http://www.microchip.com/8bitEU

DSC-urile permit un nou control şi flexibilitate în proiectele de invertoare

1 NOIEMBRIE 2014

Unul dintre liderii mondiali în tehnologia conversiei de putere a solicitat un proiect de invertor flexibil şi uşor reglabil. Invertoarele de sine stătătoare utilizează tensiune DC produsă de module solare sau de alte surse într-o

baterie, şi o fac disponibilă ca tensiune AC atunci când este nevoie. Proiectanţii trebuie să fie capabili să conec­teze invertoare suplimentare în paralel pe fază, sau pentru operare trifazată în aplicaţii în care cerinţele de energie variază din timp în timp. Energia trebuie furnizată eficient şi practic, iar invertoarele trebuie să fie mici şi portabile pentru a putea fi utilizate acolo unde nu este disponibilă alimentare de la reţea sau acolo unde este esenţială existenţa unei surse suplimentare de urgenţă.
Aceste tipuri de invertoare trebuie să fie de asemenea uşor de utilizat şi de întreţinut la faţa locului.

de Victor Alcazar, Market Development Manager – Divizia de Microcontrolere de înaltă performanţă, Microchip Technology Inc.

Invertorul clientului acceptă o tensiune nominală a bateriei de 24V sau 48V, cântăreşte numai 8kg şi furnizează o ieşire nominală de 2200VA la un randament maxim de 93%. Combinând tehnologia de încărcare şi invertorul într-o singură unitate se atinge scopul dimensiunii mici şi a portabilităţii. Clientul a utilizat o arhitectură de invertor bazată pe un transformator de înaltă frecvenţă, realizat dintr-un nivel de intrare de putere de înaltă frecvenţă, un transformator de înaltă frecvenţă, o legătură intermediară DC şi un nivel de ieşire de putere. Invertorul de sine stătător se bazează pe un transformator de înaltă frecvenţă de mici dimensiuni, spre deosebire de transformatoarele de voluminoase, grele şi de joasă frecvenţă, adesea implementate ca alternativă.
Conceptul de înaltă frecvenţă înseamnă că sarcina conectată la invertor este conectată aproape direct la nivelul ieşirii fără atenuarea adesea întâlnită în proiectele bazate pe transformatoare de joasă frecvenţă. De aceea, toate fluctuaţiile de pe partea sarcinii pot fi stabilizate de nivelul ieşirii de putere. O provocare majoră a proiectării a fost implementarea acestei arhitecturi cu ieşire sinusoidală eficientă de înaltă calitate conformă specificaţiilor de frecvenţă, tensiune şi distorsiune armonică.
Conectarea şi comutarea invertoarelor independente în paralel pe partea AC a reprezentat o altă provocare, deoarece un astfel de invertor lucrează ca o sursă de tensiune. Aceasta înseamnă că invertorul creează propria tensiune de ieşire stabilă şi stabilizează curentul, în funcţie de sarcinile conectate. Prin urmare, când două sau mai multe surse de tensiune sunt conectate, dar nu sunt sincronizate, sarcinile sunt asimetrice şi curentul curge între surse, rezultând pierderi de putere şi putere neactivă.

Figura 1: Diagrama bloc funcţională a invertorului independent

Un mic defazaj între cele două surse de tensiune poate cauza de asemenea acest scenariu asimetric, conducând la o diferenţă de tensiune între ele şi deci la o conectare directă a surselor de tensiune la partea AC. Acest lucru apare datorită rezistenţei foarte mici, ce duce la un curent foarte mare între invertoare. Pentru rezolvarea acestei probleme clientul a implementat un algoritm de control şi comunicaţie foarte rapid şi precis.
Se poate utiliza un concept modular adresat cerinţelor operaţionale ale unor invertoare multiple independente operând în paralel. Invertorul de back-up lucrează ca un invertor standard (DC-către-AC) şi încarcă bateriile dintr-o sursă AC (AC-către-DC), utilizând aceleaşi circuite de electronică de pute­re precum un generator. Deoarece nu există la ora actuală pe piaţă invertoare care să suporte această funcţionalitate şi care să se bazeze pe arhitectură de transformator de înaltă frecvenţă, au trebuit să fie dezvoltate o interfaţă şi o strategie de control complet noi. Figura 1 demonstrează modul în care clientul a conceput un sistem invertor constând din 4 blocuri funcţionale diferite, deservite de 3 controlere de semnal diferite: DC-DC, DC- AC şi Interfaţă cu utilizatorul şi ecran.
Clientul a cercetat controlerele de semnal digital (DSC) disponibile şi a selectat DSC-urile dsPIC care dispun de periferice prietenoase cu sursa de alimentare, precum module PWM, reacţie analogică bazată pe comparator şi eşantionare coordonată de convertor analog-digital (ADC), toate cuplate cu multiplicare rapidă într-un singur ciclu de ceas. Aceste DSC-uri dsPIC30F pot oferi viteze mari de execuţie necesare pentru algoritmii buclei de control de care are nevoie invertorul clientului.
Datorită faptului că aceste DSC-uri sunt înalt integrate, nu a fost nevoie de componente externe precum: controler de reiniţializare, cipuri de memorie, ADC şi controler CAN (Controller Area Network). DCS-urile dsPIC30F asigură viteze de executare de până la 30 MIPS şi garantează o creştere a randamentului şi siguranţei de funcţionare a sistemului invertor. Un alt punct important îl constituie posibilitatea de upgrade lin, deoarece DCS-urile oferă suport pentru o gamă largă de tensiuni de operare, de la 2,5V la 5,5V.
Design-ul invertorului a fost flexibil şi modular; DSC-urile oferă diferite densităţi de flash şi RAM, şi o varietate de opţiuni de conectivitate. Pe blocul funcţional al nivelului de putere DC-DC, DSC-ul dsPIC30F5015 controlează nivelul de înaltă frecvenţă dintre intrarea bateriei şi transformatorul de înaltă frecvenţă. Acest dispozitiv a fost de asemenea utilizat pentru a măsura cu precizie tensiunea şi curentul bateriei. Pe nivelul de putere DC-AC, dsPIC30F6010A a fost implementat pentru a utiliza circuitul electronic de putere într-o buclă de control PI ce se află în aşteptarea patentării.
Pentru panoul frontal al invertorului şi controlul display-ului, s-au utilizat interfeţele dsPIC30F6010A cu dsPIC30F5011 prin magistrala CAN.
Sunt de asemenea reglate modurile de funcţionare ale invertorului în funcţie de comenzile utilizatorului. dsPIC30F5011 este caracterizat de memorie flash de 66 Kbyte şi o interfaţă CAN, iar memoria flash pe cip ajută la stocarea tuturor iconiţelor grafice destinate interfeţei cu utilizatorul. Utilizatorii pot trece prin modurile de operare şi prin meniuri cu ajutorul tastelor de navigare de pe panoul frontal.
Aceste invertoare foarte stabile, cu timpi mici de răspuns, bazate pe tehnologia transformatoarelor de înaltă frecvenţă şi pe o concepţie modulară, au abilitatea de a se conecta în paralel. Pot fi conectate în paralel până la cinci invertoare suplimentare pe fază într-o operare trifazată, cu un total de 15 invertoare în sistem.
Clientul a fost capabil de a proiecta un invertor multifuncţional compact ce permite alimentarea autonomă fără necesitate de conectare la reţeaua de electricitate publică, mulţumită DSC-urilor Microchip dsPIC30F.

Microchip Technology
www.microchip.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre