PFC Charger 220Vc.a. -> 240Vcc 7kW

[addysoftware]

Un prieten vrea sa isi faca un buck/boost pentru incarcat acc la masina electrica.

 

Lucreaza si el electronica, insa mai mult automatizari, desi si-a bagat nasul si in power nitelus; partea de putere a alimentarii motorului este facuta si functioneaza, este un buck de la 48V cu tensiune variabila si curent de iesire de pana la cca 1200A, e drept ca e varianta simpla, fara redresare sincrona, ci cu flywheel pe diode.

 

In speta, ceea ce vrea acum este sa alimenteze de la 220Vca un charger Victron LiFePO4 de 7kW care permite input doar pana la 250Vdc.

Cam nasol, pt ca redresarea unei puteri atat de mari introduce o incalzire extrema a retelei de 220V (curentul in pulsuri necesar redresarii clasice e in medie de 3 ori mai "cald" pentru fire, spus plastic). O sa-l chem pe topic, sa disecam impreuna problemutza.

 

Poate iese ceva. Ma gandesc la un boost (PFC activ) care sa "intre" si sa "iasa" pe la 70-100V (nu am lucrat cu asa ceva, nu stiu exact la cat ar fi mai rentabil sa iasa din functiune) si astfel sa solicite mult mai putin reteaua de alimentare. Urmat de un buck de la 300 la 240v.

 

Sau...altfel, un boost 70-x spre 240, comutat la momentul oportun cu un buck 240..300 spre 240..

 

Aveti experienta cu circuite PFC active? Trebuie sa existe integrate driver care fac asa ceva.

[iop95]

7kW e puterea maxima a incarcatorului, nu inseamna ca trebuie sa consume musai puterea asta. Banuiesc ca are reglaj de curenti si e poate limita puterea absorbita cu marirea eventuala a timpului de incarcare.

Chargerul e alimentat in cc (max 250Vdc) sau accepta 230Vca?

PFC face corectia factorului de putere si de regula se foloseste o configuratie boost (in trifazat e mai avantajoasa configuratia buck).

Pentru ridicare tensiune e suficient boost daca nu se vrea si corectie PF.

[addysoftware]

Chargerul vrea doar DC, este de tipul folosit pe fotovoltaice.

Da, puterea probabil nu va fi folosita integral, am dat-o doar ca valoare de pornire a ipotezelor de lucru. Cel mai probabil un 4-5kW va fi acceptabil pt majoritatea "prizelor" de unde ar putea trage curent. Dar daca ar avea disponibil un 32A undeva, ar fi dragut sa-i poata folosi.

Ideea e sa poata incarca de oriunde are la dispozitie o priza de 230 monofazata. Trifazat nu e usor de gasit.

Nu e neaparat sa fie PFC perfect; dar daca ajungem la concluzia ca se poate face acest charger, si daca gasim si ic-uri care sa faca pfc-ul, cred ca ar fi mai usor sa folosim o solutie deja integrata.

[Vizitator]

Am dat cautare dupa buck PFC si am gasit un integrat UCC29910A dar nu am cautat sa vad daca este accesibil. Incerc acum.

[addysoftware]

saru'mana; eu am intrat pe pdf sa vedem "cu ce se mananca"...

[addysoftware]

am discutat oarescat; o sa incercam prima data un design al partii de convertor de la 600V(530V) la 240V, redresorul va fi trifazic; o sa incerc sa fac un design care sa accepte si monofazic 230V dar cu putere redusa (2kW). PFC-ul ramane insa pt un viitor oarecare, nu prea apropiat.

 

Ma gandesc la o configuratie in care condensatorii sa fie default in grup serie, pt a ajunge la cei 600V necesari pt trifazat. La alimentare se va detecta tensiunea generata de redresor, si daca e doar cca 300V un grup de contactoare vor switch-ui capacitorii in configuratia paralel. Desigur se vor uitliza si rezistori de preincarcare.

Asta pt a nu lasa chestiunea in grija operatorului, ceea ce s-ar putea solda cu un mare trosc.

 

Pentru convertorul 600/240 ma gandesc la o configuratie simpla, UC3842 + driver 4422 + 4 x MOSFET's 60N20 si 4 x diode corespunzatoare. radiatoare, coolere, etc.

Am facut niste calcule premergatoare pt partea de putere, si curentii sunt in general pe la 50-55A.

4 x MOSFETs de 20A sunt cam putini. Poate vor trebui 6-8, pentru a-i face sa lucreze mai lejer.

 

Ia sa vedem ce capacitoare ne-ar trebui pentru 530V cu 55A pulsatoriu....

Daca iau in considerare un curent pulsatoriu pe input de 55A peak, si o putere disipata totala pe condensatori de ...sa zicem 20W, ceea ce nu e deloc mult, cond vor fi destul de mari, plus ca va exista racire activa, sa vedem ce rezistenta ESR se admite pe tot grupul

P=I²R --> R = P/I² deci R = 20W / 55² = 6.6 miliohmi

hm putintel pt condensatori de 350V....pusi in serie..

ma uit de exemplu la astia, 6000uF / 300V, (tabelul 2 pagina 3); au 12-20miliohmi, deci sa zicem 24miliohmi in serie; trebuiesc patru siruri de cate doi deci 8 bucati.

Mi se pare enorm ca factor de utilizare al componentei. O varianta mai buna daca pretul este mult prea mare ar fi combinarea unui numar mult mai mic de astfel de condensatoare cu condensatoare cu polipropilena (deoarece ceramice de capacitati mari, 1uF sau mai mult, la 500V eu nu cred ca sunt mai ieftine). Ar trebui calculat insa ce necesar minimal de condensatori ar fi nevoie pentru 230V monofazat. Probabil ca mult mai putin, oricum. La fiecare 100W in principiu e suficient 100uF pentru redresarea obisnuita, deci cca 2000uF pt 2kW e ok. Asta ar reduce mult costurile (2 x 1000uF in serie sau paralel fct de mono/trifazic)

Ia sa vedem ce gasim pe net la polipropilena ESR....

[iop95]

Cred ca o varianta mai ieftina ar fi un redresor trifazat/monofazat comandat, cu filtru LC serios care sa scoata 250Vdc indiferent de alimentare.

Nu e nevoie de cine stie ce raspuns dinamic, deci o schema simpla cu tiristori ar fi ok.

Evident se poate face si cu un convertor buck cu plaja larga de intrare 320-535Vdc / 250Vdc dar e mult mai scump si mai greu de realizat.

[addysoftware]

S-ar putea sa aveti dreptate...

Intre timp m-am uitat la condensatori polipropilena, pentru o varianta in care as folosi capacitati mult mai mici pe redresare si as folosi PPR de genul MKP sau asemanatori langa etajul de putere. Am gasit bunaoara valori ESR de 6 miliohmi la capacitati banale de cca 5uF pe 630V; desigur, in acest caz suprafata disipativa e mult mai mica si 6 miliohmi este mult prea mult, deci tot un grup de vreo cateva (probabil 8-16) buc in paralel va face serviciul necesar; insa costurile sunt incomparabil mai mici.

ia sa fac un calcul de putere disipata versus ESR....

Daca as folosi 8 bucati, curentul de varf ar fi de 55A/8 = 7A

La un esr de 6mO, asta inseamna o putere disipata pe condensator de cca 1/2 (zic si eu...) x 7A² x 6mO = 1/2 x 49 x 6 = 147mW

Cred ca e ultrarezonabil; daca pun doar 4, puterea creste la 600mW cel putin, si curentul mi se pare cam mare....

 

Cam la ce schema de comanda pt tiristoare te gandeai?

[addysoftware]

Cea mai simpla varianta care s-ar putea face pe tiristoare e asa: puntea cu 2/3 diode si 2/3 tiristoare, comanda "in faza" pe tiristoare (e f simplu, am facut asa ceva cand eram mititel pt o orga de lumini "cu calare pe faza"), singura chestie nasoala e ca trebuie o inductanta babana la iesire, si condensatori vigurosi. Ah, si ma gandesc daca inainte de inductanta nu trebuie freewheel diodes... tiristorii ies singuri cand curentul prin bobina e zero.. da, dar la redresoare se ncarca acolo un condensator dupa bobina, si.. dar condensatorii se incarca, sa zicem ca tensiunea ajunge la un moment dat la 270V, curentul prin bobina e nonzero,, tensiunea de la retea scade sub 270, curentul prin bobina incepe sa scada, da... si cand tensiunea inainte de tiristor trece prin zero inca mai e curent prin bobina, deci si prin tiristor; tensiunea devine negativa inainte de tiristor si pozitiva pe celalalt tiristor, curentul prin bobina e inca nenul, deci tiristorul precedent e inca DESCHIS, trebuie neaparat ca tiristorul 2 sa NU se deschida cata vreme tiristorul 1 e inca deschis, deci trebuie cate un circuit de current sensing pe fiecare tiristor. Well, crd ca nu e big deal, se paote rezolva.. Da, dar ce ma fac daca puterea livrata nu e de ajuns cata vreme eu nu pot deschide tiristorul 2 pt ca 1 e inca deschis si circuitul de control ar trebui sa deschida tiristorul 2?

Nu e chiar simplu, se pare.

Ah, ia sa rejudecam momentul trecerii prin zero

Tiristorul unu e inca in conductie, bobina ii impune chestia asta; tensiunea pe anodul Thr1 tocmai a trecut prin zero si se duce la sub zero; tensiunea in catodul thr1 e imediat dedesubt, la minus 1V. Curentul prin bobina e de ordinul a cateva zeci de A, si prin tiristor la fel. In acel moment potentialul pe anodul Thr1 este zero, pe catod e -1V (sa zicem). pe anodul lui Thr2 este tot zero;

 

Deschidem Thr2, Thr1 e inca deshis. Potentialul pe anodul Thr2 creste repede alimentat fiind din retea, si trage dupa el catodul Thr2 si catodul Thr1. In acest moment anodul Thr1 e deja la zero volti si scade, dar curent prin tiristor e inca prezent.

 

Fir-ar sa fie, daca tiristorul e deschis pt ca este curent prin el dar potentialul pe anod devine negativ fata de catod, se inchide sau nu?

Ar trebui sa aiba comportament de dioda... dar n-am lucrat cu ele in acest regim.

Breeeee

Acu mi-a picat fisa.

La redresarea monofaza fara condensatori, dar cu bobina, Uoutput = Ueff

Deci imi iese 220V la iesire, FARA TIRISTORI, FARA CONTROL, FARA NIMIC

Si culmea, e si PFC

 

Saru-mana pt ca mi-ai deschis ochii - indirect ce-i drept. Dau o bereeee!

In cloncluzie, punte babana, bobina babana, si condensatori cat sa fie pentru intrarea Victronului. Vreo 4000uF/250V paralel cu vreo 8 x 4,7uF/400V polimer

Problem SOLVED.

atat ca e limitat la 230V input monofazat, dar asta chiar nu mai e o problema.

[iop95]

Ueff da, dar Upeak? Nu accepta incarcatorul o asemenea tensiune de intrare...

Cum adica e PFC?! Factorul de putere e groaznic... distrosiuni imense.

 

Sunt multe scheme cu punte trifazata comandata.

Teorie functionare: http://protorit.blogspot.ro/2013/02/three-phase-full-wave-controlled-rectifier.html

[addysoftware]

Pai nu! redresorul cel mai simplu: punte+bobina; capacitorul in mod normal la o sarcina rezistiva e mai mult de forma; la noi insa sarcina va absorbi pulsuri de cca 50-80A deci trebuie in continuare condensatori

Redresorul punte+ bobina da la iesire o tensiune continua fitrata de bobina, si e intotdeauna mai mica decat Ueff

Bobina transfera energie spre sarcina pe toata durata conductiei diodelor. E adevarat ca nu rezulta factor de putere 1, dar nu e nici ca in cazul redresarii filtrate cu capacitor. E mult mai bun sistemul asta de redresare

Deci, ca sa ne intelegem: dupa punte urmeaza filtru Gama, nu filtru Pi.

[iop95]

In gol tens pe cond ajunge la valoarea de varf, adica 320V cu mult peste 250V.

Un controller de comanda in faza pt. punte comandata: http://www.infineon.com/cms/en/product/power/ac-dc-power-conversion/ac-dc-pwm-pfc-controller/ac-dc-function-and-industrial-ics/TCA785/productType.html?productType=ff80808112ab681d0112ab6cee450a1a

Pe vremuri facea si IPRS... BAA145 parca.

[addysoftware]

Uite, am facut o simulare:

 

Descarca simularea de aici

redresor cu filtru LC.circuitjs.txt

 

si vizualizeaz-o pe site-ul asta

In gol tens pe cond ajunge la valoarea de varf, adica 320V cu mult peste 250V.

In caz ca nu exista decat bobina imediat dupa punte, iar condensatorii sunt dupa bobina, tensiunea filtrata este egala cu tensiunea medie a formei de unda de dinainte de bobina

deci nici macar effectiva, ci medie - putin mai mica decat cea efectiva

adica, spus cu alte cuvinte: tens de iesire DC dupa filtrul LC Gama e egala cu componenta continua a semnalului de dinainte de filtru

[iop95]

Nu... cond se incarca la tensiunea de varf.

Pe masura ce curentul de incarcare scade tensiunea pe cond ajunde la cea de varf (in gol). La conectarea incarcatorului... acesta va primi 320V!

Fiind un echipament electronic, conteaza valoarea maxima a tensiunii de intrare.. daca ar fi vorba de un motor de cc.. ar fi doar o problema legata de tensiunea de varf admisa de izolatie.

N-am inteles ce vrea sa arate acea simulare...

[addysoftware]

Da, mai exista o problema. Autoinductia. Daca sarcina scade [mai mult sau mai putin] brusc, tensiunea de iesire va creste foarte mult.

Ia sa simulez un condensator mare pe iesire, sa vedem ce efect are... Ca oricum am nevoie de vreo 10mF pe iesire.

Nep; nici la 30mF nu iese satisfacator; tensiunea creste spre 270-280V si abia apoi scade lent inapoi...

dap, fara sarcina e nasol. Si cum chargerul nu are protectie la supratensiune, o solutie ar fi decuplarea cu un tranzistor MOS de ...400V 50A.

adica 2-3 in paralel, ca unul singur de genul astuia ar trebui sa disipe 88W!

hm, ne intoarcem de unde am plecat; sursa in comutatie

oricum, un inductor de o suta de milihenry, la 35A componenta continua.... nu stiu daca as gasi un miez pt asa ceva; pretty damn huge