مقالات

مقالات

مقاله اینورتر شماره ۱:

 

ایــــــنورتــــــر برای پنل های خورشیدی با استفاده از پردازشگر سیگنال دیجیتال MC56F8023

 

 

                                                                                          قسمت اول

                                                                                            معرفی

  • معرفی اینورتر

  • ویژگی ها و فواید کنترلر سیگنال دیجیتال

                                                                                        قسمت دوم

                                                                                       مفهوم سیستم

۲-۱           مشخصات سیستم

۲-۲          مفهوم توپولوژی اینورتر

۲-۳          فرآیند کنترل

۲-۴          توصیف مد MPPT

                                                                                        قسمت سوم

                                                                        توصیف قسمت های سخت افزاری

۳-۱          توصیف قسمت های سخت افزاری

                   ۳-۱-۱            منابع تغذیه کمکی DC

                  ۳-۱-۲           مبدل پوش -پول

۳-۲          مدارهای اندازه گیری

۳-۳         کنترلر سیگنال دیجیتال،درایورها و مدارهای کنترل

۳-۴         اینورتر تمام پل

۳-۵         فیلتر خروجی

۳-۶         مداراهای برطرف کننده ی مشکل MC56F8023

 

 

                                                                                     قسمت چهارم

                                                                                 توصیف نرم افزاری

۴-۱           معرفی

۴-۲          فلوچارت اصلی نرم افزار

                   ۴-۲-۱        روال کاری INIT

                   ۴-۲-۲       حلقه اصلی

                   ۴-۲-۳       وقفه ها

۴-۳         روند کاری حلقه اصلی نرم افزار

                   ۴-۳-۱       توصیف کلید کنترل

                   ۴-۳-۲      کنترل محدودیت ولتاژ باس DC

                   ۴-۳-۳     کنترل توان ورودی از پنل خورشیدی

                   ۴-۳-۴      اندازه گیری توان خط خروجی

                   ۴-۳-۵      روند کاری Free Master

۴-۴         توصیف روند کاری وقفه

                   ۴-۴-۱        وقفه بار گذاری مجدد PWM

                   ۴-۴-۲       وقفه SWI

                   ۴-۴-۳      وقفه خطا

                   ۴-۴-۴      وقفه شمارنده PIT_0

                                                                                     قسمت پنجم

                                                                                     نتیجه گیری

۵-۱           طراحی

                   ۵-۱-۱         خلاصه ای از بلوک ها

                                          ۵-۱-۱-۱           ورودی و خروجی

                                          ۵-۱-۱-۲         برد کنترل پردازشگر سیگنال دیجیتال

                                          ۵-۱-۱-۳         منابع تغذیه ی کمکی

                                          ۵-۱-۱-۴         مبدل توان

                                          ۵-۱-۱-۵         باس DC ولتاژ بالا

                                          ۵-۱-۱-۶         اینورتر تمام پل

                                          ۵-۱-۱-۷         فیلتر خروجی

                                          ۵-۱-۱-۸         باتری شارژر

                                          ۵-۱-۱-۹          مدارهای اندازه گیری آنالوگ

                                          ۵-۱-۱-۱۰        رابط ارتباطی

۵-۲          پارامترهای حاصل شده

۵-۳         محاسبه بار بر روی کنترلر سیگنال دیجیتال

                   ۵-۳-۱        محاسبه مصرف توان

                   ۵-۳-۲      کاربرد حافظه 

۵-۴         کسترش کاربرد محیطی

۵-۵         نکات حالت نمایشی

۵-۶         اهداف تعریف حالت  نمایشی

 

 

 

 

 

بخش اول

معرفی  

  • معرفی اینورتر

این مرجع طراحی دستی یک اینورتر خورشیدی DC به AC را تشریح می کند . این نمونه طراحی ،نشان دهنده ی چگونگی تبدیل یک ولتاژ DC کوچک با توان متغیر بالا از پنل خورشیدی به ولتاژ AC متناوب ۲۳۰ولت /۵۰هرتز   سینوسی شکل است .شکل(۱-۱) را ببینید.توان خروجی برای تغذیه ی منابع AC کوچک و روشنایی ها در مقصد بدون وجود سیستم توزیع شبکه کفایت می کند.هدف این طراحی نشان دادن خصوصیت ردیابی نقطه ماکزیمم توان (MPPT)است.

 شماتیک اینورتر

شکل(۱-۱)- نحوه اتصالات اولیه اینورتر

ساختمان کلی اینورتر به دو بخش قابل تقسیم است .قسمت ورودی با ولتاژ اولیه پایین و قسمت ایزوله خروجی با ولتاژ بالا.بخش کنترل اصلی(کنترلر سیگنال دیجیتال) که ما در ادامه این مقاله به اختصار از DSC استفاده خواهیم کرد،در بخش اولیه واقع شده است و همزمان با آغاز تولید کمترین توان توسط پنل خورشیدی شروع به کار میکند.تبدیل توان از DC ولتاژ پایین به DC ولتاژ بالا به وسیله تبدیل کننده ی استاندارد پوش-پول و تبدیل کننده ی توان ایزوله به دست می آید .تبدیل توان از DC ولتاژ بالا به ولتاژ AC استاندارد خط به وسیله اینورتر انجام میشود . فیلتر خروجی استاندارد AC در خروجی برای تثبیت ولتاژ خروجی در نظر گرفته شده است .

پارامترهای اصلی برای دستیابی به گستره وسیعی از کاربردها طراحی شده اند :

  • اینورتر می تواند به وسیله ی یک پنل خورشیدی با خروجی نامی ۳۶ولت و یا با دو پنل خورشیدی سری شده با خروجی نامی ۱۸ ولت تغذیه شود.

  • اینورتر همچنین می تواند به وسیله سه عدد باتری سرب اسید که به صورت سری به هم متصل شده اند ،تغذیه شود.باتری شارژر می تواند به عنوان یک انتخاب نرم افزاری افزوده شود.

  • ماکزیمم توان خروجی به مشخصات پنل بستگی دارد و می تواند به ۴۰۰ ولت هم برسد.

  • ولتاژ خروجی برابر ۲۳۰ ولت /۵۰هرتز به اضافه ی ۱۰ درصد است .

  • ولتاژ خروجی سینوسی با حداکثر %۳ اعوجاج هارمونیکی .

  • دارای محافظ در برابر کاهش ولتاژ خروجی و اضافه جریان خروجی

  • سخت افزار مربوط به ارتباط ایزوله RS-458 در آن تعبیه شده است .

  • بازده بالاتر از ۸۰درصد

  • استفاده از MPPT و استفاده از PSO

  • ویژگی ها و فواید کنترلر سیگنال دیجیتال

خانواده MC56F80 برای کنترل دیجیتال مناسب اند که از ترکیب توانایی محاسبه DSP (پردازش سیگنال دیجیتال) با خصوصیات کنترلرهای MCU بر روی یک تراشه تشکیل شده اند .این کنترلرهای هیبریدی کاربردهای اختصاصی مانند مدولاسیون پهنای باند(PWM)تبدیل کننده های آنالوگ به دیجیتال (ADC)،تایمرها،وسایل جانبی ارتباطی(SCI،SPI،I2C) و فلش و رم را دارند.

اعضای خانواده ی MC56F80xx امکانات جانبی زیر را فراهم می کنند : یک مدول PWM با خروجی PWM،ورودی های خطا،طراحی ورودی های خطا به همراه زمان ناکارآمد.

  • ۱۲بیتADC،پشتیبانی از دو تبدیل همزمان،مدل های ADC و PWM میتوانند همزمان شوند .

  • یک مدول چهار شمارنده ای ۱۶ بیت تخصیص یافته

  • یک کاربرد سریال مشترک (SPI)،یک ارتباط سری مشترک(SCI)با LIN ،یک پورت ورودی مدار چاپی(۱۲C)

  • تنظیم کننده ی ولتاژ داخلی ۵/۲ ولت تا ۳/۳ولت برای تغذیه حافظه و مدار منطقی داخلی

  • مدول راه اندازی مجدد برای سیستم روشن کردن و کاهش ولتاژ ورودی . دارای سیستم تایمر هشدار برای کارکرد مناسب کامپیوتر

  • دارای کلید و ورودی خارجی جهت راه اندازی مجدد سخت افزاری

  • چیپ نمونه ساز JTAG/on جهت پردازش به صورت مستقل و با سرعت با هدف رفع اشکال

  • حلقه ی قفل فاز (PLL) بر مبنای ترکیب کننده ی فرکانس برای کنترل های هیبریدی هسته ی زمان سنج به همراه نمایش دهنده بر روی چیپ

 اینورتر

جدول(۱-۱)-پیکربندی حافظه

بلوک PWM دارای ویژگی های زیر است :

  • سه جفت سیگنال PWM مکمل،شش سیگنال مستقل PWM (و یا یک ترکیب)

  • مشخصه کارکرد مکمل کانال

  • زمان نشست بالا و پایین مستقل

  • تصحیح مجزای عرض پالس بالا وپایین به وسیله جریان ورودی یا نرم افزار

  • کنترل قطبیت بالا و پایین مجزا

  • سیگنال های مرجع همتراز لبه ای یا سیگنالهای مرجع همتراز مرکزی PWM

  • رزولوشن ۱۵بیت

  • قابلیت بارگذاری مجدد در نیم سیکل

  • نرخ بارگذاری مجدد انتگرالی از یک تا شش دوره متناوب

  • قابلیت پنهان کردن/جابجایی

  • خروجی مجزای کنترل شده با نرم افزار

  • محافظت در برابر خطای قابل برنامه ریزی

  • کنترل قطبیت

  • قابلیت کشیدن جریان توسط پین های PWM 10میلی آمپریا ۱۶ میلی آمپر

  • رجیسترهای محافظت شده در برابر کپی و نمونه برداری

 

مدول ADC قابلیت های زیر را دارد :

  • در هر مدول دو عدد ACD با رزولوشن ۱۲ بیت

  • سه کانال ورودی برای ADC ماکزیمم

  • فرکانس ADC برابر ۳۳/۵ مگاهرتز با دوره تناوب ۱۸۷ نانو ثانیه

  • قابلیت نمونه برداری با نرخ نمونه برداری ۷۸/۱ میلیون نمونه در ثانیه

  • زمان تبدیل ۵/۸ سیکل ADC (ns59/1= ns1875/8)

  • زمان تبدیل اضافی با ۶ سیکل ADC (ms125/1=ns187×۶). هشت تبدیل در ۵/۲۶ سیکل ADC با استفاده از مد موازی(ms97/4=ns187×۵/۲۶)

  • قابلیت استفاده از ورودی سیگنال sync برای همزمان سازی با PWM (امکان یکسان سازی به PWM اجازه میدهد تا کانال تایمر را که به ورودی sync متصل است راه اندازی کند)

  • قابلیت اسکن و ذخیره سازی تا چهار مقدار بر روی هر یک از دو ACD که به صورت غیر همزمان و موازی کار می کنند.

  • قابلیت توقف تولید در انتهای اسکن هنگامی که مقدار مورد نظر خارج از محدوده باشد و یا هنگامی که صفر شود.

  • قابلیت تصحیح نمونه به وسیله کاستن از مقدار آفست از قبل برنامه ریزی شده .

  • نتیجه مشخص و یا غیر مشخص

  • ورودی های تفاضلی یا یکطرفه(تکسو).

  • خروجی PWM با پسماند مغناطیسی برای ورودی آنالوگ

 

شمارنده ی ۴ زمانه یک مدول به شدت انعطاف پذیر است.تامین تمام نیازهای مربوط به اتفاقات زمانی را بر عهده دارد و دارای خصوصیات زیر است :

  • دارای ۴ تایمر کانتر ۱۶ بیتی

  • شمارنده ی بالا و پایین(شمارنده ها قابلیت تجمع دارند)

  • مدول های شمارنده قابل برنامه ریزی

  • ماکزیمم نرخ شمارش متناسب با ساعت جانبی ۲ هنگام شمارش رخداد های خارجی

  • ماکزیمم نرخ شمارش متناسب با ساعت جانبی ۱ هنگام استفاده از ساعت های درونی

  • شمارش به صورت یکبار یا مکرر

  • شمارنده ها قابلیت بارگذاری مجدد دارند.

  • شمارنده ها قابلیت به اشتراک گذاری پین های ورودی و در دسترس را دارند.

  • هر شمارنده دارای یک پیش مقیاس مجزاست.

  • هر شمارنده قابلیت ضبط و مقایسه دارد.

  • این برنامه کاربردی از بلوک ADC در مد یکسوسازی استفاده میکند .

  • شروع تبدیل با همزمان سازی پالس های PWM است .

مدول های PWM سیگنال های بارگذاری مجدد PWM را فراهم می کنند تا تایمر کانال ۳ شروع به شمارش کند.این کانال شمارنده رقم ها را بازسازی می کند که نشان دهنده ی تاخیر مورد نیاز بین شروع PWM و لحظه ی تبدیل ADC است .هنگامی که تایمر کانال ۳ شمارش را به اتمام رساند ،پالس همزمان سازی را تولید می کند که sync0 نامیده می شود.این پالس تبدیل ADC را بر روی مدولADC0 پیاده سازی می کند .این پیکر بندی قابلیت تبدیل همزمان همه ی جریان ها و ولتاژها را در مدت زمان معین می دهد .

کنترلر قطع کننده (INTC) اولویت انتخاب جهت قطع کردن را بر عهده دارد. قطع کردن بارگذاری مجدد PWM بالاترین اولویت را دارد. از طرف دیگر سرویس قطع خودکار باید تا حد امکان مدت زمان کمی به طول انجامد.سطح ارجحیت بعدی به خطا در سرویس قطع اختصاص یافته است.معمولا خطای قطع بالاترین ارجحیت را دارد.اما در این طراحی شرایط خطا به وسیله سخت افزار برطرف شده است.

کمترین ارجحیت به سایر وقفه های دیگر اختصاص یافته است .وقفه ی SWI و PIT0 از آن جمله اند .وقفه ی SWI با توقف چهارم PWM تولید می شود و تمام محاسبات بر اساس روال عادی طی می شود .وقفه PIT0  به صورت خاص برای حالت راه اندازی اینورتر استفاده می شود . این توقف باعث تاخیر ۱ثانیه ای در حالت شرایط خلا می شود و اینورتر را مجددا راه اندازی میکند .شرایط خلا به وسیله LED قرمز رنگ در پنل جلویی قابل نمایش است .

 

بخش دوم

مفهوم سیستم

۲-۱)مشخصه های سیستم

سیستم برای تبدیل ولتاژ DC با توان پایین از پنل خورشیدی به ولتاژ خط ۲۳۰ولت ۵۰ هرتز طراحی شده است .این کاربرد مشخصه های اجرایی زیر را شامل می شود :

  • کنترل تبدیل PWM پوش-پول DC به DC

  • کنترل تمام پل PWM DC به AC اینورتر به وسیله ایزوله کننده ی دیجیتال

  • کنترل PWM دو فاز SEPIC تبدیل کننده برای باتری شارژر(انتخابی)

  • تشخیص ولتاژ و جریان مستقیم ورودی به وسیله چیپ مبدل آنالوگ به دیجیتال(ADC)

  • تشخیص ولتاژ مستقیم باتری به وسیله چیپ(تراشه)یکپارچه ADC

  • تشخیص ولتاژ باس DC مستقیم به وسیله تقویت کننده ی آنالوگ و چیپ ADC

  • تشخیص ولتاژ و جریان AC خروجی در وسیله تقویت کننده ی آنالوگ و تراشه ADC

  • استفاده از تکنیک حداکثر توان قابل ردیابی (MPPT)با استفاده از روش P&O

  • تولید ولتاژ سینوسی خالص به وسیله کنترل PWM

  • محافظ نرم افزاری جهت پایین بودن ولتاژ ورودی

  • محدودیت بالا و پایین بودن ولتاژ خروجی بر اساس نرم افزار

  • محافظت جریان خروجی در هر دو حالت نرم افزاری و سخت افزاری

  • لاین ارتباطی ایزوله داخلی RS-485

۲-۲)مفهوم توپولوژی اینورتر

توپولوژی یک اینورتر برای نمایش مشخصه های اولیه در شکل (۲-۱)نمایش داده شده است .سیستم بلوک های زیر را نمایش می دهد :

  • پنل خورشیدی

  • تبدیل کننده ی DC به DC با امکان MPPT

  • تبدیل کننده ی DC به AC

  • فیلتر خروجی

  • کنترل یونیت با DCS MC56F8032

  • باتری شارژر

MC56F8032 الگوریتم کنترل را انجام میدهد .در پاسخ به توان ورودی از پنل خورشیدی و سیگنال فیدبک برای تبدیل کننده ی DC به DC پوش پول ،سیگنال های PWM در سمت ولتاژ پایین و سیگنالهای PWM برای ولتاژ سینوسی AC در سمت ایزوله ثانویه می کند. شکل موج های ولتاژ بالا که به وسیله تبدیل کننده ی DC به AC تولید می شود از طریق فیلتر خروجی به ارتباط خروجی انتقال می یابد.مدار سخت افزاری برای دو حالت OFF GRID و ON GRID طراحی شده است.همچنین سخت افزار برای باتری شارژر بر روی برد اصلی  است.اینورتر شامل ویژگی حداکثر توان قابل ردیابی برای دستیابی به حداکثر انرژی جذب شده است.نرم افزار باتری شارژر هنوز به کار گرفته نشده است .
هدف این است که در فاز دوم پروژه به کار گرفته شود.


۲-۳)فرآیند کنترل

حالت کلید (on/off) و ولتاژ ورودی از پنل خورشیدی به صورت متناوب اسکن می شود.هنگامی که اینورتر روشن می شود و ولتاژ کافی در ورودی موجود است (بیشتر از ۱۸ ولت)برد کنترل شروع به تولید PWM در سمت اولیه تبدیل کننده ی DC به DC می زند .PWM تولید شده در سمت اولیه ولتاژ پایین تا هنگامی تولید می شود که ولتاژ باس DC به ولتاژ بالای مورد نظر برسد. هنگامی که خازن باس DC شارژ شد برد کنترل شروع به تولید PWM برای DC به AC اینورتر میکند.ولتاژ و جریان AC خروجی تولید شده ،ولتاژ باس DC ،ولتاژ و جریان ورودی از پنل و ولتاژ باتری به صورت متناوب اندازه گیری می شوند تا برای برد کنترل اطلاعات دقیق و صحیح تامین شود .

نمونه بردار ADC به وسیله چهار شمارنده کانال ۳ تحریک و با سیگنال PWM همزمان می شود . PWM در مد مرکزی هم راستا با پلاریته ی مثبت تنظیم شده است. سمت اولیه ی مبدل DC به DC به وسیله دو کانال PWM در مد مستقل کنترل می شود . این مد اجازه ی کنترل مناسب طبقه ی پوش-پول در بخش اولیه مبدل توان را می دهد . لحظه ی نمونه برداری متغیر است و بر اساس کنترل نرم افزاری مطابق با سیکل چرخه ی کار PWM در بخش اولیه تنظیم می شود . این همزمان سازی ، نمونه برداری ADC را هنگامی که سیگنال های ورودی عاری از نویز هستند ،تضمین می کند .

بر اساس مد MPPT به کار گرفته شده در حالت off grid دو حالت برای توان خروجی ممکن است :

  • بار خروجی اینورتر از توان پنل خورشیدی برای تغذیه اینورتر کمتر است.بنابراین ولتاژ خروجی تولید شده در بالاترین سطح است و حداکثر نقطه توان پنل خورشیدی حاصل نشده است .

  • بار خروجی اینورتر مقداری از توان تغذیه اینورتر توسط پنل خورشیدی بیشتر است . در این حالت ولتاژ خروجی در سطحی تنظیم می شود که حداکثر نقطه توان پنل خورشیدی است .

در ضمن در حالت مد کاری معمول ولتاژ خروجی باید به ولتاژ خروجی متناسب بار برسد .

نحوه ی کلی کارکرد به وسیله یک الگوریتم کنترل می شود.شکل(۲-۲).الگوریتم (ماشین حالت)(ASM) شامل ورودی ،وقفه،کلید،چک،شروع،ادامه،کلید های خاموش روشن و حالتهای خطا هستند .در شرایط اضافه جریان سیگنال های اینورتر غیر فعال شده اند و حالت خطا وارد شده است.

 

اینورتر

 

در حالت کنترل نمایشی و نرم افزار حالت خطا فقط یک ثانیه طول می شکد.LED مربوط به حالت خطا در طول این مدت زمان روشن است و حالت اینورتر را نشان می دهد.سپس کنترل نرم افزاری با مقدار اولیه شروع به فعالیت می کند و اینورتر را راه اندازی می کند.در صورت وجود شرایط اضافه باری ،سیکل خطا ادامه پیدا می کند .

۲-۴)تشریح حالت MPPT

میزان توان DC خروجی از پنل خورشیدی به صورت متناوب محاسبه می شود.الگوریتم P&O در حالت MPPT پذیرفته شده است.روش بر مبنای الگوریتم ساده و موثر P&O است . در حالت نقطه توان P1 می توانید با کشیدن جریان بیشتر از پنل توان بیشتری کسب کنید .که این حالت دلالت بر وجود نقطه توان P2  دارد . توان واقعی از ضرب ولتاژ ورودی در جریان ورودی محاسبه می شود . این مقدار با مقدار قبلی مقایسه می شود . اگر مقدار جدید از مقدار قبلی بیشتر باشد توان نسبت به حالت قبل افزایش یافته است.بنابراین جهت حرکت منحنی توان صحیح است.در مرحله بعد شما می توانید توان و جریان بیشتری از پنل ها بکشید.مقدار توان در نقطه جدید می تواند در مقایسه با نقطه قبلی P3 باشد.مرحله ی بعدی آنالوگ است.این در حالتی است که توان خروجی از توان پنل کمتر است.بهتر است نقطه ای را بیابید که خروجی توان پنل در آن نقطه بیشترین است .فلش ها در شکل (۲-۳)جهت حرکت نقطه توان را نشان می دهند . افزایش شیب به تغییرات توان در مرحله ی قبل بستگی دارد .هرچه تغییرات توان بیشتر باشد شیب بیشتر می شود .اگر تغییرات توان کمتر باشد تغییرات شیب هم کمتر است .شیب منحنی توان در نقطه بیشترین توان (Pmax Point) به صورت افقی است که به این معنی است که تغییرات توان کم است و تغییرات شیب هم کم می شود .بنابر این ماکزیمم نقطه توان به صورت دقیق به دست می آید .بررسی پیوسته  توان تحویلی توسط پنل ها باید انجام شود تا از بالا بودن آن اطمینان حاصل کنیم.این توان باید نقطه ماکزیمم را دنبال کند.این سیستم در آب و هوای متغیر هم تست شد و ردیابی نقطه ی ماکزیمم توان سریع و دقیق بود .

             

 

 

 

بخش سوم

تشریح قسمت های سخت افزاری

۳-۱)توپولوژی

اینورتر به دو بخش تقسیم می شود :

  • برد توان اصلی

  • برد کنترل

توپولوژی با جزییات در شکل (۳-۱) نمایش داده شده است :

            شکل(۳-۱)-شماتیک اجزا بلوک اینورتر

برد توان اصلی با تمام مدارهای توان سازگار است.در شکل (۳-۱) قسمت  سبز رنگ در سمت چپ نشان دهنده ی مبدل DC به DC به همراه فیلتر LC تکمیل کننده ی ورودی ،منابع تغذیه DC کمکی،درایورهای ماسفت برای سمت ولتاژ کوتاه و تقویت کننده های آنالوگ که سیگنال های آنالوگ  جهت اندازه گیری را تشکیل می دهند .قسمت آبی رنگ در سمت راست نشان دهنده ی بخش ایزوله ی ولتاژ بالاست . در این قسمت اینورتر در حالت پیکر بندی تمام پل ،فیلتر خروجی،منبع تغذیه ی ایزوله DC به DC برای درایورهای ماسفت و تقویت کننده های ایزوله آنالوگ خطی است .خط زرد نشان دهنده ی عامل ایزوله کننده است .در برد توان اصلی ، مدارهای قدرت برای به کارگیری باتری شارژر(در حالت انتخاب دلخواه) هم وجود دارند(بخش خاکستری در شکل(۳-۱)).

کل اینورتر به وسیله DSC که در کارت جایگذاری شده است کنترل می شود.این توپولوژی امکان استفاده از سایر DSC های مناسب برای کنترل اینورتر را فراهم میکند .اتصال به برد اصلی به وسیله کانکتور لبه ای PCI انجام می شود.قسمت بنفش در شکل(۳-۱)برد کنترل DSC را نمایش می دهد .مربع های آبی رنگ مربوط به بخش PWM و کنترل خروجی هستند.مربع های سبز رنگ مربوط به ADC و ورودی های مربوط به اندازه گیری آنالوگ هستند و قسمت زرد SCI نشان دهنده ی خط ارتباطی با RS-485 است.

قسمت های قرمز رنگ نشان دهنده ی منابع تغذیه کمکی هستند.قسمت ایزوله نشده برای سمت اولیه ولتاژ کوتاه و قسمت ایزوله برای سمت ثانویه ولتاژ بالای اینورتر است . در ادامه هر قسمت با جزییات تشریح می شود.

۳-۱-۱)منابع تغذیه کمکی : منابع تغذیه کمکی به صورت مستقل از قسمت پوش-پول تبدیل کننده کار می کنند و موارد زیر را فراهم می کنند :

۱-۱۲+ ولت برای درایورهای ماسفت در سمت اولیه ولتاژ پایین                 

۲-۵+ ولت  برای خروجی آنالوگ تقویت کننده های ایزوله

۳-۳/۳+ ولت آنالوگ برای تقویت کننده های عملیاتی جهت اندازه گیری

۴-۳/۳+ ولت برای تغذیه DSC

شکل ۳-۲) نشان دهنده ی شماتیک بلوک منابع تغذیه ی DC در سمت توان پایین است .

مقایسه کننده ورودی ،ولتاژ DC  ورودی را که از پنل خورشیدی است اندازه گیری می کند .تا هنگامی که سطح آن از ۱۸ ولت کمتر باشد،تبدیل کننده ی اصلی DC به  DC برای ۱۲+ ولت مسدود است و کل سیستم اینورتر از داخل خاموش است .۱۲+ ولت خروجی برای دادن توان به گیت درایورهای ماسفت در سمت ولتاژ پایین و همچنین منابع تغذیه ۳/۳ ولت و ۵ ولت خط به کار می رود . سطح ولتاژ ۳/۳ به دو خط آنالوگ و دیجیتال تقسیم می شود.خط ۵ولت به عنوان یک خط آنالوگ  برای تغذیه قسمت خروجی تقویت کننده های ایزوله ی آنالوگ به کار می روند .تبدیل کننده های ایزوله ی DC به DC به وسیله یک خط اصلی ۱۲ ولت تغذیه می شوند .

اولین تبدیل کننده ی ولتاژ ایزوله ی خروجی ۱۵+ ولت را برای درایورهای ماسفت که در قسمت تمام پل اینورتر و ۵+ ولت را برای قسمت ورودی تقویت کننده ی ایزوله ی آنالوگ که برای اندازه گیری ولتاژ باس  به کار می رود

دومین تبدیل کننده ی DC به DC  تغذیه ی قسمت ورودی ایزوله ی مربوط به تقویت کننده ی آنالوگ ایزوله که برای ولتاژ خروجی و اندازه گیری جریان استفاده می شود  را فراهم می کند .

                                                                                

                                                         شکل(۳-۲)-منابع تغذیه ی DC

این مبدل و انتقال دهنده ی ایزوله به وسیله تبدیل کننده های فرکانس بالای DC به DC که به وسیله مدارهای مجتمع ایزوله ۵کیلوولت تخصیص داده شده به آن ها بین ورودی و خروجی کار میکنند، کنترل می شود .توان خروجی به ۱ یا ۲ وات می رسد . این میزان توان برای تغذیه عناصر اکتیو در قسمت خروجی ایزوله اینورتر کافی است.

۳-۱-۲)مبدل پوش-پول : چندین نوع توپولوژی مختلف جهت تبدیل توان از ۳۶ ولت ولتاژ پایین به ۴۰۰ ولت ولتاژ بالا قابل استفاده است . توپولوژی مورد استفاده در شکل (۳-۳) نمایش داده شده است .

دلایل متعددی جهت انتخاب توپولوژی پوش-پول وجود دارد :

  • یک کلید به صورت سری به سیم پیچ اولیه در قسمت ولتاژ ورودی کم متصل شده است .

  • استفاده ی بهینه توان از هسته مبدل

  • سهولت ساخت دو سیم پیچ اولیه یکسان بر روی مبدل

  • جریان کمتر در گذر از سیم پیچ های مبدل

                                       شکل(۳-۳)-توپولوژی پوش-پول مبدل DC به DC

 

ولتاژ نامی ورودی از پنل خورشیدی در دمای ۲۵درجه سانتیگراد،۳۶ ولت است. این میزان بستگی به دمای صفحات سیلیکون با راندمان منفی ۳۸/۰- به ازای هر درجه سانتیگراد است . در شرایط کار در تابستان هنگامی که دمای سطح پنل به ۵۵درجه میرسد آنگاه ولتاژ نامی خروجی به ۳۲ولت یا کمتر می رسد .این کاهش ولتاژ به دلیل افت ولتاژ در ماسفت ها و دیگر اتصالات که به صورت سری هستند به وجود می آید.

نرخ تبدیل مبدل برابر است با :

رابطه(۳-۱)

از نرم افزار رایگان EPCOS جهت طراحی جزییات مبدل استفاده شد و نتایج زیر به دست آمد :

  • هستهETD49      

  • متریال N87 بدون فاصله

  • سیم پیچ دو رشته ای اولیه ۸دور، سیم لیتس با قطر ۶/۱ میلی متر

  • سیم پیچ دو رشته ای ثانویه ۱۱۶ دور به صورت موازی با قطر۴/۰ میلی متر

  • سیم پیچ اولیه و ثانویه مجموعا بیشتر از ۴کیلوولت ایزولاسیون دارند .

 

بهترین انتخاب استفاده از کمترین فرکانس ممکن کلید زنی برای تبدیل DC به AC به وسیله اینورتر است.از طرف دیگر فرکانس کلید زنی برای تغذیه مبدل باید بیشتر از ۵۰کیلوهرتز تا ۱۰۰ کیلوهرتز باشد.فرکانس بالاتر برای بهره برداری از هسته بهتر است .فرکانس پایین تر برای کاهش تلفات کلید زنی در ماسفت ها بهتر است . مدل های PWM در DSC از یک فرکانس یکسان برای سیگنال های کنترل تولید شده به وسیله ی کانال های PWM ، مبدل پوش-پول DC به DC و اینورتر تمام پل استفاده می کند . جهت برقراری سازگاری بین این دو حالت از یک فرکانس کلید زنی ۲۶کیلوهرتز استفاده می شود. توپولوژی استاندارد یکسوساز Graetz  در سمت ثانویه جهت برقراری ولتاژ باس DC تعبیه شده است .دیود های پرسرعت جهت این کار استفاده می شوند .

۳-۲)مدارهای اندازه گیری

الگوریتم کنترل نیازمند برآورده سازی موارد زیر است :

  • ولتاژ و جریان ورودی از پنل خورشیدی

  • ولتاژ باتری

  • ولتاژ باس DC ایزوله

  • ولتاژ و جریان خروجی AC ایزوله

ولتاژ ورودی و ولتاژ باتری به وسیله یک تقسیم کننده ی مقاومتی به همراه یک تقویت کننده ی عملیاتی تشخیص داده می شوند .خروجی تقویت کننده ی عملیاتی سپس به ورودی ADC از کنترلر DSC متصل می شود .این مدار در شکل (۳-۴) نشان داده شده است.

 

جریانی که از پنل خورشیدی سرازیر شده است به وسیله یک تقویت کننده ی جریان بالا و یک مقاومت تشخیص دهنده ی جریان تشخیص داده می شود.این مدار در شکل (۳-۵) نشان داده شده است .


ولتاژ و جریان در سمت ایزوله ی ولتاژ بالا به وسیله یک تقویت کننده ی ایزوله به همراه یک تقویت کننده ی عملیاتی استاندارد اندازه گیری می شود .مقاومت تقسیم جهت تشخیص ولتاژ باس DC و ولتاژ فاز خروجی استفاده می شود . مقاومت شنت برای تشخیص جریان فاز به کار می رود. این مدار در شکل (۳-۶)نشان داده شده است.

                               شکل(۳-۶)-تقویت کننده ی ایزوله برای ولتاژ یا جریان

کلید زنی ماسفت در سمت اولیه مبدل پوش-پول تولید نویز می کندکه می تواند بر روی صحت اندازه گیری تاثیر گذار باشد .تمام اندازه گیری ها هنگامی که جریان در سمت اولیه در حالت ثابت و پایدار است ،باید انجام شوند.سپس نمونه برداری ADC باید با تولید PWM همزمان شوند .این امر به وسیله سنکرون سازی PWM به ADC که در MCF8023  کار گذاشته شده است انجام می شود .بنابر این کانال ۳ شمارنده ی ۴تایی اجازه کنترل تاخیر بین بارگذاری مجدد مدول PWM و شروع تبدیل A/D را بر عهده دارد.

۳-۳) DSC ، درایوها و مدارهای کنترل :

کنترلر سیگنال دیجیتال MC56F8023 هسته اصلی تمام اینورتر است.این قطعه تمام مقادیر آنالوگ (ولتاژها و جریان های ورودی و خروجی)نیازمند کنترل و حالت روشن یا خاموش کلید اصلی را تشخیص می دهد و تمام کلید ها(ماسفت ها) را با الگوریتم کنترل به ترتیب کنترل می کند و به وسیله دو عدد LED بر روی پنل جلویی حالت لحظه ای اینورتر را نمایش می دهد . همچنین می تواند اطلاعات مربوط به لاین ارتباطی RS-485 ایزوله را فراهم کند .پروتوکل ارتباطی مناسب که نیازهای کاربردی را برآورده کند می تواند در نرم افزار گنجانده شود .

اضافه جریان سخت افزاری خارجی که بر اثر نقص مدار در سمت اولیه برای هر یک از مقاومت های پوش-پول ایجاد می شود و همچنین لاین اتصال به زمین ولتاژ باس DC ،از تمام اینورتر تمام پل در برابر اضافه جریان محافظت می کند .هنگامی که شرایط اضافه جریان پیش می آید،این مدار تمام کلید های تمام پل را به سرعت خاموش می کند و یک سیگنال به DSC می فرستد تا تولید PWM را متوقف کند.جزییات تصویر را مشاهده  کنید. DSC سیگنال های کنترلی دیجیتالی سطح پایین برای تغذیه درایورهای ماسفت تولید می کند. خروجی درایورهای این سیگنال با ولتاژ مناسب و توانایی تغذیه برای روشن و خاموش کردن ماسفت های توان هستند.این مدار در شکل (۳-۷)نمایش داده شده است .

                                    شکل(۳-۷)-درایور سمت ولتاژ پایین

درایورهای استاندارد سمت پایین در سمت اولیه ولتاژ پایین مبدل پوش-پول استفاده می شوند .

۳-۴)اینورتر تمام پل :

برای راه اندازی اینورتر تمام پل ولتاز بالا درایورهای نیمه پل ولتاز بالا استفاده می شود. هر درایور یک ماسفت سمت بالا و سمت پایین را راه اندازی می کند.هر دو درایو یک سیگنال کنترل PWM مشابه دریافت می کنند اما یکی از آن ها ورودی اش را جایگزین می کند . با این اتصال این امکان مهیاست تا مبدل تمام پل به وسیله یک جفت PWM مکمل کنترل شود . این مدار در شکل (۳-۸) نشان داده شده است .

                   شکل(۳-۸)-درایور نیم پل

توپولوژی تمام پل برای اینورتر انتخاب شده است،به این دلیل که به یک ولتاژ باس DC 400ولت برای تولید خروجی AC 220 ولت نیازمند است.کنترل این توپولوژی ساده است و در آن فقط از دو کانال PWM استفاده شده است . شماتیک ساده شده در شکل (۳-۹) قابل مشاهده است .

شکل(۳-۹)-توپولوژی تمام پل اینورتر

مدل دو قطبی کنترل سوییچ استفاده شده است و در مواقع بارهای غیر مقاومتی قابل کنترل تر است .درایورهای نیمه پل ولتاژ بالا برای راه اندازی کلید زنی ماسفت ها استفاده می شوند.درایورها سیگنال کنترل PWM را از DSC و از طریق ایزوله کننده ی دیجیتال دریافت می کنند.اضافه جریان در اینورتر به وسیله ی مقاومت R تشخیص داده می شود.افت ولتاژ در این مقاومت که در ورودی مقایسه کننده ی آنالوگ سرعت بالا قرار دارد،انجام می شود.در هنگام بروز خطا، خروجی مقایسه کننده، به سرعت، سیگنال ورودی به درایورها را را به وسیله یک گیت NAND مسدود می کند.سپس اطلاعات مربوط به بروز خطا را از طریق اپتوکوپلر ایزوله به DSC می فرستد. این آرایش در هنگام اضافه جریان از سخت افزار به وسیله خاموش کردن تمام پل ها با سرعت بالا محافظت می کند.ماسفت های سوییچینگ به عنوان عناصر فعال در اینورتر تمام پل استفاده می شوند به این علت که عملکرد مناسبی در حالت کلید زنی دارند.شارژ گیت پایین،سرعت سوییچینگ بالا و مقاومت کم در حالت مدار باز از دلایل آن است . تمام این خصوصیات به همراه یکدیگر تلفات سوییچینگ را در سطح پایین نگه می دارند حتی هنگامی که فرکانس سوییچینگ بالا باشد.فرکانس سوییچینگ بالاتر به ما امکان استفاده از سلف و خازن با مقادیر کمتر در خروجی را می دهد تا میزان EMI کاهش پیدا کند.اما فرکانس سوییچینگ بالاتر تلفات سوییچینگ را هم بیشتر میکند.بنابراین فرکانس سوییچینگ ۲۶کیلوهرتز جهت برقراری یک تعادل بین تلفات سوییچینگ ،ابعاد فیلتر خروجی و توانایی مبدل قدرت برای عبور دادن توان انتخاب شده است .

 

۳-۵)فیلتر خروجی

نقش فیلتر خروجی تبدیل ولتاژ مدوله شده ی فرکانس بالای PWM به ولتاژ فرکانس پایین سینوسی شکل است .ساده ترین راه برای انتخاب فرکانس قطع استفاده از میانگین فرکانسی در مقیاس الگوریتمی است.یک فرکانس به مراتب بالاتر(۲کیلوهرتز)استفاده شد.فیلتر با این فرکانس قطع از نظر مشخصات برای فرکانس سوییچینگ ۲۶کیلوهرتز PWM مناسب است و هیچ گونه تضعیفی بر روی فرکانس ۵۰هرتز ندارد.یک فیلتر EMI دیگر نیز در خروجی اینورتر جهت بهبود مشخصات EMI در نظر گرفته شده است .رله ی خروجی k2 برای اتصال خط توان استفاده می شود .در حالت جدا از شبکه رله به هنگام شروع تولید ولتاژ سینوسی فعال می شود.در حالت متصل به شبکه رله پس از سنکرون سازی فاز بین توان ولتاژ خط و نرم افزار برای تولید ولتاژ سینوسی،شروع به کار می کند.

۳-۶)رفع اشکال در پیکر بندی MC56F8023 :

کنترلر سیگنال دیجیتال اصلی(MC56F8023)بر روی یک مدول کنترل کوچک قرار گرفته است . شامل یک قطعه MC56F8013 یا MC56F8023 ،یک منبع تغذیه کوچک،ورودی برای منبع تغذیه ولتاژ خارجی از ۵/۵ تا ۳۰ ولت،نمایشگر LED ،رابطJTAG و فیلترهای اساسی ورودی برای همه ی ورودی های ADC است.یک کانکتور PCI بر روی یک طرف برد تمام توان و سیگنال های ارتباطی به برنامه را تامین می کند .همچنین می تواند در گسترش و پیشرفت برنامه های کاربردی با استفاده از MC56F8013/23 در یک موتور کنترل و یک برنامه ی مدیریت توان نیز استفاده شود .برد کنترل MC56F8023/13 به اندازه کافی انعطاف پذیر است تا اجازه ی استفاده کامل از خصوصیات این قطعه را جهت بهینه سازی در نحوه ی عملکرد محصول بدهد .

 

قسمت چهارم

تشریح نرم افزار

۴-۱)معرفی : این قسمت بلوک های نرم افزاری استفاده شده در کنترل اینورتر را شرح می دهد.توصیف به دو قسمت اصلی تقسیم می شود :

  • فلوچارت اصلی نرم افزار

  • توصیف سیکل وقفه

۴-۲)فلوچارت اصلی نرم افزار :شامل یک INIT ،حلقه اصلی و بلوک های وقفه است.سرویس وقفه مناسب کد مربوط به هر فرآیند خاص را به ترتیب سطح اولویت اجرا می کند .

شکل(۴-۱)-فلوچارت اصلی نرم افزار

۴-۲-۱)جریان عادی INIT : جریان INIT اولین مرحله در مقدار دهی اولیه است که با روشن شدن DSC به سرعت روشن می شود .این روند تمام مدولهای درونی و جانبی را مقدار دهی اولیه میکند.COP،SYS،GPIO،PIT_0،SCI،Qtimer و کنترلر وقفه مدول PWM به وسیله طی کردن روند عادی خود مقدار دهی اولیه می شودکه به وسیله رابط نرم افزاری تعبیه شده در قسمت کدینگ طراحی نرم افزار تولید می شود.با استفاده از این رابط پرسرعت شما می توانید تمام پارامترهای مورد نیاز برای تمام مدول های درونی را تنظیم کنید.روند کاری بعدی ،مقدار دهی به متغیرهای مهم است .

۴-۲-۲)حلقه ی اصلی : حلقه ی اصلی شامل روال کار عادی نرم افزار است که به برنامه ی زمان بندی دقیق نیاز ندارد.این روند کاری ،حالت اصلی خاموش/روشن بودن کلیدها،سطح ولتاژ باس DC ،توان ورودی از پنل های خورشیدی را بررسی می کند .این روال همچنین ولتاژ و جریان خط خروجی را اندازه گیری می کند و برای حالت رفع اشکال و خطا،حالت اصلی ارتباطی  را فعال می کند .تمام روال کار عادی نرم افزاری در بخش اصلی نرم افزار در بخش های بعدی با جزییات تشریح شده است .

۴-۲-۳)وقفه ها : بلوک وقفه ها در شکل (۴-۱) تمام روال کار عادی را شامل می شود که باید کد را در زمان مشخص شده اجرا کند.هر روند سطح اولویت مربوط به خود را دارد.این سطح در حالت اجرای سریع نرم افزار متناسب با درجه ی اهمیت حالت پیشامد تنظیم می شود .تمام روند عادی وقفه با جزییات در بخش ۴-۴ توصیف شده است .

۴-۲-۴)روند عادی نرم افزار حلقه ی اصلی : جزییات فلوچارت حلقه ی اصلی در شکل ۴-۲ نمایش داده شده است .

شکل(۴-۲)-ساختار حلقه ی اصلی

 

 

۴-۳-۱)توصیف کلید کنترل چک : این روند عادی به صورت متناوب حالت اصلی روشن و خاموش را چک می کند.خروجی این روند مقدار متغیر UB برای استارت سوییچ است .دو حالت ممکن است .اجرا و توقف

۴-۳-۲)بررسی محدودیت ولتاژ باس DC : اینورتر DC به AC باید قانون مربوط به رنج ولتاژ خروجی را برآورده کند.ولتاژ خروجی باید در محدوده ی ۱۰%۲۳۰ولت باشد .ولتاژ خروجی با شکل موج سینسی از ولتاژ باس DC که در یک موج سینوسی با دامنه ۱ ضرب می شود به دست می آید .بنابراین دامنه ی ولتاژ خروجی به وسیله سطح ولتاژ باس DC کنترل می شود.مطابق قوانین بیان شده حداقل ولتاژ باس DC برابر است با :

رابطه(۴-۱)

ولتاژ USW نشان دهنده ی ولتاژ در کلید های باز ماسفتی به علاوه افت ولتاژ در سلف خروجی که تقریبا مجموع آن ها ۳ ولت است.به طور مشابه محدوده ی حداکثر ولتاژ باس DC برابر است با :

رابطه(۴-۲)

این اطلاعات تنها در حالت Off Grid مهم هستند.جایی که اینورتر به صورت خود به خود ولتاژ خروجی را تولید می کند.اگر پنل خورشیدی نتواند توان کافی برای بار اینورتر تولید کند،تولید ولتاژ خروجی متوقف می شود .این موضوع برای بعضی از بارها اهمیت دارد .برای مثال یخچال .این موضوع برای بارهای مقاومتی مانند لامپ اهمیت ندارد.وظیفه اصلی برای اینورتر خورشیدی نمایش ویژگی MPPT است .به این دلیل ولتاژ باس DC محدود به سطح پایین منتقل می شود که تقریبا ۲۵ولت AC است.این امکان وجود دارد که تغییرات توان خروجی از پنل خورشیدی را بر مبنای وابسته بودن آن به تغییرات شدت روشنایی نشان داد . اینورتر به طور قابل قبولی حداکثر نقطه ی توان را انتخاب می کند حتی اگر توان خروجی از پنل خورشیدی بسیار کم باشد .

۴-۳-۳)بررسی توان ورودی از پنل خورشیدی :

ولتاژ و جریان خروجی گرفته شده از پنل خورشیدی اندازه گیری می شوند و توان به صورت متناوب محاسبه می شود.الگوریتم P&O برای MPPT به کار گرفته شده است ودر بخش (۲-۴)توضیح داده شده است .سیگنال های PWM در قسمت اولیه مبدل DC به DC بر مبنای الگوریتم MPPT تولید می شوند و توان خروجی از پنل خورشیدی در بالاترین سطح باقی می ماند .

۴-۳-۴)اندازه گیری توان خروجی :

وظیفه بعدی در حلقه اصلی اندازه گیری ولتاژ و جریان خط خروجی است .این دو مقدار اطلاعات مربوط به حالت خروجی اینورتر را فراهم می کند .این اطلاعات به وسیله خط RS-485 به یک سیستم ناظر در درجه ی بالاتر فرستاده می شود و یا می تواند برای محاسبات دیگر استفاده شود .در نرم افزار مقادیر باید حداکثر و موثر ولتاژ و جریان در دسترس هستند .

۴-۳-۵)روند کاری Free Master :

وظیفه نهایی در حلقه ی اصلی  روند کاری Free Master  است .این روند اطلاعات مربوط به متغیرهای انتخاب شده برای رفع خطا را فراهم می کند.مدول SCI در خط ارتباطی استفاده شده است. در کابرد واقعی روال عادی Free Master استفاده نشده است و مدول SCI اطلاعات ارزشمند مربوط به سخت افزار ایزوله RS-485 را فراهم می کند.

۴-۴)توصیف سرویس وقفه :

روال کار در این بخش به سه سطح اولویت بندی می شود .شکل ۴-۳ را ببینید .

۴-۴-۱)وقفه بار گذاری مجدد PWM :

بالاترین اولویت سرویس وقفه برای بار گذاری مجدد PWM است.این کد باید دقیقا در زمان معین و تعیین شده اجرا شود .اولین وظیفه این روند، سنکرون سازی تولید PWM و تناوب نمونه برداری ADCاست .این کار به وسیله مقدار دهی جدید به رجیستر Qtimer شماره ۳ انجام می شود . خارج از این کانال شمارنده ، یک پالس زمان تناوب نمونه برداری ADC و تبدیل را شروع می کند .

شکل(۴-۳)-ساختار وقفه ها

 

در مرحله بعدی مقادیر جدیدی در رجیسترهای PWM فراخوانی می شود.این مقادیر در سیکل بعدی PWM استفاده می شوند . مرحله نهایی در این بخش فراخواندن وقفه SWI است.این وقفه در هر  ۴  مرحله تجدید اطلاعات تولید می شود که برابر دو سیکل PWM و یا هر ۷۳ میکروثانیه است .

۴-۴-۲)وقفه SWI  :

این وقفه به وسیله وقفه بارگذاری مجدد PWM فراخوانی می شود و اولویت بندی آن در سطح متوسط است .می تواند به وسیله روال کار عادی وقفه بارگذاری مجدد PWM متوقف شود و تمام نیازهای نرم افزاری لازم برای محاسبه تولید مناسب PWM را برآورده کند.اولین وظیفه تولید شکل موج سینوسی است.این کار به وسیله منبع استاندارد DSC به صورت عادی انجام می شود .خروجی یک متغیر است با تغییرات کسری در رنج۱- تا ۱+ .در مرحله بعدمقدار این متغیر در مقدار ولتاژ باسDC ضرب می شود.حاصلضرب مقدار ولتاژ خروجی سینوسی AC است .این مقدار به عنوان ورودی برای مدول PWM برای تولید ولتاژ خروجی است.وظیفه بعدی گرفتن مقادیر اندازه گیری شده از مبدل A تا D و محاسبه میانگین مقادیر شناور ولتاژ ورودی و جریان پنل های خورشیدی،میزان متوسط ولتاژ باس DC و مقادیر متوسط ولتاژ و جریان خروجی است.مقادیر متوسط ورودی سپس برای MPPT،مقادیر ولتاژ باس DC برای تنظیم کننده و ولتاژ باس DC و مقادیر خروجی می توانند به وسیله خط RS-485 به سیستم نظارتی بالاتر ارسال شوند و یا برای محاسبات در نرم افزارکاربردی استفاده شوند . آخرین وظیفه این سرویس وقفه محافظت از فرآیند صحیح خاموش شدن کلید است .این قسمت از برنامه هنگامی که مقدار ولتاژ خروجی از سطح صفر عبور می کند اینورتر را خاموش می کند.سپس خروجی تمام پل اینورتر در حالت امپدانس بالا قرار می گیرد.

۴-۴-۳)وقفه ی خطا :

این وقفه اولویت بندی پایینی دارد.هنگامی که یک خطا رخ می دهد خروجی های PWM به سرعت به وسیله سخت افزار DSC غیر فعال می شوند.این وقفه وضعیت متغیرهای حالت را تغییر می دهد و اطلاعات خطا را بر روی متغیرهای خطا ذخیره می کند.نتیجه پیشامد خطا خاموش شدن اینورتر است.شما لازم است تا به صورت دستی وضعیت کلید را بر روی خاموش قرار دهید . شرایط به وجود آمدن خطا را بررسی کنید و سپس به صورت دستی اینورتر را روشن کنید .

۴-۴-۴)وقفه ی شمارنده PIT-0 :

این شمارنده تنها در حالت نمایشی استفاده می شود.به وسیله وقفه ی خطا یک تاخیر یک ثانیه ای در پایان تولید می کند.به عنوان اولین وظیفه ،وقفه ،شمارنده ی PIT-0 را غیر فعال می کند و مقدار جدیدی را در متغیر که نشان دهنده ی کلید روشن و خاموش است منتقل می کند . این عمل اینورتر را دوباره راه اندازی می کند.اگر شرایط خلا ادامه پیدا کند اینورتر به صورت متناوی تلاش می کندتا دوباره شروع به کار کندو LED قرمز رنگ در حال چشمک زدن است .در موارد دیگر اینورتر به صورت نرمال کار میکند.

 

قسمت پنجم

نتیجه گیری

۵-۱)طراحی : تمام اینورتر بر روی یک برد مدار چاپی طراحی شده است.

شکل(۵-۱)-اینورتر

این برد در قسمت بالا و پایین سرهم شده است.قسمت بالایی اجزای توان اصلی را شامل می شود.برد کنترل DSC و چندین مدار کم توان SMT .قسمت پایین تنها برای SMT طراحی شده است و شامل مدارهای اندازه گیری و درایورهای ماسفت است .برد PCB سرهم شده درون یک محفظه ی آلمینیومی استاندارد مجهز به جاذب گرما قرار گرفته است.نسخه نمایشی نهایی با پنل جلو پشت مجهز شده است و سطح آن به وسیله یک لایه پلکسی شیشه ای پوشش داده شده است .پنل ورودی جلویی اتصالات پنل خورشیدی،ورودی باتری ،سیگنال های LED و کلید روشن و خاموش را در بر دارد.پنل پشتی سوکت خروجی ۲۳۰ ولت AC و فن خنک کننده را نمایش می دهد.این فن به صورت خودکار هنگامی که دمای مبدل به ۵۵ درجه سانتیگراد می رسد، روشن می شود .

۵-۱-۱)خلاصه ی بلوک ها :

در شکل (۵-۱)بلوک های اصلی در کادری به همراه شماره مشخص شده اند.توصیف جزییات در ادامه آمده است .

۵-۱-۱-۱)ورودی و خروجی :

ورودی که در سمت چپ برد تعبیه شده است  امکان اتصال دو پنل خورشیدی و یک باتری اسید خشک را فراهم می کند .در سمت راست اینورتر اتصالات خروجی است که ولتاژ سینوسی ۲۳۰ ولت جهت تغذیه بار فراهم می کند .

 

۵-۱-۱-۲)برد کنترل سیگنال دیجیتال :

این برد ثانویه در کادر شماره ۱ است که از یک کنترلر سیگنال دیجیتال MC56F8023 تشکیل شده است و کل اینورتر را کنترل می کند .بر روی برد یک منبع تغذیه کوچک قرار دارد تا برد خارج از هر برد اصلی قابل استفاده باشد.هنگامی که بردDSC به یک برد اصلی متصل می شود ،این منبع تغذیه استفاده نمی شود.

۵-۱-۱-۳)منابع تغذیه کمکی :

این بلوک در کادر شماره ۲ قرار دارد و شامل یک منبع تغذیه ۱۲ولت DC به همراه یکLM5010A ،یک منبع تغذیه ۳٫۳ولت DC به همراه یک FAN8303 و یک منبع تغذیه ۵ ولت DC برای مدار آنالوگ به همراه یک LM317  است. این بلوک توان لازم برای تمام مدارهای کنترل و اندازه گیری را فراهم میکند.

۵-۱-۱-۴)مبدل توان :

این مبدل در کادر شماره ۳ قرار دارد.دو عدد ماسفت توان در این کادر موجود اند که بر روی هیت سینک در بالا و پایین کادر قرار دارند . این ها ماسفت های پوش-پول در سمت اولیه مبدل DC به DC هستند.نزدیک قسمت بالایی کادر ۲ و بین کادر ۲و۳، سه عدد خازن الکترولیت بزرگ با دو خازن MP قرار دارند که به عنوان منبع ذخیره ی انرژی برای مبدل DC به DC هستند .

۵-۱-۱-۵)ولتاژ DC باس بالا :

این قسمت از اینورتر در باکس ۴ قرار دارد.شامل پل رکتیفایر در قسمت پایین سمت چپ باکس ۴ و پایین و سمت راست باکس ۳ یک سلف وابسته در قسمت پایین باکس ۴ و خازن اصلی باس DC با ظرفیت ۳۳۰ میکروفاراد/۴۵۰ ولت در مرکز باکس ۴

۵-۱-۱-۶)اینورتر تمام پل :

این قسمت در باکس ۵ است.شما در این بخش ۴ ماسفت قدرت،۴ دیود و خازن برای هر نیم پل مشاهده می کنید. درایورهای نیمه پل برای این در قسمت پایین PCB در باکس ۵ قرار دارند

۵-۱-۱-۷)فیلتر خروجی :

فیلتر خروجی در باکس ۶ است.در نیمه بالایی این باکس فیلتر بازسازی قراردارد.وظیفه ی آن فیلتر کردن فرکانس سوییچینگ  PWM و تولید فرکانس ۵۰ هرتز است .در نیمه پایینی این باکس فیلتر استاندارد EMI موجود است.

۵-۱-۱-۸)باتری شارژر :

این بلوک در باکس ۷ قرار دارد.شما می توانید اجزای توان سلف و خازن با ماسفت های قدرت و دیودهای متعدد را بر روی هیت سینک مشاهده کنید .

۵-۱-۱-۹)مدارهای اندازه گیری آنالوگ :

در باکس ۸ مدارهای آنالوگ-تقویت کننده های عملیاتی به همراه اجزایی برای اندازه گیری ولتاژ و جریان ورودی است .سایر مدارهای آنالوگ در قسمت پایینی برد PCB قرار دارند.

۵-۱-۱-۱۰)رابط ارتباطی :

در باکس ۹ رابط ایزوله ی RS-485 قرار دارد.این رابط امکان ارتباط برای سیستم نظارتی بالاتر را فراهم می کند.

۵-۲)پارامترهای حاصل شده : این نمونه نمایشی برای نشان دادن ویژگی MPPT تبدیل الکتریسیته از پنلهای خورشیدی و امکان کنترل تمام اینورتر به وسیله کنترلر سیگنال دیجیتال MC56F8023 است .برای نشان دادن حالت نمایشی تنها از اینورتر OFFGrid برای نشان دادن ویژگی اصلی استفاده می شود .از یک پنل خورشیدی با توان نامی ۱۸۵وات برای تست MPPT استفاده شد .اینورتر بر روی نقطه توان ماکزیمم کار می کند حتی اگر شرایط روشنایی در سطح گسترده ای تغییر کند .لامپ های استاندارد به عنوان بار استفاده شدند . آزمایش بعدی بازده و راندمان و اندازه گیری ولتاژ خروجی بود.اینورتر به وسیله یک منبع تغذیه DC در رنج ۲۴ تا ۳۸ ولت تغذیه می شود .ولتاژ خروجی بر روی ۲۳۰ ولت تنظیم شد و از لامپ ها به عنوان بار استفاده شد.نتایج در شکل های (۵-۲) و(۵-۳) نشان داده شده اند .فاکتورهای زیادی بر روی بازده کلی تاثیر دارند.همانند توپولوژی (شکل مدار) انتخاب شده اجزای مد کنترل و …… . DSC قادر است انواع مختلفی از اینورترها را کنترل کند.

۵-۳)محاسبه بار در بخش DSC :

DSC در پروسه ی کنترل وظایف با لولویت بندی های مختلف دارد.این قسمت باید مقادیر آنالوگ جریان و ولتاژ های مهم را اندازه گیری کند.متغیرهای مورد نظر را محاسبه کند و یک ولتاژ سینوسی خالص تولید کند.در میان این وظایف کنترلی باید قادر باشددستورات ورودی را از پنل جلویی دستگاه گرفته و پردازش کند.

اطلاعات مربوط به حالت دستگاه را از طریق LED در پنل جلویی نمایش دهد و حالت محفظه ای و اطلاعات کنترلی را به وسیله لاین RS-485 به سیستم نظارتی بالاتر بفرستد.

۵-۳-۱)محاسبه مصرف توان :

وظایف اصلی کد کنترل(اندازه گیری،محاسبه و کنترل حلقه)۲/۴۹درصد از زمان محاسبه DSC را به خود اختصاص می دهد.وظایف بعدی (پردازش وضعیت کلید ها)تبادل از طریق لاین RS-485 و آماده سازی مقادیر مهم برای سیستم نظارتی به میزان ۱-۲ درصداز زمان محاسبه ی DSC را می گیرد.این به این معنی است که ۵۰ درصداز ظرفیت DSC اشغال شده است .در اینجا زمان کافی برای کنترل معمول شارژ باتری وجود دارد.روند های متداول نیازی به بهینه سازی سرعت ندارند.کدهای بهینه سازی شده می توانند در پردازش های بعدی ذخیره شوند.

۵-۳-۲)کاربرد حافظه :

تمام حافظه DSC ،۳۲کیلوبایت از ۱۶k ROM از ۱۶ بیت کلمه و ۴کیلوبایت ازRAM  با ۲k  از ۱۶ بیت کلمه است . کد از ۱۶۹۲ کلمه استفاده می کند.این به میزان ۳/۱۰درصد از کل گنجایش است .رم داخلی از ۳۳۱ کلمه استفاده می کند که ۲/۱۶ درصد از کل حافظه است .این اعداد میزان DSC استفاده شده را نشان می دهند و نشان دهنده ی این است کهDSC به اندازه ی کافی از حافظه خالی برخوردار است و محاسبه ظرفیت توان برای کارکردمطمئن را دارد. هدف اصلی این مقاله  نمایش خصوصیت MPPT در کاربرد خورشیدی اینورتر است.تمام این حالت به عنوان یک نسخه نمایشی برای حالت جدا از شبکه است .ولتاژ ورودی نامی ۳۶ ولت DC است .بنابراین یک پنل خورشیدی با ولتاژ خروجی ۳۶ ولت و یا دو پنل با خروجی  ۱۸ ولت و اتصال به صورت سری می توانند به عنوان منبع توان برای اینورتر به کار روند . توان نامی خروجی پنل ها   از ۵۰ تا ۲۰۰ وات برای هر پنل متغیر است . می توان ولتاژ تولیدی را به وسیله تغییر در سیم پیچ اولیه مبدل به ۱۱۰ تغییر داد.توپولوژی های ساده جهت تبدیل DC به DC و DC به AC وجود دارد.اینورتر به وسیله یک کنترلر سیگنال دیجیتال MC56F8023 کنترل می شود .این DSC در قسمت ولتاژ پایین قرار گرفته است .سیگنال های کنترل و سیگنال های آنالوگ جهت اندازه گیری به سمت ثانویه به وسیله ایزولاتور دیجیتال و تقویت کننده ی ایزوله آنالوگ منتقل می شوند.این توپولوژی نشان دهنده ی توانایی کنترل اینورتر به وسیله یک DSC  است . بار کلی اینورتر بدون انتخاب باتری شارژر به کار گرفته شده در حدود ۵۰ درصد است .انتخاب باتری شارژر بار اضافی در حدود ۱۰ تا ۱۲ درصد بار به DSC اضافه می کند .این امکان وجود دارد تا از دو عدد DSC ،یکی در سمت اولیه و دیگری در سمت ثانویه استفاده کرد.این حالت هزینه های کلی را به وسیله ی حذف کردن ایزولاتور دیجیتال،تقویت کننده های ایزوله  و منابع تغذیه کمکی ایزوله کاهش می دهد.این کار همچنین بار روی هر یک از DSC ها را کاهش می دهد .

۵-۶)اهداف حالت نمایشی :  

این پیش نمایش فقط جهت اهداف تجربی است .مهم ترین وظیفه نمایش ویژگی MPPT است.این امکان فقط در حالتی که از پنل خورشیدی به عنوان منبع تغذیه استفاده شود وجود دارد.پنل خورشیدی باید در محیط خارجی  با تابش نور خورشید باشد . اینورتر می تواند با منبع تغذیه استاندارد DC  که به جای پنل استفاده می شود نیز کار کند.منبع تغذیه باید ۳۰ ولت DC ولتاژ خروجی و ۴آمپر حداکثر جریان خروجی داشته باشد.هنکام استفاده از منبع تغذیه DC ویژگی MPPT  عمل نمی کند .

دانلود لینک مستقیم مقاله


 

 

پاسخ: یکی از پارامترهای مهم در انتخاب اینورتر، توان واقعی مصرف کننده است، در صورتی که بار مصرف کننده تنها بار مقاومتی مانند روشنایی، تلویزیون و غیره باشد توان اینورتر برابر خواهد بود با توان بار مصرفی ضربدر عدد ۱٫۲ و درصورتی که بار مصرفی بار موتوری باشد، در اینصورت توصیه شده است توان اینورتر دو برابر توان بار مصرفی در نظر گرفته شود.

پاسخ: تفاوت اینورتر سینوسی و شبه سینوسی در شکل موج سینوسی آن می باشد. بطوریکه اینورتر های سینوسی دارای شکل موج کاملا سینوسی می باشد ولی اینورتر های شبه سینوسی دارای شکل موج شبه سینوسی یا پله ای و یا مربعی شکل می باشد. همچنین یکی از پارامترهای مهم در اینورتر های شبه سینوسی میزان خلوص موج سینوسی آن است و این پارامتر بصورت THD بیان می شود. هر چقدر این پارامتر کمتر باشد شکل موج سینوسی اینورتر خالص تر است.

پاسخ: متاسفانه برخی از اینورترهای شبه سینوسی که در بازار به وفور پیدا می شود توان واقعی آن کمتر از توان نامی می باشد، لذا اکثر مشتریان به عنوان مثال هزینه اینورتر ۵۰۰ وات شبه سینوسی می دهند ولی در عمل ۲۰۰ وات بیشتر نمی توانند خروجی دریافت کنند و این بر می گردد به کیفیت اینورتر و کارخانه سازنده ، صدای ویز ویز به دلیل کیفیت قطعات داخلی اینورتر و یکسری مشکلات در طراحی اینورتر هست . که این در برخی از برندهای اینورترهای بی کیفیت موجود در بازار ایران به وفور دیده میشه .

اینورتر دستگاهی جهت تبدیل برق مستقیم به برق متناوب می باشد

 اصولا کانورترها تجهیزات الکترومکانیکی چرخشی بزرگی هستند که جریان متناوب(AC) را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می کنند .این کاری است که شما در حالت در اختیار نداشتن نیمه رسانا و یا یکسوکننده های تیوب خلا ،مجبور به انجام آن هستید . در واقع آن ها یک موتور AC سنکرون را با یک کموتاتور ترکیب می کنند به گونه ای که کموتاتور به فاصله ی هر دو سیکل اتصالات خود را معکوس می کند که نتیجه آن تبدیل AC  به DC به همراه نویز زیاد حاصل از سوییچینگ است. اگر شما اتصالات را به صورت معکوس به کانورتر متصل کنید،ورودی DC به آن داده و خروجی AC تحویل میگیرید.بنابراین اینورتر یک کانورتر معکوس شده است .