Fabricando Inversor con Toroide

[groundman]

hola a todos.ya hece tiempo que queria hacer un convertidor estatico de potencia.el ultimo que hize solo tenia 100W y era de onda modificada.

ahora he visto por internet que ya hay placas para montartelo tu mismo y ademas de onda senoidal pura.que por lo que he leido tienen una mayor eficiencia
que los de onda modificada.aunque son mas caros porque hay que incorporar un transformador de grandes dimensiones.

este es el circuito.y biene en forma de kit.se le puede montar FETs de mas potencia para mas potencia de salida.



ahora lo que toca es montarme el transformador.

sera de tipo toroidal.ya tengo el nucleo y he realizado los calculos.son estos:


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hilo disponible

1.83mm de diametro seccion= 2.62 mm2


0.644mm diametro  seccion= 0.326 mm2


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Para saber la potencia para un nucleo dado.
Seccion elevado al cuadrado. 35^2= 1225W


si queremos saber que nucleo hace falta para unos watios determinados:

Raiz cuadrada de la Potencia que queremos para el nucleo.
raiz cuadrada de   1225W = 35cm2

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Calculo de las vueltas del hilo.

42/35mm2= 1,28vueltas por voltio.   1.28 x 240v=307.2vueltas para el primario

1.28 x 12v= 15,36vueltas para el secundario con 12v de salida.

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Seccion del hilo del primario.

I=P/V  1250/240=5,1A  que pertenece un hilo de 1.29 pero usaremos 1.15mm diametro.= 2.048mm2 seccion por la mayor eficiencia del toroidal.

como el hilo que tengo es de 0.644mm con una seccion de 0.326 mm2. necesitare 2.048/0.326=6.28 hilos en paralelo para llegar a esa seccion.que redondeare a 6hilos.

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Seccion del hilo del secundario.

I=P/V  1250/12v= 104,16A  segun tabla AWG para 120A se necesita un cable de 7.3mm de diametro y 42.41mm2 se seccion

commo el hilo que tengo mas gordo es de 1.83mm de diametro = 2.62mm2 de seccion. 42.41/2.62=16.18 que redondeo a 16 hilos en paralelo.

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con estos 16 hilos en paralelo.tambien podremos obtener una configuracion segun serie-paralelo.por si queremos obtener diferentes voltages.
12v,24v,48v,96v... hasta 192v.


si me he equivocado en algun calculo. bienvenida sea las correcciones


de aqui saque los calculos:

[AcoranTf]

Hola groundman, si bien ese inversor es valido, el rendimento es algo inferior al que se obtiene con el sistema de doble conversion, (DC/DC/AC).
Con el sistema que comentas ademas de necesitar un transformador caro, pesado y voluminoso, el rendimento es inferior por trabajar directamente en 50 Hz.
En cambio con el sistema  de doble conversion, el transformador es pequeño, ligero y lo puedes fabricar tu mismo facilmente. Este sistema como muchos ya sabeis, consiste en una primera etapa DC/DC en la que se eleva el voltaje de entrada hasta un voltaje entre 350 y 400 Vdc, para posteriormente "ondularlo", o sea convertirlo en 230 Vac.
Aun asi ese kit que presentas y otros muchos similares que andan por internet, pueden adaptarse al otro sistema. Para ello basta con separar la parte de potencia del inversor de la de señal y control, cambiar los componentes necesarios en la parte de potencia para los nuevos valores de voltaje, generalmente los condensadores e IGBT o MOSFET, añadir un circuito conversor DC/DC y alimentar ambas etapas por separado con los voltajes correspondientes.
Esta ultima opcion es la que ando contemplando para mi proyecto de inversor 48 Vdc/230 Vac 6000 W. que solo tengo pendiente de acabar los transfo del convertidor DC/DC.

Saludos.

[groundman]

hola AcoranTf.no sabia de ese sistema que dices.no estoy muy puesto en el tema.en esta placa se indica que la entrada soporta hasta 380V .

supongo que si se construye una fuente conmutada de 24v a 380Vcc a alta frecuencia.se podria conectar a esta placa.
si me pudieras poner algun enlace.igual me ayudaria a entender estos sistemas.

un saludo.

[groundman]

le he estado dando vueltas a la cabeza.y lo unico que se me ocurre es que transformara a alta frecuencia los 24v hasta 240v en corriente continua.con la potencia deseada.
de esta forma no hace falta un transformador muy grande.luego conectar este voltage a la placa que tengo para transformarla en alterna.

y con esto deberia bastar.almenos en teoria.

[AcoranTf]

le he estado dando vueltas a la cabeza.y lo unico que se me ocurre es que transformara a alta frecuencia los 24v hasta 240v en corriente continua.con la potencia deseada.
de esta forma no hace falta un transformador muy grande.luego conectar este voltage a la placa que tengo para transformarla en alterna.

y con esto deberia bastar.almenos en teoria.

La idea es esa precisamente, pero necesitas como minimo 316 Vcc para poder obtener los 230 Vac, es por lo de la tension eficaz, (Vdc = Vac/1.41).
Voy a buscar a ver si te digo alguna pagina donde puedas verlo.
Por otro lado me extraña que esa placa soporte hasta 380 Vdc, sobretodo los condensadores de entrada. Quizas sea un error de traduccion o se refiera a otra cosa. Dime de donde sacaste la info para mirarla yo.
De todas formas te comento que el sistema de doble conversion se basa en PWM ambas etapas. El convertidor DC/DC, es un elevador de DC a DC con PWM de alta frecuencia, mientras el ondulador, tambien esta controlado por otro PWM de alta frecuencia, modulado por otra señal de 50 Hz. Despues del puente H de IGBT's hay un filtro LC pasabajos que elimina los restos de la alta frecuencia, quedando una tension senoidal de alta calidad.
En mi proyecto inicialmente lo iba a realizar con un PIC, pero encontre unas plaquitas que me ahorran todo el trabajo de programacion. Una placa basada en el SG3525 para el convertidor DC/DC, (https://es.aliexpress.com/store/product/SG3525-LM358-Inverter-Driver-Board-12V-24V-Mixer-Preamp-Drive-Board/1829717_32655551882.html) y otra distinta para el ondulador, (EGS002 http://www.egmicro.com/download/EGS002_manual_en.pdf)

P.D.: Si decides hacer algo con la EGS002, pidela con el display. Es mucho mejor y no le valen los displays normales.

Saludos.

[groundman]

el circuito lo compre aqui:

https://es.aliexpress.com/item/1000W-Pure-Sine-Wave-Inverter-Power-Board-Modified-Sine-Wave-Post-Amplifier-DIY-free-shipping/32623744070.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.Gr1Pbg

y lleva una placa que genera la onda senoidal y los drivers para los FET.

el circuito es el DY002 y lleva integrado el EG8010 y dos drivers IR2110.ademas de un LM393.tambien se le puede conectar una LCD.
si no me equivco este circuito es mas avanzado que el SG3525.

la placa de potencia tiene dos condensadores de 82uF 450v en paralelo.yo creo que practicamente es lo mismo que lo que tu estas haciendo.si esto es asi lo unico que queda es hacer
la fuente DC-DC para entregar los 316Vcc.

[AcoranTf]

Siendo asi que lleva condensadores de 450 V, si te valdria tal cual y solo necesitarias agregarle el modulo elevador.
Lo que si hay que tener cuidado es con la alimentacion de la parte de control, no se si ira independiente o que, pero si no esta separada, deberias separarla tu o ardera todo. Segun veo en las fotos la plaquita del PWM parece una EGS002 y tambien observo que lleva sitio para añadirle otros 4 MOSFET. Los que lleva no me gustan ya que la Rdson es muy alta y eso hara que se calienten bastante con bajos voltajes.
Voy a echarle un vistazo a esa placa, en aliexpress tambien tiene otras de mucha mas potencia, por ejemplo esta: https://es.aliexpress.com/store/product/Free-shipping-7500AV-W-DC48V-60V-to-AC220V-pure-sine-inverter-board-uninterruptible-power-supply-solar/1157225_32690382015.html?detailNewVersion=&categoryId=14191102&spm=2114.10010408.1000023.17.YeAe8c
Aunque esa ultima no alcanza voltajes tan altos, pero siempre se le pueden cambiar los condensadores, los IGBT si son de 600 V.

Saludos.

[groundman]

ufff.pero ese ultimo vale 169€.el otro me costo 25€. claro que no es lo mismo.aunque al que he comprado podemos instalarle otros componentes.

[groundman]

he visto algunos inverter desmontados por internet.y puede verse varios transformadores de ferrita.supongo que estos transformadores tendran las entradas en paralelo
y las salidas en serie.creo que es una forma de disminuir el volumen.en vez de usar un solo transformador.

la cosa esta en encontrar los nucleos de ferrita para fabricar estos transformadores.o si hay alguna forma de fabicarlos uno mismo.tengo entendido que la frecuencia de funcinamiento
varia segun el tipo de ferrita.

y tampoco se si seria mas eficiente usar una onda senoidal para el primario de los transformadores o una onda cuadrada  o diente de sierra....

[groundman]

he pensado que para hacer una fuente de 5KW.podrian usarse 5 transformadores de 1250W cada uno.

tension de pico apartir de la eficaz. 240V/0.707= 339.4

las salidas tendrian un voltage de unos 340v/5=68v

el grosor de hilo del secundario seria de:

potencia 5KW  I=P/V  5000/339.4= 14.73A  hilo aconsejado 2.59mm de diametro = 5.27mm2 de seccion.

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Calculo del primario de los transformadores.

I=P/V = 1250w/24V = 52A para 24V   hilo aconsejado 6AWG 4.11mm de diametro 13.3mm2 de seccion

I=P/V = 1250w/48V = 26A para 48V   hilo aconsejado 10AWG 2.59mm de diametro 5.26mm2 de seccion

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ahora quedaria el calculo del numero de espiras y tamaño del nucleo.a mayor frecuencia menor numero de espiras.pero la frecuencia repercute en
el tipo de ferrita a utilizar y los transistores FET.




no estoy muy seguro de los calculos.sobretordo en el calibre del hilo.pero supongo que la potencia al estar ligada a la intensidad.no creo que porque usemos
ferritas vaya a bajar el diametro del hilo.el principio fundamental del uso de ferritas es que al haber una mayor frecuencia.se obtiene un mayor
flujo magnetico.que no satura el nucleo ferromagnetico al ser este de ferrita.cosa que no podemos decir del hierro.y por ende se reduce el tamaño del transformador.

[AcoranTf]

Una aclaracion con respecto al hilo a utilizar, en alta frecuencia no es aconsejable utilizar hilo mayor de 0,25 mm de diametro por el efecto "piel" que se da a estas frecuencias. Por tanto lo que se hace es utilizar "manojos" de hilos finos hasta completar la seccion necesaria en cada caso. Para saber mas al respecto, puedes mirar los distintos hilos que hay en el foro sobre fuentes conmutadas.
Por otro lado los nucleos los puedes conseguir de cargadores electronicos de baterias de traccion, en cualquier empresa de maquinaria, como carretillas, transpaletas y otras maquinas electricas suelen tirar varios de ellos a la chatarra con frecuencia, ya que normalmente no los reparan. Si puedes contactar con alguna empresa y decirles que en lugar de tirarlos te los den, de ahi puedes sacar mucho material recuperable.
Una cosa mas, no te quedes justo en el voltaje DC de alta tension, aunque teoricamente es suficiente con 325 Vdc para obtener los 230 Vac, hay que tener en cuenta las perdidas en los MOSFET y las caidas por carga, ademas es bueno dejar un margen para que la plaquita del PWM tenga donde ajustar el duty cicle.
Lo normal suele ser entre 350 y 400 Vdc.

Saludos.

[groundman]

no sabia eso del efecto piel.creia que las madejas era por la flexibilidad de estas.
de todos modos.que frecuencia vas a utilizar para realizar el aumentador de tension?

supongo que unos 150khz por los proyectos que he visto por intenet. he pedido otro modulo EGS02 por 3,50€  por si estropeaba el otro haciendo pruebas.

el chip que tiene integrado.el EG8010 puede trabajar hasta 400Khz.aunque no se si esta frecuencia seria muy elevada para el proyecto.pero se puede ajustar.

lo que necesito es encontrar las formulas para saber de que secion debe de ser el nucleo de la ferrita y su permeabilidad magnetica.
este modulo tiene la opcion de inyectar la señal mediante dos transistores a un solo transformador.quizas sea mejor opcion que el uso de un puente de FETs.

[AcoranTf]

Yo tampoco estoy muy puesto en el tema de calcular los nucleos, ni los bobinados, pero como te dije utilizo transformadores de cargadores, los cuales debobino y tomo nota de como van. Como tambien se la potencia que dan, pues ya tengo casi todos los datos necesarios para rebobinar mi propio transformador. Con este sistema he realizado algunas pruebas con buenos resultados.
Para el conversor DC/DC yo te aconsejaria la plaquita del SG3525, es mas simple y va muy bien para esa funcion. Ademas tiene salida para trabajar con transformadores de tipo PUSH-PULL, o sea de doble bobinado primario. Antes se me olvido decirte que para este modulo se utiliza onda cuadrada modulada por PWM, la senoidal solo se utiliza en el paso final o convertidor DC/AC y ahi si se utiliza el modulo EGS002.
Las placas que venden, como la que tu tienes o la que yo te puse y otras similares, debes tener en cuenta que segun el voltaje que se utilice la potencia varia, ya que la placa esta diseñada para una determinada intensidad maxima y logicamente para esa intensidad, si trabajas con mas voltaje, la potencia aumenta. Por ejemplo para la que yo te dije que es de 7500 W en 60 V, tendriamos una intensidad maxima de 7500/60=125 A. Si en lugar de 60 Vdc le aplicamos 400 V, tendriamos 400*125=50000 W. Aunque no me fiaria de apurar esos datos, creo que al menos 20 KW si que se le podrian sacar si los MOSFET lo soportan y con un buen sistema de refrigeracion.
En mi sistema creo que utilizare frecuencias entre 40 y 70 KHz ya que es a esas frecuencias que trabajaban los nucleos en su instalacion original. Tendre que realizar pruebas y ver cual es la optima.
No tuviste en cuenta lo que te dije del display para el modulo EGS002, a mi me paso igual y los compre sin display pero me arrepenti, ya que la conexion es SPI, pero no es estandard y yo no he conseguido que me funcione ningun display. Los proximos que compre sera con su propio display. Si tu consigues conectarle un display y que funcione te agradeceria me lo explicases.

Saludos.

[Chaly29]

Hola groundman, perdona mi "sequedad" al comentar lo siguiente: Pero realmente creo que estas muy "verde" para iniciar un proyecto de un inversor de 1000W y ni hablar de 5000W.

Tal como ya comenta AcoranTf, para inversores de más de 300W ya no se usa frecuencia baja, si no que se realiza una conversión DC-DC-AC, lo cual es más eficiente, menos voluminosa y demás ventajas.

Y para potencia tales como de 5000W, ya solo se usa un conversor DC-AC, porque se trabaja con tantas baterías en serie como para conseguir los aprox. 350/400 Vcc y luego simplemente con un puente H y filtros, se crea la senoidal.

Ten en cuenta, que para extraer 5000W de 24V necesitas una corriente de 208A, que con las perdidas de los convertidores, esto se eleva a 260A en el mejor de los casos.

Para conducir 260A en una configuración push pull (la más usada), necesitas de por lo menos de 11 mosfet por cada rama. lo que suma 22 mosfet, que a estas intensidades lo optimo es el uso de IGBT y esto sería unos 7 IGBT por rama, lo que significaría 14 en total, como ves, algo totalmente descabellado.
Tampoco podrías trabajar a frecuencias superiores a los 60 KHz, lo cual hace bastante más voluminoso el trafo de ferrita, que ya dudo que encuentres uno de este tamaño, y de encontrarlo, es muy probable que no te entraran los bobinados necesarios.

Empieza con algo menor, de hasta 1000W que ya tendrás bastantes problemas para resolver, luego si aún tienes fuerzas, continua con algo más grande, porque 5000W es algo mucho, pero realmente mucho más complejo (y muchísimo más costoso) de trabajar que solo 1000W.

Para que tomes una idea, el trafo que calculaste en el primer post, pues solo hubiera soportado 850W por periodos cortos y 1225W en forma de unos pocos pulsos, de haberlo construido y tratado de que transforme los 1225W mencionados de manera continua, pues sin dudas se hubiera quemado, haciendo que los drivers volasen por los aires....

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[AcoranTf]

Hola groundman, perdona mi "sequedad" al comentar lo siguiente: Pero realmente creo que estas muy "verde" para iniciar un proyecto de un inversor de 1000W y ni hablar de 5000W.

Tal como ya comenta AcoranTf, para inversores de más de 300W ya no se usa frecuencia baja, si no que se realiza una conversión DC-DC-AC, lo cual es más eficiente, menos voluminosa y demás ventajas.

Y para potencia tales como de 5000W, ya solo se usa un conversor DC-AC, porque se trabaja con tantas baterías en serie como para conseguir los aprox. 350/400 Vcc y luego simplemente con un puente H y filtros, se crea la senoidal.

Practicamente todas las marcas comerciales tienen modelos de inversores para 24 y 48 V y hasta 7000 VA, o lo que es lo mismo 5000 W.

cuenta, que para extraer 5000W de 24V necesitas una corriente de 208A, que con las perdidas de los convertidores, esto se eleva a 260A en el mejor de los casos.

Para conducir 260A en una configuración push pull (la más usada), necesitas de por lo menos de 11 mosfet por cada rama. lo que suma 22 mosfet, que a estas intensidades lo optimo es el uso de IGBT y esto sería unos 7 IGBT por rama, lo que significaría 14 en total, como ves, algo totalmente descabellado.
Tampoco podrías trabajar a frecuencias superiores a los 60 KHz, lo cual hace bastante más voluminoso el trafo de ferrita, que ya dudo que encuentres uno de este tamaño, y de encontrarlo, es muy probable que no te entraran los bobinados necesarios.

En los sistemas en PUSH/PULL, la potencia total se divide a partes iguales entre ambas ramas del transformador, por tanto la corriente a manejar por cada MOSFET siempre sera la mitad del total.

Empieza con algo menor, de hasta 1000W que ya tendrás bastantes problemas para resolver, luego si aún tienes fuerzas, continua con algo más grande, porque 5000W es algo mucho, pero realmente mucho más complejo (y muchísimo más costoso) de trabajar que solo 1000W.

No estoy de acuerdo, ni es tan extremadamente complejo, ni tan extremadamente caro. Simplemente hay que tener las precauciones necesarias y dejar los margenes de seguridad correspondientes.

Para que tomes una idea, el trafo que calculaste en el primer post, pues solo hubiera soportado 850W por periodos cortos y 1225W en forma de unos pocos pulsos, de haberlo construido y tratado de que transforme los 1225W mencionados de manera continua, pues sin dudas se hubiera quemado, haciendo que los drivers volasen por los aires....

Un saludo.

Atte. CARLOS.

Finalmente comentar algo que hasta ahora no hemos dicho, en los convertidores de baja tension, hasta 150 V aprox. se suelen utilizar MOSFET y a partir de ahi es preferible utilizar IGBT por su mayor robusted y porque se fabrican de mayor potencia.

Saludos.