Synkronisert 4kva stabelbar inverter

Denne første delen av den foreslåtte 4kva synkroniserte stabelbar inverterkrets diskuterer hvordan man implementerer den avgjørende automatiske synkroniseringen over de fire omformerne med hensyn til frekvens, fase og spenning for å holde omformerne i gang uavhengig av hverandre, men likevel oppnå en utgang som er på nivå med hverandre.

Ideen ble bedt om av Mr. David. Følgende e-post-samtale mellom ham og meg beskriver hovedspesifikasjonene for den foreslåtte Synkroniserte 4kva stabelbare inverterkretsen.

E-post nr. 1

Hei Swagatam,

Først ønsket jeg å si takk for ditt bidrag til den store verdenen, informasjonen og viktigst av alt din vilje til å dele din kunnskap for å hjelpe andre mennesker etter min mening er uvurderlig av mange grunner.

Jeg vil gjerne forbedre noen av kretsene du har delt for å passe mine egne formål, dessverre mens jeg forstår hva som skjer i kretsene, mangler jeg kreativitet og kunnskap til å gjøre endringene selv.

Jeg kan generelt følge kretser hvis de er små, og jeg kan se hvor de blir med / kobles til større skjemaer.

Hvis jeg har lyst, vil jeg prøve å forklare hva jeg vil oppnå, selv om jeg ikke er under en illusjon om at du er en veldig travel person og ikke vil ta din dyrebare tid unødvendig.

Det endelige målet vil være at jeg ønsker å bygge (montere komponentene) av et mikronett for fornybar energi med flere kilder, ved hjelp av Solar PV, vindmøller og biodieselgeneratorer.

Det første trinnet er forbedringer av solcelleomformeren.

Jeg vil gjerne bruke din 48 volt rene sinusbølgeomformerkrets som er i stand til å opprettholde en konstant 2kW 230V-utgang, den må kunne levere minst 3 ganger denne utgangen for en veldig kort varighet.

Nøkkelendringen at jeg ønsker å oppnå det for å lage et antall av disse omformerenhetene for å fungere parallelt og koblet til en AC-skinne.

Jeg vil at hver omformer skal prøve og uavhengig av hverandre AC-skinnen for frekvens, spenning og strøm (belastning).

Jeg vil kalle disse omformerne for slaveenheter.

Ideen om å invertere modulene vil være 'plug and play'.

Inverteren som en gang var koblet til vekselstrømsbjelken, ville konstant måle / måle frekvensen på vekselstrømsbjelken og bruke denne informasjonen til å drive inngangen til en 4047 IC slik at klokkeutgangen kan avanseres eller forsinkes til den nøyaktig kloner frekvensen på. AC-skinnen når de to bølgeformene er synkronisert, vil omformeren lukke en kontaktor eller et relé som forbinder det inverterte utgangstrinnet til AC-skinnen.

I tilfelle frekvensen på stangen eller spenningen beveger seg utenfor en forhåndsbestemt toleranse, bør omformermodulen åpne reléet eller kontaktoren på utgangstrinnet, og effektivt koble omformerens utgangstrinn fra vekselstrømsstangen for å beskytte seg selv.

Når slaenhetene er koblet til AC-skinnen, vil de i tillegg legge seg i dvale, eller i det minste vil omformerens utgangstrinn sove mens belastningen på stangen er mindre enn summen av alle slaveomformerne. Tenk hvis du vil at det er tre slaveomformere festet til AC-skinnen, men belastningen på stangen er bare 1,8 kW, så vil de to andre slaver gå i dvale.

Det gjensidige ville også være sant at hvis belastningen på stangen hoppet til å si 3kW, ville en av de sovende invertene øyeblikkelig våkne (allerede være synkronisert) for å levere den ekstra nødvendige energien.

Jeg forestiller meg at noen store kondensatorer på hvert utgangstrinn vil levere den nødvendige energien mens omformeren har det veldig korte øyeblikket mens den våkner.

Det vil være å foretrekke (bare etter min mening) å ikke koble hver omformer direkte til hverandre, men heller at de er uavhengig autonome.

Jeg vil prøve å unngå mikrokontroller eller enhetsfeil eller feilkontroll av hverandre eller enhetene som har ‘adresse’ på systemet.

I tankene mine forestiller jeg meg at den første tilkoblede enheten på AC-skinnen ville være en veldig stabil referanseomformer som hele tiden er tilkoblet.

Denne referanseomformeren vil gi frekvensen og spenningen som de andre slaveenhetene vil bruke til å generere sine egne respektive utganger.

Dessverre kan jeg ikke få hodet rundt hvordan du kan forhindre en tilbakemeldingssløyfe der slaveenhetene potensielt vil ende opp med å bli referansenheten.

Utover omfanget av denne e-posten har jeg noen små generatorer. Jeg vil koble til AC-skinnen som synkroniseres med referanseomformeren for å levere energi i tilfelle belastningen overstiger DC maks. Utgangskapasitet.

Den overordnede forutsetningen er at belastningen som presenteres for vekselstrømsbjelken, vil avgjøre hvor mange omformere og til slutt hvor mange generatorer som enten vil koble til eller koble fra seg selv for å dekke behovet, da dette forhåpentligvis vil spare energi eller i det minste ikke kaste bort energi.

Systemet som er fullstendig bygget av flere moduler vil da være utvidbart / kontraktibelt, så vel som robust / elastisk, slik at hvis noen eller kanskje to enheter skulle mislykkes, vil systemet fortsette å fungere alt sammen med redusert kapasitet.

Jeg har lagt ved et blokkdiagram og ekskluderte foreløpig batteriladingen.

Jeg planlegger å lade batteribanken fra AC-bussen og rette opp til 48V DC på denne måten jeg kan lade fra generatorene eller de fornybare energikildene, jeg innser at dette kanskje ikke er så effektivt som å bruke DC mppt, men jeg tror det jeg taper i effektivitet Jeg får i fleksibilitet. Jeg bor langt fra byen eller nettet.

Som referanse vil det være en minimum konstant belastning på AC-skinnen på 2kW, selv om topplasten kan øke med så mye som 30kW.

Planen min er at de første 10 til 15kW skal leveres av solcellepanelene og to 3kW (topp) vindmøller. Vindmøllene er vill AC rettet til DC og en 1000Ah 48 volt batteribank. (Som jeg vil unngå å tappe / tømme utover 30% av kapasiteten for å sikre batterilevetid) vil det gjenværende sjeldne og svært periodiske energibehovet bli tilfredsstilt av generatorene mine.

Denne sjeldne og periodiske belastningen kommer fra verkstedet mitt.

Jeg har tenkt på at det kan være forsvarlig å bygge en kondensatorbank for å håndtere eller plukke opp systemets slakk av induktiv belastning ved oppstart av strømmer som motoren på luftkompressoren min og bordsagen.

Men jeg er ikke sikker på dette tidspunktet om det ikke finnes en bedre / billigere måte.

Dine tanker og kommentarer vil bli verdsatt og verdsatt. Jeg håper du har tid til å komme tilbake til meg.

Takk for din tid og oppmerksomhet på forhånd.

Vennlig hilsen David sendt fra min trådløse BlackBerry®-enhet

Svaret mitt

Hei David,

Jeg har lest kravet ditt og har forhåpentligvis forstått det riktig.

Av de fire omformerne ville bare en ha sin egen frekvensgenerator, mens andre ville kjøre ved å trekke ut frekvensen fra denne hovedomformerutgangen, og dermed ville alle være synkronisert med hverandre og med denne hovedomformerens spesifikasjoner.

Jeg vil prøve å designe det og håpe det fungerer som forventet, og i henhold til de nevnte spesifikasjonene, men implementeringen må gjøres av en ekspert som skal være i stand til å forstå konseptet og endre / tilpasse det til perfeksjon uansett hvor det måtte være kreves .... ellers kan det å bli ekstremt vanskelig å lykkes med dette rimelig komplekse designet.

Jeg kan bare presentere det grunnleggende konseptet og skjematisk ... hvile må gjøres av ingeniørene fra din side.

Det kan ta litt tid å fullføre dette, siden jeg allerede har mange ventende forespørsler i køen ... Jeg informerer deg som sønn når den er lagt ut

Hilsen Swag

E-post nr. 2

Hei Swagatam,

Tusen takk for veldig rask respons.

Det er ikke helt det jeg hadde i tankene, men representerer absolutt et alternativ.

Min tanke var at hver enhet ville ha to frekvensmålesubkretser, en som ser på frekvensen på vekselstrømsbjelken, og denne enheten brukes til å lage klokkepulsen til omformerens sinusbølgenerator.

Den andre delkretsen for frekvensmåling vil se på utgangen fra inverterens sinusbølgenerator.

Det ville være en sammenligningskrets som kanskje bruker en opamp-array som vil mates tilbake til inverterens sinusgenerator klokkepuls for å fremme kloksignalet eller forsinke kloksignalet til utgangen fra sinusbølgeneratoren nøyaktig samsvarte med sinusbølgen på AC-linjen .

Når frekvensen til omformerens utgangstrinn samsvarte med frekvensen til vekselstrømsbjelken, ville det være en SSR som ville stenge for å forbinde omformerens utgangstrinn til vekselstrømmen fortrinnsvis ved null krysspunktet.

På denne måten kan en hvilken som helst invertermodul mislykkes, og systemet vil fortsette å fungere. hensikten med hovedinvertereren var at av alle invertermodulene ville den aldri gå i dvale og ville gi den innledende vekselstrømsfrekvensen. men hvis det mislyktes, ville ikke de andre enhetene bli berørt så lenge en var 'online'.

Slavenhetene skal stenge eller starte når lasten endres.

Observasjonen din var riktig. Jeg er ikke en 'elektronikk' -mann. Jeg er maskin- og elektrotekniker. Jeg jobber med store anleggsartikler som kjølere og generatorer og kompressorer.

Etter hvert som dette prosjektet utvikler seg, og begynner å bli mer håndgripelig, vil du være villig / åpen for å godta en pengegave? Jeg har ikke mye, men jeg kan kanskje gi litt penger via PayPal for å hjelpe deg med å hoste kostnadene for nettstedet ditt.

Takk igjen.

Jeg ser frem til å høre fra deg.

namaste

David

Svaret mitt

Takk David,

I utgangspunktet vil du at omformerne skal være synkronisert med hverandre når det gjelder frekvens og fase, og at hver og en har muligheten til å bli hovedinverter og overta ladningen, i tilfelle den forrige mislykkes på grunn av en eller annen grunn. Ikke sant?

Jeg vil prøve å fikse dette med den kunnskapen jeg har og litt sunn fornuft, og ikke ved å bruke komplekse IC-er eller konfigurasjoner.

Varmeste hilsen Swag

E-post nr. 3

Hei Swag,

Det er det i et nøtteskall, med å ta et ekstra krav i betraktning.

Når lasten synker, går omformerne i en miljø- eller standby-modus, og når belastningen øker eller øker, våkner de for å dekke behovet.

Jeg elsker tilnærmingen du går med ...

Tusen takk at hensynet til meg er veldig verdsatt.

Namaste

Beste hilsener

David

Designet

Som forespurt av David, må de foreslåtte 4 kva stabelbare inverterkretsene være i form av 4 separate inverterkretser, som kan stables opp riktig synkronisert med hverandre for å levere riktig mengde selvregulerende kraft til den tilkoblede belastning, avhengig av hvordan disse lastene slås PÅ og AV.

OPPDATER:

Etter litt tenkning innså jeg at designet faktisk ikke trenger å være for komplisert, men kan implementeres ved hjelp av et enkelt konsept som vist nedenfor.

Bare IC 4017 sammen med tilhørende dioder, transistorer og transformatoren må gjentas for det nødvendige antallet omformere.

Oscillatoren vil være i ett stykke og kan deles med alle omformerne ved å integrere pin3 med pin14 på IC 4017.

Tilbakekoblingskretsen må justeres nøyaktig for de enkelte omformerne, slik at avskjæringsområdet er nøyaktig tilpasset alle omformerne.

Følgende design og forklaringer kan ignoreres siden en mye enklere versjon allerede er oppdatert ovenfor

Synkronisering av omformerne

Hovedutfordringen her er å gjøre det mulig for hver slaveomformer å være i synkronisering med hovedomformeren så lenge hovedomformeren er i drift, og i tilfelle (selv om det ikke er sannsynlig) mislykkes eller slutter å fungere, vil den påfølgende omformeren overta lader og blir selve hovedinvertereren.
Og i tilfelle den andre innringer også mislykkes, tar den tredje omformeren kommandoen og spiller rollen som hovedinvertereren.

Egentlig er det ikke vanskelig å synkronisere omformerne. Vi vet at det enkelt kan gjøres ved hjelp av IC-er som SG3525, TL494 etc. Den vanskelige delen av designet er imidlertid å sikre at hvis hovedomformeren svikter, kan en av de andre omformerne raskt bli mesteren.

Og dette må utføres uten å miste kontrollen over frekvens, fase og PWM selv i et brutt sekund, og med en jevn overgang.

Jeg vet at det kan være mye bedre ideer. Den mest grunnleggende utformingen for å oppfylle de nevnte kriteriene er vist i følgende diagram:

I figuren ovenfor kan vi se et par identiske trinn, hvor den øvre inverter nr. 1 danner hovedinverter mens den nedre inverter nr. 2 slaven.

Flere trinn i form av inverter nr. 3 og inverter nr. 4 skal legges til settet på samme identiske måte ved å integrere disse omformerne med deres indivuduelle optokobler-trinn, men opamp-trinnet trenger ikke å gjentas.

Designet består hovedsakelig av en IC 555-basert oscillator og en flip-flop-krets IC 4013. IC 555 er rigget for å generere klokkefrekvenser med en hastighet på 100Hz eller 120Hz som mates til klokkeinngangen til IC 4013, som deretter konverterer den til de nødvendige 50Hz eller 60Hz ved å veksle utgangene med logikk høyt over pin # 1. og fest nr. 2.

Disse alternerende utgangene brukes deretter til å aktivere kraftenhetene og transformatoren for å generere den tiltenkte 220V eller 120V AC.

Nå som diskutert tidligere er det avgjørende problemet her å synkronisere de to omformerne slik at disse er i stand til å kjøre nøyaktig synkronisert, med hensyn til frekvens, fase og PWM.

I utgangspunktet justeres alle involverte moduler (stabelbare inverterkretser) separat med nøyaktig identiske komponenter, slik at deres oppførsel er perfekt på linje med hverandre.

Men selv med de nøyaktig matchede attributtene, kan ikke omformerne forventes å kjøre perfekt synkronisert med mindre disse er bundet på en unik måte.

Dette gjøres faktisk ved å integrere 'slave' -omformerne gjennom et opamp / optocoupler-trinn som angitt i designen ovenfor.

I utgangspunktet er hovedomformeren # 1 slått PÅ, noe som gjør at opamp 741-trinnet får strøm og initialiserer frekvensen og fasesporingen av utgangsspenningen.

Når dette er startet, blir de påfølgende omformerne slått PÅ for å tilføre strøm til strømledningen.

Som det fremgår er opamp-utgangen koblet til tidskondensatoren til alle slaveomformerne gjennom en optokobler som tvinger slaveomformerne til å følge frekvensen og fasevinkelen til hovedomformeren.

Men det interessante her er låsefaktoren til opampen med øyeblikkelig fase- og frekvensinformasjon.

Dette skjer siden alle omformerne nå leverer og kjører med den angitte frekvensen og fasen fra hovedomformeren, noe som betyr at hvis noen av omformerne mislykkes, inkludert hovedomformeren, er opampen i stand til raskt å spore og injisere den øyeblikkelige frekvensen / faseinfo og tvinge eksisterende omformere til å kjøre med denne spesifikasjonen, og omformeren er i stand til å opprettholde tilbakemeldingene til opamp-scenen for å gjøre overgangene sømløse og selvoptimaliserende.

Derfor tar forhåpentligvis opamp-scenen seg av den første utfordringen med å holde alle de foreslåtte stabelbare omformerne perfekt synkronisert gjennom en LIVE-sporing av den tilgjengelige strømspesifikasjonen.

I neste del av artikkelen lærer vi synkronisert PWM sinebølgetrinn , som er den neste avgjørende funksjonen i den ovenfor diskuterte designen.

I den ovennevnte delen av denne artikkelen lærte vi hoveddelen av den 4kva synkroniserte stabile inverterkretsen som forklarte synkroniseringsdetaljene i designet. I denne artikkelen studerer vi hvordan du kan gjøre designet til en sinebølgeekvivalent og også sikre korrekt synkronisering av PWM-ene over de involverte omformerne.

Synkronisering av Sine Wave PWM over omformerne

En enkel RMS-tilpasset PWM-ekvivalent sinusbølgeformgenerator kan lages ved å bruke en IC 555 og IC 4060, som vist i følgende figur.

Denne utformingen kan deretter brukes for å gjøre det mulig for omformerne å produsere en sinusbølgeekvivalent bølgeform ved deres utganger, og over den tilkoblede strømledningen.

Hver av disse PWM-prosessorene ville være nødvendig for hver av de stabile omformermodulene hver for seg.

OPPDATER: Det ser ut til at en enkelt PWM-prosessor kan brukes til å hogge alle transistorbaser, forutsatt at hver MJ3001-base kobles til den spesifikke BC547-samleren gjennom en individuell 1N4148-diode. Dette forenkler designet i stor grad.

De forskjellige trinnene som er involvert i den ovennevnte PWM geneartor kretsen kan forstås ved hjelp av følgende punkt:

Bruker IC 555 som PWM-generator

IC 555 er konfigurert som den grunnleggende PWM-generatorkretsen. For å kunne generere en justerbar PWM-ekvivalent pulser ved ønsket RMS, krever IC raske trekantbølger ved pin7 og et referansepotensial ved pin5 som bestemmer PWM-nivået ved utgangsstiftet # 3

Bruker IC 4060 som Triangle Wave Generator

For å generere trekantsbølgene krever IC 555 firkantbølger ved pinnen nr. 2, som er hentet fra IC 4060-oscillatorbrikken.

IC 4060 bestemmer frekvensen av PWM, eller bare antall 'søyler' i hver av vekselstrømssyklusene.

IC 4060 brukes hovedsakelig for å multiplisere lavfrekvensinnholdet fra omformeren til en relativt høy frekvens fra pin nr. 7. Prøvefrekvensen sørger i utgangspunktet for at PWM-hakingen er lik og synkronisert for alle innbydermodulene. Dette er hovedårsaken til at IC 4060 er inkludert, ellers kunne en annen IC 555 lett gjort jobben i stedet.

Referansepotensialet ved pinne nr. 5 i IC 555 er anskaffet fra en opamp-spenningsfølger vist ytterst til venstre for kretsen.

Som navnet antyder, leverer denne opampen nøyaktig samme spenningsstørrelse ved pin # 6 som vises på pin # 3 .... imidlertid er pin # 6 replikering av pin # 3 pent buffret, og er derfor rikere enn dens pin3-kvalitet, og det er den nøyaktige grunnen til å inkludere denne fasen i designet.

Den 10 k forhåndsinnstillingen som er tilknyttet pin3 i denne IC, brukes til å justere RMS-nivået, som til slutt finjusterer IC 555-utgangs-PWM-ene til ønsket RMS-nivå.

Denne RMS blir deretter brukt på basene til kraftenhetene for å tvinge dem til å arbeide på de spesifiserte PWM RMS-nivåene, som igjen får utgangsstrømmen til å skaffe seg en ren sinusbølgelignende attributt gjennom et riktig RMS-nivå. Dette kan forbedres ytterligere ved å bruke et LC-filter på tvers av utgangsspolingen til alle transformatorene.

Den neste og siste delen av denne 4 kva stabile synkroniserte inverterkretsen beskriver den automatiske belastningskorrigeringsfunksjonen for å gjøre det mulig for omformerne å levere og opprettholde den riktige mengden watt over utgangsstrømledningen i samsvar med de forskjellige belastningene.

Vi har så langt dekket de to hovedkravene til den foreslåtte synkroniserte 4 kva stabile inverterkretsen, som inkluderer synkronisering av frekvens, fase og PWM over omformerne, slik at svikt i noen av omformerne ikke hadde noen innvirkning på resten når det gjelder parametrene ovenfor .

Automatisk trinn for korrigering av last

I denne artikkelen vil vi prøve å finne ut den automatiske belastningskorrigeringsfunksjonen som kan gjøre det mulig å slå PÅ eller AV av omformerne sekvensielt som svar på de forskjellige belastningsforholdene over utgangsnettet.

En enkel firekomparator som bruker LM324 IC kan brukes til å implementere en automatisk sekvensiell belastningskorrigering som angitt i følgende diagram:

I figuren ovenfor kan vi se fire opamper fra IC LM324 konfigurert som fire separate komparatorer med deres ikke-inverterende innganger rigget med individuelle forhåndsinnstillinger, mens deres inverterende innganger refereres til med en fast zenerspenning.

De aktuelle forhåndsinnstillingene justeres ganske enkelt slik at opampene produserer høye utganger i en sekvensiell straks netspenningen går over den tiltenkte terskelen ..... og omvendt.

Når dette skjer, bytter relevante transistorer i samsvar med opampaktivering.

Samlerne til de respektive BJT-ene er koblet til pinnen nr. 3 på spenningsfølgeren opamp IC 741 som er benyttet i PWM-kontrollertrinnet, og dette tvinger opamputgangen til å bli lav eller null, som igjen får en nullspenning til å vises på pin 5 på PWM IC 555 (som diskutert i del 2).

Med pinne nr. 5 på IC 555 blir brukt med denne nulllogikken, tvinger PWM-ene til å bli smaleste eller til minimumsverdien, noe som fører til at utgangen fra den aktuelle omformeren nesten lukkes.

Ovennevnte handlinger gjør et forsøk på å stabilisere produksjonen til en tidligere normal tilstand som igjen tvinger PWM til å bli bredere, og denne dragkampen eller en konstant bytte av opampene fortsetter å holde produksjonen så stabil som mulig, som svar på variasjonene av de vedlagte lastene.

Med denne automatiske lastekorreksjonen implementert i den foreslåtte 4kva stabelbare inverterkretsen, gjør designet nesten komplett med alle funksjonene som brukeren ber om i del 1 av artikkelen.