同期された4kvaスタッカブルインバーター

提案された4kva同期のこの最初の部分 スタッカブルインバータ回路 周波数、位相、電圧に関して4つのインバーター間で重要な自動同期を実装して、インバーターを互いに独立して動作させながら、互いに同等の出力を実現する方法について説明します。

そのアイデアはデビッド氏から要求されました。彼と私の間の次の電子メールの会話は、提案された同期4kvaスタッカブルインバータ回路の主な仕様を詳しく説明しています。

メール＃1

こんにちはスワガタム、

まず、世界全体への貢献に感謝します。情報、そして最も重要なことに、私の意見では他の人々を助けるために知識を共有する意欲は、多くの理由で非常に貴重です。

あなたが共有したサーキットのいくつかを私自身の目的に合うように強化したいと思いますが、残念ながら、サーキットで何が起こっているのかは理解していますが、自分で修正するための創造性と知識が不足しています。

回路が小さい場合は通常、回路をたどることができ、回路がどこで結合/接続してより大きな回路図になるかを確認できます。

あなたがとても忙しい人であり、あなたの貴重な時間を不必要に費やしたくないという幻想はありませんが、私が達成したいことを説明しようと思います。

最終的な目標は、太陽光発電、風車、バイオディーゼル発電機を使用して、マルチソースの再生可能エネルギーマイクログリッドの構築（コンポーネントの組み立て）を行うことです。

最初のステップは、PVソーラーインバーターの機能強化です。

一定の2kW230V出力を維持できる48ボルトの純粋な正弦波インバーター回路を使用したいと思います。非常に短い時間でこの出力の少なくとも3倍を供給できる必要があります。

並列に動作し、ACバスバーに接続されるこれらのインバーターユニットをいくつか作成するために実現したい重要な変更。

各インバーターに、周波数、電圧、電流（負荷）についてACバスバーを独立して常にサンプリングしてもらいたいです。

これらのインバータをスレーブユニットと呼びます。

反転モジュールであるという考えは、「プラグアンドプレイ」です。

ACバスバーに接続されたインバーターは、ACバスバーの周波数を常にサンプリング/測定し、この情報を使用して4047 ICの入力を駆動し、周波数を正確に複製するまでクロック出力を進めたり遅らせたりできます。 2つの波形が同期すると、ACバスバーはインバーターがコンタクターまたはリレーを閉じ、反転出力ステージをACバスバーに接続します。

バーの周波数または電圧が所定の許容範囲外に移動した場合、インバータモジュールは出力ステージのリレーまたはコンタクタを開き、インバータ出力ステージをACバーから効果的に切断して自身を保護する必要があります。

さらに、ACバスバーに接続されると、バーの負荷がすべてのスレーブインバーターの合計よりも少ない間、スレーブユニットはスリープ状態になるか、少なくともインバーターの出力ステージがスリープ状態になります。 ACバスバーに3つのスレーブインバーターが接続されていると想像してください。ただし、バーの負荷はわずか1.8kWであるため、他の2つのスレーブはスリープ状態になります。

逆数は、バーの負荷が3kWと急上昇した場合、スリープ状態の反転の1つが即座にウェイクアップして（すでに同期している）、追加で必要なエネルギーを供給することも当てはまります。

各出力段にあるいくつかの大きなコンデンサは、インバータがウェイクアップする間、非常に短いモーメントを持っている間、必要なエネルギーを供給すると思います。

（私の意見では）各インバーターを互いに直接接続するのではなく、独立して自律することが望ましいでしょう。

マイクロコントローラー、ユニットのエラーや障害チェック、またはシステムに「アドレス」があるユニットを回避したいと思います。

私の頭の中では、ACバスバーに最初に接続されたデバイスは、常に接続されている非常に安定したリファレンスインバーターであると想像しています。

この基準インバーターは、他のスレーブユニットがそれぞれの出力を生成するために使用する周波数と電圧を提供します。

残念ながら、スレーブユニットがそれぞれ参照ユニットになる可能性があるフィードバックループを防ぐ方法について頭を悩ませることはできません。

この電子メールの範囲を超えて、負荷がDCの最大出力容量を超えた場合にエネルギーを供給するために、基準インバーターに同期するACバスバーに接続したいいくつかの小さな発電機があります。

全体的な前提は、ACバスバーに提示される負荷によって、需要を満たすために自律的に接続または切断するインバーターの数、最終的にはジェネレーターの数が決まります。これにより、エネルギーを節約できるか、少なくともエネルギーを無駄にしないことが期待されます。

複数のモジュールで完全に構築されているシステムは、拡張可能/収縮可能であり、堅牢/復元力があるため、誰かまたはおそらく2つのユニットに障害が発生した場合でも、システムはすべて機能し続けます。

ブロック図を添付し、当面はバッテリー充電を除外しました。

私はACバスからバッテリーバンクを充電し、発電機や再生可能エネルギー源から充電できるように48V DCに整流することを計画しています。これはおそらく、DC mpptを使用するほど効率的ではないことを認識していますが、私は効率が低下し、柔軟性が向上します。私は町や電力網から遠く離れたところに住んでいます。

参考までに、ACバスバーには2kWの最小一定負荷がありますが、ピーク負荷は30kWも上昇する可能性があります。

私の計画では、最初の10〜15kWをソーラーPVパネルと2つの3kW（ピーク）風車で提供します。風車はDCにAC整流され、1000Ah48ボルトのバッテリーバンクです。 （バッテリー寿命を確保するために、容量の30％を超えて排出/放電することを避けたい）残りのまれで非常に断続的なエネルギー需要は、私の発電機によって満たされます。

このまれで断続的な負荷は、私のワークショップから発生します。

エアコンプレッサーのモーターやテーブルソーなどの誘導性負荷起動電流のシステムスラックを処理またはピックアップするためのコンデンサバンクを構築するのが賢明かもしれないと私は考えていました。

しかし、現時点では、より良い/より安い方法がないかどうかはわかりません。

あなたの考えやコメントは大いに感謝され、評価されます。私に戻ってくる時間があることを願っています。

よろしくお願いいたします。

よろしくお願いいたします。DavidがBlackBerry®ワイヤレスデバイスから送信されました

私の返信

こんにちはデビッド、

私はあなたの要件を読み、うまくいけばそれを正しく理解しました。

4つのインバーターのうち、1つだけが独自の周波数発生器を持ち、他のインバーターはこのメインインバーター出力から周波数を抽出して実行するため、すべてが互いに同期し、このマスターインバーターの仕様と同期します。

私はそれを設計しようとし、それが期待どおりに機能し、あなたの言及した仕様に従って機能することを願っていますが、実装は、概念を理解し、どこにいても完全に修正/微調整できる専門家によって行われる必要があります必須....そうしないと、このかなり複雑な設計で成功することが非常に困難になる可能性があります。

基本的なコンセプトと回路図しか提示できません。残りはあなたの側のエンジニアが行う必要があります。

キューに保留中のリクエストがすでにたくさんあるので、完了するまでに少し時間がかかる場合があります...投稿されたら息子としてお知らせします

よろしく盗品

メール＃2

こんにちはスワガタム、

迅速な対応ありがとうございました。

それは私が考えていたものではありませんが、確かに代替案を表しています。

私の考えでは、各ユニットには2つの周波数測定サブ回路があり、1つはACバスバーの周波数を調べ、このユニットはインバーター正弦波ジェネレーターのクロックパルスを作成するために使用されます。

他の周波数測定サブ回路は、インバーター正弦波発生器からの出力を調べます。

おそらく、インバーター正弦波ジェネレーターのクロックパルスにフィードバックして、正弦波ジェネレーターからの出力がACバーの正弦波と正確に一致するまで、クロック信号を進めたり遅らせたりするオペアンプアレイを使用する比較回路があります。 。

インバーターの出力段の周波数がACバスバーの周波数と一致すると、インバーターの出力段をACバーに接続するSSRが、できればゼロクロスオーバーポイントで閉じます。

このようにして、いずれかのインバータモジュールに障害が発生し、システムが機能し続ける可能性があります。マスターインバーターの目的は、すべてのインバーターモジュールの中で、スリープ状態になることはなく、初期ACバー周波数を提供することでした。ただし、失敗した場合、1つが「オンライン」である限り、他のユニットは影響を受けません。

負荷が変化すると、スレーブユニットはシャットダウンまたは起動する必要があります。

あなたの観察は正しかったです。私は「電子機器」の人間ではありません。私は機械および電気のエンジニアであり、チラー、発電機、コンプレッサーなどの大きなプラントアイテムを扱っています。

このプロジェクトが進行し、より具体的になり始めたとき、あなたはお金の贈り物を受け取るために嘆願/オープンしますか？私は多くを持っていませんが、おそらくあなたのウェブサイトのホスティング費用を支えるのを助けるためにペイパルを通していくらかのお金を贈ることができます。

ありがとうございました。

あなたからの便りを楽しみにしています。

ナマステ

デビッド

私の返信

ありがとうデビッド、

基本的には、周波数と位相の点でインバーターを相互に同期させ、また、何らかの理由で前のインバーターが故障した場合に備えて、各インバーターがマスターインバーターになって充電を引き継ぐ機能を備えている必要があります。正しい？

複雑なICや構成を採用するのではなく、私が持っている知識と常識を使ってこれを修正しようと思います。

よろしく盗品

メール＃3

こんにちはスワッグ、

1つの追加要件を考慮に入れて、これで簡単に説明できます。

負荷が低下すると、インバータはエコモードまたはスタンバイモードになり、負荷が増加または増加すると、需要を満たすためにウェイクアップします。

私はあなたが行っているアプローチが大好きです...

何卒よろしくお願い申し上げます。

ナマステ

よろしくお願いします

デビッド

デザイン

デビッド氏の要求に応じて、提案された4kvaスタッカブルパワーインバータ回路は、接続されたものに正しい量の自己調整電力を供給するために互いに適切に同期して積み重ねることができる4つの別々のインバータ回路の形である必要がありますこれらの負荷のオンとオフの切り替え方法に応じて、負荷。

更新：

少し考えてみると、デザインは実際にはそれほど複雑である必要はなく、以下に示すような単純な概念を使用して実装できることに気付きました。

IC 4017とそれに関連するダイオード、トランジスタ、およびトランスだけを、必要な数のインバータに対して繰り返す必要があります。

発振器は単一部品であり、そのピン3をIC 4017のピン14と統合することにより、すべてのインバーターと共有できます。

フィードバック回路は、カットオフ範囲がすべてのインバーターで正確に一致するように、個々のインバーターに対して正確に調整する必要があります。

以下の設計と説明は、はるかに簡単なバージョンがすでに上記で更新されているため、無視できます。

インバーターの同期

ここでの主な課題は、マスターインバーターが動作している限り、各スレーブインバーターをマスターインバーターと同期できるようにすることです。マスターインバーターが故障または動作を停止した場合、後続のインバーターが引き継ぎます。充電し、マスターインバータ自体になります。
また、2番目のインバーターも故障した場合、3番目のインバーターがコマンドを受け取り、マスターインバーターの役割を果たします。

実際、インバーターの同期は難しくありません。 SG3525、TL494などのICを使用して簡単に実行できることはわかっています。ただし、設計の難しい部分は、マスターインバーターに障害が発生した場合に、他のインバーターの1つがすぐにマスターになることができるようにすることです。

そして、これは、周波数、位相、PWMの制御を一瞬でも失うことなく、スムーズに移行して実行する必要があります。

私はもっ​​と良いアイデアがあることを知っています。言及された基準を満たすための最も基本的な設計を次の図に示します。

上の図では、2つの同じステージを見ることができます。ここでは、上のインバーター＃1がマスターインバーターを形成し、下のインバーター＃2がスレーブを形成します。

インバーター＃3とインバーター＃4の形のステージは、これらのインバーターを個々のオプトカプラーステージと統合することにより、同じ方法でセットアップに追加されることになっていますが、オペアンプステージを繰り返す必要はありません。

この設計は、主にIC555ベースの発振器とIC4013フリップフロップ回路で構成されています。 IC 555は、100Hzまたは120Hzのレートでクロック周波数を生成するように装備されており、IC 4013のクロック入力に供給され、ピン＃1でロジックハイの出力を交互に反転させることにより、必要な50Hzまたは60Hzに変換します。とピン＃2。

これらの交流出力は、パワーデバイスをアクティブにするために使用され、変圧器は目的の220Vまたは120VACを生成するために使用されます。

ここで前述したように、ここでの重要な問題は、2つのインバーターを同期させて、周波数、位相、およびPWMに関して正確に同期して実行できるようにすることです。

最初に、関連するすべてのモジュール（積み重ね可能なインバータ回路）は、それらの動作が互いに完全に同等になるように、まったく同じコンポーネントで個別に調整されます。

ただし、属性が正確に一致していても、これらが何らかの独自の方法で結び付けられていない限り、インバーターが完全に同期して動作することは期待できません。

これは実際、上記の設計に示されているように、オペアンプ/オプトカプラーステージを介して「スレーブ」インバーターを統合することによって行われます。

最初に、マスターインバーター＃1がオンになります。これにより、オペアンプ741ステージに電力が供給され、出力電圧の周波数と位相の追跡が初期化されます。

これが開始されると、後続のインバーターはすべてオンになり、主電源ラインに電力が追加されます。

見てわかるように、オペアンプ出力は、スレーブインバーターにマスターインバーターの周波数と位相角に従うように強制するオプトカプラーを介して、すべてのスレーブインバーターのタイミングコンデンサーに接続されています。

ただし、ここで興味深いのは、瞬時位相および周波数情報を使用したオペアンプのラッチング係数です。

これは、すべてのインバーターがマスターインバーターから指定された周波数と位相で供給および実行されているために発生します。つまり、マスターインバーターを含むインバーターのいずれかに障害が発生した場合、オペアンプは瞬時周波数を迅速に追跡して注入できます。位相情報を取得し、既存のインバーターをこの仕様で実行するように強制します。インバーターは、オペアンプステージへのフィードバックを維持して、遷移をシームレスかつ自己最適化することができます。

したがって、オペアンプステージが、利用可能なメイン仕様のライブトラッキングを通じて、提案されたすべてのスタッカブルインバータを完全に同期させるという最初の課題に対処できることを願っています。

記事の次の部分では、 同期PWM正弦波ステージ 、これは上記の設計の次の重要な機能です。

この記事の上記の部分では、設計の同期の詳細を説明する4kva同期スタッカブルインバータ回路のメインセクションを学習しました。この記事では、設計を正弦波と同等にする方法と、関連するインバーター間でPWMが正しく同期する方法について説明します。

インバータ間での正弦波PWMの同期

次の図に示すように、IC555とIC4060を使用して、単純なRMS整合PWM等価正弦波波形発生器を作成できます。

次に、この設計を使用して、インバーターが出力で、接続されたメインライン全体で正弦波相当の波形を生成できるようにします。

これらのPWMプロセッサのそれぞれは、積み重ね可能なインバータモジュールのそれぞれに個別に必要になります。

更新： 各MJ3001ベースが個々の1N4148ダイオードを介して特定のBC547コレクターに接続されていれば、単一のPWMプロセッサーを共通してすべてのトランジスタベースをチョッピングするために使用できるようです。これにより、設計が大幅に簡素化されます。

上記のPWMジェネレータ回路に含まれるさまざまな段階は、次の点の助けを借りて理解することができます。

PWMジェネレータとしてIC555を使用

IC555は基本的なPWMジェネレータ回路として構成されています。希望のRMSで調整可能なPWM等価パルスを生成できるようにするには、ICはピン7に高速三角波を、ピン5に基準電位を必要とします。これにより出力ピン＃3のPWMレベルが決まります。

三角波発生器としてIC4060を使用

三角波を生成するために、IC 555はそのピン＃2に方形波を必要とします。これはIC4060発振器チップから取得されます。

IC 4060は、PWMの周波数、または単にAC半サイクルのそれぞれにおける「ピラー」の数を決定します。

IC 4060は主に、インバータ出力からのサンプルの低周波数成分をそのピン＃7からの比較的高い周波数に乗算するために使用されます。サンプル周波数は基本的に、PWMチョッピングがすべてのインベトラーモジュールで等しく同期されていることを確認します。これがIC4060が含まれている主な理由です。そうでなければ、別のIC555が代わりに簡単に作業を行うことができます。

IC 555のピン＃5の基準電位は、回路の左端に示されているオペアンプ電圧フォロワから取得されます。

名前が示すように、このオペアンプは、ピン＃3に現れるピン＃6でまったく同じ大きさの電圧を供給します。ただし、ピン＃3のピン＃6の複製は適切にバッファリングされているため、よりリッチです。 pin3の品質、そしてそれがこの段階を設計に含める正確な理由です。

このICのピン3に関連付けられた10kプリセットは、RMSレベルを調整するために使用され、最終的にIC555出力PWMを目的のRMSレベルに微調整します。

次に、このRMSがパワーデバイスのベースに適用され、指定されたPWM RMSレベルで動作するように強制されます。これにより、出力ACは正しいRMSレベルを介して純粋な正弦波のような属性を取得します。これは、すべてのトランスの出力巻線にLCフィルターを使用することでさらに強化できます。

この4kvaスタッカブル同期インバータ回路の次の最後の部分では、さまざまな負荷スイッチングに応じて、インバータが出力電源ライン全体に正しい量のワット数を供給および維持できるようにする自動負荷補正機能について詳しく説明します。

これまで、提案された同期4kvaスタッカブルインバータ回路の2つの主要な要件について説明しました。これには、インバータ間の周波数、位相、およびPWMの同期が含まれるため、いずれかのインバータの障害が上記のパラメータに関して他のインバータに影響を与えることはありませんでした。 。

自動負荷補正ステージ

この記事では、出力メインライン全体の負荷条件の変化に応じてインバーターのオンまたはオフを順番に切り替えることができる自動負荷補正機能を理解しようとします。

次の図に示すように、LM324 ICを使用した単純なクワッドコンパレータを使用して、自動順次負荷補正を実装できます。

上の図では、IC LM324の4つのオペアンプが、4つの個別のコンパレータとして構成されており、非反転入力には個別のプリセットが装備されており、反転入力はすべて固定ツェナー電圧で基準されています。

関連するプリセットは、主電源電圧が意図したしきい値を超えるとすぐに、オペアンプがシーケンシャルで高出力を生成するように簡単に調整されます.....およびその逆。

これが発生すると、関連するトランジスタがオペアンプのアクティブ化に従って切り替わります。

それぞれのBJTのコレクタは、PWMコントローラ段で使用される電圧フォロワオペアンプIC 741のピン＃3に接続されています。これにより、オペアンプの出力が強制的にローまたはゼロになり、ゼロ電圧が発生します。 PWM IC 555のピン＃5（パート2で説明）。

IC 555のピン＃5にこのゼロロジックが適用されると、PWMが最小値または最小値に強制的に狭くなり、その特定のインバーターの出力がほぼシャットダウンします。

上記のアクションは、出力を以前の通常の状態に安定させようとします。これにより、PWMが再び広くなり、この綱引きまたはオペアンプの絶え間ない切り替えにより、出力が可能な限り安定した状態に保たれます。取り付けられた負荷の変動。

提案された4kvaスタッカブルインバータ回路内に実装されたこの自動負荷補正により、記事のパート1でユーザーが要求したすべての機能を備えた設計がほぼ完成します。