Invertor sincronizat de 4kva stivuibil

Această primă parte a 4kva propuse a fost sincronizată circuit invertor stivuibil discută despre modul de implementare a sincronizării automate cruciale între cele 4 invertoare în ceea ce privește frecvența, faza și tensiunea pentru a menține invertoarele în funcțiune independente unele de altele, obținând totuși o ieșire care este la egalitate.

Ideea a fost cerută de domnul David. Următoarea conversație prin e-mail între el și mine detaliază principalele specificații ale circuitului invertor stivuibil sincronizat de 4kva propus.

Trimiteți un e-mail nr

Salut Swagatam,

În primul rând, am vrut să vă mulțumesc pentru contribuția dvs. la întreaga lume, informațiile și, cel mai important, disponibilitatea dvs. de a vă împărtăși cunoștințele pentru a ajuta alți oameni, în opinia mea, sunt de neprețuit din mai multe motive.

Aș dori să îmbunătățesc unele dintre circuitele pe care le-ați împărțit pentru a se potrivi propriilor scopuri, din păcate, deși înțeleg ce se întâmplă în circuite, nu am creativitatea și cunoștințele necesare pentru a face modificările.

În general, pot urmări circuite dacă sunt mici și pot vedea unde se alătură / se conectează în scheme mai mari.

Dacă îmi permiteți, aș vrea să încerc să explic ce aș dori să realizez, deși nu sunt iluzionat că sunteți o persoană foarte ocupată și nu ați dori să vă ocup de timpul prețios inutil.

Scopul final ar fi acela de a dori să construiesc (să asamblu componentele) unei microrețele cu surse regenerabile multi-sursă, folosind generatoare solare fotovoltaice, mori de vânt și bio diesel.

Primul pas este îmbunătățirea invertorului solar PV.

Aș dori să folosesc circuitul invertor cu undă sinusoidală pură de 48 de volți capabil să mențină o ieșire constantă de 2kW 230V, trebuie să fie capabil să furnizeze cel puțin 3 ori această ieșire pentru o durată foarte scurtă.

Modificarea cheie pe care vreau să o realizez pentru a crea un număr de aceste unități de invertoare care să funcționeze în paralel și conectate la o bară de magistrală de curent alternativ.

Aș dori ca fiecare invertor să probeze independent și constant bara de magistrală AC pentru frecvență, tensiune și curent (sarcină).

Voi numi aceste invertoare unități sclave.

Ideea de a fi modulele inversate va fi „plug and play”.

Invertorul conectat odată la bara de magistrală alternativă ar proba / măsura constant frecvența barei de magistrală alternativă și ar folosi aceste informații pentru a conduce intrarea unui IC 4047 astfel încât ieșirea sa de ceas să poată fi avansată sau întârziată până când clonează exact frecvența de pe bara de magistrală de curent alternativ odată ce cele două forme de undă sunt sincronizate, invertorul va închide un contactor sau un releu care conectează etapa de ieșire inversată la bara de magistrală de curent alternativ.

În cazul în care frecvența de pe bară sau tensiunea se deplasează în afara unei toleranțe prestabilite, modulul invertorului ar trebui să deschidă releul sau contactorul de pe etapa de ieșire deconectând în mod eficient etapa de ieșire a invertorului de la bara de curent alternativ pentru a-și proteja sinele.

În plus, odată conectate la bara de magistrală de curent alternativ, unitățile slave vor intra în repaus sau cel puțin etapa de ieșire a invertorului ar dormi în timp ce sarcina de pe bară este mai mică decât suma tuturor invertoarelor slave. Imaginați-vă dacă doriți, există 3 invertoare slave atașate la bara de magistrală de curent alternativ, totuși sarcina de pe bară este de numai 1,8 kW, apoi ceilalți doi sclavi ar merge la culcare.

Reciprocitatea ar fi, de asemenea, adevărată că, dacă sarcina de pe bară ar sari pentru a spune 3kW, unul dintre invertoarele de dormit s-ar trezi instantaneu (fiind deja sincronizat) pentru a furniza energia necesară suplimentar.

Îmi imaginez că niște condensatori mari pe fiecare etapă de ieșire ar furniza energia necesară în timp ce invertorul are momentul foarte scurt în timp ce se trezește.

Ar fi de preferat (doar după părerea mea) să nu conectați direct fiecare invertor unul la altul, ci mai degrabă să fie independenți în mod independent.

Vreau să încerc să evit microcontrolerele sau erorile sau erorile unităților care se verifică reciproc sau unitățile care au „adresă” pe sistem.

În ochii minții, îmi imaginez că primul dispozitiv conectat de pe bara de magistrală de curent alternativ ar fi un invertor de referință foarte stabil, care este conectat constant.

Acest invertor de referință ar furniza frecvența și tensiunea pe care le-ar folosi celelalte unități slave pentru a-și genera propriile ieșiri respective.

Din păcate, nu-mi pot înțelege modul în care ai putea preveni o buclă de feedback în care unitățile sclave ar ajunge, eventual, să devină unitatea de referință.

Dincolo de scopul acestui e-mail, am niște generatoare mici, aș dori să mă conectez la bara de magistrală AC sincronizându-se cu invertorul de referință pentru a furniza energie în cazul în care sarcina depășește capacitatea maximă de ieșire DC.

Premisa generală este că sarcina prezentată la bara de magistrală de curent alternativ va determina câte invertoare și, în cele din urmă, câte generatoare s-ar conecta sau se vor deconecta în mod autonom pentru a satisface cererea, deoarece, sperăm, s-ar economisi energie sau cel puțin nu ar risipi energie.

Sistemul fiind complet construit din mai multe module ar fi apoi extensibil / contractibil, precum și robust / rezistent, astfel încât, dacă cineva sau poate două unități ar eșua, sistemul ar continua să funcționeze, fie el la capacitate redusă.

Am atașat o schemă bloc și am exclus pentru moment încărcarea bateriei.

Am de gând să încărc bateria de la magistrala de curent alternativ și să rectific până la 48V DC în acest fel pot încărca de la generatoare sau de la sursele de energie regenerabile, recunosc că acest lucru nu este poate la fel de eficient ca utilizarea DC mppt, dar cred că ceea ce am pierd în eficiență câștig în flexibilitate. Locuiesc departe de oraș sau de rețeaua de utilități.

Pentru referință, ar exista o sarcină minimă constantă pe bara de curent alternativ de 2 kW, deși sarcina maximă ar putea crește cu până la 30 kW.

Planul meu este ca primele 10 - 15kW să fie furnizate de panourile solare fotovoltaice și două mori de vânt de 3kW (vârf), morile de vânt sunt sălbatice CA rectificate la curent continuu și o baterie de 1000Ah 48 volți. (Ceea ce aș dori să evit scurgerea / descărcarea peste 30% din capacitatea sa pentru a asigura durata de viață a bateriei) cererea de energie rară și foarte intermitentă ar fi satisfăcută de generatorii mei.

Această sarcină rară și intermitentă provine din atelierul meu.

M-am gândit că poate fi prudent să construiesc un banc de condensatori care să manipuleze sau să preia slăbiciunea sistemului de curenți de pornire a sarcinii inductive, cum ar fi motorul de pe compresorul meu de aer și ferăstrăul de masă.

Dar nu sunt sigur în acest moment dacă nu există o modalitate mai bună / mai ieftină.

Gândurile și comentariile dvs. ar fi foarte apreciate și apreciate Sper că veți avea timp să vă întoarceți la mine.

Vă mulțumim pentru timp și atenție din timp.

Salutări David Trimis de pe dispozitivul meu wireless BlackBerry®

Răspunsul meu

Buna David,

Am citit cerința dvs. și sper că am înțeles-o corect.

Dintre cele 4 invertoare, doar unul ar avea propriul generator de frecvență, în timp ce altele ar funcționa extragând frecvența din această ieșire principală a invertorului și, prin urmare, toate ar fi sincronizate între ele și cu specificațiile acestui invertor principal.

Voi încerca să-l proiectez și sper să funcționeze așa cum era de așteptat și conform specificațiilor dvs. menționate, cu toate acestea, implementarea va trebui făcută de un expert care ar trebui să fie capabil să înțeleagă conceptul și să îl modifice / să îl ajusteze la perfecțiune oriunde ar fi necesar .... în caz contrar, reușirea cu acest design rezonabil de complex ar putea deveni extrem de dificilă.

Nu pot să prezint decât conceptul de bază și schema .... odihna va trebui făcută de inginerii din partea ta.

S-ar putea să-mi ia ceva timp să finalizez acest lucru, deoarece am deja multe cereri în așteptare în Coadă ... Vă voi informa ca fiul pe măsură ce este postat

Salutări Swag

Trimiteți un e-mail nr. 2

Salut Swagatam,

Vă mulțumesc foarte mult pentru răspunsul foarte prompt.

Nu asta am avut în minte, dar reprezintă cu siguranță o alternativă.

M-am gândit că fiecare unitate va avea două subcircuite de măsurare a frecvenței, unul care privește frecvența de pe bara de magistrală de curent alternativ și această unitate este utilizată pentru a crea impulsul de ceas pentru generatorul de unde sinusoidale al invertorului.

Celălalt subcircuit de măsurare a frecvenței ar privi ieșirea de la generatorul de unde sinusoidale al invertorului.

Ar exista un circuit de comparație, probabil, folosind o matrice opamp care s-ar alimenta înapoi în impulsul de ceas al generatorului de undă sinusoidală al invertorului pentru a avansa semnalul de ceas sau a întârzia semnalul de ceas până când ieșirea de la generatorul de unde sinusoidale se potrivește exact cu unda sinusoidală de pe bara AC .

Odată ce frecvența etapei de ieșire a invertorului se potrivește cu frecvența barei de magistrală de curent alternativ, va exista un SSR care se va închide conectând etapa de ieșire a invertorului la bara de curent alternativ, de preferință la punctul de trecere zero.

În acest fel, orice modul invertor ar putea eșua și sistemul ar continua să funcționeze. scopul invertorului principal a fost acela ca toate modulele invertorului să nu adoarmă niciodată și să ofere frecvența inițială a barei AC. totuși, dacă nu a reușit, celelalte unități nu vor fi afectate atât timp cât una ar fi „online”

Unitățile slave ar trebui să se oprească sau să pornească pe măsură ce sarcina se schimbă.

Observația ta a fost corectă Nu sunt un om „electronic”, sunt inginer mecanic și electric. Lucrez cu articole mari pentru plante, precum răcitoare și generatoare și compresoare.

Pe măsură ce acest proiect progresează și începe să devină mai tangibil, v-ați dori să acceptați un cadou cu bani? Nu am prea multe, dar aș putea oferi niște bani prin paypal pentru a vă ajuta să suportați costurile de găzduire a site-ului dvs. web.

Iti multumesc din nou.

Aștept cu nerăbdare să ne auzim.

namaste

David

Răspunsul meu

Mulțumesc David,

Practic, doriți ca invertoarele să fie sincronizate între ele în ceea ce privește frecvența și faza și, de asemenea, fiecare are capacitatea de a deveni invertorul principal și de a prelua încărcarea, în cazul în care precedentul eșuează din anumite motive. Dreapta?

Voi încerca să remediez acest lucru cu orice cunoștințe am și cu ceva bun simț și nu folosind circuite integrate sau configurații complexe.

Cele mai calde salutări Swag

Trimiteți un e-mail nr. 3

Salut Swag,

Asta este într-o coajă de nucă, luând în considerare o cerință suplimentară.

Pe măsură ce sarcina scade, invertoarele intră într-un mod eco sau standby și pe măsură ce sarcina crește sau crește, se trezesc pentru a satisface cererea.

Îmi place abordarea cu care mergi ...

Vă mulțumesc foarte mult că aprecierea dvs. față de mine este foarte apreciată.

Namaste

Salutari

David

Design-ul

Așa cum a solicitat domnul David, circuitele invertoare de putere stivuibile de 4kva propuse trebuie să fie sub formă de 4 circuite inverter separate, care pot fi stivuite corespunzător sincronizate între ele pentru a furniza cantitatea corectă de putere de autoreglare la conexiunea conectată sarcini, în funcție de modul în care aceste sarcini sunt pornite și oprite.

ACTUALIZAȚI:

După câteva gândiri, mi-am dat seama că designul nu trebuie să fie prea complicat, ci poate fi implementat folosind un concept simplu, așa cum se arată mai jos.

Doar IC 4017 împreună cu diodele, tranzistoarele și transformatorul asociate vor trebui repetate pentru numărul necesar de invertoare.

Oscilatorul va fi o singură bucată și poate fi partajat cu toate invertoarele prin integrarea pinului 3 cu pinul 14 al IC 4017.

Circuitul de feedback trebuie reglat cu precizie pentru invertoarele individuale, astfel încât intervalul de tăiere să fie exact adaptat pentru toate invertoarele.

Următoarele modele și explicațiile pot fi ignorate, deoarece o versiune mult mai ușoară este deja actualizată mai sus

Sincronizarea invertoarelor

Principala provocare aici este de a permite fiecăruia dintre invertoarele slave să fie sincronizat cu invertorul principal atâta timp cât invertorul principal funcționează și, într-un caz (deși puțin probabil), invertorul principal eșuează sau nu mai funcționează, invertorul ulterior preia se încarcă și devine însuși invertorul principal.
Și în cazul în care al doilea inverter eșuează, al treilea invertor preia comanda și joacă rolul invertorului principal.

De fapt, sincronizarea invertoarelor nu este dificilă. Știm că poate fi realizat cu ușurință utilizând circuite integrate precum SG3525, TL494 etc. Cu toate acestea, partea dificilă a proiectării este de a se asigura că, în cazul în care invertorul principal eșuează, unul dintre celelalte invertoare poate deveni rapid master.

Și acest lucru trebuie executat fără a pierde controlul asupra frecvenței, fazei și PWM chiar și pentru o fracțiune de secundă și cu o tranziție lină.

Știu că pot exista idei mult mai bune, cel mai fundamental design pentru îndeplinirea criteriilor menționate este prezentat în următoarea diagramă:

În figura de mai sus putem vedea câteva etape identice, în care invertorul superior # 1 formează invertorul principal, în timp ce invertorul inferior # 2 este sclavul.

Mai multe etape sub formă de invertor # 3 și invertor # 4 se presupune că vor fi adăugate la set în același mod identic prin integrarea acestor invertoare cu etapele lor individuale de optocuplare, dar etapa opamp nu trebuie repetată.

Proiectarea constă în principal dintr-un oscilator bazat pe IC 555 și un circuit de basculă IC 4013. IC 555 este amenajat pentru a genera frecvențe de ceas la o rată de 100Hz sau 120Hz, care este alimentată la intrarea de ceas a IC 4013, care apoi o convertește în 50Hz sau 60Hz necesară prin răsucirea alternativă a ieșirilor sale cu logică înaltă pe pinul 1 și pinul # 2.

Aceste ieșiri alternative sunt apoi utilizate pentru activarea dispozitivelor de alimentare și a transformatorului pentru generarea de 220V sau 120V AC.

Acum, așa cum am discutat mai devreme, problema crucială aici este sincronizarea celor două invertoare, astfel încât acestea să poată rula exact sincronizate, în ceea ce privește frecvența, faza și PWM.

Inițial, toate modulele implicate (circuite invertoare stivuibile) sunt reglate separat cu componente exact identice, astfel încât comportamentul lor să fie perfect egal unul cu celălalt.

Cu toate acestea, chiar și cu atributele potrivite cu exactitate, nu se poate aștepta ca invertoarele să ruleze perfect sincronizate decât dacă acestea sunt legate într-o manieră unică.

De fapt, acest lucru se realizează prin integrarea invertoarelor „slave” printr-o etapă opamp / optocuplator, așa cum este indicat în proiectul de mai sus.

Inițial, invertorul principal # 1 este pornit, ceea ce permite ca etapa opamp 741 să fie alimentată și să inițializeze frecvența și urmărirea fazelor tensiunii de ieșire.

Odată ce acest lucru este inițiat, invertoarele ulterioare sunt pornite pentru a adăuga energie la linia de rețea.

După cum se poate observa, ieșirea opamp este conectată la condensatorul de sincronizare al tuturor invertoarelor slave printr-un cuplaj opto care forțează invertoarele slave să urmeze frecvența și unghiul de fază al invertorului master.

Totuși, aspectul interesant aici este factorul de blocare al opampului cu informațiile de fază și frecvență instantanee.

Acest lucru se întâmplă deoarece toate invertoarele livrează și rulează la frecvența și faza specificate de la invertorul principal, ceea ce implică dacă în cazul în care unul dintre invertoare eșuează, inclusiv invertorul principal, opampul este capabil să urmărească și să injecteze rapid frecvența instantanee / informații de fază și forțați invertoarele existente să ruleze cu aceste specificații, iar invertorul, la rândul său, este capabil să susțină feedback-ul către etapa opamp pentru a face tranzițiile fără probleme și auto-optimizate.

Prin urmare, sperăm că etapa opamp se ocupă de prima provocare de a păstra perfect sincronizate toate invertoarele stivuibile propuse printr-o urmărire LIVE a specificațiilor de rețea disponibile.

În următoarea parte a articolului vom învăța etapa sincronizată PWM sincronizată , care este următoarea caracteristică crucială a designului discutat mai sus.

În partea de mai sus a acestui articol am aflat secțiunea principală a circuitului invertorului stivuibil sincronizat de 4kva, care explica detaliile de sincronizare ale proiectului. În acest articol vom studia cum să facem proiectarea echivalentă cu undă sinusoidală și să asigurăm, de asemenea, sincronizarea corectă a PWM-urilor peste invertoarele implicate.

Sincronizarea Sine Wave PWM între invertoare

Un generator de formă de undă echivalentă PWM echivalent PWM echivalent RMS poate fi realizat utilizând un IC 555 și IC 4060, așa cum se arată în figura următoare.

Acest design poate fi apoi utilizat pentru a permite invertoarelor să producă o formă de undă echivalentă cu undă sinusoidală la ieșirile lor și pe linia de rețea conectată.

Fiecare dintre aceste procesoare PWM ar fi necesar pentru fiecare dintre modulele invertor stivuibile individual.

ACTUALIZAȚI: Se pare că un singur procesor PWM poate fi utilizat în comun pentru tăierea tuturor bazelor tranzistorului, cu condiția ca fiecare bază MJ3001 să se conecteze cu colectorul specific BC547 printr-o diodă individuală 1N4148. Acest lucru simplifică într-o mare măsură designul.

Diferitele etape implicate în circuitul geneartor PWM de mai sus pot fi înțelese cu ajutorul următorului punct:

Utilizarea IC 555 ca generator PWM

IC 555 este configurat ca circuit de bază PWM generator. Pentru a putea genera impulsuri echivalente PWM reglabile la RMS dorit, IC necesită unde triunghiulare rapide la pinul său 7 și un potențial de referință la pinul său 5 care determină nivelul PWM la pinul de ieșire # 3

Utilizarea IC 4060 ca generator de valuri triunghiulare

Pentru generarea undelor triunghiulare, IC 555 necesită unde pătrate la pinul său 2, care este achiziționat de la cipul oscilator IC 4060.

IC 4060 determină frecvența PWM sau, pur și simplu, numărul de „stâlpi” în fiecare din semiciclurile de curent alternativ.

IC 4060 este utilizat în principal pentru multiplicarea eșantionului de conținut de frecvență joasă de la ieșirea invertorului într-o frecvență relativ ridicată de la pinul său # 7. Frecvența eșantionului asigură practic că tăierea PWM este egală și sincronizată pentru toate modulele de invetrat. Acesta este principalul motiv pentru care IC 4060 este inclus, altfel un alt IC 555 ar fi putut face treaba cu ușurință.

Potențialul de referință la pinul 5 al IC 555 este dobândit de la un adept de tensiune opamp prezentat în extremitatea stângă a circuitului.

După cum sugerează și numele, acest opamp oferă exact aceeași magnitudine de tensiune la pinul său # 6 care apare la pinul său 3 ... totuși replicarea pinului 6 al pinului său 3 este bine tamponată și, prin urmare, este mai bogată decât calitate pin3, și acesta este motivul exact pentru includerea acestei etape în proiectare.

Presetarea de 10 k asociată pinului 3 al acestui IC este utilizată pentru ajustarea nivelului RMS, care în cele din urmă reglează fin PWM-urile de ieșire IC 555 la nivelul RMS dorit.

Acest RMS este apoi aplicat la bazele dispozitivelor de alimentare pentru a le forța să funcționeze la nivelurile specificate de PWM RMS, ceea ce, la rândul său, determină ca ieșirea AC să dobândească un atribut de tip sinewave pur printr-un nivel RMS corect. Acest lucru poate fi îmbunătățit în continuare prin utilizarea unui filtru LC pe înfășurarea de ieșire a tuturor transformatoarelor.

Următoarea și ultima parte a acestui circuit invertor sincronizat stivuibil de 4 kva detaliază caracteristica de corectare automată a sarcinii pentru a permite invertoarelor să livreze și să mențină cantitatea corectă de putere pe linia de rețea de alimentare de ieșire, în conformitate cu comutarea diferită a sarcinilor.

Până în prezent, am acoperit cele două cerințe principale pentru circuitul invertor stivuibil sincronizat de 4kva propus, care include sincronizarea frecvenței, fazelor și PWM pe invertoare, astfel încât defectarea oricăruia dintre invertoare nu a avut niciun efect asupra restului în ceea ce privește parametrii de mai sus. .

Etapa de corectare automată a încărcăturii

În acest articol vom încerca să descoperim caracteristica de corectare automată a sarcinii care poate permite pornirea sau oprirea inversoarelor secvențial ca răspuns la condițiile variate de încărcare de pe linia de rețea de ieșire.

Un simplu comparator quad care utilizează IC LM324 poate fi utilizat pentru implementarea unei corecții automate a sarcinii secvențiale, așa cum este indicat în următoarea diagramă:

În figura de mai sus, putem vedea patru opamp-uri de la IC LM324 configurate ca patru comparatoare separate cu intrările lor non-inversoare echipate cu presetări individuale, în timp ce intrările lor inversoare sunt toate referențiate cu o tensiune zener fixă.

Presetările relevante sunt ajustate pur și simplu astfel încât opampurile să producă ieșiri mari într-o secvență imediat ce tensiunea de rețea depășește pragul dorit ..... și invers.

Când se întâmplă acest lucru, tranzistoarele relevante comută în conformitate cu activarea opamp.

Colectoarele BJT-urilor respective sunt conectate cu pinul # 3 al urmăritorului de tensiune opamp IC 741 care este utilizat în etapa controlerului PWM, iar acest lucru forțează ieșirea opamp să scadă sau să scadă, ceea ce la rândul său face să apară o tensiune zero. la pinul 5 al PWM IC 555 (așa cum este discutat în partea 2).

Cu pinul 5 al IC 555 se aplică cu această logică zero, forțează PWM-urile să devină cele mai înguste sau la valoarea minimă, ceea ce face ca ieșirea acelui invertor să se închidă aproape.

Acțiunile de mai sus fac o încercare de a stabiliza ieșirea într-o stare normală anterioară, ceea ce forțează din nou PWM să se lărgească și acest tragere de război sau o comutare constantă a opamps-urilor continuă să mențină constant ieșirea cât mai stabilă, ca răspuns la variațiile sarcinilor atașate.

Cu această corecție automată a sarcinii implementată în cadrul circuitului invertor stivuibil de 4kva propus, aproape că proiectul este complet cu toate caracteristicile solicitate de utilizator în partea 1 a articolului.