Доработка гибридного контроллера солнечных панелей

[Slesar]

Оригинальное название темы: Режим работы трансформатора

Сделал контроллер который следит за насыщенностью сердечника аккумуляторного трансформатора гибридного сетевого инвертора который в обе стороны трансформирует низковольтное напряжение АКБ +50В в сторону HVDC шины +400В, а так же в обратном направлении от HVDC в АКБ. Гоняет эл. энергию туда и обратно, в зависимости происходит заряд или разряд АКБ. Не стабилизированный, напряжение HVDC пропорционально напряжению АКБ, с коэффициентом трансформации около 8 раз.
Но контроллер получился быстрый, не допускает перенасыщенного состояния сердечника трансформатора работающего на частоте в диапазоне от 35 кГц до 75 кГц. по мере насыщения сердечника ограничивает порцию эл. энергии подаваемой электронными ключами, транзисторы при этом продолжают работать в ключевом режиме, время открытого состояния ключа ограничивается.
В реальных рабочих условиях преобразователя получилось, что при заряде АКБ постоянным током от солнечных панелей, до 1 кВт трансформатор работает ровно, устанавливается некоторый сбалансированный рабочий режим трансформатора, близкий к синусоидальному, особенно когда до 0.2 кВт, когда мощность солнечных панелей не высока, ток заряда АКБ незначительный и ровный, не пульсирующий, сердечник не перенасыщается, так как для передачи небольшой мощности в АКБ достаточно синусоидального режима работы трансформатора.
Когда включаю мощную нагрузку переменного тока на выходе преобразователя 3 кВт, ток инвертора выдающего на выходе преобразователя переменный ток 50 Гц, 230В, наблюдаю такую картину: Аккумуляторному трансформатору приходится обеспечивать сетевой инвертор мощностью в прерывистом режиме, так как ток электросети переменный и 100 раз в секунду происходит переход фазы тока через ноль, соответственно ток аккумуляторного трансформатора так же варьируется от максимального к минимальному, что приводит к постоянной смене режима работы аккумуляторного трансформатора от синусоидального в моменте на минимальном токе, к ключевому в моменте меандр режиму работы на максимальном токе, наблюдаю плавную смену режима работы трансформатора от синуса к меандру с частотой 100 Гц. Не могу понять, это такая фича получилась или такой глюк получился? Что думаете по этому поводу?

В оригинальном варианте готового фабричного преобразователя, аккумуляторный трансформатор всегда работает в ключевом меандр режиме, что при малых мощностях преобразования приводит к перенасыщению магнитопровода. большим потерям и значительному разогреву трансформатора, особенно при холостом ходе когда все нагрузки отключены. Моя доработка двукратно снизила потери аккумуляторного трансформатора на холостом ходу преобразователя, соответственно экономит заряд АКБ и повышает полезную мощность солнечных панелей, так как меньше солнечной энергии расходуется для компенсации потерь преобразователя.

Дополнительная информация есть в этом Ютуб ролике:

[Yuri222]

В оригинальном варианте готового фабричного преобразователя, аккумуляторный трансформатор всегда работает в ключевом меандр режиме

но тип этого готового фабричного - тайна за 7-ю печатями?

В Вашем преобразователе, судя по фразе

транзисторы при этом продолжают работать в ключевом режиме

транзисторы тоже всегда работают в ключевом режиме?

устанавливается некоторый сбалансированный рабочий режим трансформатора, близкий к синусоидальному

в каком смысле - "близкий к синусоидальному"? Там ШИМ изменяется по синусоидальному закону? Но мне кажется - это не так, т.к. противоречит

для передачи небольшой мощности в АКБ достаточно синусоидального режима работы трансформатора.

кмк описание работы устройства составлено технически неграмотно, попытаться понять что-то можно, но при этом - далеко не факт, что читатель представит себе именно ту картину, которую хочет описать писатель...

[Slesar]

Один из возможных клонов однотипных гибридных инверторов, например PowMr 6200 Вт. (HVM6.2M-48V-N) в пояснительном ролике к посту об этом упоминается.

Вот такой близкий к синусоидальному сделанный мной режим работы трансформатора для небольших мощностей.
То есть, здесь если внимательно пронаблюдать за нарастанием уровня сигнала от нуля шкалы напряжения индукции трансформатора, допустим первого полупериода, то видно как сигнал растет за счет накопленной индукции катушки трансформатора и как только достигает верхней планки индукции, должен был начаться спад индукции, но быстрый АЦП начало спада регистрирует, эти данные поступают в ПЛИС, логика вовремя включает электронный ключ и ток АКБ подхватывает и некоторое время удерживает планку амплитуды катушки трансформатора в верхнем положении, буквально 1.7 мкс и отпускает. Этим полупериод подпитывается энергией от АКБ, что не позволяет амплитуде на трансформаторе угаснуть. Порция подпитки минимальна, соответственно минимальные потери хода аккумуляторного трансформатора.
Точно так же и для второго полупериода...

Да. И стоит сказать, что этот сигнал снимается с дополнительного изолированного витка провода на аккумуляторном трансформаторе.

[mike-y-k]

Slesar, очень много воды для технического форума и профильного раздела.
Аккумуляторный трансформатор с ключами и управлением таки называют инвертором.
Схемы, осциллограммы, таблицы, расчеты,… отсутствуют…
Скриншот/заставка видео в YouTube очень похоже на стиль про свободную энергию…
К сведению - сейчас очень убедительный dipfake про лабораторию можно на коленке за полчаса соорудить.

Все как в известном мультфильме
«Ничего не понимаю…»(c)
«А теперь коллега, садитесь на телефон…»(c)

PS вы явно изобретаете велосипед. Зачем ПЛИС, если одного МК вполне достаточно для синуса по 256 точкам. Заодно он вполне успеет вывести на экран состояние, обработать кнопки, пообщаться с BT, 232/485, WiFi,…
Любой нормальный инвертор, если этого нет в указанном Вами - это его беда, хотя нужно смотреть на область применения. Упрощенные схемы и алгоритмы вполне характерны для устройст, расчитанных на постоянную нагрузку. Например - питание серверов и их кондиционирование обеспечивают отсутствие любого холостого хода, туда же системы безопасности,… Другие примеры потребления 24/7 можете сами придумать…

Тема о чем? О преимуществе генерации синуса в DC/AC поотрывать меандра и арроксимированного синуса? Уже на 64 точках форма синуса на выходе инвертора близка к синусоидальной. Попробуйте в электронной таблице на целых значениях посмотреть на форму графика и сравнить со 2-м графиком для плавающего числа. Там же оцените третьим графиком расхождение. Несложная математика.
Подобрать подходящий МК?

[VladimirIvan]

Что там с КПД сего прекрасного девайса?

[Slesar]

трансформатор с ключами и управлением таки называют инвертором.

Я думал инвертором называют ту штуковину которая инвертирует, то есть изменяет порядок, или для данного случая изменяет направление тока, то есть в данном случае это несколько электронных ключей которые коммутируют ток либо в прямом либо обратном направлении. Трансформатора в инверторе может и не быть.
Применительно к типовому гибридному сетевому инвертору, формально инвертором там является несколько ключей которые коммутируют переменный ток для электросети, но в данной теме этот инвертор не рассматривается.

Что там с КПД сего прекрасного девайса?

Производителем заявлен общий КПД для суммы всех преобразований участвующих в устройстве, 97%, что в принципе подтверждается опытным путем.
Я же в данном случае пока-что занялся увеличением КПД только для аккумуляторного трансформатора. При использовании трансформатора на малой мощности, либо это холостой ход когда все потребители отключены, либо малая мощность когда потребители работают в ждущем режиме или только маломощное освещение в доме, эффективность трансформатора моим методом повысилась двукратно, но есть нюансы о которых написал в первом посту. Пока не знаю, можно ли использовать данный метод.

Зачем ПЛИС, если одного МК вполне достаточно для синуса

В данном случае МК не использую, так как для реализации задуманного мной алгоритма ШИМ, потребовался бы МК последних поколений, с регистром установки смещения фазы для нескольких каналов ШИМ, в предыдущих поколениях известных мне МК этот регистр для встроенного модуля PWM не применялся. В данном случае мне было интересней сделать на ПЛИС, так как это обычно в 10 раз меньше кода чем МК и более свободная среда для разработки не зависящая от аппаратных свойств как в МК.
А так же синус у меня от 35 кГц до 75 кГц, что достаточно сложно реализуемо алгоритмами, проще сделать на логике, то есть ПЛИС.

Тема о чем? О преимуществе генерации синуса в DC/AC

Тема о двунаправленной трансформации напряжения аккумуляторной батареи, в данном случае +50В, (заряд/разряд) в напряжение высоковольтной DC шины гибридного солнечного сетевого преобразователя +400В. Не стабилизированный. Напряжение HVDC пропорционально напряжению АКБ с коэффициентом трансформации 8 раз. Напряжение АКБ в пределах 46В ... 56В, напряжение HVDC в пределах +350В ... 450В соответственно. Ток АКБ до 120А.
Необходимо повысить эффективность трансформатора АКБ, уменьшить потери на трансформаторе для всего диапазона мощностей преобразования в заряд и разряд АКБ, от нуля до 6200Вт, особенно для минимальных мощностей заряд/разряда АКБ и холостого хода трансформатора при ноль заряд/разряда АКБ.

[mike-y-k]

Slesar, тот синус делается из таблицы с минимальной корректировкой.
Однофазный инвертор спокойно делается на STM32F103 (blue pill arduino nano v3) даже в arduino. Вариант с синхронизацией по частоте и фазе с сетью уже в родной для STM среде.

При указании оборудования таки стоит ссылку на него на сайте производителя давать, чтобы все обсуждали одно и тоже.

И изучите вопрос с терминологией в выбранной тематике. Описываемое Вами таки называется именно инвертор (inverter/invertor) или DC/AC. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Power_inverter
https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%...B8%D0%BA%D0%B0)

PS Все описанное Вами пока совпадает с аспектами лабораторной работы в 2…5 занятий по разработке DC/AC и семинара по той же теме для студентов.

[akegor]

И изучите вопрос с терминологией в выбранной тематике

mike-y-k, в терминологии стая бешеных собак порылась.Нормальный думающий русский человек привык искать смысл терминов. В данном случае, "инвертер" происходит от "инверсия" (можно сказать и наоборот, но суть останется), под которой понимается смена знака (true/false для логики). Но если принять ряд допущений и пофантазировать, можно посчитать преобразование постоянки в переменку (или наоборот) "инверсией постоянки в переменку (или наоборот)", но тогда и выпрямитель с фильтром станет инвертором...
И таких примеров в терминологии "дохрена с гаком", особенно, при заимствовании. Как пример, "утилизация": у нас - "уничтожение", у них - "использование" (как пример - договор по РСМД: мы ракеты утилизировали и они - утилизировали, но каждый в меру своего понимания или идиотизма).
Я это к чему? А к тому, что не все приемлют обессмысленные термины, каковых в "наглоязычном" исполнении превеликое множество, типа, "ты не ищи смысла, ты просто верь!"

[mike-y-k]

akegor, таки словари для inverter дают обратный преобразователь.
Если заняться корнями в оригинале, то там и inverse, и invert…
А для выпрямителя там отдельно есть rectifier.
Так что тут нет именно технического вопроса для спора.
Есть понятная и общепринятая терминология, где AC/DC это выпрямитель, DC/AC инвертор, ну и далее. Большинству участников будет понятно о чем речь с минимумом разночтений.

Ну и как тут быть с аккумуляторным трансформатором у ТС?
Не нравится инвертор - пиши DC/AC…

[Slesar]

Slesar, тот синус делается из таблицы с минимальной корректировкой.

Не понимаю о чем вы говорите. Синус у меня уже сделан. Мне надо разобраться с насыщением магнитопровода трансформатора, который у меня изменяется в такт с изменяющейся нагрузкой трансформатора, изменения могут происходить в достаточно широких пределах, например ток АКБ может изменяться в пределах от нуля до 120А, при +50В. С частотой 100Гц. Мне надо чтоб во всем диапазоне токов, трансформируемой мощности, не происходило перенасыщение магнитопровода трансформатора и соответственно минимальные потери и минимальный разогрев магнитопровода трансформатора.
По этому мне потребовалось сделать следящий контроллер который подает на катушку трансформатора ключами импульсы тока не более чем в данный момент требуется для трансформации, чтоб не перенасытить сердечник.
Проблема в том, что ширина периода и период импульсов тока теперь постоянно динамически изменяется (частота трансформатора от 35 кГц до 75 кГц), в такт с изменением тока АКБ, я интересуюсь, можно ли так работать?
Потому как производитель сделал что для данного устройства катушки трансформатора все время коммутируются формой сигнала типа меандр с постоянным периодом и постоянным заполнением периода 50%, что приводило к большим потерям на трансформаторе, особенно при малых нагрузках и холостом ходу, значительному разогреву сердечника трансформатора.
После внесенных мной доработок, трансформатор в основном стал холодный, то есть как понимаю потери минимальны, но я не знаю, можно ли так продолжительное время работать?
Ведь не зря производитель сделал постоянный меандр на трансформаторе, и синусоидальный режим работы не использует.

Оборудование типовое. Большинство ныне продаваемых солнечных грид инверторов от разных брендов сделаны по однотипной повторяющейся схеме. Но если вам так важна марка и модель, то это как уже говорил PowMr 6200 Вт. (HVM6.2M-48V-N)