Синхронизиран инвертор с подреждане 4kva

Тази първа част от предложената 4kva се синхронизира подредена верига на инвертора обсъжда как да приложим решаващата автоматична синхронизация между 4-те инвертора по отношение на честотата, фазата и напрежението, за да поддържаме инверторите да работят независимо един от друг, като същевременно постигат изход, който е наравно с всеки друг.

Идеята е поискана от г-н Дейвид. Следващият разговор по имейл между него и мен подробно описва основните характеристики на предложената синхронизирана 4kva Stackable Inverter Circuit.

Имейл # 1

Здравей Сувагатам,

Първо исках да ви благодаря за приноса ви към света като цяло, информацията и най-важното за желанието ви да споделите знанията си, за да помогнете на други хора, по мое мнение е безценна по много причини.

Бих искал да подобря някои от схемите, които сте споделили, за да отговарят на моите собствени цели, за съжаление, докато разбирам какво се случва във веригите, липсва ми креативност и знания, за да направя поправките сам.

По принцип мога да следвам схеми, ако те са малки и мога да видя къде се присъединяват / свързват в по-големи схеми.

Ако мога, бих искал да се опитам да обясня какво бих искал да постигна, макар че не съм в илюзия, че сте много зает човек и не бих искал да отнема безценно вашето време.

Крайната цел ще бъде, че бих искал да изградя (сглобя компонентите) на микрорешетка с възобновяема енергия с много източници, използвайки слънчеви PV, вятърни мелници и био дизелови генератори.

Първата стъпка е подобренията на PV слънчевия инвертор.

Бих искал да използвам вашата инверторна верига с чиста синусоидална вълна от 48 волта, способна да поддържа постоянна мощност от 2kW 230V, тя трябва да може да доставя поне 3 пъти тази мощност за много кратка продължителност.

Ключовата модификация, която искам да го постигна, за да създаде редица от тези инверторни модули, които да работят паралелно и свързани към шина за променлив ток.

Бих искал всеки инвертор самостоятелно и непрекъснато да взема проби на шината за променлив ток за честота, напрежение и ток (товар).

Ще нарека тези инвертори подчинени единици.

Идеята да бъдат инвертираните модули ще бъде „включи и пусни“.

Веднъж свързан към шината за променлив ток инверторът непрекъснато взема проби / измерва честотата на шината за променлив ток и използва тази информация, за да задвижва входа на 4047 IC, така че неговата тактова мощност може да бъде усъвършенствана или забавена, докато не клонира точно честотата на шината на AC шината, след като двете форми на вълната са синхронизирани, инверторът ще затвори контактор или реле, което свързва инвертния изходен етап към шината на AC шината.

В случай, че честотата на бара или напрежението се движи извън предварително определен толеранс, инверторният модул трябва да отвори релето или контактора на изходния етап, като ефективно разкачи изходния каскад на инвертора от AC бара, за да защити себе си.

Освен това, след като са свързани към шината за променлив ток, подчинените модули ще преминат в режим на заспиване или поне изходният етап на инвертора ще заспи, докато натоварването на шината е по-малко от сумата на всички подчинени инвертори. Представете си, ако искате, има 3 подчинени инвертора, прикрепени към шината на шината за променлив ток, но натоварването на шината е само 1,8kW, а останалите два подчинени ще отидат да спят.

Взаимното също би било вярно, че ако натоварването на лентата скочи до 3kW, един от спящите инверти незабавно ще се събуди (вече е в синхрон), за да достави допълнително необходимата енергия.

Предполагам, че някои големи кондензатори на всеки от изходните стъпала ще доставят необходимата енергия, докато инверторът има много краткия момент, докато се събуди.

Би било за предпочитане (само по мое мнение) да не се свързва директно всеки инвертор един към друг, а по-скоро те да бъдат независимо автономни.

Искам да се опитам да избегна микроконтролерите или грешките или грешките на устройствата да се проверяват взаимно или блоковете да имат „адрес“ в системата.

В съзнанието си си представям, че първото свързано устройство на шината за променлив ток би било много стабилен референтен инвертор, който е постоянно свързан.

Този референтен инвертор би осигурил честотата и напрежението, които другите подчинени единици биха използвали, за да генерират свои собствени съответни изходи.

За съжаление не мога да разбера как бихте могли да предотвратите обратна връзка, където подчинените единици потенциално да се превърнат в референтна единица.

Отвъд обхвата на този имейл имам няколко малки генератора, които бих искал да свържа към шината за променлив ток, синхронизирайки се с референтния инвертор, за да доставя енергия в случай, че натоварването надвишава максималния изходен капацитет на DC.

Общата предпоставка е, че натоварването, представено на шината за променлив ток, ще определи колко инвертори и в крайна сметка колко генератори ще се свържат самостоятелно или ще се разкачат, за да отговорят на търсенето, тъй като това би се надявало да спести енергия или поне да не губи енергия.

Тогава системата, изградена изцяло от множество модули, би могла да бъде разширяема / подлежаща на съкращаване, както и здрава / издръжлива, така че ако някой или може би два блока се провалят, системата ще продължи да функционира, независимо дали е с намален капацитет.

Приложих блок схема и засега изключих зареждането на батерията.

Планирам да зареждам батерията от AC шината и да коригирам до 48V DC по този начин мога да зареждам от генераторите или възобновяемите енергийни източници. Разбирам, че това може би не е толкова ефективно, колкото използването на DC mppt, но мисля какво губя в ефективност печеля в гъвкавост. Живея далеч от града или от електрическата мрежа.

За справка ще има минимално постоянно натоварване на шината за променлив ток от 2kW, въпреки че пиковото натоварване може да се повиши с до 30kW.

Планът ми е 1-вото до 15kW да бъде осигурено от слънчевите фотоволтаични панели и две 3kW (пикови) вятърни мелници, вятърните мелници са диви променлив ток, коригирани в постоянен ток и 1000Ah 48 волта батерия. (Което бих искал да избегна източване / разреждане над 30% от капацитета му, за да осигури живот на батерията) останалите редки и много периодични енергийни нужди ще бъдат задоволени от моите генератори.

Това рядко и периодично натоварване идва от моята работилница.

Мислех си, че може да е разумно да се изгради кондензаторна банка, която да се справя или да вземе отпускане на системата при всякакви индуктивни натоварващи токове, като например двигателя на моя въздушен компресор и настолен трион.

Но в момента не съм сигурен дали няма по-добър / по-евтин начин.

Вашите мисли и коментари ще бъдат високо оценени и оценени. Надявам се, че имате време да се свържете с мен.

Благодаря ви за отделеното време и внимание.

С уважение Дейвид изпратен от моето безжично устройство BlackBerry®

Моят отговор

Здравей Дейвид,

Прочетох вашето изискване и се надявам да го разбрах правилно.

От 4 инвертора, само един ще има свой собствен генератор на честоти, докато други ще работят чрез извличане на честотата от този основен изход на инвертора и по този начин всички ще бъдат в синхрон помежду си и със спецификациите на този главен инвертор.

Ще се опитам да го проектирам и се надявам да работи както се очаква и според споменатите ви спецификации, но внедряването ще трябва да се извърши от експерт, който трябва да е способен да разбере концепцията и да я модифицира / настрои до съвършенство, където и да е тя изисква се .... в противен случай успехът с този сравнително сложен дизайн може да стане изключително труден.

Мога да представя само основната концепция и схемата .... почивката ще трябва да бъде направена от инженерите от ваша страна.

Може да ми отнеме известно време, за да завърша, тъй като вече имам много чакащи заявки в опашката ... Ще ви информирам като син, както е публикувано

Swag с най-добри пожелания

Имейл №2

Здравей Сувагатам,

Благодаря ви много за вашия бърз отговор.

Това не е точно това, което имах предвид, но със сигурност представлява алтернатива.

Мислех, че всяка единица ще има две подсхеми за измерване на честотата, една, която гледа честотата на шината на променливотоковата шина и тази единица се използва за създаване на тактовия импулс за инверторния генератор на синусоида.

Другата подсхема за измерване на честота ще разглежда изхода от генератора на синусоида на инвертора.

Ще има схема за сравнение, може би с помощта на масив opamp, който да се захранва обратно в тактовия импулс на генератора на синусоида на инвертора, за да напредне тактовия сигнал или да забави тактовия сигнал, докато изходът от синусоидалния генератор съвпада точно със синусоида на AC бара .

След като честотата на изходния етап на инвертора съвпадне с честотата на шината за променлив ток, ще има SSR, който ще затвори свързването на изходния етап на инвертора към променливотоковата лента, за предпочитане при нулева точка на пресичане.

По този начин всеки един инверторен модул може да се повреди и системата да продължи да функционира. целта на главния инвертор беше, че от всички инверторни модули той никога няма да заспи и ще осигури първоначалната честота на променлив ток. ако обаче се провали, останалите звена няма да бъдат засегнати, докато единият е „онлайн“

Подчинените устройства трябва да се изключат или стартират при промяна на товара.

Наблюдението ви беше вярно. Аз не съм „електроника“. Аз съм машинен и електроинженер. Работя с големи растителни елементи като охладители и генератори и компресори.

Тъй като този проект напредва и започва да става все по-осезаем, бихте ли искали да приемете паричен подарък? Нямам много, но може би бих могъл да подаря малко пари чрез paypal, за да подпомогна издръжката на хостинга на уебсайта ви.

Благодаря ви отново.

Очаквам отговора ти с нетърпение.

намасте

Дейвид

Моят отговор

Благодаря Дейвид,

По принцип искате инверторите да бъдат синхронизирани помежду си по отношение на честота и фаза, а също така всеки да има способността да стане главен инвертор и да поеме зареждането, в случай че предишният не успее поради някаква причина. Нали?

Ще се опитам да поправя това с каквото и да е знание и някакъв здрав разум, а не чрез използване на сложни интегрални схеми или конфигурации.

Swag с най-добри пожелания

Имейл # 3

Здравей Swag,

Това е всичко в черупката на ядката, като се вземе предвид едно допълнително изискване.

С падането на товара инверторите преминават в еко или режим на готовност и с увеличаване или увеличаване на товара те се събуждат, за да отговорят на търсенето.

Обичам подхода, с който вървиш ...

Благодаря ви много, че вашето внимание към мен е много ценно.

Намасте

Най-сърдечни поздрави

Дейвид

Дизайнът

Според искането на г-н Дейвид, предложените 4кв подредени вериги за инвертор на мощност трябва да бъдат под формата на 4 отделни вериги на инвертора, които могат да бъдат подредени по подходящ начин в синхрон помежду си за подаване на правилното количество саморегулираща се мощност към свързания товари, в зависимост от това как тези товари се включват и изключват.

АКТУАЛИЗАЦИЯ:

След известно обмисляне разбрах, че дизайнът всъщност не трябва да бъде прекалено сложен, а по-скоро може да бъде реализиран с помощта на проста концепция, както е показано по-долу.

Само IC 4017 заедно със свързаните с него диоди, транзистори и трансформатора ще трябва да бъдат повторени за необходимия брой инвертори.

Осцилаторът ще бъде едно цяло и може да бъде споделен с всички инвертори чрез интегриране на неговия pin3 с pin14 на IC 4017.

Схемата за обратна връзка трябва да се регулира точно за отделните инвертори, така че обхватът на изключване да е точно съобразен с всички инвертори.

Следните проекти и обясненията могат да бъдат игнорирани, тъй като по-лесната версия вече е актуализирана по-горе

Синхронизиране на инверторите

Основното предизвикателство тук е да се даде възможност на всеки от подчинените инвертори да бъде синхронизиран с главния инвертор, докато главният инвертор работи, а в случай (макар и малко вероятно) главният инвертор се повреди или спре да работи, следващият инвертор поема зарежда и се превръща в главния инвертор.
И в случай, че вторият инвертор също се провали, третият инвертор приема командата и играе ролята на главния инвертор.

Всъщност синхронизирането на инверторите не е трудно. Знаем, че може лесно да се направи с помощта на интегрални схеми като SG3525, TL494 и др. Трудната част от дизайна е да се гарантира, че ако главният инвертор се провали, един от другите инвертори може бързо да стане главен.

И това трябва да се изпълни, без да се губи контрол върху честотата, фазата и ШИМ, дори за части от секундата, и с плавен преход.

Знам, че може да има много по-добри идеи, най-основният дизайн за изпълнение на споменатите критерии е показан на следната диаграма:

На фигурата по-горе можем да видим няколко идентични етапа, при които горният инвертор # 1 образува главния инвертор, докато долният инвертор # 2 е роб.

Още етапи под формата на инвертор # 3 и инвертор # 4 трябва да бъдат добавени към настройката по същия идентичен начин чрез интегриране на тези инвертори с техните индивидуални етапи на оптрони, но етапът на opamp не е необходимо да се повтаря.

Дизайнът се състои предимно от осцилатор, базиран на IC 555, и верига на джапанка IC 4013. IC 555 е монтиран да генерира тактови честоти със скорост 100Hz или 120Hz, която се подава към тактовия вход на IC 4013, който след това го преобразува в необходимите 50Hz или 60Hz чрез обръщане на изходите му с логика високо през пин # 1 и щифт # 2.

След това тези променливи изходи се използват за активиране на силовите устройства и трансформатора за генериране на предвидените 220V или 120V AC.

Както беше обсъдено по-рано, основният въпрос тук е да се синхронизират двата инвертора, така че те да могат да работят точно в синхрон по отношение на честотата, фазата и ШИМ.

Първоначално всички включени модули (подреждащи се инверторни вериги) се регулират поотделно с прецизно идентични компоненти, така че тяхното поведение е идеално наравно помежду си.

Въпреки това, дори и с точно съвпадащите атрибути, не може да се очаква инверторите да работят перфектно в синхрон, освен ако те не са свързани по някакъв уникален начин.

Това всъщност се постига чрез интегриране на „подчинените“ инвертори през етап на opamp / optocoupler, както е посочено в горния дизайн.

Първоначално главният инвертор # 1 е включен, което позволява на OPAMP 741 да се захранва и да инициализира честотното и фазовото проследяване на изходното напрежение.

След като това се инициира, всички следващи инвертори се включват за добавяне на мощност към мрежовата линия.

Както може да се види, изходът на opamp е свързан с синхронизиращия кондензатор на всички подчинени инвертори чрез опто съединител, който принуждава подчинените инвертори да следват честотата и фазовия ъгъл на главния инвертор.

Интересното тук обаче е коефициентът на заключване на операционния усилвател с моментната информация за фазата и честотата.

Това се случва, тъй като всички инвертори сега доставят и работят с определената честота и фаза от главния инвертор, което предполага, че в случай, че някой от инверторите се повреди, включително главния инвертор, opamp е в състояние бързо да проследява и инжектира моментната честота / информация за фазата и принуждава съществуващите инвертори да работят с тези спецификации, а инверторът от своя страна е в състояние да поддържа обратните връзки към етапа на усилвателя, за да направи преходите безпроблемни и да се самооптимизира.

Затова се надяваме, че операционната сцена се грижи за първото предизвикателство да поддържа перфектно синхронизирани всички предложени подреждащи се инвертори чрез LIVE проследяване на наличните мрежови спецификации.

В следващата част на статията ще научим синхронизиран PWM синусоидален етап , което е следващата решаваща характеристика на споменатия по-горе дизайн.

В горната част на тази статия научихме основния раздел на синхронизираната инверторна верига 4kva, която обяснява подробностите за синхронизацията на дизайна. В тази статия ние изучаваме как да направим дизайна синусоидален еквивалент и също така да осигурим правилна синхронизация на ШИМ в участващите инвертори.

Синхронизиране на синусоидална ШИМ през инверторите

Един прост RMS съвпадащ PWM еквивалентен синусоидален генератор на форма на вълната може да бъде направен с помощта на IC 555 и IC 4060, както е показано на следващата фигура.

След това този дизайн може да се използва, за да позволи на инверторите да произвеждат еквивалентна форма на синусоидална вълна на техните изходи и през свързаната мрежова линия.

Всеки от тези PWM процесори ще бъде необходим за всеки от подрежданите инверторни модули поотделно.

АКТУАЛИЗАЦИЯ: Изглежда, че един PWM процесор може да се използва общо за нарязване на всички транзисторни основи, при условие че всяка база MJ3001 се свързва със специфичния колектор BC547 чрез индивидуален 1N4148 диод. Това до голяма степен опростява дизайна.

Различните етапи, включени в горната схема на PWM geneartor, могат да бъдат разбрани с помощта на следната точка:

Използване на IC 555 като PWM генератор

IC 555 е конфигуриран като основна схема на PWM генератор. За да може да генерира регулируеми PWM еквивалентни импулси при желаната RMS, IC изисква бързи триъгълни вълни на своя pin7 и референтен потенциал на своя pin5, който определя нивото на PWM на изходния му щифт # 3

Използване на IC 4060 като генератор на триъгълни вълни

За генериране на триъгълни вълни, IC 555 изисква квадратни вълни в своя щифт # 2, който е получен от чипа на осцилатора IC 4060.

IC 4060 определя честотата на ШИМ или просто броя на 'стълбовете' във всеки от полуциклите на променлив ток.

IC 4060 се използва главно за умножаване на пробното нискочестотно съдържание от изхода на инвертора в относително висока честота от неговия щифт # 7. Честотата на извадката гарантира, че ШИМ нарязването е равно и синхронизирано за всички модули на инвеститора. Това е основната причина, поради която IC 4060 е включен, в противен случай друг IC 555 би могъл лесно да свърши работата.

Референтният потенциал на щифт № 5 на IC 555 се получава от последовател на напрежение на opamp, показан в крайния ляв ъгъл на веригата.

Както подсказва името, този усилвател доставя точно същата величина на напрежението на своя пин # 6, който се появява на неговия пин # 3 .... обаче репликацията на пин # 6 на неговия пин # 3 е добре буферирана и следователно е по-богата от неговата pin3 качество и това е точната причина за включването на този етап в дизайна.

Предварителната настройка от 10 k, свързана на pin3 на този IC, се използва за регулиране на RMS нивото, което в крайна сметка фино настройва изходните PWM на IC 555 до желаното RMS ниво.

След това този RMS се прилага към основите на захранващите устройства, за да ги принуди да работят на определените PWM RMS нива, което от своя страна кара изходния AC да придобие чист синусоидален атрибут чрез правилно RMS ниво. Това може да бъде допълнително подобрено чрез използване на LC филтър през изходната намотка на всички трансформатори.

Следващата и последната част на тази 4kva подреждаща се синхронизирана инверторна верига подробно описва функцията за автоматична корекция на натоварването, която позволява на инверторите да доставят и поддържат точната мощност на мощността през изходната захранваща линия в съответствие с променящите се превключвания на товара.

Досега разгледахме двете основни изисквания за предложената синхронизирана верига с инвертор 4kva, която включва синхронизация на честота, фаза и ШИМ през инверторите, така че отказът на който и да е от инверторите нямаше ефект върху останалите по отношение на горните параметри .

Етап на автоматична корекция на натоварването

В тази статия ще се опитаме да разберем функцията за автоматична корекция на натоварването, която може да даде възможност за последователно включване или изключване на инверторите в отговор на променливите условия на натоварване през изходната мрежова линия.

Един прост четириядрен компаратор, използващ LM324 IC, може да се използва за внедряване на автоматична последователна корекция на натоварването, както е показано на следната схема:

На фигурата по-горе можем да видим четири opamps от IC LM324, конфигурирани като четири отделни компаратора с техните неинвертиращи входове, монтирани с индивидуални предварителни настройки, докато техните инвертиращи входове са посочени с фиксирано ценерово напрежение.

Съответните предварителни настройки просто се настройват така, че opamps да произвеждат високи изходи последователно a веднага щом мрежовото напрежение надхвърли предвидения праг ..... и обратно.

Когато това се случи, съответните транзистори се превключват в съответствие с активирането на opamp.

Колекторите на съответните BJT са свързани с щифт # 3 на последователното напрежение opamp IC 741, който се използва в степента на PWM контролера, и това принуждава изхода на opamp да стане ниско или нулево, което от своя страна води до появата на нулево напрежение на пин # 5 на ШИМ IC 555 (както е обсъдено в Част 2).

С пин №5 на IC 555, който се прилага с тази нулева логика, принуждава ШИМ да станат най-тесни или с минимална стойност, което води до почти изключване на изхода на този конкретен инвертор.

Горните действия правят опит да стабилизират изхода до по-ранно нормално състояние, което отново принуждава ШИМ да се разшири и това претягане на въжето или постоянно превключване на opamps непрекъснато поддържа изхода възможно най-стабилен, в отговор на вариациите на приложените товари.

С тази автоматична корекция на натоварването, внедрена в рамките на предложената 4kva инверторна верига с възможност за подреждане, почти прави дизайна пълен с всички функции, поискани от потребителя в част 1 на статията.