Заряд большой емкости до высоких напряжений., Как грамотно сделать устройство заряда? Опции

[zindan990]

[attachment=87321:Clip_1693.jpg]Проблема, коллеги.

Импульсная научная установка.
И огромная батарея конденсаторов для получения этого самого импульса, +/-350 В.

Проблема в том, как грамотно зарядить все это добро, без того, чтобы не вырубить електричество в северных районах Москвы, а помехами от устройства заряда не заглушить Останкинскую телебашню

Есть трехфазная сеть, с которой можно надежно снять примерно 10 А на фазу, можно и больше, чтобы пол-часа не ждать.

Соответственно возникает проблема создания трех устройств заряда для положительной части батареи и трех для отрицательной, с минимальным уровнем наводок, а то и самих измерений никаких провести не удастся.

Решение задачи вроде просто - Step-Up и Step-Doun в одном флаконе.

Можно сказать, еще проще - когда напряжение батареи превышает напряжение сети, самое простое решение - технология ККМ в помощь, классический MC34262 или аналогичная продукция от TI Two-Phase Interleaved CCM PFC.

При меньших напряжениях простое решение еще не совсем понятно, поскольку в итоговой схеме хотелось вообще обойтись без трансформаторов, только дроссель.

Но напряжение в сети - это не идеальный синус, на рисунке приведено как оно у нас есть. Поэтому переключение между режимами Step-Up и Step-Doun без того, чтоб все не пожечь - проблема.

Подскажите, может есть другое решение. Понятно, трансформаторные схемы есть... но хотелось бы обойтись дросселем.

И очень важный вопрос для меня - на чем это самый дроссель (а это почти 2 кВт на канал) сделать??? Средний ток подмагничивания до 10 А, а может и больше, если кольцо - то это Ф миллиметров 100.

Спасибо!

Сообщение отредактировал zindan990 - Oct 3 2014, 06:43

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

Огромная батарея - это сколько единиц ёмкости? И как быстро её нужно заражать? Это те первые две величины, с которых стоило начинать вопрос.
И не надо растягивать текст. Увеличенный междустрочный интервал пользы ему не добавляет, только вред.

[Plain]

Заряд 5 киловаттами в течение 30 минут до 700 В — это 37 Ф, или 42000 алюминиевых по 15-долларов за штуку, т.е. равноценно новому бронированному лимузину, без учёта оплаты работ по сборке. Странно, что при таких затратах не хватило пары сотен на зарядник и его поручили делать не разряжающему же это чудо учёному.

[perfect]

3 железных гасящих дросселя, дальше 2 шт. Step-Up .
Ну, если что, ещё по конденсатору на фазу чтоб поправить косинус фи.

[Herz]

3 железных гасящих дросселя, дальше 2 шт. Step-Up .
Ну, если что, ещё по конденсатору на фазу чтоб поправить косинус фи.

Что такое мост Ларионова, надеюсь, автору известно. Но заряжать виртуальную ёмкость виртуальными токами - пока не решение вопроса... Давайте подождём уточнений.

[zindan990]

Благодарю откликнувшихся.
Респект уважаемому Herz за замечания по русскому языку и стилистике .

Общая емкость 12 фарад/700В, батарея ионисторов. Отвод от середины. Так надо для эксперимента. Считаем 24 Ф/350 В * 2. И бюджет сущщщественно меньше бронированного лимузина (у биологов только мышей в достатке. Дохлых).
Проблемы балансировки не рассматриваем.
Необходимо ее заряжать за разумное время (10-20 минут максимум). Мост Ларионова и остальные изыски прошлого века неинтересны (сам помню считал по молодости дроссели, на каждую фазу под 40 килограмм приходилось).

Хотелось бы разработать трехфазную схему заряда для положительной и отрицательной полярности на более-менее современной элементной базе, да и чтобы студиозы чему-нибудь научились.
В идеале чтобы эта схема обеспечивала и рекуперацию энергии обратно в сеть. У меня в заначке несколько устройств типа "китайский ветерок" для разряда всего этого, но это как-то тоже не комильфо.


Заранее спасибо за идеи!

Сообщение отредактировал zindan990 - Oct 4 2014, 09:30

[Владимир]

Большая емкость-- это работа на короткозамкнутую нагрузку.
Ищите среди зарядных модулей для лазеров. Лучше готовый.
Лет 5-6 назад попадался проект. 3-5 кВт. Конечное напряжение на емкости 350 до 1000 Вольт. На фото часть электронного модуля. Это силовой модуль.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[zindan990]

Спасибо.

Хотелось самому сделать... много лет в руках паяльник не держал.

[Владимир]

Перепалите "ведро" транзисторов, потеряете уйму времени и сил, приобретете опыт, который возможно не понадобится.
В общем тренироваться надо на чем либо попроще.
Если давно не держали паяльник-- не стоит. Там все дорогое, дабы собственные деньги тратить

[zindan990]

Согласен, наверное. Но хотелось бы чему-либо и студентов научить.
А транзисторы... все они горят рано или поздно или идут в утиль

[Herz]

Заранее спасибо за идеи!

Идеи по поводу заряда больших емкостей на форуме звучали неоднократно. Советую полистать раздел, будет полезно.
Собственно, вряд ли можно предложить что-то принципиально новое.

Решение задачи вроде просто - Step-Up и Step-Doun в одном флаконе.

Почти. Только не Step-Down, а импульсный источник тока. Габариты дросселя будут зависеть от частоты, частота - от доступных технологий.
Но, по грубой прикидке, которую Вы наверняка и сами делали, что-то у меня не сходится.
Энергия заряженной до 700 вольт 12-фарадной батареи превышает ту, что можно высосать 10-тиамперным током из 220 вольт за 20 минут.
И даже при 100% КПД. Я понимаю, что фазы три, но и напряжение их не постоянное. Может, просчитался?

Респект уважаемому Herz за замечания по русскому языку и стилистике .

Речь совсем не шла о языке или стилистике. Элементарная аккуратность в форматировании делает посты более читабельными и менее ресурсозатратными.

[perfect]

Мост Ларионова и остальные изыски прошлого века неинтересны (сам помню считал по молодости дроссели, на каждую фазу под 40 килограмм приходилось).

Зато те килограммы годятся на металлолом после эксперимента . А если взять трансформаторные сварочники, то и изготавливать их не надо.

Сообщение отредактировал perfect - Oct 4 2014, 11:38

[Plain]

12 фарад/700В, батарея ионисторов

Слабовато по ESR. Вот 25 млн рублей в виде 16 тонн алюминиевых в 17 кубометрах выглядели завораживающе.

Заряжать можно, например, от полученных изыском прошлого века стандартных 540 вольт импульсным источником тока по топологии понижающего, самая простая схема которого — один NMOS, драйвер затвора, компаратор тока с гистерезисом, дроссель и диод. Отрицательную секцию нагрузки можно виртуально соединить с положительной, например, резонансной инвертирующей помпой — это полумостовой драйвер, два NMOS, два диода, конденсатор и небольшой дроссель с обмоткой ОС.

Обе схемы можно неограниченно параллелить, вплоть до собрать на купленном в магазине мешке готовой россыпи, что также помогает и распределить тепло, но в данном случае это вряд ли актуально.

Насчёт откачать обратно — без трансформаторов это будет сделать трудновато, и вообще, не очень осмысленно, на фоне одноразовости задач и цены электроэнергии.

Насчёт "самого важного" вопроса — главный дроссель можно набрать, например, купленными в "Чип и Дип" несколькими ETD49...ETD59, правда, у них только варианты без зазора, так что придётся подкладывать бумажки и склеивать, потому что штатные скобки на это не рассчитаны. С зазором они же есть, например, в СЗЛ, т.е. можно будет всё собрать без клея и припаять к печатной плате. Или набрать, например, парой Е80, только потребуется самодельный каркас, всё клеить, как-то крепить и т.п.

[iiv]

Топикстартеру, посмотрите, пожалуйста, обсуждение 4Ф 600В. У меня уже как два месяца все успешно работает, обратите внимание, что у меня ИП - трехфазный бензогенератор, а там синус совсем плохой... Прислушался к совету Плайна, а на выходе все-таки поставил то, что я сам упоминал, не пришлось что-то заумное городить. Я понимаю, что не хочется трансформатор, и особенно по трансформатору на банку, но это решение оказалось самым простым и дешевым.

Энергия заряженной до 700 вольт 12-фарадной батареи превышает ту, что можно высосать 10-тиамперным током из 220 вольт за 20 минут.
И даже при 100% КПД. Я понимаю, что фазы три, но и напряжение их не постоянное. Может, просчитался?

да все ему хватит, нормальные три фазы с 10А дают 7кВатт, не забывайте, что там 380В на каждой, и, при переводе в мощность, умножайте на корень из 3.

[нищеброд]

Хотелось бы разработать трехфазную схему заряда для положительной и отрицательной полярности на более-менее современной элементной базе, да и чтобы студиозы чему-нибудь научились.
В идеале чтобы эта схема обеспечивала и рекуперацию энергии обратно в сеть. У меня в заначке несколько устройств типа "китайский ветерок" для разряда всего этого, но это как-то тоже не комильфо.

Разряжать - не знаю.
А заряжать можно так - разделённоразнесённый мост(два косых моста на одном трансформаторе) с последовательным питанием половинок(600В). Ток заряда ограничить посреднему(в этом варианте не будет перекоса напряжения питания).

[zindan990]

Спасибо всем подсказавшим.

Внутреннее сопротивление батареи ионисторов для моего случая (недолго отдавать 200-300 А) вполне достаточно.

Решение c трансформаторами останавливало из-за экранирования, межобмоточной емкости и т.д., на коленке тяжело.
Решение с инвертором в +540 В и затем зарядником - надо перед +540 еще ККМ городить.
Ссылка от уважаемого iiv http://http//electronix.ru/forum/index.php?showtopic=120729 увы, не работает.

Вывод - задача сложная, буду читать мануалы. Буду привыкать к запаху горелого...

[HardEgor]

В ссылке небольшая ошибка, вот правильная http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=120729

[zindan990]

Спасибо за ссылку, почитал.

Раз с мая по ней новых постов нет, значит либо сделали давно уже для полевых условий (октябрь на дворе), либо на сл. год перенесли.

Будем тренироваться.



Проблему активной балансировки понятно как решать, есть 2 варианта, смотрю какой из них более приличный.

Осталось еще понять оптимальное решение для зарядки и рекуперации. Последнее важно, поскольку энергии как в килограмме взрывчатки.

[нищеброд]

Решение с инвертором в +540 В и затем зарядником - надо перед +540 еще ККМ городить.

ПМСМ городить ККМ для трёхфазного выпрямителя совсем не нужно. Если не ставить после выпрямителя электролиты, то ККМ сам по себе будет более 0.95.


Сообщение отредактировал нищеброд - Oct 5 2014, 08:53

[Plain]

Решение с инвертором в +540 В и затем зарядником - надо перед +540 еще ККМ

Извините, не рассчитал, что Вы собственные слова так скоро забудете, и, вдобавок, забудете их же себе напомнить, перечитав собственную же тему — речь, естественно, была ни о каком не инверторе, а о 6-ти диодах моста Ларионова, который Вы назвали изыском прошлого века, и который, выпрямляя трёхфазное 380 В (которое Вами до сих пор не озвучено), даёт эти, в среднем, 540 В, и с уже весьма приемлемым КМ, как сказали выше, потому что, в т.ч., импульсному понижающему накопительный алюминиевый конденсатор не нужен, а только небольшой плёночный. Так что, 6 диодов выпрямителя, три NMOS, три диода, один большой дроссель и один маленький — вот и весь зарядник, на все 700 вольт; и бестрансформаторный, заметьте, как и было пожелано.

[zindan990]

Спасибо Plain за замечание.

Моя критика к мосту Ларионова и другим трехфазным выпрямителям относилась к тому, что только третью часть периода каждой фазы через диоды производится подключение к нагрузке, а остальное время отбора тока нет. А сеть и так загажена, и импульсные наводки не прибавят ей качества.
Отсюда и пожелание использования ККМ для более равномерного отбора тока. Да, добавляются высокочастотные наводки и шумы, но они не так страшны пока.
380 В - межфазное, но относительно N, к которой подключена средняя точка батареи, максимум всего 310 В. а надо 350 В.

[perfect]

Ещё всё- таки с большими дросселями (ради простоты) и неуправляемым ККМ, разве что выключить его по достижении нужного напряжения.

[Plain]

критика к мосту Ларионова и другим трехфазным выпрямителям относилась к тому, что только третью часть периода каждой фазы через диоды производится подключение к нагрузке, а остальное время отбора тока нет

Для работника с такими опасными источниками энергии, Вы всё ещё подозрительно торопливы — посчитайте количество третей на вышепредоставленном Вам графике. Не спеша.

[Plain]

В случае четырёхпроводной сети выпрямитель означает двухполупериодный удвоитель, желаемый обратимый преобразователь при котором можно сделать по топологии инвертирующего:



Ключи полярности переключаются непосредственно ею же, т.е. переходом через ноль, после чего каждый раз образуется обычная схема инвертирующего преобразователя, т.е. ключ, дроссель и диод, под управление которым можно приспособить стандартный граничный контроллер ККМ, взяв ОС с его датчика тока, но можно и упростить его на россыпи, потому что работу в обратную сторону проще реализовать вышепредложенным гистерезисным источником тока, работающим часть полупериода, например, выше 100 В — кусок синуса тока при этом будет зеркальным, но ведь и подарков от энергетиков вся эта затея не даст, в смысле, электросчётчик не открутит возврат.

Поскольку ток здесь втрое меньше, такой дроссель уже можно намотать, например, на одном ETD49...ETD59. И в реальности ещё требуются небольшие входной и выходной фильтры.

[perfect]

Более классически, наверное, вот:

В сторону заряда конденсаторов этот мост может работать ККМом, в обратную частотником, когда напряжение конденсаторов упадёт ниже сетевого включить step-up.

Сообщение отредактировал perfect - Oct 7 2014, 07:48

[zindan990]

Огромное спасибо всем ответившим.

Масса полезной информации и незнаемой ранее Для этого стоило побеспокоить знающих людей, вдруг у кого такая проблема будет.

Из чтения других постов - заряд конденсатора, например, рассматривался в теме http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=106749. Что поразило - весьма низкий КПД процесса, когда напряжение на конденсаторе относительно мало. Примерно я так и подозревал, что устройство со значительным динамическим диапазоном весьма тяжело сделать сбалансированным во всем этом диапазоне. Ужаснули проблемы греющихся и взрывающихся почти конденсаторов демпфирующих, расчет снабберов. А ведь надо мощность больше в несколько раз. Ведра транзисторов мало будет....

Вот что возникает по результатам обсуждений с коллегами.

Устройство на каждую фазу примерно 3.5 кВт мощностью (примерно 1700 Вт на + и -). Итого около 10 кВт.

Если КПД будет таким же, как в указанной выше теме, то до 1.5 кВт в тепло... немало, один ветерок.

Коллеги, просьба оценить массогабарит устройства.

Еще вопрос - опторазвязка. Указанный уважаемым нищеброд чип HCPL3180 можно заменить на IX3120GE?

Сообщение отредактировал zindan990 - Oct 7 2014, 08:41

[Plain]

Более классически, наверное, вот:

Тогда уж надо было бы озвучить для автора темы и мощность предлагаемого, а именно, 30 кВт.

рассматривался в теме http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=106749.

Уточните где и что именно, потому что от её автора никаких подобных страшилок озвучено не было — он получил решение на первой странице и более там не появлялся.

[perfect]

оценить массогабарит устройства.

Сварочный аппарат ампер 200 это источник киловатт 8. Аппарат на картинках, к сожалению, не записал даже как называется, сфотографировал его как образец нормального конструктива.

[_gari]

Складывается впечатление, что учитывая особенности применения, т.е. долгое время заряда 10-20 мин, здесь можно рассматривать вариант
с переключением блоков ионисторов.
При таком подходе вариант исполненияполучается достаточно простым.
Исходно все блоки ионисторов заряжаются от трехфазки до напряжения 350в, после заряда блоки перекоммутируются нужным образом.
Учитывая емкость, перекоммутацию на тестех маожно производить даже вручную.

Не ясно насколько важно, но гальваничекая развязка с сетью легко реализуется в такой схеме.
правда от таких банок и так мало не покажется.

В общем. можно обеспечить стравнительную простоту преобразователя, хотя, скорее всего, для достижения приемлемого времени заряда его таки придется делать многофазным.

[zindan990]

Спасибо за предложение. Не катит.

Коммутация, увы не возможна. Середина должна быть жестко закреплено к N. И линейка ионисторов должна быть линейкой.

[нищеброд]

Вот что возникает по результатам обсуждений с коллегами.
Устройство на каждую фазу примерно 3.5 кВт мощностью (примерно 1700 Вт на + и -). Итого около 10 кВт.
Если КПД будет таким же, как в указанной выше теме, то до 1.5 кВт в тепло... немало, один ветерок.
Коллеги, просьба оценить массогабарит устройства.
Еще вопрос - опторазвязка. Указанный уважаемым нищеброд чип HCPL3180 можно заменить на IX3120GE?

Развязку можно сделать и на IX3120GE. Сам я предпочитаю просто ТГР.
Но вот делать устройста отдельно по трём фазам думаю не самый простой вариант.

[Plain]

просьба оценить массогабарит устройства

Например, вышепредложенный обратимый инвертирующий, если по 8 фаз на канал, то в каждой дроссель 0,22 кг, плёночные конденсаторы, радиаторы и т.п., в сумме порядка 0,5 л, т.е. весь БП порядка 12 л и 10 кг.

Ещё вариант — обратимый двухполупериодный удвоитель по топологии Cuk (у неё непрерывные и входной, и выходной токи):



В пределе гигантомании, т.е. по одной фазе на канал, каждый дроссель будет по 2,2 кг и 0,7 л, пиковый ток их и ключей 30 А, а весь БП порядка 20 л и 30 кг.