Задачка: Инвертор 12 -> 220 6кВт, легкий, маленький...

[RoboCat]

Запарка на работе, я скоро все залью.

[ludmila 1]

Уважаемые коты Вам следует почитать требования МОРСКОГО РЕГИСТРА
в части электропитания, электромагнитной совместимости и заземления.
Эти требования выписаны кровью.
Для примера, при неправильном заземлении яхта из-за коррозии не протянет и одного сезона.
Да и дальше сельского пруда ее никто не выпустит.

[Region_78]

Что-то чувство такое что девайс выйдет далеко за 4к$ при самостоятельном изготовлении (неизбежны потери на сгорания транзюков, многократную перемотку тр-ра и т.п.) Детали то Вы покупаете по рыночным, а не по оптовым ценам, через туеву хучу посредников, а не с завода напрямик. И ~150 000р это не такая уж и большая цена затакое ус-во, к тому же безопасное и грамотно собранное, и если не дай бог что случимшись, будет кому счет предъявить, а не на мош... потом волосы рвать. Я бы 10 раз подумал прежде.
(имхо раз яхта есть измещением под 20 тонн, то найдется и на инвертор наверно....)
зы Вы хотите именно 6 кВт, а не 6 кВА? Это немножко разные вещи, если питать не чисто активную нагрузку.

[RoboCat]

Что-то чувство такое что девайс выйдет далеко за 4к$ при самостоятельном изготовлении (неизбежны потери на сгорания транзюков, многократную перемотку тр-ра и т.п.) Детали то Вы покупаете по рыночным, а не по оптовым ценам, через туеву хучу посредников, а не с завода напрямик.

По поводу цены в круг. Я сознательно не заношу расходы на создание этого устройства в бюджет. Считай, я готов подарить эти деньги. Те "неизбежные потери" легко обходятся если пересилить свою лень, и рассчитать схему и подготовить макет для тестов. Там просто нечему будет сгорать.

И ~150 000р это не такая уж и большая цена затакое ус-во, к тому же безопасное и грамотно собранное, и если не дай бог что случимшись, будет кому счет предъявить, а не на мош... потом волосы рвать. Я бы 10 раз подумал прежде.

Я уже подумал. Погляди где я живу, и где находится родина этого девайса (Норвегия). Предложение прислать за мой счет специалиста из Норвегии для замены девайса помнится изрядно развеселило...

(имхо раз яхта есть измещением под 20 тонн, то найдется и на инвертор наверно....)
зы Вы хотите именно 6 кВт, а не 6 кВА? Это немножко разные вещи, если питать не чисто активную нагрузку.

Годовой бюджет яхты составляет 7200-7800 вечнозеленых енотов. Плюсовать сюда еще 4000? Зачем мне это? По нагрузке - задание описано в первом посте. Искать разночтения не стоит, я хорошо понимаю чем отличается 1КВА от 1КВТ.

[RoboCat]

Уважаемые коты Вам следует почитать требования МОРСКОГО РЕГИСТРА
в части электропитания, электромагнитной совместимости и заземления.
Эти требования выписаны кровью.
Для примера, при неправильном заземлении яхта из-за коррозии не протянет и одного сезона.
Да и дальше сельского пруда ее никто не выпустит.

Мое почтение Людмила Уверяю Вас, еще и поэтому через каждые два-три поста написано: крайне нежелательно менять существующую схему электропитания яхты. Подробнее сдесь и сдесь

[МитяРа]

Начинаем обсуждение структуры инвертора:
1. Вход, выход, мощности - известны..
2. Потребность в гальванической развязке - пока известна..
3. Предлагается делать модульную структуру,
4. В каких каскадах, и как складывать мощности,
последовательно или параллельно, на входе или на выходе..
5. Если применить схему резервирования N+1, то чему будет равно N,
т.е какова выходная мощность одного модуля..
6. Складывать мощности в звене постоянного или переменного тока,
если последнего - то, как синхронизировать выхода модулей..
(например в ИБП Powerware 9355, которые могут работать на общую
нагрузку, режим HotSink, там на каждую фазу стоит по "могучему" DSP-контроллеру) - для данной задачи, явно - перебор.. но кто знает..
7. и т. и т.п. - предложения....

[RoboCat]

По пунктам, исходя из структурной схемы источников питания яхты (см. вложение)

1. Вход 12v, выход 220v, пиковая мощность 6.0кВт.

2. Гальваническая развязка в инверторе необходима.

3. Да.

4. С точки зрения кпд и габаритов интересно твое предложение - двухступенчатое преобразование. Например 6 (или больше) модулей DC-DC (=12v -> =400v) работающих паралельно на общий накопитель, и 2 модуля DC-AC с ККМ (=400v -> ~220v) питающихся от общего источника. Вот что получится по первой ступени:
----------
Преимущества:
а) это разгрузит каждый модуль (500/6=84а).
б) в случае выхода из строя любого, мы только ограничим выходную мощность отключением аварийного модуля.
в) поскольку оно DC-DC, нет необходимости в синхронизации по частоте/фазе, даже наоборот будет выгодно их "раскидать" по фронту, это снизит требования к входным фильтрам.
г) хорошая ремонтопригодность/масштабирование.
Недостатки:
а) сложная балансировка нагрузки и стабилизация выходного напряжения, так как источник групповой. То есть, каждый модуль должен иметь элемент регулирования, и должен быть DSP/MC который займется распределением мощности.
Это все ИМХО конечно. Надеюсь на отзыв специалистов.
----------
Вторая ступень:
Пока не знаю как это будет выглядеть. В раздумьях.

5. Резервирование не нужно, оно предусмотрено бортовым оборудованием. Тоесть, если мы "заболели" - выключаем неисправный модуль.
6. Думаю что мощности надо складывать в промежутке (=400v) и на выходе (~220v). Этим мы получаем фактически 2 независимых преобразователя, первичный и вторичный. Соответственно, нет необходимости в сквозной (а значит длинной, инерционной) обратной связи в цепях контроля и стабилизации.
Вот... Ругайте.

[МитяРа]

4. С точки зрения кпд и габаритов интересно твое предложение - двухступенчатое преобразование.
Просто делать сразу из 12 -220 на такой мощности - энергетически и схемотехнически - геморройно...
..
Например 6 (или больше) модулей DC-DC (=12v -> =400v)
Или в +/- 350-700, например, - сейчас пока не важно...
..
работающих паралельно на общий накопитель,
Вот тут, есть что обсудить..
Мы в этом случае - получаем "единую точку отказа" в последовательной системе..
Т.е. встаёт дилемма - сознательно с этим согласиться, для упрощения схемотехники,
или эту точку - тоже расспараллелить..
А то получается, что мы до неё имеем резервирование, после неё - тоже, а звено постоянного тока,
как "бутылочное" горлышко..
..
Немного отвлекусь, но по теме..
Мя кошачу на похожую мощность устройство, оно тоже модульное (6 модулей)..
Выход тоже 220 переменки, а вот вход - 380, три фазы..
Мя перебрал "тучу" вариантов структуры, у каждого есть и достоинства и недостатки,
и с общим, для всех модулей, звеном постоянки тоже..
А т.к. у мя в ТЗ стоит "горячая замена модулей", то в конечном итоге, остановился
на варианте 6-ти одинаковых модулей, соединённых по входу и выходу и синхронизированных по
выходу выходу, рабочая ВЧ частота модулей так-же синхронизирована..
Это так, для справки..
..
Если в данном случае "горячую замену" модулей не надо, то всё равно, при наличии общей точки "чего-либо"
надо рассматривать вероятность, что "сдохший" модуль, может её закоротить и весь инвертор - встанет..
..
и 2 модуля DC-AC с ККМ (=400v -> ~220v)
В классическо понимании, ККМ для DC не применяется, сдесь уже говорят о снижении пульсаций тока,
до более-менее равномерного.. режим Low Riple Current..
Т.е. т.к. на выходе синусоида, то и характер потребления будет тоже синусоидальный, его и "исправляют"..
..
в) поскольку оно DC-DC, нет необходимости в синхронизации по частоте/фазе,
Контроллеры DC-DC - по фазе не надо, а по частоте лучше тоже засинхронизовать для улучшения ЭМИ..
..
даже наоборот будет выгодно их "раскидать" по фронту, это снизит требования к входным фильтрам.Согласен, есть такие решения, но это не отменяет замечание к предыдщему пункту..
..
а) сложная балансировка нагрузки и стабилизация выходного напряжения, так как источник групповой.Немного не понял, о какой баллансировке идёт речь?
..
То есть, каждый модуль должен иметь элемент регулирования,
и должен быть DSP/MC который займется распределением мощности.Ага.. если имеется ввиду, баллансировка, как адаптация инвертора к мощности нагрузки,
то можно вкл/выкл. нужные модули DC/DC..
DSP/MC в каком-то виде - по любому нужен, но т.к. мы и тут получаем точку отказа,
то, могу предложить, (у мя так задумано), что при выходе из строя самого модул DSP/MC,
все модули DC/DC, которые были в этот момент выключены - включаются автоматически..
Думаю, это правильно. т.к. в этом случае, мы включаемся на "полную мощность", т.к.
не сможем больше "подстроиться" под мощность нагрузки..
..
5. Резервирование не нужно, оно предусмотрено бортовым оборудованием.Мя имел ввиду - резервирование модулей внутри системы, т.е. система есть инвертор..
Про систему, как яхту - мы не говорим.. рассматриваем, только инвертор, а по отношению
к системе-яхта-нагрузка, мы должны "вести себя прилично" - там, гармониками не гадить,
12 вольт - не коротить, в нагрузку - выбросами не бросаться и тому подобное..
Т.е постоянно "помнить о большом брате"...
..
6. Думаю что мощности надо складывать в промежутке (=400v) и на выходе (~220v).
Этим мы получаем фактически 2 независимых преобразователя, первичный и вторичный.Соответственно, нет необходимости в сквозной (а значит длинной, инерционной)
обратной связи в цепях контроля и стабилизации.
Цепей стабилизации будет несколько, часть взаимозависимых, часть локальных,
часть общих для всего инвертора...

[RoboCat]

По поводу отказоустойчивости - пускай инвертор останавливает свою работу если всё совсем плохо. Если не совсем (тоесть есть возможность исключить элемент из схемы) то лучше выключить неисправный модуль с выдачей сигнала на щиток.
Другими словами - надо предусмотреть возможность отключения параллельных модулей без нарушения работоспособности всего устройства, пусть даже ценой снижения верхней пороговой мощности. Попутно, получим механизм ступенчатого снижения мощности (и повышения КПД) без выхода модулей на критические в плане устойчивости режимы малой мощности. Для данного девайса с его энергетикой это весьма актуально...
Самое главное - чтобы не было пожара.

[RoboCat]

Перечитал твой пост, решил что надо подробней всетаки...

работающих паралельно на общий накопитель,
Вот тут, есть что обсудить..
Мы в этом случае - получаем "единую точку отказа" в последовательной системе..
Т.е. встаёт дилемма - сознательно с этим согласиться, для упрощения схемотехники, или эту точку - тоже расспараллелить..
А то получается, что мы до неё имеем резервирование, после неё - тоже, а звено постоянного тока, как "бутылочное" горлышко..

Путаница в задачах по моему. Ты говоришь о резервировании, а я говорю о разделении нагрузки по каналам в целях снижения себестоимости и сложности. Бонус у нас одинаковый - динамическое масштабирование мощности, причем весьма дешевым способом - отключением/подключением модулей.
[skip]

и 2 модуля DC-AC с ККМ (=400v -> ~220v)
В классическо понимании, ККМ для DC не применяется, сдесь уже говорят о снижении пульсаций тока,
до более-менее равномерного.. режим Low Riple Current..
Т.е. т.к. на выходе синусоида, то и характер потребления будет тоже синусоидальный, его и "исправляют"..

Я имел ввиду именно выходной каскад, преобразование в AC.
[skip]

а) сложная балансировка нагрузки и стабилизация выходного напряжения, так как источник групповой.Немного не понял, о какой балансировке идёт речь?

В этом суждении я предполагал, что нагрузка первой ступени будет общей. Соответственно, заставить 6 импульсных модулей выдавать точное количество энергии на общую нагрузку довольно нетривиально, а нам нельзя чтобы какой-то из модулей "сачковал", это может плохо кончится для остальных на пиках нагрузки. И в плане КПД тоже.

То есть, каждый модуль должен иметь элемент регулирования, и должен быть DSP/MC который займется распределением мощности.Ага.. если имеется ввиду, баллансировка, как адаптация инвертора к мощности нагрузки, то можно вкл/выкл. нужные модули DC/DC..

Скажем так, это грубая регулировка

DSP/MC в каком-то виде - по любому нужен, но т.к. мы и тут получаем точку отказа,
то, могу предложить, (у мя так задумано), что при выходе из строя самого модул DSP/MC, все модули DC/DC, которые были в этот момент выключены - включаются автоматически..
Думаю, это правильно. т.к. в этом случае, мы включаемся на "полную мощность", т.к. не сможем больше "подстроиться" под мощность нагрузки..

В моем случае можно просто выключиться.

[Катяра]

Может где-то и повторюсь, так как не стал читать всё вышенаписанное (на это может уйти целый час).
Может кому-то моя идея покажется бредовой.
Такая идея возникла наверно из-зи узких знаний в области
электрооборудования яхт, а также мощных 12-ти вольтовых двигателей и генераторов на 6kW.

И так идея:
Что если подключить мощный 12-ти вольтовый двигатель
к аккумуляторам который будет вращать мощный генератор на 6kW
который будет вырабатывать 220V 50Hz.

Мои итоги:
1) Представление о мощном, небольшём 12-ти вольтовом двигателе
сложилось из размеров автомобильного старера который потребляет
500A*12V=6000W (мерил токовыми клещами). Хотя стартер не расчитан на длительную работу,
но должны же быть такие двигатели размером чуть побольшем которые
будут расчитаны на длительную работу.
2) На счёт КПД данного девайса, думаю должен быть в пределах разумного.
3) Если генератор уже установлен на яхте, то останется только сделать механизм (если не сложно) переключения на 12-ти
вольтовыйдвигатель. Если такого генератора на яхте нет, то о том кагого размера и стоимости он должен быть представления пока что не имею.
4) Соеденить генератор и двигатель можно тройной-ременной, цепной
или редукторной передачей.
5) Если генератор 3-х фазный будет 3 источника по 220V, которые
можно будет равномерно распределить между нагрузками.

ВСЁ !!!

[МитяРа]

Катяра..
ты всё-же почитай пост - там схема электроснабжения яхты приведена..
Задача стоит скошачить инвертор-замены штатному, "чёрному ящику"-инвертору..
Есть куча причин на это (читай выше) и будем исходить, из того, что НАДО..
А КПД у такого варианта (12DC/Двиг./Генер.) будет значительно ниже, чем при прямом, даже двух-трёхкаскадном преобразовании..
..
RoboCat..
Мя совсем упустил один ВАЖНЫЙ подпункт из первого пункта перечня работ..
1. Вход, выход, мощности - известны..
А именно - порядок работы с инвертором и самого инвертора..
Это НАПРЯМУЮ влияет на структуру и всё остальное..
Т.е. от чего надо плясать (понятно, что от печки, но где эта печка), если нам
надо "в любом случае" обеспечит питание нагрузки - это одно,
а если при любом "катаклизме" мы можем безболеззненно "уйти в защиту" - то это другое..
Надо определиться, где наша печка и что "в первую голову" надо обеспечивать (кроме соблюдения тревований Морского Регистра.. )..
Схемотехнические решения и структура, в том или ином случае - очень разная...

[RoboCat]

Может где-то и повторюсь, так как не стал читать всё вышенаписанное (на это может уйти целый час). Может кому-то моя идея покажется бредовой.
Такая идея возникла наверно из-зи узких знаний в области
электрооборудования яхт, а также мощных 12-ти вольтовых двигателей и генераторов на 6kW.

Я помогу Вам. Прочтите пожалуйста внимательно этот пост, и этот пост. Потом, чтобы представить себе как это должно быть реализовано - посмотрите вот этот аттач.

И так идея:
Что если подключить мощный 12-ти вольтовый двигатель
к аккумуляторам который будет вращать мощный генератор на 6kW
который будет вырабатывать 220V 50Hz.

Мои итоги:
1) Представление о мощном, небольшём 12-ти вольтовом двигателе
сложилось из размеров автомобильного старера который потребляет
500A*12V=6000W (мерил токовыми клещами). Хотя стартер не расчитан на длительную работу,
но должны же быть такие двигатели размером чуть побольшем которые будут расчитаны на длительную работу.
2) На счёт КПД данного девайса, думаю должен быть в пределах разумного.

Здорово. А чем это будет отличаться (кроме более низкого КПД, в Вашем случае 45-60%) от бортового дизель-генератора? Предполагаю, что вместо тихого урчания дизеля будет слышен всепроникающий вой электромашинного преобразователя... Увольте. Они мне в армии еще надоели... По делу - инвертор выдает 220 вольт переменки тихо и не слышно. Это его достоинство, помимо КПД в 90% и веса в 9-10 кг.

3) Если генератор уже установлен на яхте, то останется только сделать механизм (если не сложно) переключения на 12-ти
вольтовыйдвигатель. Если такого генератора на яхте нет, то о том кагого размера и стоимости он должен быть представления пока что не имею.
4) Соеденить генератор и двигатель можно тройной-ременной, цепной
или редукторной передачей.
5) Если генератор 3-х фазный будет 3 источника по 220V, которые
можно будет равномерно распределить между нагрузками.

ВСЁ !!!

Вы все же прочтите веточку. Это просто предложение.

[RoboCat]

Мурк МитяРа!

RoboCat..
Мя совсем упустил один ВАЖНЫЙ подпункт из первого пункта перечня работ..
1. Вход, выход, мощности - известны..
А именно - порядок работы с инвертором и самого инвертора..
Это НАПРЯМУЮ влияет на структуру и всё остальное.. Т.е. от чего надо плясать (понятно, что от печки, но где эта печка),

Инвертор - это основной источник ~220v в автономке (море). Он дублирован дизель-генератором, но, выход ДГ на "режим" происходит в течении 1 минуты после прохождения команды "Старт ДГ". Запуском ДГ в основном управляет автоматика ГРЩ, отслеживающая запас энергии в аккумуляторных батареях. Также есть возможность принудительного запуска ДГ с щита. Переключение нагрузки и вывод инвертора в останов/запуск выполняется автоматически в обоих случаях.

если нам надо "в любом случае" обеспечить питание нагрузки - это одно, а если при любом "катаклизме" мы можем безболезненно "уйти в защиту" - то это другое..

Можем спокойно "уйти в защиту". Единственный критический девайс, которому совсем нежелательно прерывать свою работу - хлебопечка Правда народ на борту давно уже судьбу не испытывает, и хлеб выпекают одновременно с зарядом аккумуляторов от ДГ или главного двигателя

Надо определиться, где наша печка и что "в первую голову" надо обеспечивать (кроме соблюдения тревований Морского Регистра.. )..
Схемотехнические решения и структура, в том или ином случае - очень разная...

Это я понимай. Очень понимай

[МитяРа]

Мяу всем..
RoboCat..
Инвертор - это основной источник ~220v в автономке (море).
... Мя вначале думал, что немного по другому..
Хорошо - будем иметь ввиду..
..
По поводу вышеизложенного поста - сейчас буду ответ писать...

[МитяРа]

Мяу всем..
Хотел отвечать с цитированием, но чую долго получится писать..
Посему, немногосуммирую всё и изложу в качестве тезисов-вопросов,
и иже пояснений с ними..
..
Разбиваем инвертор на DC/DC - первая ступень, и DC/AC - вторая ступень преобразования.
..
Пока из обсуждений не понятно, какая всё-же структура будет в общем.
Предложу на обсуждение два вариантов решения - может, так будет проще определиться..
1. Работа впараллель 6-модулей DC/DC на общую шину, +/-350,400,700 вольт,
далее - впараллель DC/AC модули (2шт) на общую нагрузку, - предложил RoboCot.
Величина напряжения DC-шины уточнится, когда выберем тип DC/AC-ступени..
2. Работа впараллель 6-модулей DC/DC/AC на общую нагрузку, - предложил МитяРа.
Соответственно формулы структуры будут такими:
№1. (6*DC/)DCbas(/2*DC/AC/F), где F - фильтр. (одно или несколькозвенный)
№2. 6*(DC/DCbas/DC/AC/F1)F2, где F1 b F2 - фильтры первого и второго звена.
Вариантов может быть и больше - предлагайте, но с учётом того, что мя решаю похожую
задачку, и перебрав тучу вариантов структуры - предлагаю, на мой взгляд, оптимальную (вар.№2)..
..
Продолжим обсуждение и разберём варианты реализации DC/AC-ступени..
Сразу оговорюсь, что все предлагаемые варианты расчитаны для случаев размещения
DC-шины на первичной стороне, т.е. до трансформатора.
На вопрос "почему" - отвечу, что наличие (в данном случае) DC-шины на вторичной стороне,
т.е. после трансформатора, на мя взгляд - при "бабах-модуль" чревато появлением на нагрузке
постоянного напряжения..
-------
DC/AC
-------
Тут есть несколько основных вариантов:
1. регулируемый_конвертор/трансформатор/выпрямитель/мост_коммутатор_полупериодов/фильтр.
2. регулируемый_конвертор/трансформатор/два_регулируемых_выпрямителя_полпериодов/фильтр.
3.а,б нерегулируемый_конвертор/трансформатор/регулируемый_двухполупериодный_циклоконвертор/фильтр.
Рисунки к вариантам смотрим в приложении..
..
Первый квадратик, от которого зависит значение DC-шины, может быть выполнен по разным схемам:
1. Мост, обычный
2. Мост с фазовым сдвигом,
3. Трёхуровневый мост.
4. другие варианты........

[МитяРа]

Мяу всем..
..
В выходные нацарапал схему, как вариант схемотехники одного 1кВт модуля.
Пусть никого не смущают нарисованные биполярники в схеме - мя так проще рисовать..
Напряжение на С1 и С2 - +/- 350 вольт (цифра предложенная и обсуждаемая)..
..
Можем использовать приложенную схему, как "отправную точку" или продолжить обсуждение
темы, уже конкретно по схемотехнике.. с оглядкой на предложенную выше структуру преобразователя....

[RoboCat]

Мяу всем..

И тебе Мурк!

В выходные нацарапал схему, как вариант схемотехники одного 1кВт модуля.
Пусть никого не смущают нарисованные биполярники в схеме - мя так проще рисовать..
Напряжение на С1 и С2 - +/- 350 вольт (цифра предложенная и обсуждаемая)..

Если подскажешь приблизительную индуктивность (или ее расчет) L1-L3 и коэффициент трансформации T1, можно будет погонять на макете. Синхронизированные генераторы сигналов для управления ключами у нас имеются.

Можем использовать приложенную схему, как "отправную точку" или продолжить обсуждение темы, уже конкретно по схемотехнике.. с оглядкой на предложенную выше структуру преобразователя....

У меня тоже (правда по своей структуре) появились наработки, думаю к среде выложу.

[МитяРа]

Для каскада DC/AC преобразования: (от +/-350в который)
При:
F=50kHz,
Nominal duty-ratio=0,8
Pout=1000W,
..
N=0,77 (Ктр для Т1)
С3,С4 = 0,33 мкФ,
L3 = 3,5 мГн,
C6 = 1 мкФ,
L2 = 50 мкГн,
C5 = 3,47 мкФ (составной из нескольких)
..
Вот пока с этим можно промоделировать..
А входной каскад мя надо посчитать...

[МитяРа]

Мяу всем пушистым..
..
RoboCat.. вчера забыл спросить, а мя для расчётов надо поподробнее про входное 12 вольт..
Т.к. инвертор не будет работать, когда идёт заряд аккумуляторов,
то мя надо знать мин/макс. напряжение при работе..
Будь ласка - напиши...