Андрей Кашкаров - Устройства импульсного электропитания для альтернативных энергоисточников
В этой схеме линии SENSE обоих источников подсоединены к нагрузке и между источниками питания включена линия распределения тока (PC). Каждый из источников питания отдает нагрузке половину своей мощности.
Источники должны быть настроены по напряжению как можно ближе друг к другу, а сопротивления соединительных проводов от каждого из источников к нагрузке должны быть равны друг другу.
Эта конфигурация позволяет соединять в параллель более ИП (N + 1), когда дополнительно включается еще один резервный ИП, который в случае неисправности одного из источников начинает работать вместо отказавшего источника.
Рис. 2.15. Схема с линией распределения тока
Принцип работы устройства с активным распределением тока
ИП на выходе контролирует напряжение путем сравнения напряжения, измеряемого на линиях SENSE, с внутренним эталонным напряжением. Для того чтобы источник мог эффективно делить ток с другим источником, он должен непрерывно получать информацию о своём токе и о токе другого источника. Эту информацию источник обрабатывает и использует во время контроля и регулирования выходного напряжения. При этом, если ток источника слишком велик, его выходное напряжение начнет снижаться, и наоборот. Фактически поступает информация о разности токов двух источников, в случае положительной разности токов следует понизить напряжение источника, в случае отрицательной разности — повысить это напряжение. В это же время соседний источник питания получает информацию, обратную по знаку, и выполняет обратные действия. Так осуществляется балансировка токов источников.
При параллельном соединении более чем двух ИП число переменных, участвующих в процессе распределения тока между ними, велико (каждый источник нуждается в информации о своём токе и токе всех остальных).
Поскольку каждый из источников осуществляет контроль и регулирование выходного напряжения и тока на основании всех переменных, то появляется опасность, что такой сложный контур регулирования может потерять стабильность, поэтому количество источников, включаемых параллельно по такой схеме соединения, ограничено.
2.6.1. Особенности электрической цепи при параллельном соединении
Фактически каждый источник питания представляет источник напряжения, зависящий от его тока. Положительный терминал выходного напряжения соединен с точкой контроля выходного напряжения, а отрицательный терминал выходного напряжения — с отрицательным терминалом выходного напряжения соседнего источника питания.
Разность между V(I1) и V(I2) влияет на распределение напряжения между источниками так, что если она положительна, выходное напряжение первого источника должно падать, чтобы сохранять положение, когда точка контроля равняется эталонному напряжению.
Соединение для получения большей мощностиДля получения высокой мощности от двух ИП их соединение выполняется по схеме на рис. 2.16.
В этой схеме так же, как и в предыдущей, ИП соединяются между собой линией распределения тока. Без активного распределения тока параллельное соединение источников не будет нормально функционировать из-за очевидной разницы выходных напряжений ИП. Вследствие этой разницы ИП с более высоким выходным напряжением выдает на выходе максимально возможный для него ток. Подключение к мощной нагрузке приводит к тому, что в какой-то момент времени максимальный ток ИП оказывается недостаточен.
При ограничении тока напряжение источника начинает снижаться. Это заставит источник питания с более низким выходным напряжением поставлять необходимый остаток тока.
При введении активного распределения тока необходимо следить за тем, чтобы общая мощность ИП была таковой, чтобы ни от одного из источников не требовалось более 90 % от расчетного (для него) максимального тока.
Рис. 2.16. Электрическая схема соединения двух ИП в параллель
2.6.2. Технологическая схема подключения однофазного стабилизатора
Вариант первый: подключение однофазного стабилизатора после преобразователя в системе нетрадиционных источников питания.
Такое подключение чаще всего делается, когда требуется подключить весь дом (потребителя) к одному источнику питания.
От стабилизатора ведется разводка по потребителям. Важно подводить фазу к фазе, ноль к нулю.
Вариант второй: подключение однофазного стабилизатора с разъемным соединением по выходу.
Такое подключение делается, когда недостаточно мощности однофазного стабилизатора (стабилизаторы максимальной мощности 10 кВт), и требуется более мощный стабилизатор, при этом планируется использовать его на один или несколько потребителей.
На рис. 2.17 представлена блок-схема включения стабилизатора.
Рис. 2.17. Блок-схема включения стабилизатора
В стабилизатор на вход подводится провод, на другом конце которого установлена вилка, на выход ставится провод, на конце которого устанавливается розетка. В данном случае фаза с нулем роли не играют.
Длину провода устанавливайте нужной и удобной в каждом конкретном случае.
2.6.3. Схема подключения трехфазного стабилизатора
Электрическая схема подключения трехфазного стабилизатора напряжения представлена на рис. 2.18.
Рис. 2.18. Электрическая схема подключения трехфазного стабилизатора напряжения
2.6.4. Контрольно-измерительные приборы и защита от короткого замыкания
Стабилизаторы напряжения серии Orion оснащены цифровым мультиметром с селекторным переключателем фаз для измерения значений выходных фазовых (N-L) и линейных (L1-L2) напряжений. Старшие модели стабилизаторов (мощность свыше 75 кВА) имеют дополнительный амперметр. Для защиты от короткого замыкания и перегрузки по выходу силовые цепи устройств снабжены автоматическими размыкателями, а схемы управления защищены плавкими предохранителями.
На пульте управления стабилизаторов напряжения располагаются три светодиодных индикатора входного фазового напряжения, а также шесть индикаторов, указывающих, какое из возможных выходных напряжений показывает цифровой вольтметр в настоящее время. В случае перегрузки по выходу срабатывает аварийная звуковая сигнализация.
2.6.5. Модели с расширенным диапазоном стабилизации
Существуют следующие стандартные модификации стабилизаторов напряжения, различающиеся допустимым диапазоном изменения входного напряжения: ±15 %, ±20 %, ±25 %, ±30 %, -25 %/+15 %, 35 %/+15 %, -45 %/+15 %. Чем шире диапазон стабилизации, тем больше вес и габариты устройства, а также выше его стоимость.
В табл. 2.4 представлены некоторые популярные модели трехфазных электродинамических стабилизаторов Orion с разными диапазонами изменения выходного напряжения (допуска).
Таблица 2.4. Популярные модели стабилизаторов Orion с разными диапазонами изменения выходного напряжения (допуска)
В табл. 2.5 представлены трехфазные стабилизаторы напряжения с независимой регулировкой по каждой фазе.
Таблица 2.5. Трехфазные стабилизаторы напряжения с независимой регулировкой по каждой фазе
Для наглядного примера стабилизаторы напряжения серии
ORION и их технические характеристики представлены в табл. 2.6.
Таблица 2.6. Стабилизаторы напряжения серии ORION и их технические характеристики
В табл. 2.7 представлены мощные стабилизаторы напряжения серии ORION Y
Таблица 2.7. Технические характеристики мощных стабилизаторов напряжения серии ORION Y
2.7. Преобразователи напряжения для альтернативных источников питания
Устройства, специально выпускаемые для использования в быту, рассчитаны на питание от осветительной сети 220 В 50 Гц переменного тока или (адаптировано) бортовой сети автомобиля (12 В постоянного тока). Именно они являются маломощными потребителями системы энергоснабжения на базе альтернативных (нетрадиционных) источников питания.
Как же быть в ситуациях, когда требуется включить обычный бытовой прибор, требующий напряжения 220 В, если поблизости, кроме относительно мощного автомобильного аккумулятора, нет никаких источников электроэнергии?
Не возить же с собой повсюду бензоэлектрогенератор — громоздкий, тяжелый, который требует запаса топлива, да и время готовности у него, мягко говоря, не маленькое.
