Inverter Stackable 4kva tersinkronisasi

Ini bagian pertama dari 4kva yang diusulkan disinkronkan sirkuit inverter stackable membahas cara mengimplementasikan sinkronisasi otomatis yang penting di 4 inverter berkaitan dengan frekuensi, fasa, dan voltase untuk menjaga agar inverter berjalan independen satu sama lain namun mencapai keluaran yang setara satu sama lain.

Ide itu diminta oleh Pak David. Percakapan email berikut antara dia dan saya merinci spesifikasi utama dari Sirkuit Inverter Stackable 4kva Sinkronisasi yang diusulkan.

Email # 1

Hai Swagatam,

Pertama-tama saya ingin mengucapkan terima kasih atas kontribusi Anda untuk dunia luas, informasi dan yang terpenting kesediaan Anda untuk berbagi pengetahuan untuk membantu orang lain menurut saya sangat berharga karena berbagai alasan.

Saya ingin meningkatkan beberapa sirkuit yang telah Anda bagikan agar sesuai dengan tujuan saya, sayangnya sementara saya memahami apa yang terjadi di sirkuit, saya kurang memiliki kreativitas dan pengetahuan untuk membuat perubahan sendiri.

Saya biasanya dapat mengikuti sirkuit jika kecil dan saya dapat melihat di mana mereka bergabung / terhubung ke skema yang lebih besar.

Jika saya boleh, saya ingin mencoba menjelaskan apa yang ingin saya capai, meskipun saya tidak berangan-angan bahwa Anda adalah orang yang sangat sibuk dan tidak ingin menyia-nyiakan waktu berharga Anda secara tidak perlu.

Tujuan akhirnya adalah saya ingin membangun (merakit komponen) jaringan mikro energi terbarukan multi-sumber, menggunakan pembangkit listrik tenaga surya PV, kincir angin, dan bio diesel.

Langkah pertama adalah peningkatan inverter surya PV.

Saya ingin menggunakan rangkaian inverter gelombang sinus murni 48 volt yang mampu mempertahankan keluaran konstan 2kW 230V, ia harus mampu memberikan setidaknya 3 kali keluaran ini untuk durasi yang sangat singkat.

Modifikasi kunci yang ingin saya capai adalah membuat sejumlah unit inverter ini bekerja secara paralel dan terhubung ke bar bus AC.

Saya ingin setiap inverter secara mandiri dan terus-menerus mengambil sampel bus AC untuk frekuensi, tegangan, dan arus (beban).

Saya akan menyebut unit budak inverter ini.

Idenya adalah modul invert akan menjadi 'plug and play'.

Inverter yang pernah terhubung ke bus bar AC akan terus-menerus mengambil sampel / mengukur frekuensi pada bus bar AC dan menggunakan informasi ini untuk menggerakkan input dari IC 4047 sehingga output jamnya dapat ditingkatkan atau diperlambat hingga tepat mengkloning frekuensi pada bus bar AC setelah dua bentuk gelombang disinkronkan, inverter akan menutup kontaktor atau relai yang menghubungkan tingkat keluaran invert ke bar bus AC.

Jika frekuensi pada batang atau tegangan bergerak di luar toleransi yang telah ditentukan, modul inverter harus membuka relai atau kontaktor pada tingkat keluaran secara efektif memutuskan tingkat keluaran inverter dari batang AC untuk melindungi dirinya sendiri.

Selain itu, setelah terhubung ke batang bus AC, unit pendukung akan tidur atau setidaknya tahap keluaran inverter akan tidur sementara beban pada batang kurang dari jumlah semua inverter pendukung. Bayangkan jika anda akan ada 3 slave inverter yang terpasang pada AC bus bar, namun beban pada bar tersebut hanya 1.8kW maka dua budak lainnya akan tertidur.

Kebalikannya juga akan benar bahwa jika beban pada batang melonjak mengatakan 3kW salah satu pembalik tidur akan langsung bangun (sudah sinkron) untuk memasok energi tambahan yang dibutuhkan.

Saya membayangkan beberapa kapasitor besar pada setiap tahap keluaran akan memasok energi yang dibutuhkan sementara inverter memiliki momen yang sangat singkat saat bangun.

Akan lebih baik (hanya menurut pendapat saya) untuk tidak langsung menghubungkan setiap inverter satu sama lain, tetapi mereka mandiri secara mandiri.

Saya ingin mencoba untuk menghindari pengendali mikro atau kesalahan unit atau kesalahan memeriksa satu sama lain atau unit memiliki 'alamat' pada sistem.

Dalam benak saya, saya membayangkan bahwa perangkat pertama yang terhubung pada bus bar AC akan menjadi inverter referensi yang sangat stabil yang selalu terhubung.

Inverter referensi ini akan memberikan frekuensi dan tegangan yang akan digunakan unit pendukung lainnya untuk menghasilkan output masing-masing.

Sayangnya, saya tidak mengerti bagaimana Anda dapat mencegah umpan balik di mana masing-masing unit budak berpotensi menjadi unit referensi.

Di luar cakupan email ini, saya memiliki beberapa generator kecil yang ingin saya sambungkan ke bus bar AC yang disinkronkan ke inverter referensi untuk memasok energi jika beban melebihi kapasitas output maks DC.

Premis keseluruhan adalah bahwa beban yang disajikan ke bus bar AC akan menentukan berapa banyak inverter dan pada akhirnya berapa banyak generator yang akan terhubung secara mandiri atau terputus untuk memenuhi permintaan karena ini diharapkan akan menghemat energi atau setidaknya tidak membuang energi.

Sistem yang sepenuhnya dibangun dari beberapa modul kemudian akan dapat diperluas / dikontraskan serta kuat / tangguh sehingga jika ada atau mungkin dua unit yang gagal, sistem akan terus berfungsi semua baik itu pada kapasitas yang dikurangi.

Saya telah melampirkan diagram blok dan mengecualikan pengisian baterai untuk saat ini.

Saya berencana untuk mengisi baterai bank dari bus AC dan memperbaiki ke 48V DC dengan cara ini saya dapat mengisi daya dari generator atau sumber energi terbarukan, saya menyadari bahwa ini mungkin tidak seefisien menggunakan DC mppt tetapi saya pikir apa yang saya kehilangan efisiensi Saya mendapatkan fleksibilitas. Saya tinggal jauh dari kota atau jaringan listrik.

Sebagai referensi, akan ada beban konstan minimum pada batang bus AC sebesar 2kW meskipun beban puncak dapat naik sebanyak 30kW.

Rencana saya adalah untuk 10 hingga 15kW pertama yang akan disediakan oleh panel PV surya dan dua kincir angin 3kW (puncak) kincir angin adalah AC liar yang diperbaiki ke DC dan bank baterai 1000Ah 48 volt. (Yang saya ingin hindari terkuras / pemakaian melebihi 30% dari kapasitasnya untuk memastikan masa pakai baterai) permintaan energi yang jarang dan sangat terputus-putus akan dipenuhi oleh generator saya.

Beban yang jarang dan terputus-putus ini berasal dari bengkel saya.

Saya telah berpikir bahwa mungkin bijaksana untuk membangun bank kapasitor untuk menangani atau mengambil kelonggaran sistem dari arus start up beban induktif seperti motor pada kompresor udara saya dan gergaji meja.

Tetapi saya tidak yakin saat ini jika tidak ada cara yang lebih baik / lebih murah.

Pikiran dan komentar Anda akan sangat dihargai dan dihargai. Saya harap Anda punya waktu untuk kembali kepada saya.

Terima kasih atas waktu dan perhatiannya sebelumnya.

Salam, David Sent dari perangkat nirkabel BlackBerry® saya

Balasan saya

Hai David,

Saya telah membaca persyaratan Anda dan semoga memahaminya dengan benar.

Dari 4 inverter, hanya satu yang memiliki generator frekuensinya sendiri, sementara yang lain akan berjalan dengan mengekstraksi frekuensi dari output inverter utama ini, dan dengan demikian semua akan sinkron satu sama lain dan dengan spesifikasi master inverter ini.

Saya akan mencoba merancangnya dan berharap ini berfungsi seperti yang diharapkan dan sesuai spesifikasi yang Anda sebutkan, namun penerapannya harus dilakukan oleh seorang ahli yang harus mampu memahami konsep dan memodifikasi / menyesuaikannya dengan sempurna di mana pun itu berada. diperlukan .... jika tidak berhasil dengan desain yang cukup rumit ini bisa menjadi sangat sulit.

Saya hanya dapat menyajikan konsep dasar dan skema .... sisanya perlu dilakukan oleh para insinyur dari pihak Anda.

Mungkin perlu waktu beberapa saat untuk menyelesaikannya, karena saya sudah memiliki banyak permintaan yang menunggu di Antrean ... Saya akan memberi tahu Anda sebagai anak seperti yang diposting

Salam Hormat

Email # 2

Hai Swagatam,

Terima kasih banyak atas tanggapan Anda yang sangat cepat.

Bukan itu yang saya pikirkan, tetapi jelas mewakili sebuah alternatif.

Pikiran saya adalah bahwa setiap unit akan memiliki dua sub sirkuit pengukuran frekuensi satu yang melihat frekuensi pada bus AC bar dan unit ini digunakan untuk membuat pulsa clock untuk generator gelombang sinus inverter.

Sub rangkaian pengukuran frekuensi lainnya akan melihat keluaran dari generator gelombang sinus inverter.

Akan ada rangkaian perbandingan yang mungkin menggunakan array opamp yang akan diumpankan kembali ke pulsa clock generator gelombang sinus inverter untuk memajukan sinyal clock atau memperlambat sinyal clock sampai output dari generator gelombang sinus sama persis dengan gelombang sinus pada AC Bar .

Setelah frekuensi tingkat keluaran inverter cocok dengan frekuensi batang bus AC, maka akan ada SSR yang akan menutup sambungan tingkat keluaran inverter ke batang AC, sebaiknya pada titik lintas nol.

Dengan cara ini salah satu modul inverter bisa gagal dan sistem akan terus berfungsi. tujuan dari master inverter adalah bahwa dari semua modul inverter tidak akan pernah tidur dan akan memberikan frekuensi bar AC awal. Namun jika gagal maka unit lain tidak akan terpengaruh selama ada yang 'online'

Unit budak harus dimatikan atau dimulai saat beban berubah.

Pengamatan Anda benar. Saya bukan orang 'elektronik'. Saya seorang insinyur mekanik dan listrik. Saya bekerja dengan peralatan pabrik besar seperti pendingin, generator, dan kompresor.

Seiring kemajuan proyek ini, dan mulai menjadi lebih nyata, apakah Anda bersedia / terbuka untuk menerima hadiah uang? Saya tidak punya banyak tapi saya mungkin bisa memberi sejumlah uang melalui paypal untuk membantu mendukung biaya hosting situs web Anda.

Terima kasih lagi.

Saya berharap mendengar kabar dari kamu.

namaste

David

Balasan saya

Terima kasih David,

Pada dasarnya Anda ingin inverter sinkron satu sama lain dalam hal frekuensi dan fase, dan juga masing-masing memiliki kemampuan untuk menjadi master inverter dan mengambil alih muatan, jika yang sebelumnya gagal karena beberapa alasan. Baik?

Saya akan mencoba untuk memperbaiki ini dengan pengetahuan apa pun yang saya miliki dan akal sehat dan tidak dengan menggunakan IC atau konfigurasi yang rumit.

Salam Hangat Swag

Email # 3

Hai Swag,

Itu saja, dengan mempertimbangkan satu persyaratan tambahan.

Saat beban turun, Inverter masuk ke mode eco atau standby dan saat beban naik atau turun mereka bangun untuk memenuhi permintaan.

Saya suka pendekatan yang Anda gunakan ...

Terima kasih banyak pertimbangan Anda kepada saya sangat dihargai.

Namaste

Salam Hormat

David

Desain

Seperti yang diminta oleh Bapak David, rangkaian inverter daya stackable 4kva yang diusulkan harus dalam bentuk 4 rangkaian inverter terpisah, yang dapat ditumpuk dengan tepat secara sinkron satu sama lain untuk memasok jumlah daya pengaturan sendiri yang benar ke yang terhubung. beban, tergantung pada bagaimana beban ini DIAKTIFKAN dan MATI.

MEMPERBARUI:

Setelah beberapa pemikiran saya menyadari bahwa desain sebenarnya tidak perlu terlalu rumit, melainkan dapat diimplementasikan dengan menggunakan konsep sederhana seperti gambar di bawah ini.

Hanya IC 4017 bersama dengan dioda, transistor, dan trafo yang terkait yang perlu diulang untuk jumlah inverter yang diperlukan.

Osilator akan menjadi satu bagian dan dapat digunakan bersama dengan semua inverter dengan mengintegrasikan pin3 dengan pin14 dari IC 4017.

Sirkuit umpan balik harus disetel secara tepat untuk masing-masing inverter, sehingga kisaran pemotongan sama persis untuk semua inverter.

Desain dan penjelasan berikut dapat diabaikan karena versi yang lebih mudah telah diperbarui di atas

Sinkronisasi Inverter

Tantangan utama di sini adalah untuk mengaktifkan setiap slave inverter agar sinkron dengan master inverter selama master inverter beroperasi, dan jika (meskipun tidak mungkin) master inverter gagal atau berhenti bekerja, inverter berikutnya mengambil alih mengisi daya dan menjadi master inverter itu sendiri.
Dan jika inveter kedua juga gagal, inverter ketiga mengambil perintah dan berperan sebagai master inverter.

Sebenarnya sinkronisasi inverter tidaklah sulit. Kami tahu ini dapat dengan mudah dilakukan dengan menggunakan IC seperti SG3525, TL494 dll. Namun, bagian yang sulit dari desain ini adalah untuk memastikan bahwa jika inverter master gagal, salah satu inverter lain dapat dengan cepat menjadi master.

Dan ini perlu dijalankan tanpa kehilangan kendali atas frekuensi, fase dan PWM bahkan untuk sepersekian detik, dan dengan transisi yang mulus.

Saya tahu mungkin ada ide yang jauh lebih baik, desain paling mendasar untuk memenuhi kriteria yang disebutkan ditunjukkan dalam diagram berikut:

Pada gambar di atas kita dapat melihat beberapa tahapan yang identik, di mana inverter atas # 1 membentuk inverter utama sedangkan inverter # 2 yang lebih rendah membentuk slave.

Lebih banyak tahapan dalam bentuk inverter # 3 dan inverter # 4 seharusnya ditambahkan ke set up dengan cara yang sama dengan mengintegrasikan inverter ini dengan tahap optocoupler individu, tetapi tahap opamp tidak perlu diulang.

Desain utamanya terdiri dari osilator berbasis IC 555 dan rangkaian flip flop IC 4013. IC 555 dirancang untuk menghasilkan frekuensi clock pada kecepatan 100Hz atau 120Hz yang diumpankan ke input clock dari IC 4013, yang kemudian mengubahnya menjadi 50Hz atau 60Hz yang diperlukan dengan membalik outputnya secara bergantian dengan logika tinggi melintasi pin # 1 dan pin # 2.

Output bolak-balik ini kemudian digunakan untuk mengaktifkan perangkat daya dan transformator untuk menghasilkan 220V atau 120V AC yang dimaksudkan.

Sekarang seperti yang telah dibahas sebelumnya, masalah krusial di sini adalah menyinkronkan dua inverter sehingga ini dapat berjalan tepat selaras, berkaitan dengan frekuensi, fase, dan PWM.

Awalnya semua modul yang terlibat (rangkaian inverter yang dapat ditumpuk) secara terpisah disesuaikan dengan komponen yang persis sama sehingga perilakunya benar-benar setara satu sama lain.

Namun bahkan dengan atribut yang benar-benar cocok, inverter tidak dapat diharapkan untuk berjalan dengan sempurna dalam sinkronisasi kecuali jika ini diikat dengan cara yang unik.

Hal ini sebenarnya dilakukan dengan mengintegrasikan inverter 'budak' melalui tahap opamp / optocoupler seperti yang ditunjukkan dalam desain di atas.

Awalnya, master inverter # 1 dinyalakan, yang memungkinkan tahap opamp 741 untuk mendapatkan daya dan untuk menginisialisasi frekuensi dan pelacakan fase dari tegangan keluaran.

Setelah ini dimulai, semua inverter berikutnya DIAKTIFKAN untuk menambah daya ke saluran listrik.

Seperti yang dapat dilihat, output opamp dihubungkan dengan kapasitor timing dari semua inverter slave melalui opto coupler yang memaksa inverter slave mengikuti frekuensi dan sudut fasa dari master inverter.

Namun yang menarik disini adalah latching factor dari opamp dengan informasi fasa dan frekuensi sesaat.

Hal ini terjadi karena semua inverter sekarang mengirimkan dan berjalan pada frekuensi dan fase yang ditentukan dari master inverter, yang berarti jika ada inverter yang gagal termasuk master inverter, opamp dapat dengan cepat melacak dan menyuntikkan frekuensi sesaat / info fase dan memaksa inverter yang ada untuk berjalan dengan spesifikasi ini, dan inverter pada gilirannya mampu mempertahankan umpan balik ke tahap opamp untuk membuat transisi mulus dan mengoptimalkan sendiri.

Oleh karena itu semoga tahap opamp menangani tantangan pertama untuk menjaga semua inverter stackable yang diusulkan disinkronkan dengan sempurna melalui pelacakan LANGSUNG dari spesifikasi sumber listrik yang tersedia.

Di bagian artikel selanjutnya kita akan mempelajari tahap sinewave PWM yang disinkronkan , yang merupakan fitur penting berikutnya dari desain yang dibahas di atas.

Di bagian atas artikel ini, kita mempelajari bagian utama rangkaian inverter stackable tersinkronisasi 4kva yang menjelaskan detail sinkronisasi desain. Dalam artikel ini kami mempelajari bagaimana membuat desain menjadi sinewave setara dan juga memastikan sinkronisasi yang benar dari PWM di seluruh inverter yang terlibat.

Sinkronisasi PWM Gelombang Sinus di seluruh Inverter

Generator gelombang gelombang sinewave ekuivalen PWM RMS yang cocok dengan RMS dapat dibuat dengan menggunakan IC 555 dan IC 4060, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Desain ini kemudian dapat digunakan untuk memungkinkan inverter menghasilkan gelombang ekuivalen gelombang sinus pada outputnya, dan melintasi jalur listrik yang terhubung.

Masing-masing prosesor PWM ini akan diperlukan untuk masing-masing modul inverter yang dapat ditumpuk secara individual.

MEMPERBARUI: Tampaknya prosesor PWM tunggal dapat digunakan bersama untuk memotong semua basis transistor, asalkan setiap basis MJ3001 terhubung dengan kolektor BC547 tertentu melalui dioda 1N4148 individu. Ini sangat menyederhanakan desain.

Berbagai tahapan yang terlibat dalam rangkaian geneartor PWM di atas dapat dipahami dengan bantuan poin berikut:

Menggunakan IC 555 sebagai Generator PWM

IC 555 dikonfigurasi sebagai rangkaian generator PWM dasar. Untuk dapat menghasilkan pulsa ekuivalen PWM yang dapat disesuaikan pada RMS yang diinginkan, IC memerlukan gelombang segitiga cepat pada pin7 dan potensial referensi pada pin5 yang menentukan level PWM pada pin keluaran # 3

Menggunakan IC 4060 sebagai Generator Gelombang Segitiga

Untuk menghasilkan gelombang segitiga, IC 555 membutuhkan gelombang persegi pada pin # 2, yang diperoleh dari chip osilator IC 4060.

IC 4060 menentukan frekuensi PWM, atau hanya jumlah 'pilar' di setiap setengah siklus AC.

IC 4060 terutama digunakan untuk mengalikan sampel konten frekuensi rendah dari keluaran inverter menjadi frekuensi yang relatif tinggi dari pin # 7. Frekuensi sampel pada dasarnya memastikan bahwa pemotongan PWM sama dan disinkronkan untuk semua modul invetrer. Ini adalah alasan utama mengapa IC 4060 disertakan, sebaliknya IC 555 lain bisa dengan mudah melakukan pekerjaan itu.

Potensi referensi pada pin # 5 dari IC 555 diperoleh dari pengikut tegangan opamp yang ditunjukkan di paling kiri rangkaian.

Seperti namanya, opamp ini memberikan besaran tegangan yang persis sama pada pin # 6 yang muncul di pin # 3 .... namun replikasi pin # 6 dari pin # 3 memiliki buffer yang baik, dan karena itu lebih kaya daripada kualitas pin3, dan itulah alasan yang tepat untuk memasukkan tahap ini ke dalam desain.

Preset 10 k yang terkait pada pin3 dari IC ini digunakan untuk menyesuaikan level RMS yang akhirnya menyempurnakan PWM output IC 555 ke level RMS yang diinginkan.

RMS ini kemudian diterapkan ke basis perangkat daya untuk memaksanya bekerja pada level PWM RMS yang ditentukan, yang pada gilirannya menyebabkan output AC memperoleh atribut seperti gelombang sinus murni melalui level RMS yang benar. Hal ini selanjutnya dapat ditingkatkan dengan menggunakan filter LC di seluruh belitan keluaran dari semua transformator.

Bagian selanjutnya dan bagian terakhir dari rangkaian inverter tersinkronisasi 4kva yang dapat ditumpuk ini merinci fitur koreksi beban otomatis untuk memungkinkan inverter mengirimkan dan mempertahankan jumlah watt yang benar di seluruh saluran listrik daya keluaran sesuai dengan pemindahan beban yang bervariasi.

Sejauh ini kami telah membahas dua persyaratan utama untuk rangkaian inverter stackable 4kva tersinkronisasi yang diusulkan, yang mencakup sinkronisasi frekuensi, fasa, dan PWM di seluruh inverter sehingga kegagalan salah satu inverter tidak berpengaruh pada sisanya dalam hal parameter di atas. .

Tahap Koreksi Beban Otomatis

Pada artikel ini kami akan mencoba untuk mencari tahu fitur koreksi beban otomatis yang dapat mengaktifkan ON atau OFF dari inverter secara berurutan sebagai respons terhadap kondisi beban yang berbeda-beda di seluruh jalur utama keluaran.

Komparator quad sederhana yang menggunakan IC LM324 dapat digunakan untuk menerapkan koreksi beban sekuensial otomatis seperti yang ditunjukkan pada diagram berikut:

Pada gambar di atas, kita dapat melihat empat opamp dari IC LM324 yang dikonfigurasi sebagai empat komparator terpisah dengan input non-pembalik yang dilengkapi dengan preset individual, sementara input pembalik semuanya direferensikan dengan tegangan zener tetap.

Preset yang relevan hanya disesuaikan sedemikian rupa sehingga opamp menghasilkan output tinggi secara berurutan segera setelah tegangan listrik naik di atas ambang yang dimaksudkan ..... dan sebaliknya.

Ketika ini terjadi sakelar transistor yang relevan sesuai dengan aktivasi opamp.

Kolektor dari masing-masing BJT terhubung dengan pin # 3 dari IC 741 pengikut tegangan opamp yang digunakan dalam tahap pengontrol PWM, dan ini memaksa keluaran opamp menjadi rendah atau nol, yang pada gilirannya menyebabkan tegangan nol muncul. di pin # 5 dari PWM IC 555 (seperti yang dibahas di Bagian 2).

Dengan pin # 5 dari IC 555 diterapkan dengan logika nol ini, memaksa PWM menjadi tersempit atau pada nilai minimum, yang menyebabkan output dari inverter tersebut hampir mati.

Tindakan di atas berusaha untuk menstabilkan keluaran ke kondisi normal sebelumnya yang lagi-lagi memaksa PWM untuk menjadi lebih lebar dan tarik-menarik ini atau peralihan konstan dari opamps cintinues secara konsisten menjaga keluaran stabil mungkin, sebagai tanggapan terhadap variasi beban terpasang.

Dengan koreksi beban otomatis yang diimplementasikan dalam rangkaian inverter stackable 4kva yang diusulkan ini hampir membuat desain lengkap dengan semua fitur yang diminta oleh pengguna di Bagian 1 artikel.