ИНВЕРТОР ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ МОЩНОСТИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
Фотоэлектрические и ветровые генераторы как источники энергии, имеют ряд особенностей: нестационарный характер выработки энергии, что требует ее
аккумуляции (обычно электрохимического аккумулятора); существенную зависимость мощности, отдаваемой солнечной батареей, от температуры, а также ориентации на Солнце. В связи с этим в состав комплексной системы преобразования и контроля мощности фотоэлектрической станции должны быть включены контроллеры заряда аккумулятора и регулятор, обеспечивающий оптимальную работу солнечной батареи.
Кроме того, электрическая энергия вырабатывается в виде постоянного напряжения, а большинство бытовых потребителей (холодильники, телевизоры и другие) требует переменного напряжения частотой 50 герц. Для преобразования постоянного напряжения аккумуляторов солнечных станций в переменное с необходимыми характеристиками требуются инверторы. Инверторы для солнечных станций по своим характеристикам существенно отличаются от инверторов и устройств бесперебойного питания, которые широко представлены на рынке. В первую очередь, они отличаются высоким уровнем надежности, перегрузочной способностью, наличием встроенных электронных систем защиты.
На кафедре «Электроника и микроэлектроника» ТашГТУ проведена разработка схемы и конструкции инвертора мощностью 2 кВт для автономных солнечных и ветровых электростанций с синусоидальным выходным напряжением, формируемым методом ШИМ. В состав конструкции введен регулятор заряда-разряда батареи, работающий в комплексе с инвертором.
Разработанная конструкция инвертора имеет следующие основные характеристики:
1. Мощность номинальная - 2000 ВА.
2. Перегрузочная способность - 50%.
3. Входное напряжение постоянного тока - от 21 до 28 В.
4. Выходное напряжение - 220В.
5. Максимальный ток нагрузки - 15А.
6. Форма выходного напряжения - синусоидальная.
7. Коэффициент гармоник - не более 5%.
8. Стабильность выходного напряжения - от +5 до -10 %.
Упрощенная схема силовой части инвертора представлена на рис.1. Силовой блок инвертора (рис. 2) был изготовлен на основании из алюминия толщиной 4 мм, на котором закреплялись изолированные радиаторы-теплотводы силовых транзисторов и диодов, а также другие элементы силовой части.
Вся схема блока управления разделена на четыре части по функциональноузловому принципу. Были выделены следующие узлы:
- микроконтроллерная часть, объединяющая микроконтроллер, элементы индикации режимов работы и элементы управления (рис.3, 4),
- узел быстродействующей защиты и формирования импульсов управления силовыми транзисторами (рис.5, 6),
- узел гальванической развязки с тремя каналами,
- узел питания, формирующий необходимые параметры питающих напряжений.
В результате наладки инвертора достигнуты необходимые режимы работы, близкие к расчетным. Анализ осциллограмм, полученных в ходе наладочных работ, позволяет сделать вывод о существенном положительном влиянии индуктивности рассеяния вторичной обмотки трансформатора на работу фильтра несущей ШИМ.
Фактически в фильтре добавляется еще одна индуктивная ветвь и он преобразуется из двухзвенного в трехзвенный. Это может привести к потере устойчивости в петле отрицательной обратной связи (ООС), используемой для стабилизации выходного напряжения, особенно, если используется ООС по форме выходного напряжения. Эта проблема не возникает, если использовать ООС не по форме, а по амплитуде выходного напряжения и увеличить до десятых долей секунды постоянную времени в цепи ООС. Разработанная система управления реализует такой вид ООС программным путем.
