Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

трековые светодиодные светильники купить


ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНОЙ ФОРМЫ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ МОЩНОСТИ АВТОНОМНЫХ ИНВЕРТОРОВ

Электрическая энергия в автономных фотоэлектрических и ветровых энергосистемах вырабатывается в виде постоянного напряжения величиной от 12 до 48 В и хранится в электрохимических аккумуляторах. В то же время большинство бытовых потребителей (холодильники, телевизоры и другие) требует переменного напряжения 220 В, частотой 50 герц. Для преобразования постоянного напряжения аккумуляторов солнечных станций в переменное с необходимыми характеристиками требуются инверторы. Инверторы для автономных солнечных станций по своим характеристикам отличаются от инверторов и устройств бесперебойного питания, которые широко представлены на рынке, высоким уровнем надежности, наличием встроенных электронных систем защиты и высокой перегрузочной способностью (до 300%), необходимой для осуществления пусковых режимов работы различных нагрузок.

При сетевом питании проблем пуска обычно не возникает, так как распределительные сети в силу статического характера распределения нагрузок, обладают большим запасом мощности.

Необходимость применения инвертора с двухкратной перегрузочной способностью фактически приводит к удвоению его цены, что неблагоприятно сказывается на перспективах широкого использования альтернативных источников энергии. Так, при наличии среди потребителей асинхронного двигателя, например, холодильника, необходимо рассчитывать инвертор на пусковой ток двигателя, превышающего номинальный ток в несколько (в среднем 5-8) раз. При номинальной мощности холодильника 140-180 ватт для пуска необходима мощность инвертора не менее 14001800 ВА, при этом соБф нагрузки может быть менее 0,3. Кроме того, в момент пуска нельзя допускать «просадки» выходного напряжения, так как пусковой момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения и при пониженном напряжении двигатель может вообще не запуститься, что приведет к аварии двигателя и инвертора. Большие пиковые мощности и низкий cosф в пусковом режиме большого числа нагрузок приводят к необходимости использования в инверторах активных элементов с большими запасами по току и напряжению и, следовательно, к весьма значительному росту их стоимости.

Одним из путей решения этой проблемы является разработка таких способов управления силовым блоком инвертора, при которых не превышаются максимальные мгновенные токи и напряжения ключевых элементов, но растет среднее значение выходной мощности. Анализ показывает, что для этого необходимо изменять форму выходного напряжения инвертора при возникновении режима перегрузки.

Нами разработан алгоритм работы системы управления силовым блоком инвертора, обеспечивающий формирование практически синусоидального выходного напряжения в номинальном режиме и напряжения специальной формы в режиме перегрузки. На рис. 1, 2, 3 показаны возможные формы выходного напряжения (выведены расчетом), получаемые по предлагаемому алгоритму в зависимости от выходного тока и используемые при разных перегрузках.

Рис. 2. Форма выходного напряжения при некоторой перегрузке


Отличием предлагаемого решения является гладкость формы выходного напряжения во всех режимах работы, в том числе и при перегрузке, что позволяет значительно улучшить электромагнитную совместимость инвертора.

При перегрузке качество выходного напряжения (его коэффициент гармоник) ухудшается, однако остается в пределах требований «ГОСТ 13109-87 - Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения» при перегрузке до 10-12% по величине среднего тока (это соответствует примерно 20 -25% увеличению мощности инвертора).

На рис. 4 показана блок-схема системы управления инвертором, реализующая предложенный способ. Блоки с 1 по 18 задают необходимую форму выходного напряжения сигналом Q(t) в зависимости от величины выходного тока I(t). Кроме того, здесь формируется сигнал знака (фазы) выходного напряжения Z(t). Блоки 19-25 описывают инвертор, регулируемый методом ШИМ и не имеющий особенностей.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить мощность автономного инвертора на величину до 25% вообще без изменения его силовой части, за счет незначительных изменений схемы управления. При использовании микроконтроллерной реализации схемы управления достаточно изменить только управляющую программу.

Дальнейшее увеличение выходной мощности тоже возможно при условии наличия в схеме силовой части конструктивного запаса мощности. Так, при запасе по токам 30-35% (что является типичным значением) максимальную мощность инвертора можно увеличить до 1,5-2 раз при сохранении качественных показателей в пределах ГОСТа.

На кафедре «Электроника и микроэлектроника» ТашГТУ проведена разработка схемы и конструкции инвертора для автономных солнечных и ветровых электростанций с синусоидальным выходным напряжением, формируемым методом ШИМ. Силовая часть инвертора построена по двухтактной «нулевой» схеме с использованием низкочастотного трансформатора со средним выводом. Такое решение позволяет уменьшить статические потери в ключевых элементах по сравнению с мостовой схемой при низких значениях напряжения питания (12 или 24 В).

Задание необходимой формы и регулировка амплитуды выходного напряжения осуществляется методом ШИМ с частотой около 20 кГц, что позволяет уменьшить массу выходного фильтра. Управление инвертором и генерация ШИМ осуществляется микроконтроллером ATmega-16 с использованием таймера реального времени, при этом выходная частота инвертора равна 51,2 Гц (отклонение +2,4%).


Инвертор имеет быстродействующие аварийные защиты, а индикаторная часть обеспечивает индикацию входного напряжения, выходного напряжения и тока, а также аварийных режимов.

Для улучшения перегрузочной способности алгоритмически реализуется специальная (непрямоугольная) форма выходного напряжения - при мощности меньше номинальной она близка к синусоидальной, а при усилении перегрузки - изменяется до трапецеидальной (в максимуме перегрузки - близка к прямоугольной).

Такое изменение формы выходного напряжения позволяет при неизменном амплитудном значении токов силового блока увеличить действующее значение примерно на 30% и тем самым использовать в инверторе более дешевые активные элементы. Измерения показали, что в режиме перегрузки на 50% максимальные токи ключевых элементов изменяются не более чем на 20%, что находится в пределах конструктивного (30%) запаса по этому параметру.

Выходное напряжение достаточно «гладкое» в любых режимах работы, что значительно уменьшает величину средне- и высокочастотных гармоник выходного напряжения (они дополнительно подавляются фильтром ШИМа). Низкочастотные нечетные гармоники имеют большую величину только при перегрузке и минимальны в области нормальных режимов.

Сборник трудов Международной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития энергетики», в 2 томах. - Ташкент, ТашГТУ им. Беруни, 2011. Т1 - 246 с., Т2 - 241 с.

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????