Approccio anomalo all'inverter sinusoidale

[Bridge]

A seguito di un post:
http://offgrid2.altervista.org/viewtopi ... 6096#p6096
Inserisco qualche foto dei test effettuati poco fa su di un tentativo di realizzazione di un'inverter sinusoidale con gestione del controllo automatico di tensione esente da deformazione della sinusoide in OUT per sovraccarico o carico insufficiente.-
Il principio di funzionamento è il seguente:

SchemaPrincipio copia.jpg (37.02 KiB) Visto 11571 volte

Qui sotto è la risultanza del generatore del segnale CAMPIONE da prendere come riferimento (modulante):

50HzCampioneCampione copia.jpg (57.61 KiB) Visto 11571 volte

Questa è invece la sinusoide in uscita dall'inverter con una tensione di 220Vac.-
Il valore di 6,21Vpicco-picco bisogna moltiplicarlo per 10 poichè viene attenuato per il motivo che i 621Vpp presenti all'input dell'ingresso verticale del Tek me lo avrebbero fatto "secco"!!!.
Per risalire al valore efficace della tensione risultante basta dividere per 2 i 621V e dividere ancora il risultato ottenuto per 1,414 ottenendo: 220Vac eff.

621VoltP-P copia.jpg (62.17 KiB) Visto 11571 volte

Qui sotto il seguito..........

[Bridge]

Ora le foto qui sotto riportate illustrano la generazione del segnale PWM dovuto al campionamento della sinusoide campione @ 50Hz (modulante) con il segnale in alta frequenza a 50kHz (portante).-
La prima foto mette in risalto la porzione da scrutare che è evidenziata dal segmento più luminoso:

Sine_PWM copia.jpg (42.07 KiB) Visto 11568 volte

Ora la parte evidenziata viene rappresentata nell'istante in cui si ha la massima larghezza dell'impulso di comando (PWM) ce determina la massima escursione della tensione in uscita:

PWM_max copia.jpg (44.43 KiB) Visto 11568 volte

Ed ancora l'istante in cui si ha la minima larghezza dell'impulso PWM:

PWM_min copia.jpg (56.83 KiB) Visto 11568 volte

Segue qualche foto dell'accrocco ........

[Bridge]

Un pò di foto dell'insieme accroccato in fretta per avere la possibilità di valutare la bontà dell'idea.-

ASSIEME copia.jpg (269.77 KiB) Visto 11567 volte

questa è la sezione del Bridge e del filtro OUT:

Bridge copia.jpg (314.5 KiB) Visto 11567 volte

a seguire il convertitore DC-DC con ingresso 130-150Vdc ed OUT 350-420Vdc che pilota il ponte:

DSCF2263 copia.jpg (315.6 KiB) Visto 11567 volte

segue.......

[Bridge]

Atre due foto, ..la tensione presente sul tester indica la Vdc link:

DSCF2259 copia.jpg (244.01 KiB) Visto 11566 volte

e di fianco:

DSCF2262 copia.jpg (555.47 KiB) Visto 11566 volte

Per poter provare a mettere in piedi un qualcosa di cui non si ha la certezza della bontà dell'idea avuta, bisogna no perdersi dietro ad una realizzazione che possa gratificare "l'occhio", .......sarebbe solo tempo perso, quindi non guardate la "bruttura dell'insieme, bensì i risultati grafici del test.-
Sperando di aver fatto cosa gradita.-

Bridge

[Ferrobattuto]

Che meraviglia!!!..... (woot)
Tranquillo, che sappiamo tutti bene che un prototipo NON può essere "bello", per quello c'è tempo. L'importante è che funzioni bene.
E' definitivo oppure c'è ancora da "limare" un po' il circuito?
Immagino che basti dimensionare opportunamente il circuito di uscita e sia in grado di dare qualsiasi potenza "casalinga" necessiti.
Congratulazioni, come al solito. :sweet: Ci stai facendo abituare ai "miracoli".....

[Bridge]

...... ed ancora una foto che evidenzia la relazione tra la tensione e la corrente (V e I ) che fluisce su di un carico di 600W.

FaseV_I_Load600W copia.jpg (395.34 KiB) Visto 11554 volte

E' definitivo oppure c'è ancora da "limare" un po' il circuito?

Definire definitiva una realizzazione nel nostro campo oserei dire impossibile, poichè le varianti, le correzioni, le aggiunte non finiscono mai, comunque il prototipo, nato per scommessa con me stesso, ha incominciato a prendere "vita".-
Le difficoltà di replica comunque sono diverse e le accenno qui sotto:
1: - Realizzare un trasformatore per il primo convertitore DC-DC è difficoltoso anche per la reperibilità del componente magnetico, ed anche per la realizzazione degli avvolgimenti che debbono essere fatti con un'ordine e una modalità precisa.- Quello da me realizzato (e non è perfetto) è stato abbastanza semplice perchè il rapporto di trasformazione è contenuto in 1@ 2 e poco più, dato che già parto con una tensione compresa tra i 130 ed i 150V ottenendo così una tensione DC-link intorno hai 400Vdc necessari per alimentare il bridge.- Partendo da una tensione classica di 12 o 24V, la realizzazione si complica parecchio.- Non è semplice realizzare un trafo per frequenze di decine di kHz, .... ed anche il conduttore deve essere particolare.-
2: - La seconda riguarda la realizzazione dell'induttore del filtro di uscita che, in questo caso, possono essere impiegati i lamierini di un trasformatore a E con l'interposizione di un adeguato traferro.

La potenza di uscita dipende in principal-modo dai punti 1 e 2, ed in modo marginale dal dimensionamento dei dispositivi attivi.
Ma ne riparleremo .........
Ora vado a mangiare, ...mi hanno gia chiamato!.-
Un saluto da

Bridge

[iw5el]

Quindi se ho ben capito lo stadio di uscita è un push pull "diretto" (woot)

[Bridge]

No Cristiano, il controfase si trova nel DC-DC converter che alimenta il ponte ed il ponte, a sua volta è connesso direttamente all'out tramite il filtro.-
La separazione galvanica tra la sorgente DC e l'uscita è TOTALE poichè è presente il trasformatore del DC-DC converter.-
L'out del DC-DC è disciplinato dal l'AGC ed ha un range di funzionamento ampio, limitato volutamente da 340 a 420Volt circa, ...forse anche meno.- Osserva lo schema a blocchi.-
A proposito il valore della frequenza di commutazione del ponte è di 21kHz e non 50 come è segnalato sempre nello schema a blocchi.- Non è un'errore di trascrizione, bensi ho dovuto ridurla per poter soddisfare le specifiche degli IGBT.- I 50kHz erano destinati alla quadriglia dei MOSFET che momentaneamente non erano disponibili.-

Bridge

Ahhh!! .....dimenticavo, anche l'alimentatorino a bassa tensione del dispositivo, controlli compresi, prende energia dai 150Volt tramite uno switching piccolino (137kHz freq. di commutazione) ed anche lui ha un piccolo trasformatorino, visibile nella foto al centro con il nastro giallo ed anche lui isolato dalla sorgente.-

[iw5el]

Ho capito. Sei il solito genio!
E a che livelli di Pout vorresti arrivare disponibilità di ferriti per lo step-up permettendo?

[Bridge]

A parità di ferrite, per poter salire in power, l'unico modo è di aumentare la frequenza. Il limite attuale @20kHz è di un pò più di 600W, ma salendo di frequenza, si oltrepassa il kilowatt.-
Domani metto in piedi una misura della distorsione armonica tramite l'HP3585a.- Debbo solo fare l'adattamento di impedenza in sicurezza totale!. Seguirà poi la verifica del rendimento in diverse situazioni di carico.-
Stavo pensando che forse esiste la possibilità di eliminare il primo stadio (DC-DC conv.), ma è da rifletterci sopra.-

[iw5el]

Ci vorrebbe un oscillografo con FFT e un probe 100:1, ma la thd puoi anche misurarla senza l'analizzatore di spettro, basta che fai un notch attivo sintonizzato sulla fondamentale che abbia un'ottantina di db di reject e poi vedi quello che rimane con l'oscilloscopio analogico no??
Quella ferrite non mi pare molto grande, non hai avuto problemi di effetto Curie? e gli avvolgimenti con cosa li hai fatti?

Una volta ho incollato insieme due nuclei ad E.

[iw5el]

Stavo pensando che forse esiste la possibilità di eliminare il primo stadio (DC-DC conv.), ma è da rifletterci sopra.-

Alzando la tensione dei pannelli? però perdi la separazione galvanica... e il feedback?

...faccio troppe domande...

[Bridge]

Per la separazione galvanica non è un problema, ....basta mettere un trafo 220-220V in out prima del prelievo della tensione di errore per l'AGC ed il gioco è fatto.- Mi sembra che ora sia obbligatorio per legge per quanto riguarda la reimmissione di energia in rete, ....ed era ora.- Lo sbilanciamento di livello tra le due semionde (facilmente presente) da come risultato una componente continua presente nella rete che crea problemi di varia natura.-

Pensavo alla tensione media esistente qui che si aggira mediamente tra 130 ed i 147Vdc governati tutti dal regolatore citato qui:
http://faidateoffgrid.org/viewtopic.php ... =206#p3403
Ora il converter DC-DC ha un rapporto di trasformazione in salita di 1 a 2 e qualcosa, stessa cosa accadrebbe eliminando lo stadio DC link e recuperando lo stesso rapporto di trasformazione sul trasformatore di isolamento di cui sopra che oltretutto fa bene al sistema per motivi vari ed anche semplifica il dimensionamento del filtro LPF.- E' un pensiero buttato là senza nemmeno rifletterci sopra.-

Il bello dell'HP3585 è che puoi scegliere l'impedenza di ingresso tra 50,75 e ....1Momh, quest'ultimo ottimo in questo caso, basta fare un prelievo attenuato a larga banda, basterebbero un centinaio di kHz o poco più.-
Dal redout dell'oscillografo l'osservazione della sinusoide non da l'impressione che la forma d'onda abbia contenuto armonico apprezzabile, ma in questo caso si può incorrere facilmente in errore.-
Avevo comunque già fatto qualche giorno fa una misura molto superficiale con l'analizer che mi aveva lasciato il dolce in bocca, così mi ero ripromesso di ripeterla a lavoro ultimato, ma questa volta fatta seriamente.-
Il filtro l'ho pensato rispettando il prelievo AC flottante dal ponte.-

[Bridge]

CURIOSITA':
qui sotto la foto dell'OUT dell'inverter sine dove si vede l'andamento sinusoidale di un periodo completo.-

DSCF2309 copia.jpg (30.94 KiB) Visto 11468 volte

ed ancora una parte della sinusoide dove si apprezza la "dentellatura", (ripple) presente durante la variazione temporale della tensione.- Ciò è dovuto al campionamento del segnale campione (modulante) da parte della dell'onda triangolare in alta frequenza (portante).-

DSCF2310 copia.jpg (35.95 KiB) Visto 11468 volte

qui sotto ancora un prelievo più minuto e dettagliato evidenziato dal marker più luminoso (traccia superiore) ed il dettaglio (traccia inferiore)

DSCF2319 copia.jpg (33.39 KiB) Visto 11468 volte

Andando a "fondo" e non tralasciando nulla si evidenziano "c o s e" che normalmente sono letteralmente invisibili allo strumento "frettoloso" e con setting non "malizioso".
Da considerare che ciò che appare qui sopra è frutto di un filtraggio molto severo.-
Bridge

[Bridge]

....................NIENTE???.-
Non interessa, non incuriosisce??.

[Ferrobattuto]

Veramente..... Pendo letteralmente dalle tue labbra. Aspettavo il seguito. Ieri pensavo di rispondere qualcosa, ma ho avuto l'impressione di aver scritto delle stupidaggini e non l'ho spedito.....
Insomma, anche con un filtraggio "severo" la "portante" non si riesce mai a cancellarla completamente.
Non è che può dipendere dai valori dei componenti del filtro?.... Di solito per contenerne le dimensioni si limitano a filtrare la frequenza portante, mentre con un filtro "pesante" si potrebbe scendere alla frequenza di rete e togliere tutto quello che c'è sopra. Praticamente un filtro (o un sistema di filtraggio) a 50Hz. Ma forse non ho centrato il problema...... Chiedo venia se ho detto cavolate.

[Fabio13]

Non interessa, non incuriosisce??.

Incuriosire incuriosisce!
Però non ho capito, quale sarebbe l'approccio anomalo?
In pratica hai un anello che controlla la tensione di uscita (come valore di picco?) e un ponte intero (4 transistor) che genera l'uscita partendo da una sinusoide di riferimento. Giusto?
Mi sembra un approccio molto sensato.

Per curiosità, l'oscillatore come lo hai realizzato? Perché la sua qualità sarà fondamentale per l'inverter.
Domanda spinosa: il ponte intero lavora ad "anello aperto", per generare la sinusoide, o ha qualche feedback per compensare, nel caso si ritrovi qualche carico con assorbimenti molto variabili (tipo lo spunto di un motore per intendersi)?

In ogni caso prototipo molto interessante, per il momento al di fuori delle mie possibilità realizzative.

P.S. Torno a completare la scheda del mio nuovo "ali" da banco.

[Bridge]

....ma ho avuto l'impressione di aver scritto delle stupidaggini e non l'ho spedito.....

non mi trovo daccordo, ....in questo modo si rinuncia al dialogo "costruttivo".-

...anche con un filtraggio "severo" la "portante" non si riesce mai a cancellarla completamente.

In un certo senso è vero, Ferro, anche se il residuo raggiunge livelli "impalpabili".-

Non è che può dipendere dai valori dei componenti del filtro?....

Verissimo; il dimensionamento del filtro è sempre e comunque impegnativo sia a livello di progettazione che realizzazione.- Anche qui è necessario un grande equilibrio in modo da tenere soppesate diverse realtà che incidono poi sostanzialmente nel rendimento dell'insieme coinvolgendo anche altri fattori.-
La foto qui sopra l'ho realizzata avendo diminuito precedentemente la capacità di un condensatore del primo filtro di out, proprio per mettere in evidenza ciò.-

con un filtro "pesante" si potrebbe scendere alla frequenza di rete e togliere tutto

Questo sistema era di uso comune diversi anni orsono ed oggi quasi abbandonato mediante l'impiego di soluzioni circuitali diverse.-
Il filtro di uscita comunque riserva diverse problematiche aggiuntive (severe) che si evidenziano durante l'utilizzo dell'inverter con carichi distorcenti che possono anche portare alla rottura dello stadio di potenza anche nell'istante dell'inserimento o disinserimento del carico.-
E' necessario non far coincidere la frequenza di risonanza propria del filtro con i 50Hz ed evitare anche che possa instaurarsi un rimpallamento energetico tra inverter e carico avente componenti "simpatiche" al sistema (((Il termine simpatico mi è venuto così, ma rende l'idea))) che può sfociare in malfunzionamenti importanti e distruttivi.-
Bridge

[Ferrobattuto]

Certamente una risonanza sugli stadi di uscita sarebbe distruttiva, specialmente sulla frequenza fondamentale dei 50Hz, ma scendere almeno alla terza armonica, in modo da sopprimere anche distorsioni date dal carico, penso che sarebbe costruttivo. La radiofrequenza insegna.....
E a proposito di questo, aggiungo quello che non ho scritto la volta scorsa: in una discussione, in un altro forum, diverso tempo fa un utente si lamentava che con uno di questi inverter "moderni" sine-pure la sua lavatrice non poteva funzionarci, nonostante fosse una lavatrice piuttosto vecchiotta. Non perché desse fastidio al motore, monofase con condensatore, che partiva regolarmente, ma perché il motorino del contattore non partiva. Anche quelli sono motorini monofase piccolissimi, fatti un po' come quelli dei vecchi giradischi, ossia con rotore a gabbia e con una spira in corto su un lato delle espansioni polari, in modo da deflettere leggermente il campo all'avvio e consentirne la partenza. A quel tempo scrissi che secondo me residui di AF della portante presenti sulla sinusoide venivano influenzati da quella spira, e la "escludevano" dal flusso, un po' come in certi adattatori d'impedenza con corto scorrevole sulla bobina.
Bhè, probabilmente sbagliavo..... Ma venni completamente ignorato, cosa peggiore di venire corretto. (:)

[maxlinux2000]

....
Bhè, probabilmente sbagliavo..... Ma venni completamente ignorato, cosa peggiore di venire corretto. (:)

ricordo vagamente quella discussione ...ma penso che ti abbiamo ignorato perché non capivamo quello che dicevi.

Sarebbe come se uno scienziato tentasse di spiegare ad un contadino le complesse reazioni chimico-organiche che produce un nuovo tipo di concime sulla produzione del frumento..... cosa vuoi che ne capisca di chimica il contadino? Lui semplicemente vuole ottenere il frumento

Purtroppo nessuno di noi può permettersi il lusso di essere omniscente, e quindi una profonda conoscenza in un campo determina sempre una grossa superficialità in altre, oppure una larga conoscenza di molte materie differenti, determina una discreta superficialità sulle stesse, proporzionalmente inversa ai confini che ogniuno di noi stabilisce sul proprio bagaglio culturale.

Non te la prendere... siamo fatti cosí

Tornando all'inverter.... una possibile idea:

Non sarebbe possibile creare un inverter puntando ad una resa elevatissima e ottime protezioni, e poi filtrare la corrente solo per quei pochi apparati che ne hanno bisogno interponendo un filtro adatto per ogni caso?

Del tipo:

L'inverter ad onda e sistema (da definire, ma molto semplice), che alimenta tutta la casa con efficienza che arriva al 99.5%, per illuminazione, computer, TV, e molti elettrodomestici comuni con motore a spazzole.
Ma per la lavatrice interponiamo sulla presa di corrente, un filtro che è in grado di migliorare l'onda in modo che questo elettrodomestico funzioni, anche se magari con solo l'80% di efficenza... ma essendo ad uso sporadico non influisce negativamente sul bilancio annuale di consumo energetico.

In questo modo credo che si possa semplificare la costruzione di un inverter che non debba tenere conto di tutte le varianti possibili, e spostando il problema a valle, caso per caso in uno o più tipologie di filtro... un po'come facciamo con le saldatrici-inverter che dotandole di un filtro apposito possono funzionare anche con comuni impianti casalinghi o addirittura con piccoli gruppi elettrogeni.