Azotirovanie.ru

Инженерные системы и решения
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Разработка источника питания от трёхфазной сети 380В

Разработка источника питания от трёхфазной сети 380В

Рассказываю про разработку источника питания. Эта разработка – концепт-дизайн для проверки на первом этапе функционирования устройства мониторинга, питающегося от трёхфазной сети. Нет особых требований по конструктивному исполнению, а также таргетов по цене. Это всё заказчик планировал сделать на втором этапе – после показа работоспособности инвесторам и получения финансирования. Кстати, весьма неплохой подход к разработке.

Любители железок – добро пожаловать под кат.

Требования ТЗ

  • Питание от трёхфазной сети при обрыве/исчезновении одной или двух фаз
  • Фазное напряжение 230В ± 20%
  • Коррекция коэффициента мощности не требуется
  • Выходная мощность 10Вт
  • Выходное напряжение 15В

Верхняя граница. Присутствуют все фазы, фазное напряжение 276В. Получаем 276*√2*√3 = 674В.

Силовая часть

При мощности 10Вт выбор топологии очевиден – обратноходовой преобразователь (flyback). В части выбора силового транзистора возможны варианты:

  • Высоковольтный ключ. Выбираем транзистор на 800 – 1000 В.
  • Каскодное включение. Последовательное включение двух транзисторов на более низкое напряжение. Общий принцип этого подхода описан в статье. Есть референс-дизайны, такой от Тексаса и такой от Инфинеона.

Обратная связь, способ стабилизации

Можно выделить следующие варианты:

  • «Классика» с обратной связью через оптрон. Понятная, широко распространённая схема, не требует дополнительных комментариев.
  • Стабилизация по обмотке питания. В данном варианте стабилизируется напряжение на обмотке подпитки ШИМ-контроллера. Напряжение на выходной обмотке при этом получается более-менее стабильным. В данном варианте качество стабилизации зависит от коэффициента связи между обмотками.
  • Primary Side Regulator (PSR). Сравнительно новая технология, позволяющая добиться формирования прямоугольной характеристики источника питания (CV/CC). Делается это только с первичной стороны (оптрон не требуется). У разных производителей существуют различные вариации, но общий принцип основан на сэмплировании напряжения с обмотки вспомогательного питания (для обеспечения стабилизации напряжения), а также тока ключа (обеспечение стабилизации тока). Ещё одна особенность, что зачастую это ЧИМ, а не ШИМ-модулятор.

Расчёт трансформатора

Кстати, нужно заметить, что в обратноходовом преобразователе это не трансформатор, а двухобмоточный дроссель. Пишу на всякий случай, чтобы уведомить читателей-перфекционистов что я в курсе и предотвратить срач излишние вопросы в комментариях.

В своей практике разработчика силовой электроники я пользуюсь различными методиками расчёта, а зачастую их комбинацией. В данном случае использую простой и быстрый метод – расчёт утилитой flyback («программа Старичка») с последующей проверкой на модели.

Расчёт выглядит так:

Некоторые замечания и рекомендации по расчёту:

  • Обычно я стараюсь чтобы обратноход работал в режиме прерывистых токов (DCM), однако при широком диапазоне входных напряжений можно допустить выход в режим непрерывных токов (CCM) при нижнем уровне входного напряжения. Особенно когда нижний уровень – это не штатный режим, а работа при отсутствии одной или двух фаз как в данном случае;
  • Зазор не должен быть слишком большим;
  • Нужно проверить, что коэффициент заполнения импульса реально достижим. Скажем, значения меньше чем 300-400 нс рекомендую не использовать. Транзистор ещё не успел открыться, а ему уже нужно закрываться;
  • Не стоит превышать значение 0,5 в коэффициенте заполнения импульса – возможно появление субгармонических колебаний и соответственно ухудшение устойчивости контура регулирования;
  • RDSon – берём номинальное значение из ДШ и умножаем на 1,3-1,5 (увеличение сопротивления канала от температуры);
  • Плотность тока в обмотках можно брать в довольно широких пределах. Начиная от 5-8 А/мм2 (при естественной конвекции) и до 15-20 А/мм2 (принудительное охлаждение источника питания либо применение радиатора для трансформатора.)
Читайте так же:
Разные установки счетчиков электроэнергии

Задано слишком низкое отражённое напряжение, поэтому коэффициент заполнения импульсов получился слишком маленький:

Задана слишком большая мощность для данного габарита сердечника, соответственно получился слишком большой зазор – трансформатор будет греться из-за выпучивания поля в зазоре, также возрастёт индуктивность рассеивания:

Моделирование силовой части

Сразу хочу заметить, что это «идеальная модель», то есть модель без учёта паразитных параметров. Область применения данной модели довольно узкая – на ней не посмотришь выброс на стоке от индуктивности рассеивания, звон на выходном диоде и прочие подобные вещи. Для чего можно использовать такую модель:

  • Проверка расчёта трансформатора в части коэффициента заполнения импульсов;
  • Расчёт среднего и действующего токов через транзистор и выходной диод;
  • Расчёт действующего тока выходного конденсатора;
  • Расчёт действующего тока входного конденсатора (нужно доработать модель добавив выпрямитель и источник переменного напряжения на вход).

ОС по напряжению отсутствует, поэтому для обеспечения точного значения выходного напряжения коэффициент заполнения импульса нужно подбирать. Делается это на основе значений, полученных при расчёте трансформатора. При входном напряжении 675В получается скважность 0,103, что соответствует длительности импульса 1030 нс. В модели у меня получилось значение 886 нс – очень близко, можно считать, что попали.

Параметры источника V2:

Видно, что в модели используется не число витков, а индуктивность обмоток трансформатора. Как определить индуктивность вторичной обмотки, ведь её «программа Старичка» не рассчитывает? Рассчитать любым методом по известным параметрам сечения сердечника, зазора и количества витков. Для быстрого расчёта рекомендую использовать одну весьма полезную утилиту. Magnetic Design Tool от TDK/Epcos. Существует как онлайн-версия, так и десктопная. Я традиционно применяю десктопную, так как тогда, когда начал ей пользоваться, онлайн версии ещё не было.

Возможно, когда будет время напишу подробное описание всех возможностей данной тулзы, а пока краткий гайд как рассчитать индуктивность обмотки:

  • Выбираем Core calculations;
  • В поле Core выбираем типоразмер сердечника, в поле Material тип материала сердечника;
  • Выбираем вкладку Al value;
  • Выбираем s – расчёт на основе величины зазора, вводим значение зазора;
  • Нажимаем кнопку Calculate, полученное значение Al переносим в зону L-Al;
  • Вводим в поле N количество витков;
  • Нажимаем кнопку Calculate и в поле L получаем значение индуктивности.
Читайте так же:
Отправить показания счетчиков электроэнергии бэлс

При расчёте параметров для Е-образных сердечников, используется область Al – Air gap with fringe flux (E-cores), для всех остальных форм сердечников рассчитываем в Al – Air gap without fringe flux.

Схема источника питания

Как я уже говорил, схема вполне классическая. Есть момент, который стоит отметить – входное напряжение довольно велико, поэтому входной конденсатор состоит из двух, соединённых последовательно. В данном случае обязательно применять разравнивающие резисторы R4…R7.

Что касается печатной платы – тоже ничего особенного, проект не сложный. Впрочем, для изделий с таким (довольно высоким) напряжением нужно уделить особое внимание зазорам. Я заложил не очень большие зазоры, так как планировал заливку компаундом.

Отладка источника питания

Отладка – это процесс, в результате которого плата превращается вот в это:

Это конечно шутка и так бывает не всегда (обычно ещё хуже), тем не менее запуск и отладка источника питания это весьма занимательная тема.

Небольшой чек-лист, что обязательно сделать в процессе отладки и предварительных испытаний. Если говорить, про критические параметры, которые могут привести к нарушению нормальных режимов работы, то нужно проверить:

  • Рабочую частоту;
  • Напряжение на входе при подаче питания скачком (при наличии дросселей на входе может быть резонансный процесс и превышение напряжения над поданным);
  • Напряжение на стоке силового ключа при максимальном входном напряжении;
  • Напряжение на стоке силового ключа при максимальном входном напряжении и КЗ на выходе;
  • Температуру силового ключа при минимальном входном напряжении и максимальной нагрузке;
  • Стабильность запуска ИП при минимальном входном напряжении и половинной ёмкости конденсатора С8 (половинной – просто для примера, если быть более точным, то нужно учесть потерю ёмкости от заданной наработки и температуры);
  • Напряжение собственного питания микросхемы при ХХ и максимальной нагрузке по выходу;
  • Напряжение на затворе при максимальном напряжении питания ШИМ-контроллера;
  • Напряжение на выходном диоде при максимальном входном напряжении;
  • Напряжение на выходном диоде при максимальном входном напряжении и КЗ на выходе;
  • Стабильность петли ОС. Существует несколько способов, самый простой и быстрый – этот. Рекомендую для начинающих.

Заключение

У меня не было цели описать полностью весь процесс разработки – показал только некоторые моменты. Если у вас появятся вопросы по этой разработке – задавайте в комментариях, буду рад ответить!

«Дедовский способ» Как получить три фазы из однофазной сети 220 В

Старый и проверенный способ получения трёх фаз из обычной однофазной сети 220 В: схема и описание.

Доброго времени суток! Хочу показать один интересный способ, как получить из однофазной сети 220 В — трехфазную, причем без особых затрат.

Но сначала расскажу о своей проблеме предшествующей поиску подобного решения.
У меня есть советская мощная настольная циркулярная пила (2 кВт), которая подключалась к трехфазной сети. Мои попытки запитать ее от однофазной сети, как это обычно принято, не представлялось возможным: была сильная просадка мощности, грелись пусковые конденсаторы, грелся сам двигатель.
Благо в свое время я потратил должное время на поиск решения в интернете. Где я наткнулся на одно видео, где один парень сделал своеобразный расщепитель при помощи мощного электромотора. Далее он пустил по периметру своего гаража эту трехфазную сеть и подключил к ней все остальные приборы требующий трехфазного напряжения. Перед началом работ, приходил в гараж, запускал раздающий двигатель и до ухода он работал. В принципе, решение мне понравилось.

Читайте так же:
Поверочный интервал индукционных электросчетчиков

Решил повторить и сделать свой расщепитель фаз. Электродвигатель взял старый советский на 3,5 кВт, с обмотками включенными звездой.

Как получить три фазы из однофазной сети 220 В

Вся схема состоит всего из нескольких элементов: общий сетевой выключатель, кнопка для запуска, конденсатор на 100 мкФ и собственно мощного мотора.

Как получить три фазы из однофазной сети схема

Схема расщепителя фаз из асинхронного двигателя.

Как все работает? Сначала подаем однофазное питание на раздающий мотор, пусковой кнопкой подключаем конденсатор, тем самым запуская его. Как только мотор раскрутился до нужных оборотов, конденсатор можно выключить. Теперь можно подключить к выходу расщепителя фаз нагрузку, в моем случае настольную циркулярку и ещё несколько трехфазных нагрузок.

три фазы из однофазной сети 220 В с помощью асинхронного двигателя

Рама выполнена из уголков, все оборудование закреплено на кусок листа OSB. Сверху переделаны ручки для переноски всей конструкции, а на выход подключенная трехвыводная розетка.

Как получить три фазы из однофазной

После подключения пилы через такое устройство получилось существенное улучшение в работе, ничего не греется, мощности вполне хватает и не только на пилу. Ничего не рычит, не гудит, как это было раньше.
Только желательно брать раздающий мотор мощнее потребителей хотя бы на 1 кВт, тогда не будет заметно особой просадки мощности при резкой нагрузке.

Кто бы что не говорил про не чистый синус или это ничего не даст, советую их не слушать. Синус напряжения чистый и разбитый ровно на 120 градусов, в результате подключенная техника получает качественного напряжение, ввиду чего и не греется.

Вторая половина читателей, которые будут говорить по 21-век и большое наличие частотных преобразователей трехфазного напряжения могу сказать, что мой выход в разы дешевле, так как старый мотор довольно просто найти. Можно взять даже негодный для нагрузки, со слабыми и почти разбитыми подшипниками.

Мой расщепитель фаз в холостом режиме потребляет не столь много: 200 — 400 Вт где-то, мощность подключенных инструментов вырастает в разы, по сравнению с обычной схемой подключения через пусковые конденсаторы.
В заключении хочу обосновать свой выбор данного решения: надежность, невероятная простота, небольшие затраты, высокая мощность.

Щит в Маяки. Трехфазный с ручным переключателем на генератор

Ну что же! Пришло время рассказывать про сборку и подключение электрощитов. На этот раз щит собирал я для своего объекта. Частный дом, одноэтажный. Там мы делали проводку. После электромонтажа я составил перечень кабелей, которые подходят к щиту и отправился в свою мастерскую его собирать!

Читайте так же:
Счетчик стоков эхо р 02

1. План электропроводке в доме

Перед тем, как описывать сборку щита, расскажу немного об объекте и электропроводке в нем.

Объект находится в с.Маяки Одесской обл. Загородный дом площадью около 100м 2 . Стены выполнены из газобетона:

Частный дом, Маяки. Сборка электрощита для этого дома

Частный дом, Маяки. Сборка электрощита для этого дома

В статье про философию контакта я немного упоминал об этом объекте.

Заказчик мне отправил вот такой план дома с расположением мебели:

План дома

Затем я к нему приехал и мы нанесли расположение розеток, выключателей на стены. После этого я перенес все это дело на план. И отправил заказчику на подтверждение. В итоге схема была одобрена и мы начали электромонтаж:

План дома с электроточками

План дома с электроточками

2. Выполнение электромонтажа

Проводку выполняли кабелем ВВГнгLS (моножила) производства Одескабель. Кабели монтировали в гофрированных трубах. На этот раз применил гофру от производителя Сourbi. Производится в Греции:

Гофра Сourbi

Гофра в монтаже показала себя нормально. Было немного брака: кусочек сплющенной гофры нам попался.

2.1. Монтаж трасс на потолке

Вот так получились трассы на потолке:

Проводка в гофрированной трубе по потолку

Проводка в гофрированной трубе по потолку

Проводка собирается зайти в электрощит

Проводка “собирается” зайти в электрощит

Заказчик пожелал установить роутер в прихожей. Поэтому мы сделали штробу и проложили кабель питания со щита и слаботочные кабели от компьютерных розеток:

Кабели в щит и питание на роутер

Ответвление кабелей на роутер

2.2. Выводы в котельной

В котельной планируется электрический котел мощностью 12кВт. Питание от трех фаз. Поэтому был проложен кабель сечением 5х4мм 2 . А в щите предусмотрен отдельный автомат на электрокотел.

Выводы в котельной на электрокотел

Выводы в котельной

Также в котельной будет стиральная машина и электрический бойлер. На эти прибора также проложены отдельные линии со щита.

3. Сборка электрощита

Наконец подбираемся к главному в этой статье – сборке щита. Чтобы правильно собрать щит на частный дом, необходимо сперва разработать схему щита. Поэтому сборку щита я разделяю на 2 этапа: разработка схемы щита и сама сборка.

3.1. Разработка схемы щита

Ну а чтобы разработать правильно щит, нужно знать перечень отходящих кабелей. У меня выработалась такая технология: я кабели маркирую цифрами слева направо и креплю к ним бирки с номером кабеля. Эта операция делается на объекте перед тем, как собрать щит:

Нумерация приходящих в щит кабелей

Нумерация приходящих в щит кабелей

Затем составляю список кабелей, и по нему моделирую расположение автоматов в щите:

Схема щита

3.2. Сборка щита у себя в мастерской

Далее приступаю к сборке щита.

Бывает так, что в процессе сборки немного корректирую расположение оборудования в щите. Вот как выглядел щиток в мастерской с подключенными проводами. Оборудования использовал австрийского бренда Schrack Technik (“Шрак Техник”):

Читайте так же:
Передать показания электросчетчика по нижегородской обл

Сборка щита в Маяки_фото_1

Сборка щита в Маяки_фото_1

Сборка щита в Маяки_фото_2

Сборка щита в Маяки_фото_2

Сборка щита в Маяки_фото_3

Сборка щита в Маяки_фото_3

4. Подключение щита на объекте

Берем собранную начинку щита и едем на объект. Кладем пока щит на столик.

Собранный щит на объекте не подключенный

Собранный щит на объекте не подключенный

Здесь кабели уже промаркированы, как выше я упоминал:

Кабели входящие в щит

Кабели входящие в щит

Нужно снять с них изоляцию и посортировать:

Подготовка кабелей для подключения в щите

Подготовка кабелей для подключения в щите

Ну а дальше вставляется начинка щита в корпус. Затем подключаются провода. Фоток поэтапного подключения не делал. После всего щит выглядит так:

Собранный и подключенный щит на объекте

Собранный и подключенный щит на объекте

Рассмотрим детально оборудование в каждом ряду

Ряд 1

Поскольку в Шрак Техник нет переключателя для генератора (или я не нашел), то я взамен него применил переключатель от Хайгер SF463. Брендовые цвета похоже у двух производителей похоже, поэтому они отлично сочетаются:

Подключенный щит_ Ряд 1

Подключенный щит_ Ряд 1

Ряд 2

Фазы в щите распределены относительно поровну. На каждой фазу подключено УЗО, затем реле контроля напряжения, затем автоматы на отдельные линии. УЗО поставлено с типом отключения “А”. Этот тип УЗО лучше, чем тип “АС”, потому что реагирует на ток утечки с постоянной составляющей. Этот ток утечки могут генерировать некоторые бытовые электроприборы. Справа от УЗО расположен автоматический выключатель для защиты линии электрического котла:

Подключенный щит_ Ряд 2

Подключенный щит_ Ряд 2

Ряд 3

Здесь реле напряжения на фазу L1 . И автоматы, которые на этой фазе: освещение по помещениям, розетки по помещениям, кондиционер, бойлер.

Подключенный щит_ Ряд 3

Подключенный щит_ Ряд 3

Ряд 4

Здесь реле напряжения на фазу L2 . И автоматы, которые на этой фазе: освещение по помещениям, розетки по помещениям, посудомоечная машина, стиральная машина.

Подключенный щит_ Ряд 4

Подключенный щит_ Ряд 4

Ряд 5

Здесь реле напряжения на фазу L3 . И автоматы, которые на этой фазе: духовой шкаф, холодильник, газовый котел, рекуператор.

Подключенный щит_ Ряд 5

Подключенный щит_ Ряд 5

Внизу щита расположены нулевые клеммы. В эти клеммы нужно подключать нулевые проводники от трех УЗО, каждый должен попасть в свою клемму, путать нельзя!

Подключенный щит_ Нулевые клеммы для УЗО

Подключенный щит_ Нулевые клеммы для УЗО

Ну что же! Электрощит собран и подключен. Теперь пришло время проверить каждую линию. Для этого нужно включить общий автомат в щите и по очереди поднимать каждый автоматический выключатель и проверять наличие тока на выходе кабельной линии, которую проверяешь. Если не бахнет, значит все хорошо 🙂 .

После проверки нужно закрыть пластроном:

Щит с закрытым пластроном

Щит с закрытым пластроном

Далее подписываю назначение каждого автомата. Это надписи временные , на период ремонта. В конце ремонта я выдаю пояснительные наклейки с надписями и пиктограммами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector