Learning the basics of Grid Tie Inverter and Operation [EP2]

ในตอนที่ 2 เป็นการออกแบบและทดลองวงจรแยกเฟสของไฟฟ้ากระแสสลับ 220VAC/50Hz สำหรับเป็นสัญญาณให้กับกริดไทร์อินเวอร์เตอร์ในการควบคุมการทำงาน ด้วยวงจรอย่างง่ายโดยการใช้ออปโต้คัปเปิ้ลและออปแอมป์ที่สามารถหาซื้อได้ทั่วไป และสัญญาณที่ได้นี้ยังปรับขนาดได้ตามที่ต้องการเพื่อให้นำไปใช้กับวงจรควบคุมทั้งแบบอะนาลอกหรือดิจิตอล โดยเฉพาะไมโครคอนโทรลเลอร์ เป็นต้น

รูปที่ 1 และรูปที่ 2 การทดลองวงจรต้นแบบบนเบรดบอร์ดและการวัดสัญญาณที่เกิดขึ้น ของวงจรแยกเฟสของไฟฟ้ากระแสสลับ 220VAC/50Hz โดยใช้หม้อแปลงลดแรงดันจาก 220VAC ให้เป็น 15VAC จากนั้นใช้ออปโต้คัปเปิ้ล LTV827 ทำหน้าที่หลักของวงจรนี้ (วงจรการทำงานแสดงในรูปที่ 11)

ในรูปที่ 3 แสดงลักษณะของสัญญาณที่ได้ทางด้านเอาต์พุตของออปโต้คัปเปิ้ล LTV827 ซึ่งจะเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นของสัญญาณเฟสบวกและเฟสลบที่ได้ ซึ่งสัญญาณจะคล้ายสัญญาณไซน์เวฟแต่จะถูกตัดส่วนบนออก เนื่องจากใช้แรงดันกระแสตรงที่ป้อนขา C ของออปโต้คัปเปิ้ลที่ประมาณ 12V

รูปที่ 4 และรูปที่ 5 เป็นการประกอบวงจรต้นแบบครั้งที่ 2 (V.2) บนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ซึ่งในการประกอบครั้งนี้จะใช้วงจรเปรียบเทียบสัญญาณ (Comparator circuit) เข้ามาปรับลักษณะของสัญญาณเอาต์พุตเพิ่มเติมให้เป็นพัลซ์สี่เหลี่ยม

รูปที่ 6 และรูปที่ 7 แสดงการจ่ายไฟเลี้ยงและวัดสัญญาณของวงจรครั้งที่ 2 (V.2) และตำแหน่งการวัดสัญญาณทางด้านเอาต์พุตและอินพุตต่างๆ เพื่อสังเกตผลที่เกิดขึ้น ในส่วนของวงจรเปรียบเทียบสัญญาณจะใช้ออปแอมป์เบอร์ LM393 เป็นหลัก

ในรูปที่ 8 และรูปที่ 9 แสดงสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตเมื่อใช้วงจรเปรียบเทียบด้วยการวัดเพียงเฟสเดียว จากนั้นจะเป็นการวัดสัญญาณเอาต์พุตทั้ง 2 ช่อง เพื่อให้เห็นลักษณะสัญญาณเอาต์พุตทั้งสองช่องสำหรับเฟสของไฟฟ้ากระแสสลับ 220VAC/50Hz

สำหรับรูปที่ 10 แสดงการทดลองป้อนสัญญาณอินพุตกระแสสลับ 220VAC/50Hz เมื่อปรับขนาดแรงดันให้ลดลง จะเห็นว่าสัญญาณเฟสทางด้านเอาต์พุตของออปโต้คัปเปิ้ลจะเป็นฮาร์ฟเวฟเร็กติไฟร์ จากสัญญาณไซน์เวฟ ทั้งนี้ยังสามารถปรับขนาดความกว้างของพัลซ์สี่เหลี่ยมที่ได้ด้วยการปรับแรงดันเปรียบเทียบที่ตำแหน่ง R5 และ R6 ของวงจรในรูปที่ 11 ได้ตามต้องการ

สำหรับการทดลองวงจรแยกเฟสของไฟฟ้ากระแสสลับ 220VAC/50Hz ครั้งนี้ จะเป็นการออกแบบวงจรอย่างง่ายและใช้อุปกรณ์ที่หาซื้อได้ทั่วไป ด้วยการใช้ออปโต้คัปเปิ้ล LTV827 เป็นหลัก จากนั้นจะใช้ออปแอมป์เบอร์ LM393 สำหรับเปรียบเทียบสัญญาณจากการแยกเฟสอีกครั้ง เพื่อให้ได้สัญญาณพัลซ์สี่เหลี่ยมที่สามารถนำไปใช้งานในช่วงการซิ้งค์ของกำลังไฟฟ้าได้ง่ายยิ่งขึ้น โดยเฉพาะตัวประมวลผลไมโครคอนโทรลเลอร์

Reference

1. https://www.inverter.com/solar-on-grid-inverter-circuit-design
2. https://www.researchgate.net/publication/281841873_Design_and_analysis_of_a_transformer-less_single-phase_grid-tie_photovoltaic_inverter_using_boost_converter_with_Immittance_conversion_topology
3. https://solar.smps.us/grid-tie-inverter-schematic.html
4. https://www.elektormagazine.com/labs/solar-grid-tie-inverter-re-engineered
5. https://www.homemade-circuits.com/simplest-grid-tie-inverter-gti-circuit/
6. https://www.mdpi.com/2079-9292/12/4/860
7. https://romanblack.com/micro_gt.htm
8. https://www.semanticscholar.org/paper/Design-and-implementation-a-specific-grid-tie-for-Abdar-Chakraverty/3c5babe3c6d1a601cfd4c5987541fb26ae1f9ad3
9. https://www.ti.com/lit/an/sprabt0/sprabt0.pdf
10. https://www.ti.com/lit/ug/tiduay6e/tiduay6e.pdf
11. https://www.electro-tech-online.com/threads/i-need-your-suggestions-on-my-grid-tie-inverter-design.140892/
12. https://www.instructables.com/Grid-Tie-Inverter-V3/
13. https://www.instructables.com/Grid-Tie-Inverter-V2/
14. https://www.ti.com/lit/ug/tidub21d/tidub21d.pdf