Neste post, discutiremos de forma abrangente como construir um circuito inversor de 500 watts com um estágio de carregador de bateria automático integrado.
Mais adiante no artigo, também aprenderemos como atualizar o sistema para cargas mais altas e como aprimorar ot em uma versão de onda senoidal pura.
Este inversor de potência de 500 watts converterá 12 V DC ou 24 V DC de uma bateria de chumbo-ácido para 220 V ou 120 V AC, que pode ser usado para alimentar todos os tipos de cargas, desde lâmpadas CFL, lâmpadas LED, ventiladores, aquecedores , motores, bombas, misturadores, computador e assim por diante.
Design básico
Um inversor pode ser projetado de diversas maneiras, simplesmente substituindo o estágio do oscilador por outro tipo de estágio do oscilador, conforme a preferência do usuário.
O estágio do oscilador é basicamente um multivibrador astável que pode usar CIs ou transistores.
Embora um oscilador baseado em 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
Fazer qualquer inversor usando o IC 4047 é provavelmente a opção mais recomendada devido à alta precisão e legibilidade do IC. O dispositivo é um IC oscilador versátil que fornece uma saída push pull ou flip flop dupla em seus pinos 10 e 11, e também uma saída de onda quadrada única no pino 13.
Um inversor básico de 500 watts com saída de onda quadrada pode ser tão simples quanto acima para construir. No entanto, para atualizá-lo com um carregador de bateria, podemos ter que empregar um transformador de carregador classificado adequadamente de acordo com as especificações da bateria.
Antes de aprender a configuração do carregador, vamos primeiro nos familiarizar com a especificação da bateria necessária para este projeto.
De uma de nossas postagens anteriores, sabemos que a taxa de carga e descarga mais apropriada de uma bateria de chumbo-ácido deve ser a taxa de 0,1 C ou a uma corrente de alimentação 10 vezes menor que a classificação Ah da bateria. Isso implica que, para obter um mínimo de 7 horas de backup com 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 de 500 / 12 = 41 amperes aproximadamente
Esses 41 amperes precisam durar 7 horas, implica que a bateria Ah deve ser = 41 x 7 = 287 Ah. No entanto, na vida real, isso precisará ser de pelo menos 350 Ah.
Para uma bateria de 24 V, isso pode cair para 50% menos em 200 Ah. É exatamente por isso que uma tensão operacional mais alta é sempre recomendada, pois a classificação de potência do inversor fica no lado mais alto.
Usando bateria de 24 V
Para manter a bateria e o transformador menores e os cabos mais finos, você pode usar uma bateria de 24 V para operar o projeto de 500 watts proposto.
O projeto básico permaneceria como está, exceto um IC 7812 adicionado ao circuito IC 4047, conforme mostrado abaixo:
Diagrama esquemático
Carregador de bateria
Para manter o design simples, mas eficaz, evitei o uso de um corte automático para o carregador de bateria aqui e também assegurei que um único transformador comum seja usado para as operações do inversor e do carregador.
O diagrama de circuito completo para o inversor de 500 watts proposto com carregador de bateria pode ser visto abaixo:
O mesmo conceito já foi discutido detalhadamente em um dos outros posts relacionados, que você pode consultar para obter informações adicionais.
Basicamente, o inversor usa o mesmo transformador para carregar a bateria e converter a energia da bateria para saída de 220 V AC. A operação é implementada através de uma rede de comutação de relés, que alterna alternadamente o enrolamento do transformador para modo de carregamento e modo inversor.
Como funciona
Quando a rede elétrica CA não está disponível, os contatos do relé são posicionados em seus respectivos pontos N/C (normalmente fechados). Isso conecta os drenos dos MOSFETs com o primário do transformador, e os aparelhos ou a carga se conectam com o secundário do transformador.
A unidade entra no modo inversor e começa a gerar os 220 V CA ou 120 V CA necessários da bateria.
As bobinas do relé são alimentadas a partir de um simples circuito de fonte de alimentação bruto sem transformador (capacitivo) usando um capacitor de queda de 2uF / 400V.
O fornecimento não precisa ser estabilizado ou bem regulado porque a carga está na forma de bobinas de relé que são bastante pesadas e suportarão facilmente o pico de ativação do capacitor de 2uF.
A bobina do relé RL1 que controla o lado da rede CA do transformador pode ser vista conectada antes de um diodo de bloqueio, enquanto a bobina do RL2 que controla o lado do MOSFET está posicionada após o diodo e em paralelo a um grande capacitor.
Isso é feito intencionalmente para criar um pequeno efeito de atraso para RL2, ou para garantir que RL1 ligue e desligue antes de RL2. Isso é por questões de segurança e para garantir que os MOSFETs nunca sejam submetidos à alimentação de carregamento reverso sempre que o relé passar do modo inversor para o modo de carregamento.
Sugestões 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, ela gera uma grande quantidade de picos de corrente que podem ser potencialmente perigosos para os eletrônicos sensíveis e os CIs 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 de pico acima para a seguinte versão:
Bateria, MOSFET e transformador determinam a potência
Discutimos isso muitas vezes através de diferentes posts que é o transformador, a bateria e as classificações 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 a tensão deve ser de 24 V e potência de 500 watts, dividindo 500 por 24 dá 20,83 amperes. Ou seja, a amperagem do transformador deve ser superior a 21 amperes, de preferência até 25 amperes.
No entanto, como estamos usando o mesmo transformador para os modos de carregamento e inversor, temos que selecionar a tensão de forma que se adapte a ambas as operações de maneira ideal.
Um 20-0-20 V para o lado primário parece ser um bom compromisso, na verdade, é a classificação ideal para o funcionamento geral do inversor em ambos os modos.
Como apenas um meio enrolamento é usado para carregar a bateria, a classificação de 20 V RMS do transformador pode ser usada para obter um pico de 20 x 1,41 = 28,2 V Dc na bateria com a ajuda do capacitor de filtro associado conectado à bateria terminais. Esta tensão carregará a bateria em boa taxa e na velocidade correta.
No modo inversor, quando a bateria estiver em torno de 26 V, permitirá que a saída do inversor fique em 24/26 = 220 / Out
Saída = 238 V
Isso parece uma saída saudável enquanto a bateria está carregada de maneira ideal e, mesmo quando a bateria cai para 23 V, pode-se esperar que a saída sustente 210 V saudáveis
Calculando MOSFET: Os MOSFETs funcionam basicamente como interruptores que não devem queimar durante a comutação da quantidade nominal de corrente e também não devem aquecer devido ao aumento da resistência às correntes de comutação.
Para satisfazer os aspectos acima, temos que garantir que a capacidade de manuseio atual ou a especificação de ID do MOSFET seja bem acima de 25 amperes para nosso inversor de 500 watts. Além disso, para evitar alta dissipação e comutação ineficiente, a especificação RDSON do MOSFET deve ser a mais baixa possível.
O dispositivo mostrado no diagrama é o IRF3205, que tem um ID de 110 amp e RDson de 8 miliohms (0,008 Ohms), o que realmente 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 de materiais:
- IC 4047 = 1
- Resistores
- 56K = 1
- 10 ohms = 2
- Capacitor 0,1uF = 1
- Capacitor 4700uF / 50 V = 1 (através dos terminais da bateria)
- MOSFETs IRF3205 = 2
- Diodo 20 amp = 1
- Dissipador de calor para os MOSFETs = tipo aletas grandes
- Bloqueando Diodo Através de MOSFETs Dreno/Fonte = 1N5402 (Por favor, conecte-os através de dreno/fonte de cada MOSFET para proteção adicional contra EMF reversa do primário do transformador. O cátodo irá para o pino de drenagem.
- Relé DPDT 40 amp = 2 nos
Atualizando para o inversor de onda senoidal modificado
A versão de onda quadrada discutida acima pode ser efetivamente convertida em um circuito inversor de onda senoidal modificado de 500 watts com forma de onda de saída muito melhorada.
Para isso, usamos a antiga combinação IC 555 e IC 741 para fabricar a forma de onda senoidal pretendida.
O circuito completo com carregador de bateria é dado abaixo:
A ideia é a mesma que foi aplicada em alguns dos outros projetos de inversores de onda senoidal neste site. É cortar a porta dos MOSFETs de potência com SPWM calculado para que um SPWM de alta corrente replicado seja oscilado através do enrolamento push-pull do primário do transformador.
O IC 741 é usado como um comparador que compara duas ondas triangulares em suas duas entradas. A onda triangular de base lenta é adquirida do pino IC 4047 Ct, enquanto a onda triangular rápida é derivada de um estágio astável externo IC 555. O resultado é um SPWM calculado no pino 6 do IC 741. Este SPWM é cortado nas portas dos MOSFETs de potência que estão comutando pelo transformador na mesma frequência SPWM.
Isso resulta no lado secundário com uma saída de onda senoidal pura (após alguma filtração).
Projeto de ponte completa
A versão completa da ponte para o conceito acima pode ser construída usando a configuração abaixo:
Para simplificar, um corte automático da bateria não está incluído, portanto, é recomendável DESLIGAR a alimentação assim que a tensão da bateria atingir o nível de carga total. Ou, alternativamente, você pode adicionar uma lâmpada de filamento apropriada em série com a linha positiva de carregamento da bateria, para garantir um carregamento seguro da bateria.
Se você tiver dúvidas ou perguntas sobre o conceito acima, a caixa de comentários abaixo é toda sua.
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FONTE
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