Transformerloze omvormer - Alles wat u moet weten

Soms kan technologie grote sprongen vooruit maken voor de collectieve gemeenschap. Transformatorloze technologie is een van deze ontwikkelingen. Het biedt nutsbedrijven, onafhankelijke stroomproducenten en integrators onbeperkte stroomafgifte en verminderde complexiteit. Het betekent dat de twee meest voorkomende typen commerciële PV-installaties efficiëntere methoden kunnen gebruiken en de kosten kunnen verlagen.

Transformatorloze omvormers zijn kleiner en lichter dan hun op transformatoren gebaseerde tegenhangers, wat een belangrijke reden kan zijn om ze te overwegen.

Lees verder om te ontdekken hoe transformatorloze omvormers werken, de beste circuits voor hen, installatie-overwegingen en hun voordelen.

Wat is een transformatorloze omvormer?

Een omvormer zet gelijkstroom (DC)-elektriciteit met een lagere spanning om in wisselstroom (AC)-elektriciteit met een hogere spanning, die door apparaten wordt gebruikt.

In plaats van een interne transformator nodig te hebben om energie om te zetten, kan een omvormer zonder transformator de spanning verhogen met behulp van een geautomatiseerd meerstapsproces. De elektronische componenten in de omvormer veranderen gelijkstroom met een lagere frequentie in wisselstroom met een hogere frequentie. Vervolgens zet het de stroom terug naar gelijkstroom en uiteindelijk naar wisselspanning met standaardfrequentie.

3 beste circuits voor transformatorloze omvormers

De drie beste circuitconfiguraties voor transformatorloze omvormers zijn de IC 4047, een 200 watt compact ontwerp en omvormercircuits voor zonne-energie. Ze zijn klein, relatief eenvoudig en werken op batterijen of zonne-energie in plaats van op een interne transformator.

IC 4047

Afb 4:IC 4047

De IC 4047 is een van de eenvoudigste schakelingen die je kunt gebruiken voor een transformatorloze omvormer. Het vereist geen bootstrapping of speciale driver-IC's.

Het is echter twee tot drie keer groter dan vergelijkbare N-kanaals apparaten met verminderde thermische tolerantie en verhoogde stroomspecificaties. Zo vermijden ontwerpers het voor professionele en commerciële eenheden.

Hoe het werkt

De IC 4047 is een energiezuinige multivibrator die u zowel in astabiele als monostabiele MV-modi kunt gebruiken. U kunt externe triggering-ingangen integreren in astabiele modus (true gating of complementaire poorten). In de monostabiele modus kunt u de IC met een positieve rand of een negatieve rand triggeren.

Dankzij de hertriggerbare functie kunt u de timing van de uitvoer uitbreiden tot de hoeveelheid die u nodig heeft.

Het heeft ook een ingebouwde oscillator die variabele frequentie-opties mogelijk maakt met een extern RC-netwerk.

Configuratie

• Kracht: Batterijen geschikt voor 190 V wanneer volledig opgeladen en 160 V wanneer matig opgeladen
• IC 555 :PWM
• Opamp IC :geconfigureerd als een comparator met driehoeksgolven om de vereiste SPWM's te verwerken
• BJTs bufferschakelaar :ingesteld volgens SPWM-pulsen met low-side MOSFET's geschakeld naar hetzelfde patroon
• MOSFET's :moet geschikt zijn voor het hanteren van een omvormer zonder transformator van 3 kva (zoals IRFB4137PBF-ND)
• Ferrietkern :in plaats van zware ijzeren transformator

Frequentietesten

Gebruik de volgende formule, meet f in Hz, Rt in Ohm en Ct in Farads:

f =1/1,453 x Rt x Ct

U wilt de uitvoer van het frequentiebereik testen met een digitale frequentiemeter totdat u de gewenste resultaten krijgt.

Onderdelenlijst

• C1 =0.1uF / PPC 
• R1 =56k
• IC pin 10 /11 weerstand =330 ohm – 2nos 
• Bovenste P-kanaal MOSFET's =FQP4P40 – 2nos
• Lagere N-kanaal MOSFET's =IRF740 =2nos
• MOSFET-poortweerstanden =100k – 2nos
• Opto-couplers =4N25 – 2 nrs
• Zenerdiodes =12V, 1/2 watt – 2 nos

200 Watt compact ontwerp

De configuratie van 200 watt is eenvoudig en efficiënt en vereist geen zware transformator. De batterijen die hem van stroom voorzien, nemen niet veel ruimte in beslag en leveren 110 V AC bij 200 watt.

Hoe het werkt

Het eenvoudige omvormercircuit van 200 Watt maakt gebruik van hoogspannings-DC-ingangsspanning van achttien 12-volt batterijen. Het IC heeft een strikte bedrijfsspanning nodig van 5-15 volt, dus dat komt van een van de 12 volt batterijen.

Configuratie

• Kracht: achttien 12 volt batterijen in serie
• Oscillator :poort N1 (van de IC 4093)
• IC :input van een van de 12 volt batterijen, toegepast op relevante IC out
• Voor echte sinusgolfinversie :gebruik een sinusgenerator in plaats van een ingangsoscillator

Onderdelenlijst

• Batterij =12V/4AH, 18 nrs.
• D1 =1N4148
• NAND IC =4093,
• Q1, Q2 =MPSA92
• Q3 =MJE350
• Q4, Q5 =MJE340
• Q6, Q7 =K1058,
• Q8, Q9 =J162

Transformerloos omvormercircuit voor zonne-energie

Fig 3:Transformatorloos circuitsysteem voor zonne-omvormers

Een transformatorloos omvormercircuit voor zonne-energie elimineert een transformator door gebruik te maken van hoogspannings-MOSFET's om zonne-energie te benutten. Een spanningsregelaar kan helpen bij het reguleren van stroomschommelingen op basis van stroomverlies en winst door zonlichtschommelingen.

Hoe het werkt

Transformatorloze omvormercircuits voor zonne-energie zetten zonne-energie om in wisselstroom. Ze hebben drie hoofdtrappen:de oscillator-, uitgangs- en vermogensafgiftetrappen.

Configuratie

• Kracht :zonnepanelen met een nullastspanningsbereik van 17V (schemering) tot 24V (fel zonlicht), gevoed in B1 en B2
• Vervalweerstand en zenerdiode :begrenzen tot 15V zenerspanning
• Spanningsstabilisator: om de uitgangsspanning van de zon te regelen tussen zonnige en bewolkte dagen, die kan variëren van 170V-260V
• Mosfets :N- en P-types met een vermogen van 450 V en 5 ampère
• Oscillator :IC 555
• Uitvoer :hoogspannings-MOSFET's

Formules voor R₁ , R₂ , en C₁

T₁ =0,7(R₁ +R₂ )C en T₂ =0,7R₁ C

dus

T=0.7(R₁ +2R₂ )C of f=1,4/(R₁ +2R₂ )C

waar

T₁ =hoge periode, T₂ =lage periode, T =totale periode en f =frequentie

Onderdelenlijst

• B1 en B2 =van zonnepaneel
• C1 =0.1uF
• Diodes =zijn 1N4148
• R1 =6K8
• R2 =140K
• R3 =10K, 10 watt,
• R4, R5 =100 Ohm, 1/4 watt
• Z1 =5,1 V 1 watt

Als alternatief kunt u een compleet H-brug-omvormercircuit installeren. Het voordeel hiervan is dat je maar één zonnepaneel hoeft te installeren om 220V output te hebben.

Fig 5:Transformatorloos circuitsysteem voor zonne-omvormers

Een transformatorloos omvormercircuit voor zonne-energie elimineert een transformator door gebruik te maken van hoogspannings-MOSFET's om zonne-energie te benutten. Een spanningsregelaar kan helpen bij het reguleren van stroomschommelingen op basis van stroomverlies en winst door zonlichtschommelingen.

Configuratie

• Kracht :zonnepanelen met een nullastspanningsbereik van 17V (schemering) tot 24V (fel zonlicht), gevoed in B1 en B2
• Vervalweerstand en zenerdiode :begrenzen tot 15V zenerspanning
• Spanningsstabilisator: om de uitgangsspanning van de zon te regelen tussen zonnige en bewolkte dagen, die kan variëren van 170V-260V
• Mosfets :N- en P-types met een vermogen van 450 V en 5 ampère
• Oscillator :IC 555
• Uitvoer :hoogspannings-MOSFET's

Formules voor R₁ , R₂ , en C₁

T₁ =0,7(R₁ +R₂ )C en T₂ =0,7R₁ C

dus

T=0.7(R₁ +2R₂ )C of f=1,4/(R₁ +2R₂ )C

waar

T₁ =hoge periode, T₂ =lage periode, T =totale periode en f =frequentie

Onderdelenlijst

• B1 en B2 =van zonnepaneel
• C1 =0.1uF
• Diodes =zijn 1N4148
• R1 =6K8
• R2 =140K
• R3 =10K, 10 watt,
• R4, R5 =100 Ohm, 1/4 watt
• Z1 =5,1 V 1 watt

Als alternatief kunt u een compleet H-brug-omvormercircuit installeren. Het voordeel is dat je maar één zonnepaneel hoeft te installeren om 220V vermogen te hebben.

Installatie-overwegingen van transformatorloze omvormers

Fig 4:Werknemers die transformatorloze omvormers installeren en testen

Het gebruik van traditionele omvormers betekent dat ze elk moeten worden gekoppeld aan een enkele of op maat gemaakte isolerende transformator. Het vermogen neemt onmiddellijk af, aangezien geïsoleerde transformatoren maximaal 99% efficiënt zijn. Bovendien zitten de omvangrijke afmetingen en bereiklimiet je meteen in de weg. Transformatorloze omvormers rechtstreeks verbonden met het gebouw of het subpaneel als het voldoende groot is.

Zonder de zware transformator is het ontwerp lichtgewicht en wendbaar, waardoor de installatiemogelijkheden toenemen. Ik zou ook de enorme hoeveelheden DC-bedrading en de lengte en kosten van AC-bedrading elimineren. U kunt meerdere parallelle omvormers zonder transformator aansluiten en de directe voeding gebruiken voor de meest stabiele prestaties.

Verschillen tussen transformatorgebaseerde en transformatorloze omvormers

Het grote verschil tussen transformatorloze omvormers en traditionele omvormers is de transformator zelf. De afwezigheid van een transformator maakt ruimte vrij voor een schoner, lichter en directer ontwerp. Het maakt het ook efficiënter. Het geautomatiseerde proces en de verbeterde elektrische componenten vervangen een transformator.

Deze ononderbroken voedingen zijn nu gebruikelijk in datacenteromgevingen met kleinere installaties. Ze zijn verkrijgbaar in een reeks vermogens van minder dan 10 kVA tot ongeveer 300 kVA.

Voordelen van het gebruik van een transformatorloze omvormer

Fig 5:Lichtgewicht en compacte omvormer zonder transformator

Transformatorloze omvormers zijn efficiënter dan conventionele omvormers en kunnen intern energieverlies voorkomen. Het elimineert ook extra componentkosten vanwege de afwezigheid van een transformator, die omvangrijk en groot is. De transformatorloze versies zijn licht en compact en maken gebruik van elektronische schakeling in plaats van mechanisch.

Transformatorloze omvormers hebben ook minder mechanische ruis en minder warmte van mechanische componenten. Over het algemeen maken deze eigenschappen de constructie goedkoper omdat er geen koelventilatoren, transformatoren en andere omvangrijke componenten nodig zijn.

De conventionele omvormers werken via één PowerPoint. Dit betekent dat de prestaties van één component die laag is, de algehele DC-output verlagen. Met transformatorloze omvormers kunt u ze in twee verschillende richtingen installeren terwijl u DC-uitgang genereert.

Conclusie

Over het algemeen zijn transformatorloze omvormers kosteneffectief vanwege de minder en efficiëntere elektrische componenten. Je hebt verschillende opties om uit te kiezen met circuits, maar het algemene voordeel van transformatorloze modellen is veelzijdigheid. Het gebruik van kleinere, compactere apparaten en elektronica zorgt voor goedkopere productie en kosten voor de consument.

De circuitopties zijn afhankelijk van het soort DC-uitgang dat vereist is. Als alternatief bieden de componenten zonder transformator het voordeel van snelheid en efficiëntie. Deze technologie wordt al tientallen jaren ontwikkeld en verbeterd en zal in de toekomst een revolutie teweegbrengen in het elektronische verbruik.