Sinkronizirani pretvarač s mogućnošću slaganja 4kva

Ovaj prvi dio predloženog 4kva sinkroniziran sklopivi krug pretvarača raspravlja o tome kako implementirati ključnu automatsku sinkronizaciju na 4 pretvarača s obzirom na frekvenciju, fazu i napon kako bi pretvarači radili neovisno jedni od drugih, a istovremeno postigli izlaz koji je u međusobnom rangu.

Ideju je zatražio gospodin David. Sljedeći razgovor e-pošte između njega i mene detaljno opisuje glavne specifikacije predloženog sinkroniziranog sklopivog pretvarača 4kva.

E-adresa # 1

Bok Swagatam,

Prvo sam htio zahvaliti na vašem doprinosu svijetu, informacije i najvažnije spremnost da podijelite svoje znanje kako biste pomogli drugim ljudima, po mom su mišljenju neprocjenjive vrijednosti iz mnogih razloga.

Želio bih poboljšati neke sklopove koje ste podijelili kako bi odgovarali mojim vlastitim svrhama, nažalost, iako razumijem što se događa u krugovima, nedostaje mi kreativnosti i znanja da bih i sam izvršio izmjene.

Općenito mogu pratiti sklopove ako su mali i vidim gdje se spajaju / spajaju u veće sheme.

Ako bih mogao, želio bih pokušati objasniti što bih želio postići, premda nisam ni pod iluzijom da ste vrlo zauzeta osoba i da ne bih želio nepotrebno oduzimati svoje dragocjeno vrijeme.

Konačni cilj bi bio da želim izgraditi (sastaviti komponente) mikro mreže s više izvora obnovljive energije, koristeći solarne PV, vjetrenjače i biodizelske generatore.

Prvi korak su poboljšanja PV solarnog pretvarača.

Želio bih koristiti vaš pretvarač s čistim sinusnim valom od 48 volti koji može održavati konstantnu izlaznu snagu od 2 kW 230 V, mora biti sposoban isporučiti najmanje 3 puta veći izlaz za vrlo kratko vrijeme.

Ključna modifikacija koju želim postići za stvaranje broja ovih pretvarača koji rade paralelno i spojeni su na sabirnicu izmjenične struje.

Želio bih da svaki pretvarač neovisno i neprestano uzorkuje traku sabirnice izmjenične struje za frekvenciju, napon i struju (opterećenje).

Te pretvarače nazvat ću podređenim jedinicama.

Ideja da su invertni moduli bit će 'plug and play'.

Pretvarač jednom povezan na sabirnicu izmjenične struje neprestano uzorkuje / mjeri frekvenciju na izmjeničnoj sabirnici i koristi ove podatke za pogon ulaza IC 4047 tako da njegov izlaz takta može biti napredan ili usporen sve dok točno ne klonira frekvenciju na traka izmjenične sabirnice nakon sinkronizacije dvaju oblika vala pretvarač će zatvoriti sklopnik ili relej koji povezuje izlazni stupanj inverta sa šinom sabirnice izmjenične struje.

U slučaju da se frekvencija na šipki ili napon pomakne izvan unaprijed određene tolerancije, modul pretvarača trebao bi otvoriti relej ili sklopnik na izlaznom stupnju, učinkovito odvajajući izlazni stupanj pretvarača od izmjenične šipke kako bi se zaštitio.

Dodatno kada se spoje na mrežnu sabirnicu izmjeničnog napajanja, pomoćne jedinice prelaze u stanje mirovanja ili će barem izlazni stupanj pretvarača spavati, dok je opterećenje na šipki manje od zbroja svih pomoćnih pretvarača. Zamislite da ako postoje 3 pomoćna pretvarača priključena na šinu sabirnice izmjeničnog napona, međutim opterećenje šipke je samo 1,8 kW, a druga bi dva pomoćna uređaja otišla na počinak.

Uzajamno bi također bilo točno da bi se, ako opterećenje šipke skoči na 3 kW, jedan od usnulih inverta trenutno probudio (već je sinkroniziran) da bi isporučio dodatno potrebnu energiju.

Pretpostavljam da bi neki veliki kondenzatori na svakom izlaznom stupnju napajali potrebnu energiju dok pretvarač ima vrlo kratak trenutak dok se budi.

Bilo bi poželjno (samo po mom mišljenju) ne međusobno izravno povezivati ​​svaki pretvarač, već da oni budu neovisno autonomni.

Želim pokušati izbjeći mikrokontrolere ili međusobnu provjeru pogrešaka ili grešaka jedinica ili jedinica koje imaju ‘adrese’ u sustavu.

U svom umu pretpostavljam da bi prvi povezani uređaj na sabirnici izmjeničnog sabirnice bio vrlo stabilan referentni pretvarač koji je stalno povezan.

Ovaj referentni pretvarač će pružiti frekvenciju i napon koje će druge pomoćne jedinice koristiti za generiranje vlastitih odgovarajućih izlaza.

Na žalost, ne mogu se osvijestiti kako biste mogli spriječiti povratnu petlju u kojoj bi podređene jedinice na kraju mogle postati referentna jedinica.

Izvan opsega ove e-pošte imam nekoliko malih generatora koje bih želio spojiti na traku sabirnice izmjenične struje sinkronizirajući se s referentnim pretvaračem za opskrbu energijom u slučaju da opterećenje premaši maksimalni izlazni kapacitet istosmjerne struje.

Sveukupna pretpostavka je da bi opterećenje prezentirano na sabirničkoj sabirnici izmjeničnog napona odredilo koliko će se pretvarača i na kraju koliko generatora samostalno povezati ili odspojiti kako bi udovoljili potražnji, jer bi to, nadamo se, uštedjelo energiju ili barem ne trošilo energiju.

Sustav koji se u potpunosti gradi od više modula tada bi mogao biti proširiv / kontraktibilan, kao i robustan / elastičan, tako da bi, ako bi netko ili možda dvije jedinice zakazale, sustav nastavio funkcionirati, svejedno smanjenog kapaciteta.

Priložio sam blok shemu i zasad isključio punjenje baterije.

Planiram napuniti bateriju iz AC sabirnice i ispraviti do 48V istosmjerne struje na ovaj način da se mogu puniti iz generatora ili obnovljivih izvora energije, prepoznajem da ovo možda nije tako učinkovito kao korištenje istosmjernog mppt-a, ali mislim da gubim u učinkovitosti dobivam na fleksibilnosti. Živim daleko od grada ili komunalne mreže.

Za referencu bi postojalo minimalno konstantno opterećenje na sabirnici izmjenične struje od 2kW, iako bi vršno opterećenje moglo porasti za čak 30kW.

Moj plan je da prvih 10 do 15kW dobivaju solarni PV paneli i dvije vjetrenjače od 3kW (vršne), vjetrenjače su divlje izmjenične struje ispravljene na istosmjernu energiju i baterija od 48A od 1000Ah. (Što bih želio izbjeći pražnjenje / pražnjenje više od 30% njegovog kapaciteta kako bi se osiguralo trajanje baterije), preostali rijetki i vrlo isprekidani zahtjevi za energijom zadovoljili bi moji generatori.

Ovo rijetko i povremeno opterećenje dolazi iz moje radionice.

Razmišljao sam o tome da bi bilo pametno izgraditi kondenzatorsku bateriju za rukovanje ili prihvatanje opuštenosti bilo koje struje pokretanja induktivnog opterećenja, poput motora na mom zračnom kompresoru i stolne pile.

Ali trenutno nisam siguran postoji li bolji / jeftiniji način.

Vaše misli i komentari bili bi jako zahvalni i cijenjeni. Nadam se da imate vremena da mi se javite.

Hvala vam na vašem vremenu i pažnji unaprijed.

S poštovanjem, David poslan s mog BlackBerry® bežičnog uređaja

Moj odgovor

Pozdrav Davide,

Pročitao sam vaš zahtjev i nadam se da sam ga ispravno razumio.

Od 4 pretvarača, samo bi jedan imao svoj vlastiti generator frekvencije, dok bi drugi radio izvlačenjem frekvencije iz ovog glavnog izlaza pretvarača, a time bi svi bili sinkronizirani jedni s drugima i sa specifikacijama ovog glavnog pretvarača.

Pokušat ću ga dizajnirati i nadam se da će raditi kako se očekuje i prema vašim spomenutim specifikacijama, međutim implementaciju će trebati obaviti stručnjak koji bi trebao biti sposoban razumjeti koncept i izmijeniti ga / usavršiti do savršenstva gdje god on mogao biti potreban .... inače bi uspjeh s ovim relativno složenim dizajnom mogao postati izuzetno težak.

Mogu vam predstaviti samo osnovni koncept i shemu .... ostalo će trebati obaviti inženjeri s vaše strane.

Možda će mi trebati neko vrijeme da to dovršim, jer već imam mnogo zahtjeva na čekanju u redu čekanja ... Obavijestit ću vas kao sina kako je objavljeno

S poštovanjem, Swag

E-adresa # 2

Bok Swagatam,

Puno vam hvala na vrlo brzom odgovoru.

To nije baš ono što sam imao na umu, ali svakako predstavlja alternativu.

Mislio sam da bi svaka jedinica imala dva podkruga za mjerenje frekvencije, jedan koji gleda frekvenciju na traci sabirnice izmjenične struje, a ova se jedinica koristi za stvaranje takta za generator sinusnog vala pretvarača.

Drugi podsklop za mjerenje frekvencije promatrao bi izlaz iz pretvarača sinusnog generatora.

Mogao bi postojati krug za usporedbu koji bi možda koristio opamatski niz koji bi se vraćao u signalni impuls generatora sinusnog vala pretvarača da bi unaprijedio signal sata ili usporio signal sata dok izlaz iz generatora sinusnog vala nije točno odgovarao sinusnom valu na AC traci. .

Jednom kada se frekvencija izlaznog stupnja pretvarača podudara s frekvencijom trake sabirnice izmjeničnog napona, postojao bi SSR koji bi zatvorio povezivanje izlaznog stupnja pretvarača na izmjeničnu šipku, po mogućnosti na nultoj križnoj točki.

Na taj način bilo koji pretvarački modul može otkazati i sustav će nastaviti raditi. svrha glavnog pretvarača bila je da od svih modula pretvarača nikada neće ići u stanje mirovanja i pružiti početnu frekvenciju izmjeničnog napona. no ako ne uspije, to neće utjecati na ostale jedinice sve dok je jedna bila 'na mreži'

Podređene jedinice trebaju se isključiti ili pokrenuti kako se opterećenje mijenja.

Vaše je zapažanje bilo točno. Ja nisam čovjek iz 'elektronike'. Ja sam inženjer strojarstva i elektrotehnike. Radim s velikim postrojenjima poput rashladnih uređaja, generatora i kompresora.

Kako ovaj projekt napreduje i postaje sve opipljiviji, želite li prihvatiti novčani poklon? Nemam puno, ali možda bih mogao pokloniti nešto novca putem paypala za pomoć u podmirivanju troškova hostinga vaše web stranice.

Hvala vam opet.

Radujem se vašem javljanju.

namaste

David

Moj odgovor

Hvala Davide,

U osnovi želite da pretvarači budu međusobno sinkronizirani u smislu frekvencije i faze, a također svaki od njih može postati glavni pretvarač i preuzeti punjenje, u slučaju da prethodni iz nekog razloga ne uspije. Pravo?

Pokušat ću to popraviti s bilo kojim znanjem i nekim zdravim razumom, a ne pomoću složenih IC-a ili konfiguracija.

S najljepšim pozdravom

E-adresa # 3

Bok Swag,

To je to u ljusci oraha, uzimajući u obzir jedan dodatni zahtjev.

Kako opterećenje opada, pretvarači prelaze u ekološki ili pripravni način rada, a kako se opterećenje povećava ili povećava, oni se bude da zadovolje potražnju.

Volim pristup s kojim ideš ...

Puno vam hvala što ste me pažljivo cijenili.

Namaste

Srdačan pozdrav

David

Dizajn

Prema zahtjevu gospodina Davida, predloženi sklopovi pretvarača snage pretvarača snage 4kva moraju biti u obliku 4 odvojena kruga pretvarača, koji se mogu međusobno usklađeno prikladno složiti za opskrbu ispravne količine samoregulirajuće snage na spojene opterećenja, ovisno o načinu uključivanja i isključivanja tih opterećenja.

AŽURIRAJ:

Nakon malo razmišljanja shvatio sam da dizajn zapravo ne treba biti previše kompliciran, već se može implementirati pomoću jednostavnog koncepta kao što je prikazano u nastavku.

Samo IC 4017 zajedno s pripadajućim diodama, tranzistorima i transformatorom trebat će ponoviti za potreban broj pretvarača.

Oscilator će biti jedan komad i može se dijeliti sa svim pretvaračima integriranjem njegovog pin3 s pin14 IC 4017.

Krug povratne sprege mora se precizno prilagoditi za pojedine pretvarače, tako da se područje odsjeka točno podudara sa svim pretvaračima.

Sljedeći nacrti i objašnjenja mogu se zanemariti jer je mnogo lakša verzija već ažurirana gore

Sinkronizacija pretvarača

Glavni je izazov ovdje omogućiti da svaki od pomoćnih pretvarača bude sinkroniziran s glavnim pretvaračem sve dok glavni pretvarač radi, a u slučaju (iako malo vjerojatnog) da glavni pretvarač zakaže ili prestane raditi, sljedeći pretvarač preuzima puni i postaje sam glavni pretvarač.
A u slučaju da drugi investitor također ne uspije, treći pretvarač preuzima naredbu i igra ulogu glavnog pretvarača.

Zapravo, sinkronizacija pretvarača nije teška. Znamo da se to lako može učiniti pomoću IC-a poput SG3525, TL494 itd. Međutim, težak dio dizajna je osigurati da, ako glavni pretvarač zakaže, jedan od ostalih pretvarača može brzo postati glavni.

I to treba izvršiti bez gubitka kontrole nad frekvencijom, fazom i PWM-om čak i na djelić sekunde, i uz gladak prijelaz.

Znam da mogu biti puno bolje ideje, a najosnovniji dizajn za ispunjavanje spomenutih kriterija prikazan je na sljedećem dijagramu:

Na gornjoj slici možemo vidjeti nekoliko identičnih stupnjeva, gdje gornji pretvarač # 1 tvori glavni pretvarač, a donji pretvarač # 2 slave.

Više stupnjeva u obliku pretvarača # 3 i pretvarača # 4 trebalo bi dodati na postavku na isti identičan način integriranjem ovih pretvarača s njihovim individualnim stupnjevima optičkih sprežnika, ali stupanj opampa ne treba ponavljati.

Dizajn se prvenstveno sastoji od oscilatora koji se temelji na IC 555 i kruga flip flopa IC 4013. IC 555 je namješten tako da generira frekvencije takta po stopi od 100Hz ili 120Hz koje se napajaju na satni ulaz IC 4013, koji ga zatim pretvara u potrebnih 50Hz ili 60Hz izmjeničnim okretanjem svojih izlaza s logikom visoko preko pina # 1 i pribadača # 2.

Ti se izmjenični izlazi zatim koriste za aktiviranje uređaja za napajanje, a transformatora za generiranje predviđenih 220V ili 120V AC.

Sada, kao što smo ranije raspravljali, presudno je pitanje ovdje sinkronizirati dva pretvarača kako bi mogli raditi točno sinkronizirano, s obzirom na frekvenciju, fazu i PWM.

U početku su svi uključeni moduli (sklopivi krugovi pretvarača) odvojeno podešeni s točno identičnim komponentama, tako da njihovo ponašanje savršeno odgovara jedna drugoj.

Međutim, čak i uz precizno usklađene atribute, ne može se očekivati ​​da pretvarači rade savršeno sinkronizirano, ako nisu povezani na neki jedinstven način.

To se zapravo postiže integriranjem pretvarača 'slave' kroz fazu opampa / optičkog sprežnika kako je naznačeno u gornjem projektu.

U početku je glavni pretvarač # 1 UKLJUČEN, što omogućuje napajanju stupnja opampa 741 i inicijalizaciji frekvencijskog i faznog praćenja izlaznog napona.

Jednom kad se to pokrene, svi sljedeći pretvarači se UKLJUČUJU radi dodavanja snage na mrežni vod.

Kao što se može vidjeti, izlaz opampa povezan je s vremenskim kondenzatorom svih pomoćnih pretvarača preko opto spojnice koji prisiljava pomoćne pretvarače da prate frekvenciju i fazni kut glavnog pretvarača.

Međutim, ovdje je zanimljiva činjenica zaključavanja opampa s trenutnim informacijama o fazi i frekvenciji.

To se događa jer se svi pretvarači sada isporučuju i rade na određenoj frekvenciji i fazi od glavnog pretvarača, što podrazumijeva da će u slučaju da bilo koji od pretvarača otkaže, uključujući glavni pretvarač, opamp moći brzo pratiti i ubrizgati trenutnu frekvenciju / informacije o fazi i prisiliti postojeće pretvarače da rade s ovim specifikacijama, a pretvarač zauzvrat može održavati povratne informacije do stupnja opampa kako bi prijelazi bili besprijekorni i samooptimizirajući.

Stoga se nadamo da se pozornica opampa brine za prvi izazov održavanja svih predloženih pretvarača koji se mogu slagati u savršenu sinkronizaciju putem LIVE praćenja dostupnih mrežnih specifikacija.

U sljedećem dijelu članka naučit ćemo sinkronizirani PWM sinusni stupanj , što je sljedeća ključna značajka gore spomenutog dizajna.

U gornjem dijelu ovog članka naučili smo glavni odjeljak sinkroniziranog sklopivog pretvarača 4kva koji je objasnio detalje sinkronizacije dizajna. U ovom članku proučavamo kako dizajn učiniti ekvivalentom sinusnog vala, a također osiguravamo ispravnu sinkronizaciju PWM-a na uključenim pretvaračima.

Sinkronizacija sinusnog PWM-a preko pretvarača

Jednostavni generator efekta sinusnog vala s ekvivalentnim PWM-om s PWM-om može se izraditi pomoću IC 555 i IC 4060, kao što je prikazano na sljedećoj slici.

Ovaj se dizajn tada može koristiti za omogućavanje pretvarača da stvaraju sinusno valni ekvivalentni valni oblik na svojim izlazima i preko priključene mrežne linije.

Svaki od ovih PWM procesora bio bi potreban za svaki od modula pretvarača koji se mogu slagati pojedinačno.

AŽURIRAJ: Čini se da se jedan PWM procesor može koristiti zajednički za sjeckanje svih baza tranzistora, pod uvjetom da se svaka baza MJ3001 poveže sa određenim kolektorom BC547 putem pojedinačne 1N4148 diode. To u velikoj mjeri pojednostavljuje dizajn.

Različite faze uključene u gornji PWM geneartorski krug mogu se razumjeti uz pomoć sljedeće točke:

Korištenje IC 555 kao PWM generatora

IC 555 je konfiguriran kao osnovni sklop PWM generatora. Da bi mogao generirati podesivi impulsi ekvivalentni PWM-u na željenom RMS-u, IC zahtijeva brze valove trokuta na svojem pin7 i referentni potencijal na svojem pin5 koji određuje razinu PWM-a na svom izlaznom pin-u # 3

Korištenje IC 4060 kao generatora valova trokuta

Za generiranje valova trokuta, IC 555 zahtijeva kvadratne valove na svojem pinu # 2, koji se dobivaju iz IC 4060 oscilatornog čipa.

IC 4060 određuje frekvenciju PWM-a, ili jednostavno broj 'stupova' u svakom od poluciklusa izmjeničnog napona.

IC 4060 uglavnom se koristi za umnožavanje uzorka niskofrekventnog sadržaja iz izlaza pretvarača u relativno visoku frekvenciju iz njegovog pina # 7. Učestalost uzorkovanja u osnovi osigurava da je PWM sječenje jednako i sinkronizirano za sve ulažne module. To je glavni razlog zašto je IC 4060 uključen, inače bi drugi IC 555 mogao lako obaviti posao.

Referentni potencijal na pinu br. 5 IC 555 dobiva se od sljedbenika napona opampa prikazanog krajnje lijevo od kruga.

Kao što mu samo ime govori, ovaj opamp isporučuje potpuno jednaku veličinu napona na svojem pinu # 6 koji se pojavljuje na njegovom pinu # 3 .... međutim replikacija pina # 6 njegovog pin-a # 3 lijepo je baferirana, pa je stoga bogatija od svog pin3 kvaliteta, i to je točan razlog uključivanja ove faze u dizajn.

10 k unaprijed postavljenih postavki na pin3 ovog IC-a koristi se za podešavanje efektivne razine koja u konačnici fino podešava izlazne PWM-ove IC 555 na željenu efektivnu razinu.

Ovaj se efektivni efektivni efekt zatim primjenjuje na baze energetskih uređaja kako bi se prisilio na rad na navedenim PWM efektivnim razinama, što zauzvrat dovodi do toga da izlazni AC dobije čisti atribut poput sinusnog vala kroz ispravnu efektivnu razinu. To se može dodatno poboljšati primjenom LC filtra preko izlaznog namota svih transformatora.

Sljedeći i posljednji dio ovog sinkroniziranog kruga pretvarača s mogućnošću slaganja od 4 kva detaljno opisuje značajku automatske korekcije opterećenja koja omogućuje pretvaračima da isporuče i održe točnu količinu snage preko izlazne mrežne mreže u skladu s promjenom promjena opterećenja.

Do sada smo pokrili dva glavna zahtjeva za predloženi sinkronizirani sklopni pretvarač s 4 kva, koji uključuje sinkronizaciju frekvencije, faze i PWM-a preko pretvarača, tako da otkazivanje bilo kojeg pretvarača nije imalo utjecaja na ostatak u smislu gore navedenih parametara .

Faza automatske korekcije opterećenja

U ovom ćemo članku pokušati shvatiti značajku automatske korekcije opterećenja koja može omogućiti uzastopno uključivanje ili isključivanje pretvarača kao odgovor na različite uvjete opterećenja na izlaznoj mrežnoj liniji.

Jednostavna četverokomponenta koja koristi LM324 IC može se koristiti za provođenje automatske sekvencijalne korekcije opterećenja kako je prikazano na sljedećem dijagramu:

Na gornjoj slici možemo vidjeti četiri opampa s IC LM324 konfigurirana kao četiri zasebna komparatora sa svojim neinvertirajućim ulazima namještenim s pojedinačnim unaprijed postavljenim postavkama, dok su svi njihovi invertirani ulazi referencirani s fiksnim zener naponom.

Relevantne unaprijed postavljene postavke jednostavno se podešavaju tako da opamperi proizvode visoke izlaze u nizu a čim mrežni napon prijeđe predviđeni prag ..... i obrnuto.

Kada se to dogodi, relevantni tranzistori prebacuju se u skladu s aktiviranjem opampa.

Kolektori odgovarajućih BJT-ova povezani su s pinom br. 3 napona sljednika opamp IC 741 koji je upotrijebljen u stupnju PWM regulatora, što prisiljava izlaz opampa da padne na nulu ili na nulu, što zauzvrat dovodi do pojave nultog napona na pinu br. 5 PWM IC 555 (kako je raspravljeno u 2. dijelu).

S primjenom pina 5 IC 555 s ovom nultom logikom, prisiljavaju se PWM-ovi da se postanu najuži ili na minimalnoj vrijednosti, što dovodi do toga da se izlaz tog pretvarača gotovo isključi.

Gore navedenim radnjama pokušava se stabilizirati izlaz u ranije normalno stanje što opet prisiljava PWM da se širi, a ovo povlačenje konopa ili stalno prebacivanje opampa kontinuirano održavaju izlaz što stabilnijim, kao odgovor na varijacije priključenih tereta.

Ovom automatskom korekcijom opterećenja implementiranom u predloženom sklopnom pretvaraču s pretvaračem 4kva dizajn gotovo čini kompletnim sve značajke koje je korisnik zatražio u 1. dijelu članka.