Desenvolvimento de uma fonte de alimentação de backup de baixa potência com uma saída senoidal. Parte 1. Declaração do problema
As fontes de alimentação ininterrupta (UPS) são amplamente usadas tanto em casa quanto na indústria. Eles são projetados para fornecer a energia necessária ao equipamento a partir de fontes de backup no caso de uma "perda" da fonte de alimentação principal. As fontes de backup desses no-breaks são principalmente baterias. Portanto, esses no-breaks fornecem energia ao equipamento por um tempo limitado, de alguns minutos a duas horas. À venda, existe uma enorme quantidade de equipamentos, como se costuma dizer, para todos os gostos e cores "bolsos", com várias características e funções.Considere o escopo de aplicação na vida cotidiana.Cada casa tem uma geladeira. Os principais modelos usam um compressor acionado por um motor elétrico assíncrono bipolar monofásico. O poder dos refrigeradores domésticos é de 100-200 watts. A perda da fonte de alimentação principal (a la 220 volts) por várias horas pode levar ao degelo do refrigerador. Isso não é crítico, mas inconveniente. Mas um no-break de computador convencional não ajudará aqui: o motor do compressor não ficará satisfeito com a forma de tensão fornecida por esse no-break. Para esse tipo de consumidor, é necessário um no-break de saída senoidal.
Um exemplo, francamente, o mais real, mas não o mais necessário para o uso do no-break.Casa particular, sistema de aquecimento, bomba de circulação. Os mesmos problemas. Caldeiras a gás modernas basicamente têm isso em seu design. No caso de uma falha de energia do no-break do computador, eles também não desejam trabalhar. É verdade que você pode sobreviver algumas horas sem eletricidade e uma caldeira funcionando, pois a casa não esfria para temperaturas congelantes em algumas horas.Continuamos a procurar o uso de um no-break com saída senoidal na vida cotidiana.A mesma casa particular, a bomba de circulação no sistema de aquecimento, mas o sistema de aquecimento em si não está no gás, mas na madeira. Assim, depois de trabalhar, você derreteu o fogão e aqueceu a casa, a bomba bombeia o líquido através das tubulações do sistema de aquecimento. Bam! Desligou a eletricidade. A caldeira começou a superaquecer descontroladamente, devido à falta de circulação, mas essa não é uma válvula de gás para desligar, você precisará extinguir o fogão, no sentido literal e figurativo. E se houvesse um no-break, calmamente por uma hora e meia, seria possível derreter o fogão e continuar esperando até a rede elétrica restabelecer o fornecimento de gás natural à eletricidade. Já é mais real. Avançar.Na vila, há gás natural, há uma caldeira externa do tipo AOGV-11.6-3. Aqui está sua descrição: ele é destinado a sistemas de aquecimento autônomos eletricamente independentes para casas, chalés de até 110 m².Portanto, para o seu trabalho, a eletricidade não é necessária. Mas para a circulação do líquido de arrefecimento, uma bomba de circulação é usada. A falta de eletricidade não afeta o funcionamento da caldeira, mas devido à falta de circulação, a água na caldeira começa a ferver e é espremida pelo tanque de expansão com todas as conseqüências resultantes. Portanto, em tal situação, você precisa desligar a caldeira. Mas se os proprietários não estão em casa, ou isso acontece à noite?Aqui, para um caso tão específico, era necessário um no-break com seno. Não faz sentido desenvolver um no-break completo para essa tarefa. Se o tempo de transição da rede para a fonte de backup for de 5 a 10 segundos, nada crítico acontecerá, tanto no sistema de aquecimento quanto na própria bomba.De todas as opções acima, a tarefa a seguir: desenvolver uma fonte de alimentação redundante de baixa potência 220 V, 50 Hz com uma saída senoidal.Prefácio
Vamos nos voltar para o mercado e estudar as ofertas disponíveis. Para fazer isso, vamos definir alguns critérios para o equipamento escolhido. Os pedidos serão modestos.- Potência - 200 W
- Saída senoidal "pura",
- Bem ... já chega.
O Google, a pedido do "UPS 200 W com seno", não ficou satisfeito com os resultados. Quase o primeiro link fala sobre o cálculo e a seleção de no-breaks para uma caldeira de aquecimento a gás. A verdade é que o preço dos no-breaks não é agradável aos olhos, especialmente se você observar as baterias que não estão incluídas no pacote do no-break - geralmente fica triste. Nos demais links, a mesma história que não agrada ao representante mortal comum da classe média.1. Introdução
Existem muitos no-breaks diferentes no mercado, por que desenvolver alguma coisa? Existem várias respostas para esta pergunta:- O preço dos dispositivos propostos, embora não muito alto, mas ainda alto,
- A função do seno “puro” é mais cara e está longe de ser universal,
- Entenda os príncipes da construção de tais sistemas,
- Adquira experiência no projeto, desenvolvimento de eletrônica de potência,
- Experiência em programação MK
- Todos podem continuar a lista de auto-motivação ...
Por enquanto, vamos ficar calados sobre o preço do dispositivo desenvolvido, pois até o momento não existem "números" específicos. Mas depois de testar o dispositivo, calcularemos todos os custos de consumíveis.Dados de origem
Vamos começar com os cálculos necessários. Vamos estimar a energia que o rip precisa fornecer à carga, duração da bateria, etc. Vamos começar.A carga será a nossa bomba de circulação. Vejamos os modelos comuns no mercado. Aqui está o que o Google divulgou: um link para as características das bombas de circulação.Para casas de pequena área de até 100 m2, são utilizadas bombas com capacidade de até 100 W. Além disso, raramente alguém usa o terceiro modo de energia das bombas. Então, vamos parar em 60 watts de consumo de energia. É a partir desse poder que construiremos os cálculos.Digressão lírica- , , , (, ..).
A tensão na saída do rasgo 230 V. Potência 60 watts. Portanto, a corrente será I = P / U = 60/230 = 260 mA.Agora vamos definir a eficiência do conversor de 12 V DC -> 230 V CA na região de 90%; quando a tensão de alimentação da bateria for de 12,4 Volts, o consumo de corrente com a bateria será:
Aqui, contaremos com esses números, tanto na escolha de componentes eletrônicos quanto quando Fabricação de PCB.O diagrama estrutural do rasgo
Para o conversor 12-> 220, o esquema de aumento de IIP é basicamente usado. Ou seja, usando um transformador de impulso pulsado, são obtidos 310 volts de tensão direta e, em seguida, um seno puro de 220 volts é obtido na saída por um circuito de ponte controlado por uma onda senoidal e filtro LC. Essa abordagem usa muitos componentes, de circuitos integrados a diodos de alta velocidade, etc. Afinal, circuitos de impulso.Para esse rasgo com sua baixa potência insignificante , você pode seguir um caminho um pouco diferente.A partir do chamado link CC, que no nosso caso será o barramento de bateria, ou seja, 12 volts, através de um circuito de ponte controlado por um calço sinusoidal, aplica-se ao enrolamento primário de um transformador convencional de rede linear. Remova os já necessários 220 volts de tensão sinusoidal do secundário. Felizmente para essa potência e as dimensões do transformador não serão grandes. O próprio transformador servirá como filtro e suavizará a forma da tensão quase até um seno reconhecível. E se você colocar um filtro LC de baixa impedância entre a ponte e o enrolamento primário do transformador, poderá obter o formato da tensão na saída do transformador muito próximo ao seno.Acontece que aproximadamente esse esquema. A imagem é clicável
Neste circuito de exemplo, os componentes são usados para mostrar a ideia principal do circuito RIP e seus valores não correspondem aos cálculos que executaremos abaixo. O circuito em si se tornará mais complicado à medida que o dispositivo for projetado.Durante o tempo em que a bomba está operando a partir do RIP, a bateria está descarregada e, após alternar do RIP para a rede, faz sentido carregar a bateria na capacidade nominal. Quando “eletricidade está presente na tomada”, a bomba funciona a partir da rede e o circuito de saída do RIP pode ser usado para carregar a bateria. Ou seja, aplique tensão ao enrolamento secundário do transformador (também é de alta tensão) e remova a tensão alternada do enrolamento primário (também é de baixa tensão), endireite-o na ponte de diodos, alise-o com um capacitor e carregue a bateria com ele. Considere as mudanças que precisam ser feitas no circuito para esta abordagem. A imagem é clicável
Ou seja, enquanto houver tensão na rede, os relés são puxados para cima e a tensão da rede elétrica através dos contatos do relé entra na carga, bem como no enrolamento de alta tensão do transformador. Além disso, a tensão é removida do enrolamento de baixa tensão. A tensão é retificada por diodos parasitas dos transistores (por uma questão de correção, vale ressaltar que não os usaremos, instalaremos diodos externos de alta velocidade em paralelo com os transistores para a corrente necessária), é suavizada pelo capacitor e, através do transistor de canal P controlado pelo circuito de controle do MC, bombeia a carga necessária corrente na bateria através de um indutor de suavização.Quando a eletricidade "termina" na rede, o relé se abre e o circuito funciona na ordem inversa. De uma bateria de 12 volts através de uma ponte de transistores, filtros e um transformador, a tensão será fornecida à carga.Para não esculpir a sincronização com a rede, etc. para uma transição quase instantânea da bateria para a rede e vice-versa, se a rede for perdida, a carga será desenergizada, o relé abrirá, o circuito preparará tudo e todos para operação da bateria e começará a gerar tensão para a carga. Ao restaurar a rede, o circuito interromperá a geração de tensão, verifique se está tudo bem e feche o relé para acessar a rede e carregar a bateria. As funções do circuito de controle são descritas durante o processo de desenvolvimento.O diagrama estrutural e o princípio básico do RIP foram desmontados e, nesse clima positivo, procedemos aos cálculos dos componentes necessários do circuito e à escolha da plataforma de hardware, tanto para o “cérebro” do dispositivo quanto para os elementos de potência. A verdade está no próximo artigo.Conclusão
Nas partes a seguir, consideraremos os cálculos do RIP desenvolvido, preparamos o circuito elétrico do dispositivo, selecionamos a plataforma de hardware e desenvolvemos a topologia da placa de circuito impresso para o RIP. Analisaremos as funções do dispositivo, escreveremos programas para o MK, realizaremos um ciclo completo de configuração e teste do dispositivo no equipamento e também entregaremos tudo isso ao cliente real.PS: É verdade que o desenvolvimento levará algum tempo e outras publicações serão publicadas à medida que o projeto avança. Eu me concentro em mais três artigos, com um intervalo de cerca de 2-3 semanas.Continua aqui:Número da peça 2.Número da peça 3. Source: https://habr.com/ru/post/pt390151/
All Articles