Convertissez un amplificateur audio en un onduleur à onde sinusoïdale pure

Si vous n'êtes pas trop désireux de comprendre les aspects techniques profonds d'un véritable onduleur sinusoïdal, mais que vous souhaitez le construire en quelques heures, cet article vous aidera à le réaliser à l'aide d'un amplificateur de puissance audio et de certains moteurs CC. Ici, nous allons comment convertir amplificateurs audio en onduleurs sinusoïdaux purs

Nous examinerons 3 conceptions distinctes d'onduleurs à onde sinusoïdale vraie utilisant des amplificateurs audio dimensionnés de manière appropriée et des circuits de générateur d'onde sinusoïdale numérique

Conception n ° 1

Commençons par comprendre comment quelques petits moteurs à courant continu peuvent être utilisés pour générer signaux sinusoïdaux purs puis procéder aux détails du couplage des moteurs avec un amplificateur de puissance prêt à l'emploi pour acquérir la puissance de sortie de puissance sinusoïdale réelle du secteur CA souhaitée. L'article explique une idée innovante de la configuration de quelques unités prêtes à l'emploi comme un amplificateur de puissance, quelques moteurs à courant continu et une batterie dans un onduleur sinusoïdal.

Il y a des gens dont la vie dépend de la puissance accessible depuis les onduleurs et pour eux, ces gadgets sont vraiment inestimables et cruciaux. Il y a aussi des personnes qui ont l'intention de posséder des onduleurs mais qui sont trop mal informées de leurs spécifications techniques, etc. et qui hésitent donc à les ramener chez elles.

Un autre facteur avec les onduleurs est qu'ils peuvent être extrêmement coûteux, en particulier ceux qui peuvent être utilisés universellement avec tous les types d'appareils électriques ou simplement les vrais onduleurs sinusoïdaux. J'ai déjà discuté de nombreux schémas de circuit d'inverseur ici, allant du idée de type hobby la plus ordinaire à l'onde sinusoïdale modifiée très sophistiquée et au vrai types d'onduleurs sinusoïdaux . Cependant, ces conceptions sont trop techniques et ne sont certainement pas destinées au profane.

Les idées expliquées ne sont pas simples et nécessitent une expertise préalable en électronique pour les comprendre, ainsi qu'une connaissance approfondie de l'électronique pratique pour les construire. Cela signifie-t-il qu'un profane serait incapable de comprendre ces magnifiques centrales électriques? Et cela signifie-t-il qu'un profane n'a pas le droit de profiter des avantages d'un onduleur à onde sinusoïdale fait maison, qui peut être non seulement très amusant à construire, mais aussi très bon marché et fiable par rapport aux homologues commerciaux.

La section suivante montrera clairement comment un inverseur à onde sinusoïdale véritable sophistiqué peut être construit par pratiquement n'importe qui ayant des compétences et des connaissances techniques ordinaires.

L'idée expliquée ci-dessous n'est pas une unité basée sur un circuit qui nécessite un assemblage à l'aide de PCB, de composants électroniques, etc., nous achetons plutôt des unités prêtes à l'emploi comme des amplificateurs, des moteurs, des batteries, des transformateurs, etc. et intégrons tout cela pour construire la pièce finale. Voyons comment cela peut être fait en une heure.

AVERTISSEMENT: LE CONCEPT EST UNIQUEMENT ASSUMÉ PAR L'AUTEUR ET N'A JAMAIS ÉTÉ VÉRIFIÉ OU VÉRIFIÉ PRATIQUE, CONSTRUISEZ-LE À VOS PROPRES RISQUES ET SI VOUS AVEZ UNE FOI SUFFISANTE SUR LA FAISABILITÉ DU CONTENU EXPLIQUÉ.

Principe de fonctionnement de base des onduleurs

Le concept: les onduleurs comme nous le savons tous ne sont que des amplificateurs de tension ou des steppers. La méthode la plus connue pour augmenter les tensions consiste à transformateurs où des enroulements isolés sont utilisés pour obtenir des multiplications de niveau de tension échelonnées. Fondamentalement, le processus se déroule par des inductions magnétiques pour transformer des flux de courant élevés en sorties haute tension.

Pour se conformer au processus ci-dessus, une entrée CA élevée est requise qui peut être insérée dans l'enroulement correspondant du transformateur pour obtenir la puissance CA souhaitée de 230 ou 120 volts.

Cependant, comme tout le but est de convertir une source CC en niveaux secteur, nous devons d'abord convertir le CC de bas niveau en entrée CA faible. Dans les onduleurs à onde carrée, cela est facilement réalisé en utilisant des circuits astables ordinaires, mais une sortie d'onde carrée est ce que nous ne recherchons absolument pas, alors comment pouvons-nous réellement «fabriquer» une entrée à onde sinusoïdale vraie ou pure pour notre prototype.

Utilisation de moteurs à courant continu pour générer un signal sinusoïdal au lieu de circuits PWM

Bien sûr, nous pouvons le faire en utilisant des circuits opamp complexes comme un Circuit «bubba» , mais comme ici nous ne voulons pas impliquer beaucoup d'électronique, une solution plus simple serait d'utiliser un petit moteur à courant continu à cet effet.Un moteur comme nous le savons tous peut être tourné en lui appliquant une puissance, les rotations sont causées par interaction de torsion constante de l'aimant permanent et de l'effet électromagnétique induit.

Si nous inversons le processus, c'est-à-dire si nous faisons tourner un moteur en appliquant une force mécanique externe, nous pouvons induire une bonne quantité de potentiel variable à travers ses bornes d'enroulement et la tension reçue aura une forme d'onde sinusoïdale. La forme d'onde sera parfaitement naturelle et une véritable onde sinusoïdale.

Si cette entrée sinusoïdale est amplifiée aux niveaux souhaités, alors peut-être que notre mission peut être simplement accomplie. Au lieu de me lancer dans des circuits mosfet complexes destinés aux applications d'onduleurs, j'ai pensé que c'était une meilleure idée d'alimenter l'entrée sinusoïdale ci-dessus vers un amplificateur audio haute puissance acheté prêt à l'emploi sur le marché.

Un exemple de modèle d'amplificateur de ce type est illustré ici. Les sorties destinées à être reliées à des haut-parleurs doivent être reliées à nos transformateurs de puissance.

Si l'amplificateur est une chaîne stéréo, nous pouvons utiliser une paire de transformateurs et terminer les sorties CA des transformateurs pour séparer les prises CA afin que différents appareils puissent y être connectés.

Le moteur qui fabrique réellement les ondes sinusoïdales est entraîné par un autre moteur attaché avec un mécanisme poulie / courroie. Le moteur d'entraînement fonctionne avec la puissance de batterie disponible.

Pièces requises

Vous aurez besoin des pièces et unités suivantes pour fabriquer ce véritable onduleur sinusoïdal:

Un amplificateur audio haute puissance prêt à l'emploi

Transformateur - La cote doit correspondre à la puissance de l'amplificateur. Si l'amplificateur peut fournir 500 watts à 50 volts, cela signifie que l'enroulement d'entrée du transformateur doit être évalué à 50 volts et 10 ampères.

Alternativement, le transformateur d'alimentation de l'amplificateur de puissance peut être retiré et utilisé à cet effet.

Moteurs - Le régime doit être supérieur à 3000 et doit être ajusté à exactement 3000 tr / min afin de pouvoir obtenir une fréquence de 50 z.

Armoire appropriée pour accueillir l'ensemble de l'assemblage.

Écrou, boulons, rondelles, fils, batterie, etc.

Schéma de câblage de l'onduleur sinusoïdal proposé utilisant un amplificateur audio

Comment assembler l'amplificateur audio avec batterie et entrée sinusoïdale

C'est assez simple et tout consiste à intégrer les unités achetées conformément au diagramme donné. L'ensemble du système ainsi que l'amplificateur, le transformateur et les moteurs peuvent être logés dans une armoire métallique plus grande et fixés de manière appropriée.

Les moteurs doivent en particulier être fermement fixés à la base de l'armoire de l'onduleur pour éviter les vibrations et le bruit. L'armoire doit également inclure toutes les bornes spécifiées avec l'unité, fixées à l'extérieur pour la connexion de la batterie et les prises CA.

Grâce à un concept simple, l'idée de construire un onduleur à onde sinusoïdale pure a été expliquée dans l'article. Lisez la suite pour connaître tous les détails de construction.

Conception n ° 2: Utilisation d'un module amplificateur de 100 watts

Il est compréhensible que les onduleurs sinusoïdaux ne soient pas faciles à construire, pour de nombreuses raisons différentes. Mais c'est probablement le plus trié après le circuit et aussi assez difficile à trouver. Pour les gens qui recherchent désespérément un tel circuit, cet article peut peut-être vous aider.

Après beaucoup de réflexion, il me semble probablement avoir conçu un concept plus simple (mais pas très efficace) d'un circuit onduleur à onde sinusoïdale pure. Étant donné que le circuit n’a pas été testé par moi, je ne serai donc pas en mesure d’en dire plus sur les spécifications exactes du circuit et je voudrais laisser aux lecteurs le soin de décider de la faisabilité du circuit actuel.

L'idée m'a frappé en lisant la description du circuit d'un Amplificateur audio MOSFET . Nous savons tous que lorsqu'un signal audio est fourni à l'entrée d'un amplificateur, il produit une puissance de sortie amplifiée ayant exactement les mêmes propriétés que l'entrée.

Cela implique simplement, à la place d'un signal audio, si un signal CA pur provenant d'un circuit de pont de Vienne est appliqué à l'entrée d'un amplificateur de puissance et d'un transformateur inverseur connecté à sa sortie (où normalement un haut-parleur serait connecté), il serait certainement produire une réplique amplifiée de l'entrée. Et l'enroulement secondaire du transformateur onduleur connecté produirait certainement une puissance alternative sinusoïdale (mon hypothèse).

Le seul gros problème est la perte d'une quantité importante d'énergie de la batterie sous forme de chaleur à travers les dispositifs d'alimentation, ce qui réduit l'efficacité globale de l'onduleur.

Passons à autre chose et voyons comment fonctionnent les différentes étapes du circuit proposé.

Le circuit oscillateur

Le circuit générateur d'onde sinusoïdale simple illustré ci-contre peut être utilisé pour produire les ondes sinusoïdales requises à l'entrée de l'amplificateur de puissance, étudions son fonctionnement à travers les étapes suivantes:

L'ampli Op A1 est fondamentalement câblé comme un multivibrateur astable,

La résistance R1 et le condensateur C1 définissent la fréquence d'oscillation de l'astable.

L'onde carrée de A1 est envoyée à A2 qui est configuré comme un filtre passe-bas bipolaire et est utilisée pour filtrer les harmoniques de A1.

La sortie de A2 sera presque une onde sinusoïdale pure, le pic dépendra évidemment de la tension d'alimentation et du type d'ampli op utilisé.

La fréquence du circuit actuel a été fixée à environ 50 Hz. Si les valeurs des parties indiquées entre parenthèses sont sélectionnées, la fréquence sera d'environ 60 Hz.

Liste des pièces

Toutes les résistances sont 1/8 watts, 1%, MFR

R1 = 14K3 (12K1),

R2, R3, R4, R7, R8 = 1K,

R5, R6 = 2K2 (1K9),

R9 = 20 000

C1, C2 = 1µF, TANT.

C3 = 2µF, TANT (DEUX 1µF EN PARALLÈLE)

C4, C6, C7 = 2µ2 / 25V,

C5 = 100µ / 50v,

C8 = 22 µF / 25 V

A1, A2 = TL 072

IC2 = LM3886 (National Semiconductor),

HEATSINK POUR IC2 COMME INDIQUÉ SUR L'IMAGE,

TRANSFORMATEUR = 0 - 24 V / 8 AMPS. SORTIE - 120/230 V CA

PCB = USAGE GÉNÉRAL

Le circuit d'amplificateur de courant

Afin de garder les spécifications de conception très simples et le nombre de composants aussi bas que possible, un amplificateur à puce unique était la condition de base. Un amplificateur raisonnablement puissant utilisant IC LM3886 (National Semiconductor) a finalement été sélectionné par moi à cette fin. Les principales caractéristiques de cette puce d'amplificateur de puissance sont les suivantes:

Vraiment polyvalent et un CI haute performance par rapport aux autres types d'appareils hybrides et discrets.

Totalement protégé en interne contre les pics de températures instantanés,

A une zone d'opération sécurisée dynamiquement protégée,

La sortie est parfaitement blindée contre un court-circuit avec la terre ou l'alimentation positive via un réseau de circuits de limitation de courant interne.

La sortie est également protégée contre les surtensions de sortie dues aux transitoires de charge inductive,

Peut être utilisé avec des tensions aussi basses que 20 volts jusqu'à 94 volts.

Ses spécifications techniques sont les suivantes:

La sensibilité d'entrée est de 1 Vrms

La puissance de sortie sera voisine de 100 watts si la résistance primaire du transformateur est d'environ 4 Ohms.

La bande passante de puissance est de 10 Hz à 100 KHz.

Conseils de construction

Le circuit se compose essentiellement de deux circuits intégrés en tant que principaux composants actifs et d'une poignée d'autres composants passifs, de sorte que la procédure de construction devrait être très simple. L'ensemble de l'assemblage peut être simplement fait sur un morceau de planche à usage général (environ 4 par 4 pouces).

IC2 doit être positionné sur le bord du PCB pour faciliter le montage du dissipateur thermique. Le présent utilise deux grandes batteries de camion de 24 volts. Connectez-les comme indiqué sur le schéma.

Un chargeur de batterie séparé est nécessaire pour charger les batteries.

Conception n ° 3: Onduleur à onde sinusoïdale pure de 500 W

Cet article explique comment fabriquer un onduleur à onde sinusoïdale pure de 500 watts à l'aide d'un amplificateur audio de 500 watts pour obtenir des résultats raisonnablement exceptionnels.

Le circuit utilise essentiellement une topologie push-pull à travers quelques batteries 24V. L'utilisation de deux batteries 24V permet d'incorporer des batteries à faible AH avec une efficacité et une puissance en watts plus élevées.

Les batteries 12 V peuvent également être essayées, mais la puissance de sortie serait réduite de moitié.

Puisqu'une alimentation double est utilisée, le transformateur connecté n'a pas besoin d'être de type à prise centrale, mais un transformateur ordinaire à deux fils convient ici.

Les deux modèles illustrés ci-dessous sont tout ce qui serait nécessaire pour mettre en œuvre ce simple circuit inverseur à onde sinusoïdale pure.

Le générateur d'onde sinusoïdale

Le premier circuit est le générateur d'onde sinusoïdale de base qui devient l'entrée d'alimentation de l'amplificateur sinusoïdal principal ou de l'étage de sortie.

Le générateur d'onde sinusoïdale produit une sortie d'onde sinusoïdale pure avec les composants représentés à environ 50 Hz, pour d'autres fréquences, la résistance de 2,5K peut être modifiée et testée dans un simulateur pour fixer les résultats souhaités.

Le circuit du générateur sinusoïdal doit être alimenté en +/- 12 V, et non directement à partir de la batterie 24 V, car cela pourrait endommager le circuit intégré de manière permanente.

Les amplificateurs opérationnels utilisés dans ce générateur sinusoïdal proviennent de l'IC TL072

Utilisation d'un circuit d'amplificateur de puissance comme onduleur

Le diagramme suivant montre l'étage de sortie du circuit onduleur à onde sinusoïdale pure simple proposé qui est en fait un amplificateur de puissance de 500 watts. Comme on peut le voir, la conception n'est pas du tout compliquée.

Tous les composants impliqués sont standard et facilement disponibles.

Les mosfets sont IRF540n et IRF9540n qui se complètent pour produire l'effet push pull requis sur le transformateur connecté.

Avec un transformateur 0-24 V / 25 ampères et quelques batteries 24 V, le circuit serait capable de générer jusqu'à 600 watts de sortie d'onde sinusoïdale pure à la tension appropriée.

La sortie sur le côté droit de l'amplificateur opérationnel du générateur sinusoïdal doit être connectée sur l'entrée du second circuit pour initialiser les opérations proposées.

Détails du câblage de la batterie pour le circuit onduleur à onde sinusoïdale simple ci-dessus