Jump to content
Arena V
Sign in to follow this  
Drakon Rider

Полупроводниковый Блок Для Автономной

Recommended Posts

В связи с переездом на проживание в свою землянку приходится вести автономное хозяйство и по электроэнергетике. Для чуть уменьшения расходов на топливо и увеличения удобства пользования системой требуется разработать относительно сложный полупроводниковый блок для обработки генерируемой энергии и вспомогательных функций. Примерная функциональность:

 

1. Трехфазный синхронный выпрямитель на мосфетах с малыми потерями. Практически это три полных 4 ключевых моста со схемой управления. Типовое выходное напряжение - от 25 до 35в, но желательно чтобы выдерживал амплитудное до 100..150в (это может отяготить выбор ключей). Типовой выходной ток - до 40а (сумма трех выпрямителей фаз).
2. Функция реверса мощности из батареек в электромашину для перевода трехфазного генератора в режим двигателя для запуска электростанции. При этом без отдельного датчика положения ротора - положение ротора вычислять по эдс обмоток в паузах управляющего силового тока в обмотки фаз.
3. Функция управления возбуждением генератора (около 1..2 а тока при около 25..35в напряжении) для стабилизации выходного тока на требуемое значение с ограничением выходного напряжения или реализация типовых многофазных алгоритмов зарядки свинцокислых акб с остановкой электростанции по окончанию заряда по заданому критерию.
4. Управление электроклапаном подачи газа на электростанцию (12..24в типовой с ебея).
5. Переключатель резервного обхода с основного силового ядра с управляемыми полупроводниковостями и микропроцессорами на три диодных моста и прямое возбуждение с батарей (с выхода). С возможностью отключения силового ядра для отправки в ремонт.

У меня есть возможность отладки на самодельных стендах в моем хозяйстве. Для отладки могу предоставить описание на какую электростанцию это вешается и прислать статор с обмотками под низкое напряжение - остальное покупается на месте в типовом магазине бытовых электостанций.

 

В настоящее время пользуюсь самодельными зарядными электростанциями по упрощенной схеме - после статора трехфазного стоит выпрямитель на трех параллельных мостах и возбуждение берется прямо с заряжаемых батареек. Схема конечно простая и достаточно надежная, но автоматизации маловато и щас уже помошница в хозяйстве обещает расплодиться к концу очередной зимы, а мне иногда приходится уезжать в город по делам и за баблом, а как ее получится обучить зимой заводить двигатель электростанции пусковой веревкой это еще исследовать придется. У прошлой помошницы с которой зимовал прошедшую зиму заводить передними конечностями плохо получалось.

 

Хочется коммерческих предложений от могущих помочь в разработке такого блока.

Edited by Drakon Rider

Share this post


Link to post
Share on other sites

Большая и серьезная работа. Причем еще и весьма дорогостоящая. Если делать самому - затраты ИМХО несколько десятков тысяч руб. (чисто накомпонеты и сторонние работы). Если искать исполнителя - вообще немеряно (если только этот исполнитель не ваш хороший знакомый, или чемто очень сильно вам не обязан :) ).

Я не возьмусь, в виду отсутствия такого количества свобоного времени.

Пособить советом (безвзмездно, тоесть даром (с)) - могу, но отлаживать будете сами, и для этого, увы, нужна некоторая квалификация...

1. Трехфазный синхронный выпрямитель на мосфетах с малыми потерями. Практически это три полных 4 ключевых моста со схемой управления. Типовое выходное напряжение - от 25 до 35в, но желательно чтобы выдерживал амплитудное до 100..150в (это может отяготить выбор ключей). Типовой выходной ток - до 40а (сумма трех выпрямителей фаз).

Не вижу смсла делать отдельные полные мосты. Все решатся трехфазным мостом (6 ключей), требуемой "толщины" . С ключами - как раз таки особых проблем нет, IRF(P)3710 (возможно по 2-3шт параллельно, в каждый ключ) + IR2010 (или IR2110) + внешняя "противосквозная" логика (на 74AC08+74AC14+R+C) + датчики фазных токов (надо подумать на чем, на такие мощности уже просятся магнитные, холловские, типа ACS713).

2. Функция реверса мощности из батареек в электромашину для перевода трехфазного генератора в режим двигателя для запуска электростанции.

Темиже ключами.

При этом без отдельного датчика положения ротора - положение ротора вычислять по эдс обмоток в паузах управляющего силового тока в обмотки фаз.

Вот это - одна из самых геморойный вещей.

3. Функция управления возбуждением генератора (около 1..2 а тока при около 25..35в напряжении) для стабилизации выходного тока на требуемое значение с ограничением выходного напряжения или реализация типовых многофазных алгоритмов зарядки свинцокислых акб с остановкой электростанции по окончанию заряда по заданому критерию.

4. Управление электроклапаном подачи газа на электростанцию (12..24в типовой с ебея).

По сравнению, с силовой частью и ее управлением - это уже мелочи.

5. Переключатель резервного обхода с основного силового ядра с управляемыми полупроводниковостями и микропроцессорами на три диодных моста и прямое возбуждение с батарей (с выхода). С возможностью отключения силового ядра для отправки в ремонт.

Как я понимаю - просто рубильник ? Или вообще сделать "на перетыкании раземов". Edited by dr.Nimnul

Share this post


Link to post
Share on other sites

Хррм кроч бесперебойник, ака инвертор на три фазы, и солнечная батарея.. Плюс зарядка с тасканием аккумуляторов.. Имха.. Есть в голове подобный проэкт.. Но материалов пока что нету ти..

Share this post


Link to post
Share on other sites

Не совсем. Еще управление двигателем. Это не только инвертор, это сложнее (трехфазный векторный шим, контроль ротора бла-бла-бла). Да еще и с синхронным выпрямителем - городить управление придется.

Кстати о ключах:

Тут как раз реклама пришла на мыло:

http://www.terraelectronica.ru/pdf/EPC/EPC2016_datasheet.pdf

Если штуки по 3 параллельно - можно вообще без радиаторов, ибо 100в, 4милиОма, и 12нКл - полного заряда затвора - это ППЦ, как круто. Если не врут конечно.

И дороговато (600+р за ключик, около 4000р за весь инвертор), хотя по сравнению со всем остальным ..., да и зауправлять при таком заряде затвора можно от IR21834 (со встроенной логикой "противосквозняка") - нагрузочной способности драйвера - там хватит для весьма шустрого переключения.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Три полных моста предполагаются по набору причин. Для начала в текущей версии генератора наилучшее значение выходного тока получается по схеме выпрямления с тремя мостами. При попытке соединения обмоток в звезду и использования схемы ларионова с 6 диодами ток меньше. Возможно это связано с уже предельной индуктивностью обмоток фаз и сопротивлениями. Да и по википедии схема с тремя полными мостами имеет меньшее нутряное сопротивление при сильной нагружености как источник тока.

С учетом наличия вычисляющих блоков и ацп напряжений фаз сделать синхронное выпрямление на полных мосфетных мостах это как раз простое.

Сопсна весь проект затевается в основном из-за обращаемого блока ключей для возможности автозапуска. Иначе можно просто купить у линеаровцев 3 шт lt4320 и сделать желанные синхронные выпрямители на мосфетах дешево. Приделать автоостановку закрытием клапана газоподачи после напряжения на батарейках около 31.5в тоже просто и без микроэвм.

Возбуждение по началу моно оставить как есть от батареек - при этом всеравно есть очень бонусная функция сохранения тарахтения двс при провалах мощщи - когда обороты валятся, то при фиксированом возбуждении резко валится и генерация и тормозной момент ротора на вал двс и он после протарахтения на малых оборотах обычно таки разгоняется хоть и через много секунд иногда. При попытке стабилизации выходного тока увеличением возбуждения при провале оборотов - могет и заглохнуть. Хотя эвм могет и мерять частоту-обороты и скидывать возбуждение при провале оборотов - это может быть полезнее при дожигании баллона когда давления уже мало для тарахтения на полной мощще.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Расходы в десятки круб приемлемы - типовая даже достаточно мелкая автономная система электроснабжения малоимущих под суточный расход энергии около 3..4 МДж с приличными никелькадмиевыми батарейками хотя бы на треть или половину емкости батарейной системы стоит около 60..80+ круб. И с одной сонцепанелью 240вт на лето.

Share this post


Link to post
Share on other sites

При попытке соединения обмоток в звезду и использования схемы ларионова с 6 диодами ток меньше. Возможно это связано с уже предельной индуктивностью обмоток фаз и сопротивлениями. Да и по википедии схема с тремя полными мостами имеет меньшее нутряное сопротивление при сильной нагружености как источник тока.

Три отдельных моста - это таки эквивалент соединения ТРЕУГОЛЬНИКОМ, а никак не ЗВЕЗДОЙ. А при соединении звездой - действительно получите меньший ток и большее напряжение (в 1.7 раза, как учит нас теория).

С учетом наличия вычисляющих блоков и ацп напряжений фаз сделать синхронное выпрямление на полных мосфетных мостах это как раз простое.

Для трехфазного моста - совершенно не сложнее чем и для 3-х шт. двухфазных . Хотя вот эту функцию - я бы реализовал на компараторах, ибо очень жесткий реалтайм. Значительно проще чем приплетать сюда АЦП. Впрочем, у всех вкусы разные. Причем, при переходе от генератора в режим двигателя - мешать не будет, если сделать правильно.

Сопсна весь проект затевается в основном из-за обращаемого блока ключей для возможности автозапуска.

Дык в этом основная засада и есть.

Возбуждение по началу моно оставить как есть от батареек - при этом всеравно есть очень бонусная функция сохранения тарахтения двс при провалах мощщи - когда обороты валятся, то при фиксированом возбуждении резко валится и генерация и тормозной момент ротора на вал двс и он после протарахтения на малых оборотах обычно таки разгоняется хоть и через много секунд иногда. При попытке стабилизации выходного тока увеличением возбуждения при провале оборотов - могет и заглохнуть.

Приделать пару ключей(второй ключ - синхронный выпрямитель), или ключ+диод, и дроссель (Step-Down преобразователь, управляемый от выхода ШИМ, микроконтроллера) - не трудно и с самого начала. Мощность там (по сравнению с основной машиной) - игрушечная.

Хотя эвм могет и мерять частоту-обороты и скидывать возбуждение при провале оборотов - это может быть полезнее при дожигании баллона когда давления уже мало для тарахтения на полной мощще.

Воистину так !

В крайнем случае, если постоянно открыть ШИМ-ключ (или выставит величину ШИМ - на некое константное значение) - это и будет то самое, возбуждение "напрямую от батареек".

Расходы в десятки круб приемлемы - типовая даже достаточно мелкая автономная ...

Только за такие деньги - вы едвали найдете стороннего исполнителя на эту работу.

Придется делать самому.

Хотя, как я вижу, достаточно серьезные познания по данному вопросу - у вас присутствуют, так что можно попробовать.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Для трехфазного моста - совершенно не сложнее чем и для 3-х шт. двухфазных . Хотя вот эту функцию - я бы реализовал на компараторах, ибо очень жесткий реалтайм. Значительно проще чем приплетать сюда АЦП.

Этта - микроэвм без виндовса будет тормозить при анализе трех фаз по 50гц ? Ну там энергии с запасом - можно какой-нить ггц процессор добавить, пусть еще три ватта жрет. Да и задержка на открытие ключа только ток выходной убавит, а задержка на закрытие более вредная. Таки может быть торможение на единицы милисекунд и более между выходом ацп и отдачей команды на управление ключами ?

Edited by Drakon Rider

Share this post


Link to post
Share on other sites

Этта - микроэвм без виндовса будет тормозить при анализе трех фаз по 50гц ? Ну там энергии с запасом - можно какой-нить ггц процессор добавить, пусть еще три ватта жрет. Да и задержка на открытие ключа только ток выходной убавит, а задержка на закрытие более вредная. Таки может быть торможение на единицы милисекунд и более между выходом ацп и отдачей команды на управление ключами ?

А почему нет? 1ГГц - это уже не RTOS, это системы МЯГКОГО реального времени, где задержка между поступлением сигнала, его обработкой и реакциией на раздражитель может Очень плавно меняться в достаточно широких пределах (иногда на 2-5мс, а даже для 2000 об/мин это уже 200/6 = 31.1об/с == 1000мс/31.1 ~~ 30мс/оборот - неплохо, да?).

Здесь бы значительно лучше подошёл маленький ARM/AVR контроллер на 50-100МГц (помнится, XMega ещё могут крутиться на таких частотах), и написание его логики в довольно прямолинейном исполнении - на C/ASM, ибо НИКАКОЙ ОС здесь быть не может в принципе - слишком жёсткие требования - буквально, микросекунды и такты.

Кстати, прикинул скорости вращения и поток данных от АЦП, да ещё в 3 канала. Многие контроллеры захлебнутся. Разве что, ARM+DSP может вытянуть.

Или же, железная логика на компараторах :wink:

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ходят слухи iMotion от IR могет помочь, причем там меряются токи фаз вместо напряжений в моменты выбега в паузах тока ( а токи то еще надо прерывать тогда и это проблемы с учетом индуктивностей). http://www.compel.ru/lib/ne/2011/10/6-bez-datchika-polozheniya-rotora-resheniya-kompanii-ir-dlya-upravleniya-ventilnyimi-dvigatelyami/

Share this post


Link to post
Share on other sites

Этта - микроэвм без виндовса будет тормозить при анализе трех фаз по 50гц ? Ну там энергии с запасом - можно какой-нить ггц процессор добавить, пусть еще три ватта жрет. Да и задержка на открытие ключа только ток выходной убавит, а задержка на закрытие более вредная. Таки может быть торможение на единицы милисекунд и более между выходом ацп и отдачей команды на управление ключами ?

Не забывайте, что если ключ оказывается включенным 1-2 милисекунды, "не туда" - Это просто чудовищные потери (и с высокой вероятностью выход ключа из строя). Сами АЦП - имеют конечное время выборки, кроме того, в контроллере - обычно 1 единственный АЦП - разделяемый между несколькими каналами (которые обрабатываются последовательно), следовательно чтобы померить 6 каналов (3 тока, 3 напряжения)- уйдет 6 циклов преобразования. Добавьте сюда весьма большой "дребезг", встроенных в контроллеры АЦП (особенно в условиях помех, от преобразователя), следовательно желательно выполнить преобразование несколько раз и взять медиану....

Вобщем оно конечно можно, но гемора - ИМХО немеряно. Значительно проще (и надежнее) - сделать аппаратно, а на процессор - спихнуть более "интелектуальные", и менее требовательные по времени задачи.

Там фактически надо "продублировать" внутренний диод MOSFET-а, т.е. детектировав смещение более 0.3в - прямую сторону - ключ открыть, а детектировав падение прямого тока менее какогото значения (которое уже будет "не обидно", оставить протекать через диод, с точки зрения потерь) - ключ закрыть. Причем именно так !, ибо мерять падение на открытом ключе - криво, ибо оно стермится к нулю (ключ специально выбираем с маленьким Rds_on, чтобы падение получилось много меньше прямого падения диода), а "ловить" там десятки миливольт - само по себе может быть проблеммой, ибо помехи, и потребность в высоком быстродействии...

Получаем 2 компаратора, и RS-тригер (можно попробовать приспособить к делу ИС, для управления синхронными выпрямителями, коих море). потом синал с тригера - замешиваем по "ИЛИ", с сигналом от узла управления (для режима "двигатель" ), и только ПОЛСЕ этого (это важно !) - "окончательные" сигналы для каждой пары ключей верхний/нижний - пропускаем через "противосквозную" логику (возможно встроенную в драйвер, например IR21834).

Ходят слухи iMotion от IR могет помочь, причем там меряются токи фаз вместо напряжений в моменты выбега в паузах тока ( а токи то еще надо прерывать тогда и это проблемы с учетом индуктивностей). http://www.compel.ru/lib/ne/2011/10/6-bez-datchika-polozheniya-rotora-resheniya-kompanii-ir-dlya-upravleniya-ventilnyimi-dvigatelyami/

Выглядит очень красиво и правильно, но сам не разу не общался. Потому что- либо сказать не берусь. Вполне возможно, что этот контроллер (IRMCF341) - имеет смысл там использовать. Хотя возможно, есть варианты и получше.

И имейте в виду, что 3-фазный векторный ШИМ - тоже лучше формировать аппаратно (строенным в однокристалку готовым узлом, или внешней логикой - тут возможны варианты).

Не поддавайтесь соблазну "спихнуть все на программу" типа "процессор быстрый, он все успеет". Это не так ! И даже мошный ARM, вас не спасет. На этом уже много народу "нарвалось" .

Edited by dr.Nimnul

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...
Sign in to follow this  

×
×
  • Create New...