Sinhroniziran 4kva zložljivi pretvornik

Ta prvi del predlaganega 4kva je sinhroniziran pretvorniško vezje, ki se lahko zloži razpravlja o tem, kako izvesti ključno samodejno sinhronizacijo med 4 pretvorniki glede na frekvenco, fazo in napetost, da pretvorniki delujejo neodvisno drug od drugega, a hkrati dosegajo izhod, ki je enak drug drugemu.

Idejo je zahteval gospod David. Naslednji e-poštni pogovor med njim in mano podrobno opisuje glavne specifikacije predlaganega sinhroniziranega 4kva skladljivega pretvorniškega vezja.

E-pošta # 1

Živjo Swagatam,

Najprej sem se zahvalil za vaš prispevek k širnemu svetu, informacije in predvsem vaša pripravljenost, da delite svoje znanje in pomagate drugim, so po mojem mnenju neprecenljive iz več razlogov.

Želel bi izboljšati nekatera vezja, ki ste jih dali v skupno rabo, tako da ustrezajo mojim lastnim namenom, na žalost, medtem ko razumem, kaj se dogaja v tokokrogih, mi primanjkuje kreativnosti in znanja, da bi sam naredil spremembe.

Na splošno lahko sledim vezjem, če so majhna, in vidim, kje se pridružijo / povežejo v večje sheme.

Če bi lahko, bi rad poskusil razložiti, kaj bi rad dosegel, čeprav si ne predstavljam iluzije, da ste zelo zaposlena oseba in si ne bi radi po nepotrebnem vzeli dragoceni čas.

Končni cilj bi bil, da bi rad zgradil (sestavil komponente) mikro omrežje z obnovljivimi viri energije z več viri z uporabo solarnih PV, vetrnic in biodizelskih generatorjev.

Prvi korak so izboljšave PV sončnega pretvornika.

Želel bi uporabiti vaše 48-voltno vezje pretvornika s čistim sinusnim valom, ki lahko vzdržuje konstantno izhodno moč 2kW 230V, mora biti sposoben oddati vsaj 3-kratno to moč v zelo kratkem času.

Ključna sprememba, ki jo želim doseči, je ustvariti številne te enote pretvornikov, ki bodo delovale vzporedno in povezane z vodilom izmeničnega vodila.

Želel bi, da bi vsak pretvornik neodvisno in neprestano vzorčil vodnik AC-frekvence, napetosti in toka (obremenitve).

Te pretvornike bom poklical kot pomožne enote.

Zamisel o invertnih modulih bo 'plug and play'.

Ko je pretvornik enkrat priključen na vodilo izmeničnega toka, nenehno vzorči / meri frekvenco na vodilu izmeničnega vodila in s temi informacijami poganja vhod IC 4047, tako da je njegovo izhodno frekvenco mogoče napredovati ali upočasniti, dokler frekvenca natančno ne klonira. po sinhronizaciji dveh valovnih pretvornikov bo pretvornik zaprl kontaktor ali rele, ki poveže izhodno stopnjo obrnjenega toka z vodilom izmeničnega toka.

V primeru, da se frekvenca na palici ali napetost premakne izven vnaprej določene tolerance, mora pretvorniški modul odpreti rele ali kontaktor na izhodni stopnji, da učinkovito odklopi izhodno stopnjo pretvornika od AC bara, da se zaščiti sam.

Ko so priključene enote na vodilo izmeničnega toka, podrejene enote preklopijo v stanje mirovanja ali pa vsaj izhodna stopnja pretvornika spi, medtem ko je obremenitev pretvornika manjša od vsote vseh pomožnih pretvornikov. Predstavljajte si, da so na pretvornik izmeničnega vodila pritrjeni 3 pomožni pretvorniki, vendar je obremenitev droga le 1,8 kW, druga dva sužnja pa bi šla spat.

Vzajemno bi bilo tudi res, da če bi obremenitev palice skočila na 3kW, bi se eden od spalnih invertov takoj zbudil (že je sinhroniziran), da bi dobil dodatno potrebno energijo.

Predstavljam si, da bi nekateri veliki kondenzatorji na vsaki izhodni stopnji dobavili potrebno energijo, medtem ko ima pretvornik zelo majhen trenutek, ko se zbudi.

Zaželeno bi bilo (samo po mojem mnenju), da ne bi vsak pretvornik neposredno povezal med seboj, temveč da bi bil neodvisno neodvisen.

Želim se izogniti mikrokrmilnikom ali medsebojnemu preverjanju napak ali napak enot ali enotam, ki imajo v sistemu 'naslove'.

V mislih si predstavljam, da bi bila prva priključena naprava na vodilu izmeničnega vodila zelo stabilen referenčni pretvornik, ki je stalno povezan.

Ta referenčni pretvornik bi zagotovil frekvenco in napetost, ki bi jih druge podrejene enote uporabile za ustvarjanje lastnih izhodov.

Na žalost ne morem razbrati, kako bi lahko preprečili povratno zanko, kjer bi pomožne enote na koncu postale referenčna enota.

Izven obsega tega e-poštnega sporočila imam nekaj majhnih generatorjev, ki bi jih rad priključil na vodnik izmeničnega toka, ki se sinhronizira z referenčnim pretvornikom, da bi oskrboval z energijo, če obremenitev preseže največjo izhodno zmogljivost enosmernega toka.

Splošna predpostavka je, da bi obremenitev, prikazana na vodilu izmeničnega toka, določala, koliko pretvornikov in navsezadnje koliko generatorjev bi se samostojno povezalo ali odklopilo, da bi zadovoljilo povpraševanje, saj bi s tem prihranili energijo ali vsaj ne izgubili energije.

Sistem, ki bi bil v celoti zgrajen iz več modulov, bi bil nato razširljiv / krčljiv, pa tudi robusten / odporen, tako da bi, če bi kdo ali morda dve enoti odpovedali, sistem še naprej deloval z zmanjšano zmogljivostjo.

Priložil sem blokovno shemo in zaenkrat izključil polnjenje baterije.

Načrtujem polnjenje akumulatorja iz izmeničnega vodila in popravek do 48 V enosmernega toka, da lahko napolnim generatorje ali obnovljive vire energije. Zavedam se, da to morda ni tako učinkovito kot uporaba enosmernega mppt, vendar mislim, da izgubim v učinkovitosti, dobim v prilagodljivosti. Živim daleč od mesta ali komunalnega omrežja.

Za referenco bi bila minimalna konstantna obremenitev na vodilu izmeničnega toka 2kW, čeprav bi se največja obremenitev lahko povečala za kar 30kW.

Moj načrt je, da 1. do 15kW zagotavljajo sončne PV plošče in dve 3kW (vršni) vetrnici, ki so vetrnice divje AC, odpravljene na enosmerni tok in baterijo z napetostjo 48Ah, 1000Ah. (Česar bi se rad izognil praznjenju / praznjenju več kot 30% svoje zmogljivosti, da bi zagotovil življenjsko dobo baterije), bi preostali redki in zelo občasni povpraševanja po energiji zadovoljili moji generatorji.

Ta redka in občasna obremenitev prihaja iz moje delavnice.

Razmišljal sem, da bi bilo smotrno zgraditi kondenzatorsko baterijo, ki bi obvladala ali pobrala sistemsko ohlapnost vseh zagonskih tokov induktivne obremenitve, kot je motor na mojem zračnem kompresorju in namizni žagi.

Toda trenutno nisem prepričan, ali ni boljšega / cenejšega načina.

Vaše misli in komentarji bi bili zelo cenjeni in cenjeni. Upam, da imate čas, da se obrnete na mene.

Hvala za vaš čas in pozornost vnaprej.

Lep pozdrav David Sent iz moje brezžične naprave BlackBerry®

Moj odgovor

Živjo David,

Prebral sem vašo zahtevo in upam, da sem jo pravilno razumel.

Od štirih pretvornikov bi imel samo en lastni frekvenčni generator, drugi pa bi deloval tako, da bi izvlekel frekvenco iz tega glavnega izhoda pretvornika, zato bi bili vsi sinhronizirani med seboj in specifikacijami tega glavnega pretvornika.

Poskusil ga bom oblikovati in upam, da bo deloval po pričakovanjih in v skladu z vašimi omenjenimi specifikacijami, vendar bo za izvedbo moral poskrbeti strokovnjak, ki bi moral biti sposoben razumeti koncept in ga do konca spremeniti / prilagoditi, kjer koli že bi lahko bil potrebno .... sicer bi uspelo s to dokaj zapleteno zasnovo lahko postalo izredno težko.

Lahko predstavim samo osnovni koncept in shemo .... ostalo bodo morali narediti inženirji z vaše strani.

Morda mi bo vzelo nekaj časa, da jo dokončam, ker imam v čakalni vrsti že veliko čakajočih zahtev ... Obvestim vas kot sina, kot je objavljeno

S spoštovanjem

E-pošta # 2

Živjo Swagatam,

Najlepša hvala za vaš takojšen odziv.

To ni čisto tisto, kar sem imel v mislih, a zagotovo predstavlja alternativo.

Mislil sem, da bi imela vsaka enota dva podvezaja za merjenje frekvence, eno, ki gleda na frekvenco na vodilu izmeničnega vodila, in ta enota se uporablja za ustvarjanje urnega impulza za pretvorniški sinusni generator.

Drugo vezje za merjenje frekvence bi gledalo na izhod pretvorniškega generatorja sinusnih valov.

Obstajalo bi primerjalno vezje, ki bi morda uporabljalo opamatsko matriko, ki bi se napajala nazaj v urni impulz generatorja sinusnega vala pretvornika za napredovanje takta ali zaviranje urnega signala, dokler se izhod generatorja sinusnega vala natančno ne ujema s sinusnim valom na izmenični vrstici .

Ko bi se frekvenca izhodne stopnje pretvornika ujemala s frekvenco vodnika izmeničnega vodila, bi obstajal SSR, ki bi zaprl povezovanje izhodne stopnje pretvornika na izmenični vod, po možnosti na ničelni presečni točki.

Na ta način lahko kateri koli pretvorniški modul odpove in sistem nadaljuje z delovanjem. namen glavnega pretvornika je bil, da od vseh pretvorniških modulov nikoli ne bo prešel v stanje spanja in bo zagotovil začetno frekvenco izmeničnega toka. če pa ne bi uspelo, to ne bi vplivalo na druge enote, dokler bi bila ena 'na spletu'

Pomožne enote se morajo izklopiti ali zagnati, ko se obremenitev spremeni.

Vaše opažanje je bilo pravilno. Nisem človek 'elektronike', inženir strojništva in elektrotehnike. Delam z velikimi rastlinskimi elementi, kot so hladilniki in generatorji ter kompresorji.

Ko bo ta projekt napredoval in bo začel postajati bolj oprijemljiv, bi sprejeli / sprejeli denarno darilo? Nimam veliko, vendar bi lahko morda s pomočjo paypala darila nekaj denarja, s čimer bi podprla stroške gostovanja vašega spletnega mesta.

Hvala še enkrat.

Veselim se vaših odzivov.

namaste

David

Moj odgovor

Hvala David,

V bistvu želite, da se pretvorniki sinhronizirajo med seboj glede na frekvenco in fazo, prav tako pa lahko vsak od njih postane glavni pretvornik in prevzame polnjenje, če prejšnji iz nekega razloga ne uspe. Prav?

To bom poskušal popraviti s kakršnim koli znanjem in nekaj zdrave pameti in ne z uporabo zapletenih IC ali konfiguracij.

Najtoplejše spoštovanje

E-pošta # 3

Živjo Swag,

To je to v lupini oreščkov, ob upoštevanju ene dodatne zahteve.

Ko obremenitev pade, se pretvorniki preklopijo v ekološki način ali v stanje pripravljenosti in ko se obremenitev poveča ali poveča, se prebudijo, da zadovoljijo potrebe.

Všeč mi je pristop, s katerim greste ...

Najlepša hvala, ker se mi zelo zahvaljujete.

Namaste

Z najlepšimi pozdravi

David

Dizajn

Kot je zahteval gospod David, morajo biti predlagana vezja pretvornika moči 4kva, ki jih je mogoče zložiti, v obliki 4 ločenih inverterskih vezij, ki jih je mogoče medsebojno sinhronizirati, da se pravilno priključi priključeni napajalni napravi obremenitve, odvisno od tega, kako so te obremenitve vklopljene in izklopljene.

NADGRADNJA:

Po premisleku sem spoznal, da zasnova dejansko ni preveč zapletena, ampak bi jo lahko izvedli s preprostim konceptom, kot je prikazano spodaj.

Samo IC 4017 skupaj z pripadajočimi diodami, tranzistorji in transformatorjem bo treba ponoviti za zahtevano število pretvornikov.

Oscilator je en kos in ga je mogoče deliti z vsemi pretvorniki, tako da njegov pin3 integrira s pin14 IC 4017.

Povratno vezje je treba natančno prilagoditi za posamezne pretvornike, tako da je doseženo območje natančno usklajeno z vsemi pretvorniki.

Naslednje zasnove in pojasnila lahko prezrete, saj je zgoraj že posodobljena veliko lažja različica

Sinhronizacija pretvornikov

Tu je glavni izziv omogočiti sinhronizacijo vsakega od pomožnih pretvornikov, dokler glavni pretvornik deluje, in če (čeprav malo verjetno) glavni pretvornik odpove ali preneha delovati, naslednji pretvornik prevzame napolni in postane sam glavni pretvornik.
In v primeru, da odpove tudi drugi investitor, tretji pretvornik prevzame ukaz in igra vlogo glavnega pretvornika.

Pravzaprav sinhronizacija pretvornikov ni težka. Vemo, da je to mogoče enostavno narediti z uporabo IC-jev, kot so SG3525, TL494 itd. Vendar je težaven del zasnove zagotoviti, da lahko v primeru okvare glavnega pretvornika eden od drugih pretvornikov hitro postane glavni.

In to je treba izvesti, ne da bi izgubili nadzor nad frekvenco, fazo in PWM, niti za delček sekunde, in z gladkim prehodom.

Vem, da lahko obstajajo veliko boljše ideje, najbolj temeljna zasnova za izpolnjevanje omenjenih meril je prikazana v naslednjem diagramu:

Na zgornji sliki lahko vidimo nekaj enakih stopenj, kjer zgornji pretvornik # 1 tvori glavni pretvornik, spodnji pretvornik # 2 pa pomožni.

Več enakovrednih stopenj v obliki pretvornika št. 3 in pretvornika št. 4 naj bi bilo v nastavitve dodano na enak način, tako da se ti pretvorniki integrirajo z njihovimi indivudualnimi stopnjami optičnega sklopnika, vendar stopnje opampa ni treba ponavljati.

Zasnova je v glavnem sestavljena iz oscilatorja na osnovi IC 555 in flip flop vezja IC 4013. IC 555 je opremljen za generiranje taktnih frekvenc s hitrostjo 100 Hz ali 120 Hz, ki se napaja na taktni vhod IC 4013, ki ga nato pretvori v zahtevanih 50 Hz ali 60 Hz, tako da izmenično obrača svoje izhode z visoko logiko čez pin # 1 in zatič # 2.

Ti izmenični izhodi se nato uporabljajo za aktiviranje napajalnih naprav in transformatorja za generiranje predvidenih 220V ali 120V AC.

Kot smo že omenili, je ključno vprašanje tukaj sinhronizacija obeh pretvornikov, tako da lahko delujeta natančno sinhronizirano glede na frekvenco, fazo in PWM.

Sprva so vsi vključeni moduli (sklopljivi pretvorniški tokokrogi) ločeno nastavljeni s popolnoma enakimi komponentami, tako da je njihovo vedenje popolnoma enako.

Kljub natančno usklajenim atributom pa ni mogoče pričakovati, da se bodo pretvorniki popolnoma sinhronizirano izvajali, razen če so ti povezani na nek edinstven način.

To se dejansko stori z integracijo pretvornikov 'slave' skozi fazo opamp / optični sklopnik, kot je navedeno v zgornji zasnovi.

Sprva je glavni pretvornik # 1 vklopljen, kar omogoča, da se stopnja opampa 741 napaja in inicializira frekvenčno in fazno sledenje izhodne napetosti.

Ko se to sproži, se vsi naslednji pretvorniki vklopijo za dodajanje moči na omrežni vod.

Kot je razvidno, je izhod opampa povezan s časovnim kondenzatorjem vseh podrejenih pretvornikov prek optičnega sklopnika, ki pomožne pretvornike prisili, da sledijo frekvenci in faznemu kotu glavnega pretvornika.

Vendar je tukaj zanimiv faktor zaklepanja opampa s trenutnimi informacijami o fazi in frekvenci.

To se zgodi, ker vsi pretvorniki zdaj oddajajo in delujejo z določeno frekvenco in fazo iz glavnega pretvornika, kar pomeni, da če optični ojačevalnik v primeru okvare katerega od glavnih pretvornikov odpove, lahko opamp hitro sledi in vbrizga trenutno frekvenco / informacije o fazi in prisili obstoječe pretvornike, da delujejo s temi specifikacijami, pretvornik pa lahko vzdržuje povratne informacije do stopnje opampa, da naredi prehode brezhiben in se samodejno optimizira.

Zato upamo, da bo stopnja opampa poskrbela za prvi izziv, tako da bodo vsi predlagani skladljivi pretvorniki popolnoma sinhronizirani z LIVE sledenjem razpoložljivih specifikacij omrežja.

V naslednjem delu članka se bomo naučili sinhronizirani PWM sinusni oder , ki je naslednja ključna značilnost zgoraj obravnavanega oblikovanja.

V zgornjem delu tega članka smo izvedeli glavni del sinhroniziranega vezja pretvornika 4kva, ki je razložil sinhronizacijske podrobnosti zasnove. V tem članku preučujemo, kako narediti zasnovo enakovredno sinusnim valovom, in zagotovimo tudi pravilno sinhronizacijo PWM-jev med vključenimi pretvorniki.

Sinhronizacija sinusnega PWM prek pretvornikov

Preprost generator PWM enakovrednega sinusnega valovanja s PWM je mogoče izdelati z uporabo IC 555 in IC 4060, kot je prikazano na naslednji sliki.

Ta zasnova se lahko nato uporabi za pretvornike, da na svojih izhodih in prek priključenega omrežnega voda ustvarijo sinusno valovno enakovredno valovno obliko.

Vsak od teh procesorjev PWM bi bil potreben za vsak modul pretvornika, ki ga je mogoče zložiti posebej.

NADGRADNJA: Zdi se, da se lahko en sam procesor PWM uporablja za sekanje vseh tranzistorskih baz, pod pogojem, da se vsaka osnova MJ3001 poveže z določenim kolektorjem BC547 prek posamezne diode 1N4148. To zelo poenostavi zasnovo.

Različne stopnje, vključene v zgornje vezje PWM geneartor, lahko razumemo s pomočjo naslednje točke:

Uporaba IC 555 kot generatorja PWM

IC 555 je konfiguriran kot osnovno vezje generatorja PWM. Da lahko IC generira nastavljive impulze, enakovredne PWM, na želenem RMS, IC potrebuje hitre trikotne valove na svojem zatiču7 in referenčni potencial na svojem zatiču5, ki določa nivo PWM na svojem izhodnem zatiču # 3

Uporaba IC 4060 kot generatorja trikotnih valov

Za generiranje trikotnih valov potrebuje IC 555 kvadratne valove na svojem zatiču št. 2, ki ga pridobi oscilator čip IC 4060.

IC 4060 določa frekvenco PWM ali preprosto število 'stebrov' v vsakem od polkrogov izmeničnega toka.

IC 4060 se v glavnem uporablja za množenje vzorčne nizkofrekvenčne vsebine iz izhoda pretvornika na relativno visoko frekvenco iz njegovega zatiča št. 7. Frekvenca vzorčenja v bistvu zagotavlja, da je sekanje PWM enakovredno in sinhronizirano za vse vhodne module. To je glavni razlog, zakaj je vključen IC 4060, sicer bi lahko drug IC 555 enostavno opravil delo.

Referenčni potencial na zatiču št. 5 IC 555 je pridobljen iz sledilnika napetosti opampa, prikazanega skrajno levo od vezja.

Kot že ime pove, daje ta opamp popolnoma enako velikost napetosti na svojem zatiču # 6, ki se prikaže na njegovem zatiču # 3 .... vendar je replikacija pin-a # 3 njegovega pin-a 3 lepo puferirana in zato bogatejša od njegove kakovost pin3, in to je natančen razlog za vključitev te faze v oblikovanje.

Prednastavitev 10 k, priključena na pin3 tega IC, se uporablja za prilagajanje RMS ravni, ki na koncu natančno nastavi izhodne PWM IC 555 na želeno RMS raven.

Ta efektivni efektivni učinek se nato uporabi na podlagah napajalnih naprav, da se prisilijo, da delujejo na določenih RMS-nivojih PWM, kar posledično povzroči, da izhodni AC s pravilno RMS-vrednostjo pridobi čisto atribut kot sinusni val. To je mogoče še izboljšati z uporabo LC filtra čez izhodno navitje vseh transformatorjev.

Naslednji in zadnji del tega sinhroniziranega vezja pretvornika 4kva, ki se lahko zloži, podrobno opisuje funkcijo samodejnega popravljanja obremenitve, ki pretvornikom omogoča, da oddajajo in vzdržujejo pravilno količino moči preko izhodnega omrežja v skladu s preklapljanjem različnih obremenitev.

Do zdaj smo pokrili dve glavni zahtevi za predlagano sinhronizirano 4kva skladljivo pretvorniško vezje, ki vključuje sinhronizacijo frekvence, faze in PWM med pretvorniki, tako da okvara katerega koli pretvornika ni vplivala na ostale glede na zgornje parametre .

Stopnja samodejnega popravljanja obremenitve

V tem članku bomo poskušali ugotoviti funkcijo samodejnega popravljanja obremenitve, ki lahko omogoči zaporedni vklop ali izklop pretvornikov kot odziv na različne pogoje obremenitve na izhodnem omrežju.

Preprost štiri primerjalnik s pomočjo LM324 IC lahko uporabimo za samodejno sekvenčno korekcijo obremenitve, kot je prikazano na naslednjem diagramu:

Na zgornji sliki lahko vidimo štiri opampe iz IC LM324, ki so konfigurirani kot štirje ločeni primerjalniki s svojimi neinvertirnimi vhodi, opremljenimi s posameznimi prednastavitvami, medtem ko se njihovi invertirni vhodi sklicujejo na fiksno napetost cenerja.

Ustrezne prednastavitve se preprosto prilagodijo tako, da opampi zaporedno proizvajajo visoke izhodne vrednosti, takoj ko omrežna napetost preseže predvideno mejo ..... in obratno.

Ko se to zgodi, se ustrezni tranzistorji preklopijo v skladu z aktiviranjem opampa.

Kolektorji ustreznih BJT-jev so povezani z zatičem št. 3 napetostnega ojačevalnika opamp IC 741, ki je uporabljen v fazi krmilnika PWM, zaradi česar se izhod opampa spusti na ničelno ali ničelno vrednost, kar posledično povzroči ničelno napetost na zatiču št. 5 PWM IC 555 (kot je razloženo v 2. delu).

Ko se nož IC 55 uporablja s to ničlo logiko, prisili PWM, da postanejo najožji ali na najnižjo vrednost, zaradi česar se izhod tega pretvornika skoraj izklopi.

Zgornji ukrepi poskušajo stabilizirati izhod v prejšnje normalno stanje, zaradi česar se PWM spet širi in to vlečenje vrvi ali nenehno preklapljanje opampov neprekinjeno ohranja izhod čim bolj stabilen kot odziv na spremembe pritrjenih obremenitev.

S to samodejno korekcijo obremenitve, ki je izvedena v predlaganem 4kva razsmernem vezju pretvornika, skoraj dopolni zasnovo z vsemi funkcijami, ki jih uporabnik zahteva v 1. delu članka.