Ridicator tensiune in: 25-70V, out 200 sau 400V 1.5kW

[one]

Buna ziua,doresc, daca este posibil, sugestii pentru realizarea acestui ridicator.Am intentia de a face cateva experimente cu scopul de a analiza posibilitatea constructiei unui converter de la o tensiune variabila in intrare, care variaza intre 25-70V (in practica domeniul este ceva mai restrans, dar ar trebui sa am garantat acesta).Acest ridicator ar trebui sa aiba 1.5kW cu posibilitatea de a combina 2 astfel de module pentru a obtine o putere nominala dubla.Combinarea se poate face in serie sau paralel, in sensul ca daca as avea 200V la iesire, as putea lega cele 2 iesiri in serie pentru a face 400V.Tensiunea de iesire nu este deosebit de importanta, ideal ar fi sa se poata varia intr-un mod... nu m-am gandit inca pentru ca este important sa functioneze acest converter si mai putin posibilitatea de variatie.Una din caracteristicile necesare este eficienta foarte ridicata... cel putin 90%. Stiu ca este foarte dificil, dar cateva experimente imi permit sa fac inainte de a renunta.Tensiunea de intrare este variabila pentru ca in intrare am un generator de tensiune continua cu o rezistenta interna relativ mare si a carui tensiune de iesire variaza in functie de incarcare, mai mult, acest generator nu are un comportament standard si poate varia. Exemplu:generator 1: in gol am 44V, in sarcina la 1kW am 28V.generator 2: in gol am 60V, in sarcina am 44V.Eu doresc sa pot folosi ridicatorul meu fie cu generatorul 1, fie cu generatorul 2.Aceste generatoare sunt celule de combustie si sunt practic niste baterii, cu precizarea ca sunt relativ fragile si maltratarea lor duce la rezultate nedorite.Tensiunea de iesire nu este critica, sa fie undeva intre 200 sau 400V, nici stabilitatea nu e foarte importanta, intrucat dupa acest dipozitiv intentionez sa leg un inverter pentru energia solara, care accepta la intrare sa zicem 200-400V si scoate 230V la un curent pe care il introduce in retea.O alta caracteristica necesara, in afara de eficienta, ar fi riplul redus la intrare. Stiu ca pot utiliza condensatori, asta am si intentia sa montez, dar nu pot folosi pur si simplu un boost-converter din cauza ca varfurile de curent ar fi destul de mari fata de media curentului absorbit.Intentia mea este de a construi un prototip cu un transformator trifazic, sau 3 transformatoare independente, fiecare comandat de o punte H, iar secundarele sa le redresez cu un redresor trifazic pentru a a obtine o unica tensiune continua. Scopul acestei complicatii este de a diviza curentul de intrare in 3 ramuri si presupun ca pot construi mai intai un converter de 500W si daca rezultatele sunt bune, montez 3 faze. Daca si acesta merge bine, pun 2 convertoare in paralel la intrare, frecventele sincronizate, si iesirile in serie sau paralel, inca nu m-am gandit.As dori sa stiu daca ati mai auzit sau vazut smps cu transformator trifazic. O solutie deja functionala care este pusa in prcatica de catre o firma cu experienta, transforma intrarea 25-70V intr-o tensiune stabilizata de 24V cu un converter buck si apoi o ridica la 200V cu un transformator. Presupun ca avand o tensiune fixa la intrare, este mai usir de lucrat in zona de eficienta maxima. Apoi, sunt necesari 24V pentru sistem, dar pentru mine nu este important.2 module sunt combinate in serie pentru a obtine o tensiune dubla de 200V din care se fabrica apoi sinusoida. Eu intentionez insa transformarea direct a tensiunii de intrare in 200V (oare pierd eficienta marind gama de tensiuni la intrare?) si divizarea acesteia in mai multe generatoare mici, pentru a putea modula (teoretic pot face si 6 faze cu 6 transformatoare).Ce parere aveti? Ce directie as putea sa aleg ?Nu este un proiect comercial, nu sper sa catig din asta cine stie ce. Nu promit nimic, pentru ca nu ma astept sa obtin eficienta dorita (target 95% minim - eu am un inverter complet care are eficienta pana la 97%). Totusi, in cazul reusitei, as putea oferi un premiu simbolic pentru o idee buna.

[Vizitator smilex]

Diferenta de tensiuni te face sa pierzi randament. Directia descrisa de tine imi pare cea mai corecta posibila: buck + ridicator (2buc a 200V). 95% este realizabil poate pentru buck, poate mai bine daca reusesti implementarea redresarii cu MOS nu cu dioda (schottky). Sau MOS + dioda. Poate pentru ridicator o rezonanta daca nu ai intervale mari de temperatura ambientala. Dar apoi urmeaza transformarea in sinus. 95% per total nu-mi pare realizabil. 90% pe mine m-ar satisface. Sunt trei conversii pe traseu...

[one]

Conversia in sinus nu o fac din motive de complexitate. Asta o face un inverter separat, comercial. Bineinteles ca si acela va avea eficienta lui. Eficienta per ansamblu ar trebui sa fie cam 90%. Considerand inverterul comercial cu 95% eficienta, rezulta ca si primul etaj ar trebui sa aiba cam tot atat.

 

Eu vreau sa fac doar acest prim etaj pentru ridicarea tensiunii continue.

 

Domeniul de temperatura din pacate va fi destul de varibil, pentru ca teoretic un astfel de dispozitiv sta intr-un panou electric deci iarna sa zicem 0 grade si vara 40-50. Noi am facut niste probe cu un sistem pilot intr-un container si vara temperatura in interior depasea 40grade si a trebuit sa oprim. Nu din cauza inverterelor - mergeau bine - ci din alte motive, dar oricum ma face sa cred ca este un factor important de luat in consideratie.

 

Deci nu am temperatura ambianta foarte prietenoasa.

Am sa consider si posibilitatea unui converter buck desi eu speram sa exclud acest pasaj.

 

Inverterul pe care il am este "on the shelf" adica o versiune speciala a acestuia:

 

http://www.basolar.sk/wp-content/upload ... 2524hf.pdf

Numai ca acesta are un singur modul DC, este pentru jumatate din putere, iar al nostru are 2 module (cel din stanga este modulul DC/DC).

care insa are puterea de maxima 2500W si furnizeaza si acea tensiune de 24V, in plus este reversibil, adica da 24 de la retea, iar cand tensiunea pe intrare depaseste pragul minim (totul poate fi controlat software) schimba directia.

Eficienta totala atinge 93%, am gresit cand am spus ca eficienta este 97%. Oricum , aceasta este eficienta de varf si nu stiu in ce punct se atinge aceasta.

[Vizitator smilex]

speram sa exclud acest pasaj

Inteleg asta, un simplu ridicator exclude una din conversii, dar doresti o maxima de trei ori cat minima. Spui tu ca nu e necesara stabilizarea, dar o minima de 200V cu o maxima de 560V e ok? Stabilizarea mai introduce pierderi, contine si acel buck, insa pe tensiuni mai mari, deci curenti mai mici.

[one]

Speram sa exclud convertorul buck intrucat imi imaginam un posibil castig in eficienta...Cand spun ca nu este necesara stabilizarea ma gandesc la un banal transformator la 220V cu o iesire de 12V care nu este precisa, dar nici nu imi variaza intre 9 si 18V.

[Vizitator smilex]

Ai putea incerca si un ridicator stabilizat dar ca sa ai pierderi minime ar trebui sa-l proiectezi mai strans, cu diferenta mai mica intre minim si maxim, sau mai bine zis sa te gandesti la cea mai mica minima in sarcina si sa te opresti acolo. Cu cat umplerea e mai mica, cresc pierderile. Daca alegi trafuri suficiente (ferita inclusiv pentru inductanta serie) dar nici prea mari, inductie mica, un j=2A/mmp, tranzistoare bune, diode cu cadere mica si eventual in paralel, snubbere corecte, cred ca ai putea depasi 90% pentru a obtine cei 200V sau chiar +/-200V.

[Dr.L]

La ce m-am gandit eu:

Avem cele 2 solutii:

-sursa cu stabilizare, care admite la intrare o tensiune variabila (cea a generatorului) si scoate la iesire o tensiune destul de fixa

si -sursa din 2 trepte, prima un buck de 24V, iar cealalta o sursa ce ridica cei 24V la 200V

 

@one -tu te-ai gandit ca cu o singura sursa ai putea obtine o eficienta mai mare. Partial este corect, dar sursa cu stabilizare, e, practic, compusa din 2 surse

Prima e partea cu traful, cu un raport fix al tensiunilor de intare si iesire, iar ce-a de-a 2-a e insasi bobina de netezire (poate nu am ales bine termenul...) de la iesire, dintre diode si condensatori. Practic aceasta bobina (+ ansamblul diode si condensatori) transforma tensiunea variabila cu factorul de umplere variabil (invers proportionale), data de traf intr-o tensiune fixa.

Deci, este 100% (?) o sursa buck!

Stiind asta, tie imi mai ramane doar sa alegi unde pui sursa buck: inainte sau dupa traf

Daca o pui dupa traf: regimul tranzistorilor este de hard-switching, ceea ce intodeauna genereaza niste pierderi ce nu pot fi eliminate

Daca o pui inainte de traf, atunci sursa cu traf poate fi una rezonanta, cu raport fix (fara stabilizare), deci poti obtine randamentul maxim din ea!

Sursa buck lucreaza cam la fel in ambele situatii, singura diferenta este curentul, dar o alegere corecta a materialelor (adica cresterea costurilor) iti va permite sa ai cam aceelasi randament in oricare din pozitionari

 

Si ca argument final: inclusiv sursa industriala a fost facuta dupa a 2-a solutie. Iar daca sursa este de calitate (adica a beneficiat de o echipa de proiectare competenta + materiale pe masura), atunci sigur tu, in regim diy, nu vei obtine performante mai bune.

 

In caz ca am gresit ceva, astept semnalarea erorilor

[Vizitator smilex]

Rationamentul e corect, fiecare varianta are avantajele ei, cred ca 90% ar fi realizabil. Personal nu stiu ce-as alege, dar indiferent de varianta, cred ca as merge cu o singura sursa +/-200. Parca buck + ridicator e mai usor de implementat. Si aici ar fi un castig daca tensiunea minima ar fi fixata cat mai sus posibil, e aceiasi problema de fapt.

[Dr.L]

Acum ma intreb: o sursa buck are randamentul mai mare ca una boost?Daca nu, poate ar merge facuta instalatia cu prima sursa tip boost, astfel sursa a 2-a ar avea o tensiune de intrare mai mare si ar mai creste un pic randamentulDin ce am inteles, sursa industriala trebuia sa asigure si o tensiune de 24V, ceea ce ar explica de ce au ales buck si nu boost

[Vizitator smilex]

La un buck se poate implementa redresarea cu MOS, se comanda inductanta cu semipunte. O valoare de 2-3 miliohmi sau chiar mai putin inseamna mult, in general se pierde mult pe redresare. La stabilizata, nu vad cum...

[one]

Motivele pentru care au ales buck ar fi, dupa parerea mea, doua:1.Obtinerea unei tensiuni stabile inainte de ridicator. Banuiesc ca e mult mai simplu sa obtii o eficienta mare daca ai o intrare stabila de 24V decat una variabila 25-70V. Astfel, curentul in primar este putin variabil.2. Un buck absoarbe curent cu un ripple mai mic la intrare. Varfuri de curent la intrare sunt cat mai putin dorite. Converterul care il am eu absoarbe mana la 50A pe modul. Daca s-ar fi implementat direct transformatorul cred ca ar fi absorbit curent cu varfuri de cel putin 120A. Un convertor buck functioneaza cu factor de umplere mic cand tensiunea de la intrare este mai mica, deci exact cand generatorul da curent maxim.Eu speram sa evit convertorul buck prin adoptarea unui ridicator multifaza. Acesta mi-ar fi permis absorbtia unui curent cat mai constant la intrare, dat fiind ca practic frecventa de comutatie la intrare este resimtita ca un multiplu al frecventei unui singur converter monofazat, iar puterea ar fi fost divizata in 3, astfel pierderile in tranzistoare dispersate pe o suprafata mai mare... In cazul unei puteri mai mici, as fi redus numarul de faze ca sa mentin o putere constanta. Adica... am 500W, lucrez cu o faza, am 1000W, lucrez cu 2 in antifaza, am 1500W am 3 la 120°.Acum caut ferite pentru convertorul buck, nu prea am gasit si ma gandesc sa adopt aceeasi tehnica (multifaza) si pentru acest "etaj". Inverterul care il am pe masa are niste oale de ferita pe care nu reusesc sa le gasesc la vanzatorii obisnuiti (la producator se comanda mii de bucati).Multumesc pentru interes, orice opinie este importanta.

[one]

Am facut o eroare de editare. Voiam sa adaug.Converterul care il am eu absoarbe pana la 50A pe modul..... Nu am idee daca cele 2 module care sunt in inverterul meu comercial functioneaza in faza sau in antifaza pentru ca nu am reusit sa il pun in functiune din cauza lipsei informatiilor despre software, sper sa le am intr-un timp rezonabil.

[Vizitator smilex]

Nu stiu cum e la tine, dar in buck poti sa scapi de redresare prin utilizare MOS iar dupa ridicator, curentul e mic. Uzual, cele mai mari pierderi sunt pe redresare.Pentru buck, orice ferita e buna, e chiar un lux pentru configuratie. Uzual se foloseste pulberea de fier mult mai ieftina.

[one]

Problema e ca la curenti mari si tensiuni mici, redresarea activa iti generaza pierderi comparabile cu dioda, dar am de gand sa o folosesc oricum.Astia de la SMA (de unde am inverterul asta) au disipatia pe o bobina buck de 16W max. si pe TOTI tranzistorii 15W (tranzistori fiind si driverii buck, si redresarea si comanda transformatorului ridicator).De unde am dedus eu ca pierderile in miezul bobinei buck sunt importante si de asta cautam ceva cat mai apropiat de ce au folosit ei (niste oale de la SMP).

[Vizitator smilex]

Conform variatiei alese in proiectarea inductantei buck (forward, semipunte, etc), cea mai mare parte a curentului este o componenta continua care nu genereaza pierderi in miez. Pierderile sunt generate de variatia curentului. In mod normal, variatiile genereaza sub 0,1T variatia inductiei, deci cu o inductie sub 0,05T care cam la orice frecventa genereaza pierderi infime in miez. Mult mai mari sunt pierderile in cupru, dar dimensionarea iti apartine. In acelasi cadru, redresarea cu MOS este mult superioara, per buck se poate obtine peste 95%.