Entwicklung eines Backup-Netzteils mit geringem Stromverbrauch und Sinusausgang. Teil 1. Erklärung des Problems
Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) sind sowohl im Haushalt als auch in der Industrie weit verbreitet. Sie sind so ausgelegt, dass sie Geräte aus Backup-Quellen im Falle eines „Verlusts“ der Hauptstromversorgung mit der erforderlichen Energie versorgen. Die Backup-Quellen in solchen USVs sind hauptsächlich Batterien. Daher versorgen diese USVs die Geräte für eine begrenzte Zeit, von einigen Minuten bis zu einigen drei Stunden, mit Strom. Zum Verkauf steht eine große Menge solcher Geräte, wie sie sagen, für jeden Geschmack und jede Farbe "Tasche", mit verschiedenen Eigenschaften und verschiedenen Funktionen.Berücksichtigen Sie den Anwendungsbereich im Alltag.Jedes Haus hat einen Kühlschrank. Die Hauptmodelle verwenden einen Kompressor, der von einem bipolaren einphasigen asynchronen Elektromotor angetrieben wird. Die Leistung von Haushaltskühlschränken beträgt 100-200 Watt. Der Ausfall der Hauptstromversorgung (a la 220 Volt) für mehrere Stunden kann zum Abtauen des Kühlschranks führen. Dies ist nicht kritisch, aber unpraktisch. Eine herkömmliche Computer-USV hilft hier jedoch nicht weiter: Der Kompressormotor ist mit der von einer solchen USV bereitgestellten Spannungsform nicht zufrieden. Für diese Art von Verbrauchern benötigen Sie eine USV mit Sinusausgang.
Ein Beispiel, ehrlich gesagt, das realste, aber nicht das notwendigste für den Einsatz von USV.Privathaus, Heizung, Umwälzpumpe. Die gleichen Probleme. Moderne Gaskessel haben es grundsätzlich in ihrem Design. Bei einem Stromausfall von der Computer-USV wollen sie auch nicht besonders arbeiten. Zwar können Sie ein paar Stunden ohne Strom und funktionierenden Heizkessel überleben, da das Haus in ein paar Stunden nicht auf Gefriertemperaturen abkühlt.Wir suchen weiterhin nach der Verwendung einer USV mit einem Sinus am Ausgang im täglichen Leben.Das gleiche Privathaus, die Umwälzpumpe im Heizsystem, aber das Heizsystem selbst ist nicht auf Gas, sondern auf Holz. Nachdem Sie gearbeitet haben, haben Sie den Ofen geschmolzen und das Haus erwärmt. Die Pumpe pumpt die Flüssigkeit durch die Rohrleitungen des Heizungssystems. Bam! Schaltete den Strom aus. Der Kessel begann sich aufgrund mangelnder Zirkulation wild zu überhitzen, aber dies ist kein Gasventil zum Absperren. Sie müssen den Ofen im wahrsten Sinne des Wortes und im übertragenen Sinne löschen. Und wenn es eine USV gäbe, wäre es anderthalb Stunden lang möglich, den Ofen ruhig zu schmelzen und weiter zu warten, bis das Stromnetz die Stromversorgung mit Erdgas wiederhergestellt hat . Schon realer. Weiter.Im Dorf gibt es Erdgas, es gibt einen Außenkessel vom Typ AOGV-11.6-3. Hier ist seine Beschreibung: Es ist für elektrisch unabhängige autonome Heizsysteme für Häuser, Hütten bis 110 qm vorgesehen.Für seine Arbeit wird also kein Strom benötigt. Für die Zirkulation des Kühlmittels wird jedoch eine Umwälzpumpe verwendet. Der Mangel an Elektrizität beeinträchtigt den Betrieb des Kessels nicht, aber aufgrund der mangelnden Zirkulation beginnt das Wasser im Kessel zu kochen und wird durch den Ausgleichsbehälter herausgedrückt, was alle Konsequenzen hat. In einer solchen Situation müssen Sie den Kessel ausschalten. Aber wenn die Besitzer nicht zu Hause sind oder passiert das nachts?Hier wurde für einen solchen speziellen Fall eine USV mit Sinus benötigt. Es macht keinen Sinn, eine vollwertige USV für eine solche Aufgabe zu entwickeln. Wenn die Übergangszeit vom Netzwerk zur Backup-Quelle 5-10 Sekunden beträgt, geschieht nichts Kritisches, sowohl mit dem Heizsystem als auch mit der Pumpe selbst.Aus alledem folgt die Aufgabe: Entwicklung einer redundanten Stromversorgung mit geringem Stromverbrauch von 220 V und 50 Hz mit einem Sinusausgang.Vorwort
Wir werden uns dem Markt zuwenden und die verfügbaren Angebote untersuchen. Lassen Sie uns dazu einige Kriterien für die ausgewählte Ausrüstung festlegen. Anfragen werden bescheiden sein.- Leistung - 200 W.
- "Reine" Sinusausgabe,
- Nun ... das reicht.
Google war auf Anfrage von "UPS 200 W mit Sinus" mit den Ergebnissen nicht zufrieden. Fast der allererste Link befasst sich mit der Berechnung und Auswahl von USVs für einen Gasheizkessel. Die Wahrheit ist, dass der Preis für USVs für das Auge nicht angenehm ist, besonders wenn Sie sich die Batterien ansehen, die nicht im Lieferumfang der USV enthalten sind - es wird im Allgemeinen traurig. Für die übrigen Links die gleiche Geschichte, die dem gewöhnlichen sterblichen Vertreter der Mittelklasse nicht gefällt .Einführung
Es gibt viele verschiedene USVs auf dem Markt. Warum etwas entwickeln? Auf diese Frage gibt es mehrere Antworten:- Der Preis der vorgeschlagenen Geräte, wenn auch nicht himmelhoch, aber immer noch hoch,
- Die Funktion des "reinen" Sinus ist teurer und alles andere als universell.
- Verstehe die Fürsten des Aufbaus solcher Systeme,
- Sammeln Sie Erfahrung im Design, in der Entwicklung von Leistungselektronik,
- Erfahrung in der Programmierung von MK
- Jeder kann die Liste zur Selbstmotivation fortsetzen ...
Lassen Sie uns vorerst über den Preis des entwickelten Geräts schweigen, da es bisher keine spezifischen „Zahlen“ gibt. Nach dem Testen des Geräts berechnen wir jedoch alle Kosten für Verbrauchsmaterialien.Ausgangsdaten
Beginnen wir mit den notwendigen Berechnungen. Lassen Sie uns die Leistung abschätzen, die der Rip für die Last, die Batterielebensdauer usw. benötigt. Fangen wir an.Die Last wird unsere Umwälzpumpe sein. Schauen wir uns die gängigen Modelle auf dem Markt an. Folgendes hat Google herausgegeben: einen Link zu den Eigenschaften von Umwälzpumpen.Für Häuser mit einer kleinen Fläche von bis zu 100 m² werden Pumpen mit einer Leistung von bis zu 100 Watt verwendet. Darüber hinaus verwendet selten jemand den dritten Leistungsmodus der Pumpen. Hören wir also bei 60 Watt Stromverbrauch auf. Aus dieser Kraft heraus werden wir auf den Berechnungen aufbauen.Lyrischer Exkurs- , , , (, ..).
Die Spannung am Ausgang des Rips beträgt 230 V. Leistung 60 Watt. Daher beträgt der Strom I = P / U = 60/230 = 260 mA.Stellen wir nun den Wirkungsgrad des Wandlers auf 12 V DC -> 230 V AC im Bereich von 90% ein. Wenn die Versorgungsspannung der Batterie 12,4 Volt beträgt, beträgt der Stromverbrauch der Batterie:
Hier werden wir uns auf diese Zahlen stützen, sowohl bei der Auswahl der elektronischen Komponenten als auch wann Leiterplattenherstellung.Das Strukturdiagramm des Rips
Für den Wandler 12-> 220 wird grundsätzlich das Schema der Erhöhung des IIP verwendet. Das heißt, unter Verwendung eines gepulsten Aufwärtstransformators werden 310 Volt Gleichspannung erhalten, und dann wird am Ausgang ein reiner Sinus von 220 Volt durch eine Brückenschaltung erhalten, die von einer Sinuswelle und einem LC-Filter gesteuert wird. Dieser Ansatz verwendet viele Komponenten von integrierten Schaltkreisen bis zu Hochgeschwindigkeitsdioden usw. Immerhin Impulsschaltung.Für diesen Rip mit seiner vernachlässigbar geringen Leistung können Sie einen etwas anderen Weg gehen.Von dem sogenannten Zwischenkreis, der in unserem Fall der Batteriebus ist, dh 12 Volt, über eine Brückenschaltung, die von einer sinusförmigen Einstellscheibe gesteuert wird, wird auf die Primärwicklung eines herkömmlichen linearen Netzaufwärtstransformators angewendet. Entfernen Sie die bereits erforderlichen 220 Volt Sinusspannung von der Sekundärseite. Glücklicherweise wird für eine solche Leistung und die Abmessungen des Transformators nicht groß sein. Der Transformator selbst dient als Filter und glättet die Spannungsform fast bis zu einem erkennbaren Sinus. Wenn Sie ein niederohmiges LC-Filter zwischen die Brücke und die Primärwicklung des Transformators legen, können Sie die Spannungsform am Transformatorausgang sehr nahe am Sinus erhalten.Es stellt sich ungefähr ein solches Schema heraus. Das Bild ist anklickbar
In dieser Beispielschaltung zeigen die Komponenten die Hauptidee der RIP-Schaltung, und ihre Werte entsprechen nicht den Berechnungen, die wir unten durchführen werden. Die Schaltung selbst wird komplizierter, wenn das Gerät entworfen wird.Während der Zeit, in der die Pumpe vom RIP aus betrieben wird, wird die Batterie entladen. Nach dem Umschalten vom RIP zum Netzwerk ist es sinnvoll, die Batterie auf die Nennkapazität aufzuladen. Wenn „Strom in der Steckdose vorhanden ist“, läuft die Pumpe aus dem Netzwerk und der Ausgangsstromkreis des RIP kann zum Laden der Batterie verwendet werden. Das heißt, legen Sie Spannung an die Sekundärwicklung des Transformators an (es ist auch Hochspannung) und entfernen Sie die Wechselspannung von der Primärwicklung (es ist auch Niederspannung), richten Sie sie auf der Diodenbrücke aus, glätten Sie sie mit einem Kondensator und laden Sie die Batterie damit auf. Berücksichtigen Sie die Änderungen, die für diesen Ansatz an der Schaltung vorgenommen werden müssen. Das Bild ist anklickbar
Das heißt, solange Spannung im Netzwerk vorhanden ist, werden die Relais hochgezogen und die Netzspannung über die Relaiskontakte sowie die Hochspannungswicklung des Transformators in die Last eingespeist. Ferner wird die Spannung von der Niederspannungswicklung entfernt. Die Spannung wird durch parasitäre Dioden der Transistoren gleichgerichtet (der Richtigkeit halber ist darauf hinzuweisen, dass wir sie nicht verwenden, wir werden externe Hochgeschwindigkeitsdioden parallel zu den Transistoren für den erforderlichen Strom installieren), sie wird durch den Kondensator geglättet und pumpt über den vom Steuerkreis auf dem MC gesteuerten P-Kanal-Transistor die erforderliche Ladung Strom in der Batterie durch einen Glättungsinduktor.Wenn der Strom im Netzwerk "endet", öffnet sich das Relais und der Stromkreis arbeitet in umgekehrter Reihenfolge. Von einer 12-Volt-Batterie über eine Brücke aus Transistoren, Filtern und einem Transformator wird die Spannung an die Last geliefert.Um die Synchronisation mit dem Netzwerk usw. nicht zu formen. Für einen fast sofortigen Übergang von der Batterie zum Netzwerk und umgekehrt, wenn das Netzwerk verloren geht, wird die Last abgeschaltet, das Relais wird geöffnet, der Stromkreis bereitet alles und jeden für den Betrieb von der Batterie vor und beginnt, Spannung an der Last zu erzeugen. Wenn Sie das Netzwerk wiederherstellen, stoppt der Stromkreis die Spannungserzeugung, stellt sicher, dass alles in Ordnung ist, und schließt das Relais, um zum Netzwerk zu gelangen und den Akku aufzuladen. Die Funktionen der Steuerschaltung werden während des Entwicklungsprozesses beschrieben.Das Strukturdiagramm und das Grundprinzip des RIP wurden zerlegt, und in dieser positiven Stimmung fahren wir mit den Berechnungen der erforderlichen Komponenten der Schaltung und der Wahl der Hardwareplattform fort, sowohl für die „Gehirne“ des Geräts als auch für Leistungselemente. Die Wahrheit steht im nächsten Artikel.Fazit
In den folgenden Abschnitten werden wir die Berechnungen des entwickelten RIP betrachten, den Stromkreis des Geräts vorbereiten, die Hardwareplattform auswählen und die Topologie der Leiterplatte für den RIP entwickeln. Wir werden die Funktionen des Geräts analysieren, Programme für den MK schreiben, einen vollständigen Zyklus zum Einrichten und Testen des Geräts an Geräten durchführen und all dies auch dem tatsächlichen Kunden übergeben.PS: Richtig, die Entwicklung wird einige Zeit dauern und weitere Veröffentlichungen werden im Verlauf des Projekts veröffentlicht. Ich konzentriere mich auf drei weitere Artikel im Abstand von ca. 2-3 Wochen.Fortsetzung hier:Teilenummer 2.Teilenummer 3. Source: https://habr.com/ru/post/de390151/
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