Dijital Ayarlı AC Güç Kaynağı İçin Beyin Jimnastiği

[Ahmet Develi]

Selamlar herkese,

Evimde uzun senelerdir kullandığım GW Instek ASR-2100 güç kaynağı vardı. Ekonomik sebeplerle 2-3 hafta önce üzülerek satmak durumunda kaldım. Malum Türkiye'de her şey artık ateş pahası. İçimden bir şey gitti sanki satarken çünkü elim ayağımdı bu cihaz...

1kVA güç.
10Hz ile 1kHz arası sinüsü ayarlayabilme.
Akım koruması CC şeklinde değil, koruma şeklinde direkt kapatıyordu.
Opsiyonel olarak DC gerilmde çıkarıyordu +-500V'a kadar. 100V altı mı ne 10A'a kadar da veriyordu.

Garantisi bittiği için içini açmıştım meraktan seneler önce ama fotoğrafını çekmek hiç aklıma gelmedi.

Şimdi onun yerine AC güç kaynağı yapmak için fikir jimnastiği yapalım dedim.
Varyak bir öneri olmayacak! Varyak al diyenin ağzına vururum

Varyak ile AC güç kanaklarları arasında fark var sonuçta...

İstediğimiz güç kaynağı 1kVA olsun, 40-70Hz arası ayarlanabilsin. Gerektiğinde 110V'ta 10A, 220V'ta 5A versin mesela. Akım koruması direkt kapatma şeklinde olsun, illa CC olmasına gerek yok...

Aklımdan EG8010 entegresi geçti. Bu entegre UART'tan haberleşme ile her şeyini ayarlayabiliyor. Bu entegreler şu elektrikçilerde gördüğümüz 12/24V çeviricilerin içinde bolca kullanılıyor.

https://www.lz2gl.com/data/power-inverter-3kw/eg8010_datasheet_en.pdf

Buradaki en büyük dert stabil şebekeden 400V/1.2kW elde etmek. Sonrası PCB çizim işleri falan. Sizlerin de fikrini almış olayım.

 

[Altair]

Cikis hassasiyeti araliklarini ne kadar istiyorsunuz merak ettim. 110V - 220V arasi 6-7 adimli cok cikisli bir izolasyon trafosunu surecek bir sinus inverter devresi belki de ihtiyaclarinizi karsilar. Devre ile sadece frekansi kontrol edip sinus dalgayi olusturursunuz, roleler ile de cikis ucunu secersiniz. 200V - 220V adimlari arasinda 213,5V gibi bir ihtiyac olur mu bilemedim.

 

[çaycı]

400V ile kasıt 3 faz ise eg8030 var 8010'un 3 faz olanı

 

[taydin]

İnsan forumda bir ilan açar cihaz için

Ben de daha önce bu konuda kafa yormuştum. En sonunda geldiğim nokta, bir Class D amfi ile işi çözmek oldu. İki aşamalı olacak:

1) Bir AC trafo ile şebekeyi önce yükselteceksin, mesela 400VAC. Sonra da bu voltajı bir doğrultucu ile DC ye çevireceksin.

2) Bir MCU ile istediğin sinyali üreteceksin, sonra da class D ile bunu istediin seviyeye yükselteceksin.

Esasında inverter de kendi içinde class D gibi çalışıyor, ama inverter olarak düşünmeyip yukarıdaki gibi tasarlarsan, tasarımın EN BAŞINDAN itibaren AWG gibi çalışan bir güç kaynağın oluyor. Benim IT M7723E var, içini açıp bakmadım ama büyük ihtimalle sistem budur.

 

[Ahmet Develi]

@Altair 1V çözünürlük olsa iyi olur. Aslında söylemeyi unutmuşum 0~300V 1V ayarlı olsa yeterli.

@çaycı yok 1 faz istiyorum ben

@taydin teklif karşı tarafdan geldi. 100k civarına sattım.

İlk konu 220Vac'den 400Vdc elde edilmesi. Bu konuda 1kVA 50Hz trafo kullanmak istemiyorum. 1kVA trafo yaklaşık 15kg. Taşınmayacak bir şey bu.
Bence ilk bunu irdelemek lazım.

 

[taydin]

Trafo kullanmak istemiyorsan iki tane invertere kafa yorman gerekecek. Bence trafolu yapı en azından ara aşama olarak bile yararlı olur. Yani 400 VDC yi cepte bileceksin ve ona göre diğer devrenin tasarımını testlerini bitireceksin. Ondan sonra 400 VDC inverter tarafına odaklanabilirsin.

 

[Mikro Step]

100K ya sattiysan 50K ya istedigin kadar yapayim.

Sonucta ugras konularimla ve tecrubelerimle cok yakindan alakali.

 

[clc]

Girişe pfc lazım, kW seviyesinde boost tipi pfc çok pratik olmayabilir, üstelik buradaki tasarım standart şeklinde olmayacak çünkü 300Vrms e kadar çalışmak için gereken DC bara genelde üretilen 400Vdc den daha yüksek. Dolayısıyla totempole denen yapının kullanılması daha uygun olabilir, üstelik çıkış katı da bir inverter olacağı için aslında aynı inverteri back to back bağlama ve gerekirse grid e doğru güç akışı sağlama şansı var. Tabiki burada bir nokta var, izolasyon isteniyor mu? O durumda araya bir DC DC konması gerekir.

 

[çaycı]

aslında pfc'si ac->dc->pwm ac'si filtresi falan hepsi içinde olan bir yapı zaten var; online ups 3kva bir ups'i modifiye etmek yeterli olacaktır ama spwm katı belli voltajın altında çıkış verebilir mi ondan emin değilim

 

[taydin]

Online UPS'in çıkış voltajı çok dar bir aralıkta ayarlabiliyor. Mesela benim Tunçmatik 3 kVA online UPS de çıkış voltajı en küçük 208 VAC, en yüksek 240 VAC olarak ayarlanabiliyor. Bunun mesela 1 V verecek şekilde modifiye etmenin pratik olmayacağını düşünüyorum, muhtemelen komple yeni devre tasarımı gerekir.

 

[132kHz]

Trifaze tesisat var ise bence öncelikle 3 fazlı doğrultucu ile güzel temiz bir dc elde edilmeli sonrasında belki bir boost yapısı ile gerilim 400 volta yükseltilebilir sonrasinda bir multilevel inverter ile sinuse çevirilebilir
Girişe ve çıkışa ayrıca filtre tasarımları duşunulmeli girişte frekans voltaj belli de çikiştaki belirsizlik için ne yapılabilir bilmiyorum
Tabi bunlar benim AMATÖR düşüncelerim detaylı teknik bir bilgim yok belki saçma olabilir

 

[taydin]

Girişe pfc lazım

Ticari ürün olursa mı lazım? Hangi kW dan sonra yasal olarak PFC gerekiyor?

 

[devreci]

Topolojisi neyse iki tane smps güç kaynağı tasarlanır bunun birisi pozitif diğeri negatif alternası verir, volt ayarına mcu ile sinus verilir.

 

[clc]

Ticari ürün olursa mı lazım? Hangi kW dan sonra yasal olarak PFC gerekiyor?

IEC 6100-3-2 ye göre 75W üstü için şart, ama pek uygulanmıyor gibi piyasada PFC özellik gibi pazarlanıyor. Ancak zaten her halükarda bu tür bir yapıda doğrultulduktan sonra yapılması gereken işlemler var o açıdan PFC koymak en mantıklısı.

 

[Ahmet Develi]

@clc aslında güzel diyorsun, PFC vs. ama ben isterlerimi tam yazayım aklımdakini de söyleyeyim.

Bir kere izolasyon şart. Arkadaşlar 1kVA trafo taşıyamam. Hiç gördünüz mü bilmiyorum ama damacana ağırlığında.
300V isterim biraz saçma değer olmuş, 285V diyelim biz ona. Aslında ayar aralığı 85-285V olsa yeter de artar.

Aklımdaki şöyle;

1) AC'ye basit hazır bir EMI filtre alayım diyorum, bunlar girişte olacak: https://www.avrupaotomasyon.com/kategori/monofaze-emi-filtreleri
2) Bir köprü ile çıkışı doğrultayım: https://www.inkoelektronik.com.tr/kategori/kopru-diyotlar-1
3) Benim kullandığım bir kural var, watt başına 1uF diye. 1kVa için 1000-1500uF kapasite takayım diyorum girişe. Burada öneriniz varsa alabilirim.
4) Sonrasında SG3525 ya da TL494 ile tam ya da yarım köprü yapayım izolasyonu burada sağlarım.
5) Sizce çıkışta +-400V mu oluşturmalıyım, yoksa 400V tek mi. 423V falan da olabilir, 400V lafın gelişi.

- Buraya kadar izoleyi halletmiş olurum diye düşündüm. Burası biraz uğraştırıcı ama en basit bu geldi aklıma.

6) Sonrasında SG8010 ile H köprü yapar, LC filtre ile sinüs elde ederim.
7) Çıkışta da yine o ilk gösterdiğim EMI filtreye benzer bir filtreden kullanırım.

Zorlanacağım kısım SG8010 ile haberleşme olayı olur ama onu da tanıdıklarımdan yardım alırım, program bilgim hiç yok çünkü.

 

[clc]

50Hz de çalışan trafo işi zaten unutulması gereken ilk aşama. Bu mantıkla elektrikli araçlardaki onboard chargerı da öyle yapalım. Senin anlattığını şema çizsek daha doğru olur ancak anladığım kadarıyla sen diyorsun ki köprü diyotla doğrult, DC/DC yap inverter e ver. Bu planda yanlış bir şey yok ama girişte ekstra kayıpları vs kabul edersek. Yazdığın entegreye baktım, onun variable frequency and voltage modunda V/F şeklinde çalışıyormuş sanıırm, bu durumda istediğini yapmaz. Senin çıkışta bir single phase inverter a ihtiyacın var, bunu kolayca yapmak istiyorsan klasik H bridge i kullanmanda sakınca yok ancak. Bana kalırsa yazılım kullanmadan bu dediğini yapmak mümkün değil. Youtube da bu tür engtereleri test eden bi video izlemiştim belki 5 sene önce orada da denediklerinde yine aynı bu tür(belki de bu entegre) bir yapının söylediğinden çok uzak olduğunu göstermişti. Çıkışta üretmen gereken voltaj inverterin modülasyon şeması ile doğrudan ilişkili, çıkış gücüne göre DC barayı çıkış frekansının 2 katında sallayacaksın. Mesela 400V DC bara yaptığını düşünelim bu bara +-20V sallanabilir. Dolayısıyla öncelikle simülasyonda tasarıma geçmeden bazı şeyleri netlemek, lossları bulmak gerekli. Gözü karartıp yazılımdan kaçmasanız olacak da, o kısma giresiniz yok gibi.

 

[Ahmet]

50Hz de çalışan trafo işi zaten unutulması gereken ilk aşama. Bu mantıkla elektrikli araçlardaki onboard chargerı da öyle yapalım. Senin anlattığını şema çizsek daha doğru olur ancak anladığım kadarıyla sen diyorsun ki köprü diyotla doğrult, DC/DC yap inverter e ver. Bu planda yanlış bir şey yok ama girişte ekstra kayıpları vs kabul edersek. Yazdığın entegreye baktım, onun variable frequency and voltage modunda V/F şeklinde çalışıyormuş sanıırm, bu durumda istediğini yapmaz. Senin çıkışta bir single phase inverter a ihtiyacın var, bunu kolayca yapmak istiyorsan klasik H bridge i kullanmanda sakınca yok ancak. Bana kalırsa yazılım kullanmadan bu dediğini yapmak mümkün değil. Youtube da bu tür engtereleri test eden bi video izlemiştim belki 5 sene önce orada da denediklerinde yine aynı bu tür(belki de bu entegre) bir yapının söylediğinden çok uzak olduğunu göstermişti. Çıkışta üretmen gereken voltaj inverterin modülasyon şeması ile doğrudan ilişkili, çıkış gücüne göre DC barayı çıkış frekansının 2 katında sallayacaksın. Mesela 400V DC bara yaptığını düşünelim bu bara +-20V sallanabilir. Dolayısıyla öncelikle simülasyonda tasarıma geçmeden bazı şeyleri netlemek, lossları bulmak gerekli. Gözü karartıp yazılımdan kaçmasanız olacak da, o kısma giresiniz yok gibi.

3 fazlı motor sürücü bu dediklerimizin hepsini yapmaz mı?
Ac giriş ayarlanan voltajda ve frekans da ac çıkış akım sınırlama pot bağlama dijital iletişim röle çıkışları vs.


Bazı yarım akıllı inverterler fazlar dengesiz deyip çıkışı kapatıyor ama yapmayan da vardır.

 

[clc]

3 fazlı motor sürücü bu dediklerimizin hepsini yapmaz mı?
Ac giriş ayarlanan voltajda ve frekans da ac çıkış akım sınırlama pot bağlama dijital iletişim röle çıkışları vs.


Bazı yarım akıllı inverterler fazlar dengesiz deyip çıkışı kapatıyor ama yapmayan da vardır.

3 Fazlı motor sürücü zaten kontrol algoritmasına göre çıkış voltajı/frekansı ayarlanabilen bir yapıda çalışabiliyor evet doğru. Ama mesela motor RL bir yük ve lowpass karakteristike, üstelik sürerken harmoniklerden oluşan lossları genellikle çok önemsemiyoruz, ama burada çıkışta belirgin bir harmonik içerik olursa sıkıntı olur. O yüzden çıkışa bir de fitre tasarlamak lazım.

Edit: Online UPS alıp, kontrol kısmını modifiye ederek ilk deneylerin yapılması sanırım en pratiği olabilir. Ama tasarıma tam erişim falan lazım

 

[Ahmet]

3 Fazlı motor sürücü zaten kontrol algoritmasına göre çıkış voltajı/frekansı ayarlanabilen bir yapıda çalışabiliyor evet doğru. Ama mesela motor RL bir yük ve lowpass karakteristike, üstelik sürerken harmoniklerden oluşan lossları genellikle çok önemsemiyoruz, ama burada çıkışta belirgin bir harmonik içerik olursa sıkıntı olur. O yüzden çıkışa bir de fitre tasarlamak lazım.

işin çoğunu vfd yapıyor o zaman sadece filtre ve vfd kontrolü için ufak bir dijital yapı veya elimizi cihaz parametresi ayarlamaya iyi alıştırmak lazım.

Mesela delta marka veya shihlin marka vfd görece ucuzdur ve modbus üzerinden %90 bütün parametrelerini ayarlanmasına müsade eder

 

[clc]

işin çoğunu vfd yapıyor o zaman sadece filtre ve vfd kontrolü için ufak bir dijital yapı veya elimizi cihaz parametresi ayarlamaya iyi alıştırmak lazım.

Mesela delta marka veya shihlin marka vfd görece ucuzdur ve modbus üzerinden %90 bütün parametrelerini ayarlanmasına müsade eder

Mesela bir induction machine sürecekse o zaman donanım buna müsait bile olsa kontrol teknikleri geri çıkış voltaj ve frekansı bağımsız şekilde ayarlanamaz büyük ihtimalle. Zaten V/F kontrol yapıyorsa V ile F birbirine bağımlı gidecek, vektör kontrol yapıyorsa da faz boş kalırsa zaten çalışamaz. O yüzden içindeki kontrolcüyü bence bypass etmen gerekir, ama bu aletleri pratikte pek bilmiyorum eğer 50Vl-l 90Hz üret bana diyebiliyorsan o zaman tabiki olur, ama bunu demene izin vereceğini sanmıyorum