Développement d'une alimentation de secours basse consommation à sortie sinusoïdale. Partie 1. Énoncé du problème
Les alimentations sans coupure (UPS) sont largement utilisées à la maison et dans l'industrie. Ils sont conçus pour fournir l'énergie nécessaire aux équipements à partir de sources de secours en cas de «perte» de l'alimentation principale. Les sources de secours de ces onduleurs sont principalement des batteries. Par conséquent, ces onduleurs alimentent l'équipement pendant une durée limitée, de quelques minutes à quelques heures. En vente, il y a une énorme quantité de tels équipements, comme on dit, pour chaque "poche" de goût et de couleur , avec diverses caractéristiques et diverses fonctions.Considérez le champ d'application dans la vie quotidienne.Chaque maison dispose d'un réfrigérateur. Les principaux modèles utilisent un compresseur entraîné par un moteur électrique asynchrone monophasé bipolaire. La puissance des réfrigérateurs domestiques est de 100-200 watts. La perte de l'alimentation principale (à la 220 volts) pendant plusieurs heures peut entraîner un dégivrage du réfrigérateur. Ce n'est pas critique, mais gênant. Mais un onduleur informatique conventionnel n'aidera pas ici: le moteur du compresseur ne sera pas satisfait de la forme de tension fournie par un tel onduleur. Pour ce type de consommateurs, un onduleur à sortie sinusoïdale est nécessaire.
Un exemple, franchement, le plus réel, mais pas le plus nécessaire pour l'utilisation d'UPS.Maison privée, système de chauffage, pompe de circulation. Les mêmes problèmes. Les chaudières à gaz modernes l'ont essentiellement dans leur conception. En cas de panne de courant de l'onduleur de l'ordinateur, ils ne veulent pas non plus particulièrement travailler. Certes, vous pouvez survivre quelques heures sans électricité et sans chaudière, car la maison ne se refroidit pas à des températures glaciales en quelques heures.Nous continuons à rechercher l'utilisation d'un onduleur avec un sinus en sortie dans la vie quotidienne.La même maison privée, la pompe de circulation dans le système de chauffage, mais le système de chauffage lui-même n'est pas au gaz, mais au bois. Ainsi, après avoir travaillé, vous avez fait fondre le poêle et chauffé la maison, la pompe pompe le liquide à travers les canalisations du système de chauffage. Bam! Coupé l'électricité. La chaudière a commencé à surchauffer de manière extravagante, en raison d'un manque de circulation, mais ce n'est pas une vanne de gaz à fermer, vous devrez éteindre le poêle, au sens littéral et figuré. Et s'il y avait un onduleur, alors calmement pendant une heure et demie, il serait possible de faire fondre le poêle et de continuer à attendre que le réseau électrique rétablisse l'approvisionnement en gaz naturel de l' électricité. Déjà plus réel. Ensuite.Le village, il y a du gaz naturel, il y a une chaudière extérieure du type AOGV-11.6-3. Voici sa description: il est destiné aux systèmes de chauffage autonomes électriquement indépendants pour les maisons, chalets jusqu'à 110 m².Donc, pour son travail, l'électricité n'est pas nécessaire. Mais pour la circulation du liquide de refroidissement, une pompe de circulation est utilisée. Le manque d'électricité n'affecte pas le fonctionnement de la chaudière, mais en raison du manque de circulation, l'eau dans la chaudière commence à bouillir et est évacuée par le vase d'expansion avec toutes les conséquences qui en découlent. Dans une telle situation, vous devez donc éteindre la chaudière. Mais si les propriétaires ne sont pas chez eux, ou cela se produit-il la nuit?Ici, pour un tel cas spécifique, un UPS avec un sinus était nécessaire. Il est inutile de développer un onduleur à part entière pour une telle tâche. Si le temps de transition du réseau à la source de secours est de 5 à 10 secondes, rien de critique ne se produira, à la fois avec le système de chauffage et avec la pompe elle-même.De tout ce qui précède, la tâche suit: développer une alimentation redondante basse puissance 220 V, 50 Hz avec une sortie sinusoïdale.Préface
Nous nous tournerons vers le marché et étudierons les offres disponibles. Pour ce faire, fixons quelques critères pour l'équipement choisi. Les demandes seront modestes.- Puissance - 200 W
- Sortie sinus "pure",
- Eh bien ... ça suffit.
Google à la demande de "UPS 200 W avec un sinus" n'était pas satisfait des résultats. Presque le tout premier lien parle du calcul et de la sélection des UPS pour une chaudière à gaz. La vérité est que le prix des onduleurs n'est pas agréable à l'œil, surtout si vous regardez les batteries qui ne sont pas incluses dans l'emballage de l'onduleur - cela devient généralement triste. Pour les liens restants, la même histoire qui ne plaît pas au représentant mortel ordinaire de la classe moyenne.Présentation
Il existe de nombreux UPS différents sur le marché, pourquoi développer quelque chose? Il y a plusieurs réponses à cette question:- Le prix des appareils proposés, certes pas exorbitants, mais toujours élevés,
- La fonction du sinus "pur" est plus chère et est loin d'être universelle,
- Comprendre les princes de la construction de tels systèmes,
- Acquérir de l'expérience dans la conception, le développement de l'électronique de puissance,
- Expérience en programmation MK
- Tout le monde peut continuer la liste pour l'auto-motivation ...
Pour l'instant, gardons le silence sur le prix de l'appareil développé, car jusqu'à présent il n'y a pas de «chiffres» spécifiques. Mais après avoir testé l'appareil, nous calculerons tous les coûts des consommables.Données source
Commençons par les calculs nécessaires. Estimons la puissance que la déchirure doit donner à la charge, à la durée de vie de la batterie, etc. Commençons.La charge sera notre pompe de circulation. Regardons les modèles courants sur le marché. Voici ce que Google a donné: un lien vers les caractéristiques des pompes de circulation.Pour les maisons de petite superficie jusqu'à 100 m², des pompes d'une capacité allant jusqu'à 100 W sont utilisées. De plus, personne n'utilise rarement le troisième mode d'alimentation des pompes. Arrêtons-nous donc à 60 watts de consommation d'énergie. C'est à partir de cette puissance que nous nous appuierons sur les calculs.Digression lyrique- , , , (, ..).
La tension en sortie du rip 230 V. Puissance 60 watts. Par conséquent, le courant sera I = P / U = 60/230 = 260 mA.Maintenant, définissons l'efficacité du convertisseur 12 V CC -> 230 V CA dans la région de 90%, puis lorsque la tension d'alimentation de la batterie est de 12,4 Volts, la consommation de courant avec la batterie sera:
Ici, nous nous baserons sur ces chiffres, à la fois lors du choix des composants électroniques et lorsque Fabrication de PCB.Le schéma structurel de la déchirure
Pour le convertisseur 12-> 220, le schéma d'augmentation IIP est essentiellement utilisé. C'est-à-dire qu'en utilisant un transformateur élévateur pulsé, 310 volts de tension constante sont obtenus, puis un sinus pur de 220 volts en sortie est obtenu par un circuit en pont contrôlé par une onde sinusoïdale et un filtre LC. Cette approche utilise de nombreux composants, des circuits intégrés aux diodes à haute vitesse, etc. Après tout, les circuits d'impulsion.Pour cette déchirure avec sa faible puissance négligeable , vous pouvez aller un peu différemment.De la soi-disant liaison CC, qui dans notre cas sera le bus de batterie, c'est-à-dire 12 volts, à travers un circuit en pont contrôlé par une cale sinusoïdale, s'appliquent à l'enroulement primaire d'un transformateur élévateur de réseau linéaire conventionnel. Retirez les 220 volts de tension sinusoïdale déjà nécessaires du secondaire. Heureusement pour une telle puissance et les dimensions du transformateur ne seront pas grandes. Le transformateur lui-même servira de filtre et lissera la forme de la tension presque à un sinus reconnaissable. Et si vous placez un filtre LC à faible impédance entre le pont et l'enroulement primaire du transformateur, vous pouvez obtenir la forme de tension à la sortie du transformateur très près du sinus.Il s'avère approximativement un tel schéma. L'image est cliquable
Dans cet exemple de circuit, les composants sont pris pour montrer l'idée principale du circuit RIP, et leurs valeurs ne correspondent pas aux calculs que nous effectuerons ci-dessous. Le circuit lui-même deviendra plus compliqué à mesure que l'appareil est conçu.Pendant le temps où la pompe fonctionne à partir du RIP, la batterie est déchargée et après le passage du RIP au réseau, il est logique de charger la batterie à sa capacité nominale. Lorsque «l'électricité est présente dans la sortie», la pompe fonctionne à partir du réseau et le circuit de sortie du RIP peut être utilisé pour charger la batterie. Autrement dit, appliquez une tension à l'enroulement secondaire du transformateur (il s'agit également de haute tension) et supprimez la tension alternative de l'enroulement primaire (elle est également à basse tension), redressez-la sur le pont de diodes, lissez-la avec un condensateur et chargez la batterie avec. Considérez les modifications qui doivent être apportées au circuit pour cette approche. L'image est cliquable
Autrement dit, tant qu'il y a de la tension dans le réseau, les relais sont serrés et la tension du secteur via les contacts de relais entre dans la charge, ainsi que l'enroulement haute tension du transformateur. En outre, la tension est supprimée de l'enroulement basse tension. La tension est redressée par des diodes parasites des transistors (pour des raisons d'exactitude, il convient de noter que nous ne les utiliserons pas, nous installerons des diodes externes à grande vitesse en parallèle avec les transistors pour le courant requis), elle est lissée par le condensateur et, à travers le transistor à canal P contrôlé par le circuit de commande du MC, pompe la charge nécessaire courant dans la batterie à travers une inductance de lissage.Lorsque l'électricité "se termine" dans le réseau, le relais s'ouvre et le circuit fonctionne dans l'ordre inverse. D'une batterie de 12 volts à travers un pont de transistors, de filtres et d'un transformateur, la tension sera fournie à la charge.Afin de ne pas sculpter la synchronisation avec le réseau, etc. pour une transition presque instantanée de la batterie au réseau et vice versa, si le réseau est perdu, la charge sera mise hors tension, le relais s'ouvrira, le circuit préparera tout et tout le monde au fonctionnement de la batterie et commencera à générer de la tension à la charge. Lors de la restauration du réseau, le circuit arrêtera la génération de tension, assurez-vous que tout va bien et fermez le relais pour accéder au réseau et charger la batterie. Les fonctions du circuit de commande sont décrites au cours du processus de développement.Le schéma structurel et le principe de base du RIP ont été démontés et, dans cette ambiance positive, nous procédons aux calculs des composants nécessaires du circuit et au choix de la plate-forme matérielle, tant pour les «cerveaux» de l'appareil que pour les éléments de puissance. La vérité est dans le prochain article.Conclusion
Dans les parties suivantes, nous allons examiner les calculs du RIP développé, préparer le circuit électrique de l'appareil, sélectionner la plate-forme matérielle et développer la topologie de la carte de circuit imprimé pour le RIP. Nous analyserons les fonctions de l'appareil, rédigerons des programmes pour le MK, effectuerons un cycle complet de configuration et de test de l'appareil sur l'équipement, et remettrons tout cela au client réel.PS: Certes, le développement prendra un certain temps et d'autres publications seront publiées au fur et à mesure de l'avancement du projet. Je me concentre sur trois autres articles, avec un intervalle d'environ 2-3 semaines.Suite ici:Numéro de pièce 2.Numéro de pièce 3. Source: https://habr.com/ru/post/fr390151/
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