Gli inverter ....
Singola o doppia conversione ....

Si sceglie spesso il singola conversione per semplicità nella sua realizzazione ,ma sopratutto per la sua "relativa" sicurezza.

Negli anni ho sempre realizzato inverter LF basandomi su moduli belli e fatti ,quindi nessun merito e per questo non mi sono mai addentrato nei possibili problemi che possono insorgere nel programmare il firmware capace di gestire un inverter LF.

E di problemi ce ne sono tanti .....

Ma chi rende così difficile gestire il feedback di un LF ..
Il trasformatore 

Si ,basta che il pilotaggio non è simmetrico nelle due semionde, che una componente DC risultante porta il nucleo in saturazione ....di conseguenza il primario diventa nella pratica un corto netto per il povero ponte H ...boom

Per limitare i danni normalmente si usa un trasformatore con traferro,allontanando la saturazione ...ma dove questo non è possibile ad esempio usando trasformatori toroidali ,si usa un induttore aggiuntivo capace di filtrare la portante (riducendo l'autoconsumo) ,ma sopratutto limitare la corrente in caso di saturazione.

Però il problema resta lo stesso ...
Bisogno creare un'onda simmetrica ,anche con carichi a singola semionda.

Ho provato ad eseguire due tipi di feedback ...sia seguendo la tensione del primario che sul secondario .

I migliori risultati sono stati inseguire la tensione RMS delle semionde e contemporaneamente con un coefficiente inferiore la forma d'onda .

Ieri però avendo la necessità di avere il Micro completamente isolato dal resto del circuito ,ho voluto lavorare sul lato 220 ,usando un semplice trasformatore di isolamento .

La forma d'onda dell'uscita per mia scelta non viene livellata per essere inseguita ,ma mantenuta pura ,per poterla usare successivamente per la misurazione della potenza attiva erogata dall'inverter.

Ma perché è difficile il feedback ? .....
Di seguito alcune foto ...

Di seguito il ponte H attualmente in uso per i test .




Ecco la difficoltà nell'inseguire in tempo reale la forma d'onda ....

La figura in allegato mostra la sinusoidale in uscita in assenza di carico .

Per analizzare il problema ho provveduto a disattivare il feedback.

Il Micro STM32F103 pilota i finali con segnali SPWM senza risentire del carico .
È stato programmato con un invece pari a al 70% della tensione di alimentazione .

Quindi con 24V sul ponte dovrei ottenere in uscita una sinusoide avente una tensione di picco di 24*70/100 = 16.8V
Di conseguenza un valore RMS pari a 16.8/1.41 = 11.9V

Alimentando con tale sinusoide un trasformatore 12/220 e non considerando le eventuali perdite (i mosfet ne hanno pochissime) dovrei ottenere in via teorica circa 220V ....

In questo caso la pratica rispecchia la teoria confermando che i segnali SPWM sono corretti.

Per la modulazione ho testato :
-unipolare
-bipolare
-stile EG
-semionda

NON NOTANDO ALCUNA DIFFERENZA nella qualità dell'onda .

Andrebbero valutati invece i  vantaggi :
-miglior filtraggio nella unipolare
-recupero Spike nella bipolare
-minori perdite per le due restanti modulazioni


Ecco cosa accade se il carico è a singola semionda .

In un inverter doppia conversione nessun problema ,ma in un LF ....

Come dicevo si crea un offset DC che oltre a risultare pericoloso in caso di valore eccessivo ,distorce la forma dell'onda .

Di seguito vedete un carico sulla semionda positiva .

Ci si potrebbe immaginare che la deformazione avvenga solo sula positiva ,ma Aime non è così.
Per questi motivo il feedback da me testato (inseguimento della forma ) viene ingannato dalla deformazione della semionda negativa  e per correggere commette errori .


Idem mettendo il carico sulla negativa ....

Il Micro si aspetta una deformazione solo sulla negativa per colpa del carico ,invece anche la positiva ne viene risentita .


Nessun problema (ovvio  ) per carichi bilanciati


Apro questo post per trovare insieme una zona dell'onda che non viene risentita dalla deformazione e poter essere inseguita .

La soluzione più facile è inseguire la tensione di picco ....ma sarà possibile far di meglio in questi LF ?...

ElettroshockNow :
Apro questo post per trovare insieme una zona dell'onda che non viene risentita dalla deformazione e poter essere inseguita .

La soluzione più facile è inseguire la tensione di picco ....ma sarà possibile far di meglio in questi LF ?... :-)



Wow

Hai esposto chiaramente un problema che ci affligge da mesi...

Una cosa strana è.....come mai nel commercio nessun inverter ha questo controllo come solo tu e Kekko hai scoperto???

Non ho mai trovato inverter in grado di percepire e correggere questo problema. Evidentemente i progettisti ne sono allo scuro...
Posso dirti che io avevo un RIELLO HF ed il problema prima che lo sollevasse Kekko, lo avevo già riscontrato...Ovviamente non conoscevo le risposte come oggi...

Lo testai con uno scaldino per falegname...Come sai assorbe ben 2400W; a metà potenza, mi saltano i finali con 2 grossi condensatori da 450uF 400V...Ovviamente la paura era notevole dato che si operava a circa 600VDC.

Ora.! Le strade sono 2.
Aggiustare e trovare un nesso logico oppure tenere così un inverter Homemade lasciando dei finali robusti, che siano mosfet o CIABATTONI, purché la Vds o Vce siano notevolmente alti.

Ragazzi, complimenti per il livello della discussione!!!!!!!!

Commerciali e homemade ....

Nei commerciali spesso si risolve il problema dichiarando le specifiche che devono essere rispettate .
Tieni in considerazione che in pochi accettano carichi con Cos fi inferiori allo 0.8 e se eventualmente accade le protezioni intervengono salvaguardando l'inverter  (ma non tutti ne sono provvisti  )

Ecco perché chi sceglie un inverter LF sceglie una taglia maggiore ,non tanto per la potenza disponibile ,ma proprio nelle condizioni gravose .

Un inverter con trasformatore da 3000VA sarà in grado di sopportare meglio uno sbilanciamento ....

Farò alcune foto per far vedere quando satura il nucleo con un trasfo da 600va e un 1200va  ;)

Sarà importante analizzare l'onda perché il Micro anche in tale condizione ne deve uscire fuori 

Beh hai ragione ma anche nel mio BESTIONE da 4KVA la deformazione accade superati i 2000W...Certo che con i Moduli IGBT, l'inverter sbadiglia ma mai avere una situazione critica come dici...Specie se di mezzo ci sono fior di soldi investiti in componenti di alta qualità capisci??

Sisi che capisco ...
Ne ho rotto uno di ciabattone e ancora piango 

Tornando al problema ...
Come avete visto la deformazione può essere causata principalmente da due condizioni.
-con un carico su una sola semionda.
-con un carico induttivo o capacitivo.

In entrambe le condizioni la deformazione anche se evidente non costituisce un vero e proprio problema ...
Non a caso gli inverter ad onda modificata funzionano discretamente bene e nel nostro caso la qualità non è neanche comparabile  .

Nasce il problema quando avviene appunto uno sbilanciamento tale da far saturare il nucleo .

La saturazione oltre a portare alle stelle l'assorbimento (in pratica il trasformatore perde la sua componente induttiva) fa' impazzire il feedback.

Oggi ho fatto ulteriori test (sempre nel limite del tempo) e confermo che quando avviene la saturazione poco conta che tipo di controllo feedback si sta testando.

Ho testato singolarmente :
-controllo su valore RMS semine
-inseguimento in tempo reale su un'onda di riferimento
-valore di picco (caso EG8010)

Alla fine analizzando la deformazione si può concludere il motivo ......


Nell'immagine (messaggio precedente) si vede la forma prima e dopo la saturazione .

È stata scattata con feedback sul valore di picco (utile anche per il buon vecchio Atmega) .

Sono arrivato alla conclusione che indipendentemente dal controllo ,quando avviene la saturazione i segnali (solo tensione) che raggiungono il Micro fanno fare una correzione  sulla forma errata.

Infatti dopo la saturazione il controllo inviava al ponte un SPWM al 100% .
Questo avviene perché sia il valore RMS che la forma ...che la tensione di picco in uscita (e anche sul primario) risultano inferiori al valore di target. ...
E quindi prova ad aumentare al massimo l'ampiezza .
Ovviamente il danno non avviene perché interviene il limitatore ....però è proprio il feedback a mantenere anche nei periodi successivi dalla saturazione la saturazione ,pur rimuovendo il carico.

Se non ci fosse stato il limitatore i danni erano certi .

Ora possiamo scegliere due strade :
-trovare un controllo di sicurezza che intervenga quando la forma diventa deformata
-trovare un modo per evitare la saturazione 

Allego anche l'onda che misura il Micro durante la deformazione.
Risulta fuori fase rispetto alla sinusoide di riferimento solo per problemi di trigger ....ma in pratica è uguale a quella sopra postata.

Il segnale che raggiunge il Micro è la tensione di uscita ridotta da un trasformatore sommata ad un offset (serve anche per i sensori amperometrici)
L'offset ha un valore di 1.65V e con una tensione in uscita di 220V la sinusoide che raggiunge il piedino feedback risulterà con una ampiezza di 2.4Vpp quindi una Vmin di 0.45V e una Vmax di 2.85V


Domani provo questa sicurezza.

Se la tensione di uscita è prossima allo zero (sarurazione) tra 90° e 145° per almeno 10° faccio intervenire la protezione .

La protezione potrebbe :
-interrompere l'erogazione per X secondi
Oppure
-portare a 0% l'SPWM per qualche periodo ...


Wow che genialata....Secondo me è una strada percorribile...Ascolta ma questo controllo lo fai attraverso il STM32 oppure stai ricorrendo all'Atmega328 come ausilio?

xardas :
Wow che genialata....Secondo me è una strada percorribile...Ascolta ma questo controllo lo fai attraverso il STM32 oppure stai ricorrendo all'Atmega328 come ausilio?

Solo STM32 ....
Però il controllo solo sul valore di picco ci dà la possibilità di usare anche un 328

ElettroshockNow :
Solo STM32 ....
Però il controllo solo sul valore di picco ci dà la possibilità di usare anche un 328
                   



Perfetto...La strada sembra essere percorribile...

Come possiamo aiutarti??Anche se tu sei già un genio da solo; ma per alleggerirti il lavoro

xardas :
ElettroshockNow :
Solo STM32 ....
Però il controllo solo sul valore di picco ci dà la possibilità di usare anche un 328
                   



Perfetto...La strada sembra essere percorribile...

Come possiamo aiutarti??Anche se tu sei già un genio da solo; ma per alleggerirti il lavoro


...vuoi dire smanettone

Stò provando il nuovo feedback ,ma ho le batterie scariche e non riesco a simulare correttamente l'anomalia.

Il problema è che attualmente misuro la tensione in uscita e non ho postato la parte del circuito da aggiungere alla scheda ....
Altrimenti avrei postato il codice ....



la prima prova ....molto rapida


Fatte altre prove e sembra che la protezione promette bene ...vediamo lunedì con batterie cariche o magari nuove  (portare l'inverter sul tetto ..non mi Và  )

Quando accade la saturazione, la tensione si abbatte e in meno di mezzo secondo si ripristina.
È il prezzo da pagare per non perdere il ponte.

Nel frattempo pensiamo se possiamo far meglio .
Dovrei postare anche la corrente ...così in caso sfruttiamo anche quel feedback .

;)

Con molta difficoltà sono riuscito a far saturare il nucleo del trasformatore da 1200VA .
La protezione si è comportata bene ,riduzione tensione e ripristino come da copione .
L'inverter testato a 1500W (oltre le specifiche del trasfo ) ha resistito egregiamente.

Devo fare altri video nella speranza di registrare la saturazione  ;)


Wow!
Mamma.....sono troppo felice; hai dato una speranza al povero ponte ormai esausto e stufo delle torture

VIDEOOOOOOOOO

xardas :
VIDEOOOOOOOOO

Oggi mare  ....la tortura con conferma definitiva del buon comportamento sarà in settimana 

Bellissima questa discussione, ne prendo parte molto volentieri.

Ho combattuto molto anche io con questo problema, e alla fine ho raggiunto un compromesso che per me è più che accettabile, in quanto non compromette in nessun modo il corretto funzionamento dei vari elettrodomestici, che come hai detto funzionano anche con gli inverter a onda modificata.

I valori migliori che ho trovato per un buon compromesso sono un deadtime di 1,5 uS, un feedback che insegue il valore RMS della 220 e i relativi picchi (sistema ibrido), condensatore in uscita da 6 uF e induttanza filtro da 1,5 uH.
Ho giocato poi molto con la taratura del PID, il quale non deve essere ne troppo istantaneo, ne troppo lento. Nel caso di un PID troppo pronto, lo sfarfallio che si crea porta a volte un loop negativo, il quale porta l'inverer a non funzionare più correttamente. Nel caso di un PID troppo lento (meglio un po' più lento che troppo veloce) si vede invece la 220V variare troppo lentamente, ciò porta continui abbassamenti di tensione in casa.

Il giusto compromesso deve essere un corretto equilibrio fra i due, anche modificando il filtro hardware in uscita si riesce a tarare per bene il nostro inverter.

Ho riportato di seguito dei fermi immagini del video dell'inverter che ho postato ieri.

Questa la sinusoide pura e pulita con carico resistivo:


Questa la forma d'onda con 400W circa di carico con diodo:


E infine questa la sovrapposizione, che come Elettro ha fatto notare, evidenzia il fatto che la deformazione avviene su tutte e due le semionde, nonostante il carico sia soltanto su una delle due semionde, in questo caso la positiva.
Questa anomalia fa impazzire il feedback, portandolo il più delle volte a incrementare l'ampiezza in modo errato. Ho ovviato a questo problema facendo un controllo dei picchi della sinusoide, in questo modo il micro fa un doppio controllo, misura la tensione RMS della forma d'onda e i suoi picchi. Incrociando questi dati calcola tramite PID l'incremento dell'ampiezza della sinusoide, con un errore accettabile.

Io ho trovato questo sistema funzionale, ma sicuramente ce ne sono molti altri anche migliori!


Io credo che in ogni caso siete ragazzi che avete lavorato tanto...Avete sperimentato e cercato strade individuali...

Vi meritate soddisfazioni e spero che i vostri progetti possano fruttare sul serio...

Siete due persone fantastiche....
Meritate tutto il rispetto

Grande Kekkoooooooo e un grazie di cuore a Xardas  ;) .

Il comportamento del Big inverter è stupendo .
Forse quella leggere deformazione potrebbe essere rimossa ,ma a quale scopo.
Alla fine anche la rete ha i suoi difetti ...e da quando esistono i grid tie la tensione varia quasi da spavento .

Come sempre è un piacere vedere ciò che condivide Kekko e questa volta ancor di più perché viene confermata l'ipotesi del feedback impazzito.
È si ...la deformazione della semionda non soggetta al carico ,quindi in teoria perfetta ,inganna in feedback facendolo lavorare al contrario .
Conclusione che dopo pochi periodi lo sbilancimanto diventa eccessivo e almeno nel mio caso (trasformatore piccolo e toroidale ....la peggior condizione) la saturazione è certa .

Tornando ai test ....

FUNZIONAAAAAAAAAA

Dove l'inverter con EG faceva saltare il ponte (che brutti ricordi) ,il nuovo feedback tampona e se non riesce a ripristinare rimane in sottotensione (da migliorare)

Nel video la saturazione in atto .
È stata possibile con un carico da 200W su una semionda e avviando un motore (dc) 500W sempre sulla stessa semionda




Grande Elettro!! Bel video.

Unico neo i livelli di sicurezza e le precauzioni contro la fulminazione che adotti per i tuoi test  (purtroppo non sei il solo).

Ciao
Massimo

lemax74 :

Unico neo i livelli di sicurezza e le precauzioni contro la fulminazione che adotti per i tuoi test  (purtroppo non sei il solo).


...hai pienamente ragione ..

ElettroshockNow :
Tornando ai test ....

FUNZIONAAAAAAAAAA

Dove l'inverter con EG faceva saltare il ponte (che brutti ricordi)





ElettroshockNow :
FUNZIONAAAAAAAAAA

Hai fatto un grandissimo lavoro bravo davvero.
Il fatto che a me non succede è solo perchè le prove le faccio con un normale ferro silicio da 1500VA, infatti anche con l'altro inverter ( EG8010) in cui uso un trasfo identico provato con un tassellatore da 600w a velocità variabile distorce ma non satura.

Ottimo lavoro Elettro.

A saperlo prima avrei salvato dozzine di IRFB e un paio di PCB letteralmente bruciati

Intanto che aspetto l'arrivo dei nuovi driver e finali, mi diletto a leggere i vostri interventi..
Buona giornata

Pinko :
ElettroshockNow :
FUNZIONAAAAAAAAAA

Hai fatto un grandissimo lavoro bravo davvero.
Il fatto che a me non succede è solo perchè le prove le faccio con un normale ferro silicio da 1500VA, infatti anche con l'altro inverter ( EG8010) in cui uso un trasfo identico provato con un tassellatore da 600w a velocità variabile distorce ma non satura.


Sisi ,il classico ferro silicio ha una marcia in più, proprio per la sua costruzione.
Di contro un autoconsumo più elevato .
Calcola che ora l'inverter da 1200VA consuma solo 350mA @24V .

Ora forse la soglia di intervento della protezione è eccessiva ,ma era solo una prova .

xardas :
Ottimo lavoro Elettro.

A saperlo prima avrei salvato dozzine di IRFB e un paio di PCB letteralmente bruciati

Intanto che aspetto l'arrivo dei nuovi driver e finali, mi diletto a leggere i vostri interventi..
Buona giornata


...allora siamo in due .

Cmq il problema della saturazione è anche per gli igbt ... ..

...Sento che si sta avvicinando la versione DC/DC 400V per un inverter HF.

Mai più problemi di saturazione 

lemax74 :
...Sento che si sta avvicinando la versione DC/DC 400V per un inverter HF.

Mai più problemi di saturazione 


...parole sante.
Nel frattempo sto' disegnando un bel flyback multiuscita  per l'alimentazione dei driver ....
4 bei tlp5214  ...optoisolati

ElettroshockNow :
xardas :
Ottimo lavoro Elettro.

A saperlo prima avrei salvato dozzine di IRFB e un paio di PCB letteralmente bruciati

Intanto che aspetto l'arrivo dei nuovi driver e finali, mi diletto a leggere i vostri interventi..
Buona giornata


...allora siamo in due .

Cmq il problema della saturazione è anche per gli igbt ... ..


Non lo sapeso neanhe io, mi è venuto il dubbio dopo aver visto il video dove Electro pilota un solo trasfo, l'unica cosa che c'è di diverso è proprio il trasfo, quindi ho provato prima con STM  gli IR e ponte con 6 mosfet a ramo (24 in toto) e poi con la EG8010 dell'altro inverter, solo allora ho avuto la conferma.
L'autocunsumo è minore, (esttamente la metà) però evito il filtro sul primario.
un saluto Luigi


ElettroshockNow :
...parole sante.
Nel frattempo sto' disegnando un bel flyback multiuscita  per l'alimentazione dei driver ....
4 bei tlp5214  ...optoisolati



Ottimi driver...

Ascolta ma questo Flyback per alimentare i driver a cosa serve?

Per Mosfet o IGBT?

Per Inverter HF o LF?



In teoria se il feedback è ben fatto si può arrivare ad un carico sulla semionda pari alla metà della potenza del trasformatore .
Ahimè non ho ancora fatto un feedback così perfetto  ....

24!!! Uao, hai realizzato un bel ponte


I più sinceri auguri di buon compleanno.
ElettroshockNow :
24!!! Uao, hai realizzato un bel ponte

Nono, il ponte (estirpato da un vecchio ups) non è opera mia è il solito ponte che uso come cavia, poveri IR lavorano con una RG totale di 3,3 hom, prima o poi....


3.3. ...
Poveretti ....

Per curiosità il deadtime minimo da te misurato ?

Oltrepassata questa soglia comincia l'incrocio, essendo senza alcuna protezione l'ho settato a 1uS. Non so se questo dato è veritiero, come si vede il FB è al massimo, solo così riesco ad arrivare a 210v AC.


Il deadtime che viene visualizzato è veritiero.
Per la precisione è il tempo morto sui segnali SPWM ,quindi il tempo minimo sarà dettato da tutto il ponte (driver + finali + Rg) .

Mi sembra strano che non raggiungi i 220V !!
Da quanto è il trasformatore e che tensione di alimentazione ?

Cmq per info, nel nuovo firmware non ci sarà più il trimmer amplitude (perde anche i due fb sul primario ...almeno che vogliamo sfruttarli per il Self test )
Il Micro gestirà i segnali in uscita per avere in ingresso una sinusoide avente ampiezza 2.4Vpp

Questa scelta è stata dettata perché sfruttiamo tutta la risoluzione  ;)



xardas :
ElettroshockNow :
...parole sante.
Nel frattempo sto' disegnando un bel flyback multiuscita  per l'alimentazione dei driver ....
4 bei tlp5214  ...optoisolati



Ottimi driver...

Ascolta ma questo Flyback per alimentare i driver a cosa serve?

Per Mosfet o IGBT?

Per Inverter HF o LF?




Sarà per entrambi .
Stadio DC/AC isolato .
Ovviamente manca il dc/dc della doppia conversione ...però piloteremo gli igbt a dovere (per gli amanti dei ciabattoni ).
Perche flyback ?
Perché sarà uno stadio di alimentazione multi uscita.
Il flyback ha di contro una bassa efficienza in proporzione al nucleo ,però consente di seguire il feedback di solo una uscita .
In pratica in ingresso accetterà da 35 a 75V e avrà 5 uscite .
Una 5V e 4 13V .
Solo quella da 5V avrà il feedBack mentre le altre saranno solo raddrizzate e livellate.
Anche se la loro tensione varia leggermente risulterà cmq accettabile  ;)

ElettroshockNow :
Mi sembra strano che non raggiungi i 220V !!
Da quanto è il trasformatore e che tensione di alimentazione ?


Si, in effetti è strano perchè la prima volta che lo provai arrivava ben oltre, però la tensione variava al variare della DC, adesso succede che al variare della DC resta stabile, però arrivo massimo 210v. Tutto questo, senza aver cambiato nulla, ho anche riprogrammato il micro, ma sempre idem (forse il micro fa i capricci).
Il trasformatore non centra, comunque è 13 220.
Mi piace molto il flyback, isolare la logica dal resto può far solamente bene.

Dimenticavo 24v

ElettroshockNow :
Sarà per entrambi .
Stadio DC/AC isolato .
Ovviamente manca il dc/dc della doppia conversione ...però piloteremo gli igbt a dovere (per gli amanti dei ciabattoni ).
Perche flyback ?
Perché sarà uno stadio di alimentazione multi uscita.
Il flyback ha di contro una bassa efficienza in proporzione al nucleo ,però consente di seguire il feedback di solo una uscita .
In pratica in ingresso accetterà da 35 a 75V e avrà 5 uscite .
Una 5V e 4 13V .
Solo quella da 5V avrà il feedBack mentre le altre saranno solo raddrizzate e livellate.
Anche se la loro tensione varia leggermente risulterà cmq accettabile  ;-)



Stupendo..
Inizio ad assaporare le mie passioni più forti ;)