proposto.

O projeto básico permaneceria como está, exceto por um IC 7812 adicionado ao circuito IC 4047, como mostrado abaixo:

Diagrama esquemático

Carregador de bateria

Para manter o design simples, mas eficaz, evitei usar um corte automático para o carregador de bateria aqui e também assegurei-me de que um único transformador comum seja usado para operações de inversor e carregador.

O diagrama completo do circuito proposto para o inversor de 500 watts com carregador de bateria pode ser visto abaixo:

O mesmo conceito já foi discutido em detalhes em uma das outras publicações relacionadas, às quais você pode consultar para obter informações adicionais.

Basicamente, o inversor usa o mesmo transformador para carregar a bateria e converter a energia da bateria em uma saída de 220V CA. A operação é implementada através de uma rede de comutação de relé, que alterna alternadamente o enrolamento do transformador para o modo de carga e o modo inversor.

Como funciona

Quando a rede elétrica CA não está disponível, os contatos do relé são colocados em seus respectivos pontos N / C (normalmente fechados). Isso conecta os drenos MOSFET ao transformador primário e os dispositivos ou carga são conectados ao secundário do transformador.


A unidade entra no modo inversor e começa a gerar a bateria necessária de 220 VCA ou 120 VCA.

As bobinas do relé são alimentadas por um circuito simples de fonte de alimentação sem transformador (capacitivo) usando um capacitor de queda de 2uF / 400V.

O suprimento não precisa ser estabilizado ou bem regulado, porque a carga está na forma de bobinas de relé, que são bastante pesadas e suportam facilmente sobretensão do interruptor do capacitor de 2uF.

A bobina do relé RL1 que controla o lado CA do transformador pode ser vista conectada antes de um diodo de bloqueio, enquanto a bobina do RL2 que controla o lado MOSFET é colocada após o diodo e paralela a um capacitor grande.

Isso é feito intencionalmente para criar um pequeno efeito de atraso para o RL2 ou para garantir que o RL1 seja LIGADO e DESLIGADO antes do RL2. Isso ocorre por razões de segurança e para garantir que os MOSFETs nunca estejam sujeitos ao suprimento de carga reversa, desde que o relé mude do modo inversor para o modo de carga.

Dicas de segurança

Como sabemos, em qualquer circuito inversor, o transformador funciona como uma carga indutiva pesada. Quando uma carga indutiva tão pesada é comutada com uma frequência, é provável que gere uma quantidade maciça de picos de corrente que podem ser potencialmente perigosos para os componentes eletrônicos sensíveis e os circuitos integrados envolvidos.

Para garantir a segurança adequada do estágio eletrônico, pode ser importante modificar a seção 7812 da seguinte maneira:

Para uma aplicação de 12V, você pode reduzir o circuito de proteção contra sobretensão antes da próxima versão:

Bateria, MOSFET e transformador determinam potência

Nós discutimos isso muitas vezes através de diferentes postagens, que são as classificações do transformador, da bateria e do MOSFET que realmente decidem quanta energia um inversor pode produzir.

Já falamos sobre os cálculos da bateria nos parágrafos anteriores, agora vamos ver como o transformador pode ser calculado para complementar a potência de saída necessária.

Na verdade, é muito simples. Como se supõe que a tensão seja 24 V e uma potência de 500 watts, dividir 500 por 24 fornece 20,83 amperes. Isso significa que a classificação do transformador deve ser maior que 21 amperes, preferencialmente até 25 amperes.

No entanto, como estamos usando o mesmo transformador para os modos de carga e inversor, precisamos selecionar a tensão de forma que ela se adapte às operações da maneira ideal.

Um 20-0-20V para o lado primário parece ser um bom compromisso, na verdade, é a classificação ideal para a operação geral do inversor nos dois modos.

Como apenas metade do enrolamento é usada para carregar a bateria, a classificação RMS de 20V do transformador pode ser usada para obter um pico DC de 20 x 1,41 = 28,2V através da bateria com a ajuda do capacitor do filtro associado conectado via terminais da bateria. Essa voltagem carregará a bateria em um bom ritmo e na velocidade correta.

No modo inversor, quando a bateria estiver em torno de 26V, permitirá que a saída do inversor seja 24/26 = 220 / Saída

Out = 238V

Parece uma saída saudável enquanto a bateria está otimamente carregada, e mesmo quando a bateria cai para 23V, pode-se esperar que a saída mantenha uma 210V saudável

Cálculo do MOSFET: Os MOSFETs funcionam basicamente como interruptores que não devem queimar ao alterar a quantidade nominal de corrente e também não devem aquecer devido ao aumento da resistência às correntes de comutação.

Para satisfazer os aspectos acima, devemos garantir que a capacidade atual de manipulação ou especificação de identificação do MOSFET exceda 25 amperes para o nosso inversor de 500 watts. Além disso, para evitar alta dissipação e deslocamento ineficiente, a especificação MOSFET RDSon deve ser a mais baixa possível.

O dispositivo mostrado no diagrama é o IRF3205, que possui um ID de 110 amperes e um RDSon de 8 miliohms (0,008 Ohms), que na verdade parece bastante impressionante e perfeitamente adequado para este projeto de inversor.

Lista de peças

Para fazer o inversor de 500 watts acima com carregador de bateria, você precisará da seguinte lista técnica:

  • IC 4047 = 1
  • Resistores
  • 56K = 1
  • 10 ohms = 2
  • Capacitor 0.1uF = 1
  • 4700uF / 50V = 1 capacitor (através dos terminais da bateria)
  • MOSFETs IRF3205 = 2
  • Diodo 20 A = 1
  • Dissipador de calor para MOSFET = tipo de aleta grande
  • Diodo de Bloqueio via MOSFET Dreno / Fonte = 1N5402 (Conecte-se através do dreno / fonte de cada MOSFET para obter proteção adicional contra EMF reversa do primário do transformador. O cátodo irá para o parafuso de drenagem.
  • Relé DPDT 40 amp = 2 nsa

Atualização para inversor de onda senoidal modificada

A versão de onda quadrada discutida acima pode ser efetivamente convertida em um circuito inversor de onda senoidal modificada de 500 watts com forma de onda de saída bastante aprimorada.

Para isso, usamos a combinação antiga de IC 555 e IC 741 para fabricar a forma de onda senoidal pretendida.

O circuito completo com carregador de bateria é mostrado abaixo:

A idéia é a mesma que foi aplicada em outros projetos de inversores de onda senoidal neste site. É para cortar o número de MOSFETs de potência com SPWM calculado para que um SPWM de alta corrente replicado oscile através do enrolamento de empurrar e puxar do transformador primário.

O IC 741 é usado como um comparador que compara duas ondas triangulares entre suas duas entradas. A onda do triângulo base lenta é adquirida do pino IC 4047 Ct, enquanto a onda do triângulo rápido é derivada de um estágio externo estável 555. O resultado é um SPWM calculado no pino 6 do IC 741. Esse SPWM é cortado no O MOSFET de potência faz com que o transformador mude para a mesma frequência SPWM.

Isso resulta no lado secundário com uma saída de onda senoidal pura (após uma pequena filtragem).

Projeto completo da ponte

A versão completa da ponte para o conceito acima pode ser construída usando a configuração abaixo:

Por uma questão de simplicidade, nenhum desligamento automático da bateria está incluído; portanto, é recomendável desconectar o suprimento assim que a tensão da bateria atingir o nível de carga total. Ou você pode adicionar uma lâmpada de filamento adequada em série com a linha de carga positiva da bateria, para garantir um carregamento seguro da bateria.

Se você tiver dúvidas ou preocupações sobre o conceito acima, a caixa de comentários abaixo é toda sua.



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

Status (Não Revisado)

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