Рейтинг@Mail.ru
Разработка маломощного резервного источника питания с синусом на выходе. Часть 1. Постановка задачи.
Войти
или
Зарегистрироваться
Главная Файлы Видеоматериалы Форум
Карта сайта
Главная -> РУБРИКИ: -> Девайсы для быта -> Разработка маломощного резервного источника питания с синусом на выходе. Часть 1. Постановка задачи.

Статья опубликована: 2016-02-05/14:43:27-admin

Разработка маломощного резервного источника питания с синусом на выходе. Часть 1. Постановка задачи.



Вместо предисловия.

 

Источники бесперебойного питания (ИБП) нашли широкое применение, как в быту, так и в промышленности. Они призваны обеспечить необходимым питанием оборудование из резервных источников в случае «пропажи» основного питания.  Резервными источниками в таких ИБП в основном служат аккумуляторы. Поэтому эти ИБП обеспечивают питанием оборудование ограниченное время, от нескольких минут до пары тройки часов. В продаже имеется огромное количество подобного оборудования, как говорится, на любой вкус и цвет «карман» и с различными характеристиками и разнообразными функциями.

 

Рассмотрим сферу применения в быту.

 

В каждом доме имеется холодильник. Основные модели используют компрессор, приводимый в действие двухполюсным однофазным асинхронным электродвигателем. Мощность бытовых холодильников 100-200 Вт. При пропадании основного питания, аля 220 вольт, в течение нескольких часов, может привести к размораживанию холодильника. Это не критично, но неудобно. Но  обычный компьютерный ИБП здесь не в помощь. Двигатель компрессора не обрадуется форме напряжения, предоставляемого таким ИБП. Для такого рода потребителям необходим синус на выходе ИБП.

 

Пример, скажем, честно, самый реальный, но не самый необходимый для применения ИБП. Давайте «ближе к телу».

 

Частный дом, система отопления, циркуляционный насос. Те же проблемы. Современные газовые котлы в основе своей имеют его в своей конструкции. При пропадании электросети, от компьютерного ИБП тоже работать особо не хотят. Правда пару часов пережить можно и без электричества и работающего котла, благо дом за пару часов не остынет до отрицательных температур.

 

Продолжим искать применение ИБП с синусом на выходе в быту.

 

Такой же частный дом, циркуляционный насос в системе отопления, но сама система отопления не на газу, а на дровах. Вот значит Вы после работы, растопили печурку, и греете дом, насос качает жидкость по трубопроводам системы отопления. БАЦ! Отключили электроэнергию. Котел начал дико перегреваться, из-за отсутствия циркуляции, но ведь это не вентиль газовый перекрыть, печку тушить придется, в прямом и переносном смысле. А если бы был ИБП, то спокойно за часик полтора можно было протопить печку и дальше ждать пока горэлектросеть не восстановит снабжение природным газом  электричеством. Уже реальнее. Далее.

 

Деревня, есть природный газ, есть напольный котел типа АОГВ-11,6-3. Вот его описание: предназначен для электронезависимых автономных систем отопления домов, дач площадью до 110 кв.м. Значит для его работы электричества не нужно. А вот для циркуляции теплоносителя используется циркуляционный насос. Отсутствие электричества на работе котла никак не сказывается, а вот из-за отсутствия циркуляции, вода в котле начинает кипеть, и её выдавливает через расширительный бак со всеми вытекающими последствиями. Так что в такой ситуации приходится выключать котел. Но если хозяев нет дома, или это происходит в ночное время?

 

Вот для такого конкретного случая и понадобился ИБП с синусом. Разрабатывать полноценный ИБП для такой задачи нет смысла. Если время перехода с сети на резервный источник будет составлять 5-10 секунд, ничего критичного не произойдет, как ни системой отопления, так и самим насосом.

 

Из всего выше сказанного и вытекает задача: Разработать маломощный резервный источник питания 220 В, 50 Гц с синусом на выходе.

 

Предисловие.

 

Обратимся к рынку,  и изучим имеющиеся предложения. Для этого зададимся некоторыми критериями к выбираемому оборудованию. Запросы будут скромные.

 

  1. Мощность – 200 Вт,
  2. «Чистый» синус на выходе,
  3. Ну и… хватит.

 

Спросив у гугла «ИБП 200 Вт с синусом», результатами он не порадовал.  Практически первая же ссылка рассказывает о расчете и подборе ИБП к газовому котлу отопления. Правде цена на ИБП не радуют глаз, особенно если взглянуть еще на аккумуляторы, которые в комплект к ИБП не входят, так вообще грустно становится. По остальным ссылкам такая же история, что не радует обычного смертного представителя среднего класса.

 

Введение.

 

Так что на рынке представлено множество различных ИБП, зачем, что то разрабатывать? Ответов на этот вопрос несколько:

 

  • Цена предлагаемых устройств пусть и не заоблачная, но все-таки высокая,
  • Функция «чистого» синуса стоит дороже, и встречается далеко не повсеместно,
  • Понять принцы построения таких систем,
  • Набраться опыта в проектировании, разработки силовой электронике,
  • Опыт в программировании МК
  • Каждый, может продолжить список для самомотивации…

 

Про цену разработанного устройства пока умолчим, так как пока конкретных «цифирек» нет. Но после испытаний устройства подсчитаем все затраты на расходные материалы.

 

Лирическое отступление.

На http://geektimes.ru есть цикл статей, посвященный проектированию мощного ИБП с чистым синусом на выходе. Стартовый пост находиться по этой ссылке. В данном цикле мы не будем разрабатывать полную уменьшенную копию данного ИБП, а подойдем к конкретной задаче немного по другому. Да и разрабатываемое устройство назвать ИБП язык не повернется. Это будет резервный источник питания с автоматическом вводом резерва (далее РИП АВР), в котором время перехода с сети на РИП будет составлять порядка пару-тройку секунд.

 

Исходные данные.

 

Начнем с необходимых расчетов. Прикинем мощность которую РИПу необходимо отдавать в нагрузку, время автономной работы и т.д. Приступим.

 

Нагрузкой у нас будет выступать циркуляционный насос. Посмотрим на распространенные модели на рынке. Вот что выдал гугл. Ссылка на характеристики циркуляционных насосов.

 

Для домов небольшой площади до 100 кв.м используются насосы мощностью до 100 Вт. При чем редко кто использует третий мощностной режим насосов. Так что остановимся на 60 Вт потребляемой мощности. Вот от этой мощности P=60 Вт будет отталкиваться при расчетах.

 

Лирическое отступление.

Если кому то понадобится большая мощность, то для этого следует в расчетах пропорционально увеличить полученные величины, и по полученным данным пересчитать электронные компоненты, используемые в схеме (диоды, транзисторы и т.д.).

 

Напряжение на выходе РИПа 230 В. Мощность 60 Вт. Следовательно, ток составит I=P/U=60/230=260 мА.

 

Теперь зададимся КПД преобразователя 12 В DC -> 230 В АС в районе 90 %, тогда при напряжении питания от АКБ в 12,4 Вольта, ток потребления с АКБ составит:

 

Вот на эти цифры будем опираться, при выборе радиоэлектронных компонентов и при изготовлении печатной платы.

 

Структурная схема РИПа.

 

Для преобразователя 12->220 в основе своей применяется схема повышающего ИИП. То есть с помощью импульсного повышающего трансформатора получают 310 Вольт постоянного напряжения, а дальше мостовой схемой управляемой синусоидальным шимом и LC фильтром, получают «чистый» синус 220 вольт на выходе. В данном подходе используется множество компонентов от интегральных микросхем до высокоскоростных диодов и т.д. Как-никак импульсная схемотехника.

 

Для данного РИПа с его ничтожной малой мощностью можно пойти немного другим путем.

 

С так называемого звена постоянного тока, которое в нашем случае будет шина АКБ, то есть 12 вольт, через мостовую схему, управляемую синусоидальным шимом, подать на первичную обмотку обычного линейного сетевого повышающего трансформатора. Со вторички снять уже необходимые 220 вольт синусоидального напряжения. Благо для такой мощности и габариты трансформатора будут не большие. Сам трансформатор послужит фильтром, и сгладит форму напряжения, почти до узнаваемого синуса. А если между мостом и первичной обмоткой трансформатора поставить низкоимпедансный LC фильтр, то можно получить форму напряжения на выходе трансформатора очень близкую к синусу.

 

Получается примерно такая схема.

Картинка кликабельна.

 

В данной примерной схеме, компоненты взяты для показа основной мысли схемотехники РИПа, и их номиналы не соответствуют расчетам, которые мы будем производить ниже. Сама схема усложнится по мере проектирования устройства.

 

Во время, когда насос работает от РИПа, АКБ разряжается, и после перехода с РИПа на сеть, есть смысл заряжать АКБ до номинальной емкости. Когда «электричество присутствует в розетке», то насос работает от сети, а выходную схему РИПа можно использовать для зарядки АКБ. То есть на вторичную обмотку трансформатора (она же высоковольтная) подать напряжение сети, а с первичной обмотки (она же низковольтная) снять переменное напряжение, выпрямить на диодном мосту, сгладить конденсатором и заряжать им АКБ. Рассмотрим изменения, которые необходимо внести в схему для такого подхода.

Картинка кликабельна.

 

То есть пока есть напряжение в сети, реле подтянуты и сетевое напряжение через контакты реле поступает в нагрузку, а также на высоковольтную обмотку трансформатора. Далее с низковольтной обмотки снимается напряжение. Напряжение выпрямляется паразитными диодами транзисторов (для правильности стоит указать, что в реальной схеме мы их использовать не будем, установим параллельно транзисторам внешние быстродействующие диоды на необходимый ток), сглаживается конденсатором и через P-канальный транзистор, управляемый схемой управления на МК, и закачивает необходимый зарядный ток в АКБ через сглаживающий дроссель. 

 

Когда электроэнергия «кончится» в сети, реле разомкнуться, и схема будет работать в обратном порядке. Из 12 вольт АКБ, через мост транзисторов, фильтры и трансформатор напряжение будет подводиться к нагрузке.

 

Для того что бы ни лепить синхронизацию с сетью и т.д. для практически мгновенного перехода с АКБ на сеть и обратно, банально, при пропаже сети, обесточится нагрузка, разомкнуться реле, схема подготовит все и всех для работы от АКБ, и начнет генерить напряжение в нагрузку. При восстановлении сети, схема остановит генерацию напряжения, убедится, что все хорошо, и замкнет реле, для перехода на сеть и зарядки АКБ. Функции схемы управления обрисуются в процессе разработки.

 

Структурную схему и основной принцип работы РИПа разобрали, и на этом позитивном настроении приступим к расчетам необходимых компонентов схемы, выбора аппаратной платформы, как  для «мозгов» устройства, так и для силовых элементов. Правда уже в следующей статье.

 

 

Заключение.

 

В следующих частях мы рассмотрим расчеты, разрабатываемого РИПа. Подготовим электрическую схему устройства. Выберем аппаратную платформу, разработаем топологию печатной платы для РИПа. Произведем разбор функций устройства, напишем программы для МК, проведем полный цикл наладки и испытаний устройства на оборудовании, а также сдадим все это реальному заказчику.

 

P.S.

Правда разработка займет некоторое время, и дальнейшие публикации будут выходить в свет по мере продвижения проекта. Ориентируюсь еще на три статьи, с интервалом примерно в 2-3 недели.

 

Продолжение цикла находится здесь.

 

 


Просмотров: 4244



Комментарии: (0)

Оставить комментарий

Да, Я Хочу Всегда Быть В Курсе Новых Событий На Сайте!

Подпишитесь прямо сейчас, и получайте обновления на свой E-Mail:

Ваш E-Mail в безопасности


Рекомендованные статьи:



В прошлой статье была рассмотрена постановка задачи на разработку маломощного резервного источника питания на мощность 60 Вт с синусом на выходе для циркуляционного насоса системы отопления. Была выбрана концепция реализации данного устройства. В этой статье пойдет речь о разработке электрической схемы устройства, с необходимыми расчетами для выбора номиналов компонентов, входящие в состав устройства.


Промышленный протокол ModBus RTU является простым в понимании и освоении. Давайте "прикрутим" его (протокол) к нашим девайсам.


РУБРИКИ:








Последняя статья:

Часть I. Статья №6. Верстка подвала – блока футтер

На прошлом уроке мы сверстали основной блок контент. Оформили  статьи, которые отображаются на главной странице. Оформили их стилями, не входящими в макет сайта, но вписывающимися в общий дизайн сайта. На сегодняшнем уроке мы оформим подвал сайта. В данный блок войдут ссылки на стандартные страницы любого сайта, а также копирайт.

Читать далее »


Справка Обратная связь Вопросы и ответы Контакты RSS-лента © 2013-2016, ДРУиД - Дом Рационально-Умный и Душевный
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика