Pri osmišljavanju fotonaponskih sustava u našem serijalu vrlo često smo spominjali autonomni izmjenjivač. To je izmjenjivač koji se ne spaja na javnu mrežu i iz istosmjernog baterijskog izvora stvara izmjenični izvor napajanja 230 V, 50 Hz. Na slici 1. je prikazan tipičan sustav s autonomnim izmjenjivačem na plovilu.
Foto: Schrack Technik
Također, spominjali smo i dvosmjerne pretvarače. No nismo nikada objasnili postavke parametara dvosmjernog pretvarača. Za objašnjenje postavki parametara dvosmjernog pretvarača moramo za početak ponoviti „teoriju djelovanja“ dvosmjernog pretvarača. U tom smislu sliku 1. ćemo „počistiti od viška“ i ucrtati smjer energije, slika 2.
Foto: Schrack Technik
Uočite dvije izmjenične mreže na slici 2., jednu na obali i jednu za napajanje trošila i kako ove dvije izmjenične mreže ne znaju jedna za drugu jer nisu izravno spojene. Javna mreža (obalna mreža) puni energijom bateriju, a autonomni izmjenjivač stvara vlastitu mrežu kojom se iz baterije energija predaje trošilima. Na slici je nacrtan i smjer energije. Izravno spajanje ove dvije izmjenične mreže nikako nije dozvoljeno, a ako se to učini gotovo sigurno će stradati i/ili izmjenjivač i punjač, a niti baterija neće proći bez oštećenja. Ne pokušavajte to!
Uz još nešto elektronike oko izmjenjivača može se realizirati dvosmjerni pretvarač (engl. bidirectional inverter; inverter/charger), slika 3. Dvosmjerni pretvarač osim stvaranja izmjenične mreže može puniti baterije ako se na ulaz pretvarača spoji pomoćni izvor energije, bilo izmjenični generator, bilo javna izmjenična mreža. Također omogućuje istovremeno napajanje trošila iz pomoćnog izvora energije i iz izmjenjivača koji crpi energiju iz baterija. Dvosmjerni pretvarač može i vraćati energiju iz baterije u javnu mrežu.
Foto: Schrack Technik
Dvosmjerni pretvarač je također spojen na bateriju. Uočimo na slici 3. da se dvosmjerni pretvarač sastoji iz četiri dijela: istosmjernog pretvarača, izmjenjivača, filtra i upravljačkog dijela. Energija može kroz pretvarač ići iz pomoćnog izvora (generatora ili javne mreže) prema bateriji, ili iz baterije prema trošilima, tj. energija može kroz pretvarač ići u oba smjera. Kako je to ostvareno?
Izmjenjivač
Izmjenjivač je uređaj učinske elektronike koji povezuje istosmjerni i izmjenični dio električne instalacije. Pri tome energija prelazi iz istosmjernog prema izmjeničnom dijelu instalacije. Pri pretvorbi istosmjernog napona u izmjenični napon, izmjenjivač mora općenito moći proizvesti napon željenog iznosa i frekvencije. Izmjenjivač za primjene u instalacijama brodica, vozila ili zgrada stvara autonomnu izmjeničnu mrežu ustaljenog napona 230 V i ustaljene frekvencije 50 Hz na svome izlazu. Ponekad izmjenjivač može biti spojen i na postojeću javnu mrežu no tada mora biti opremljen sklopovima za sinkronizaciju s javnom mrežom i sklopovima za automatsko odvajanje od mreže ukoliko dođe do ispada javne mreže. Tada izmjenjivač više nije autonoman, već postaje mrežni ili mrežom vođeni izmjenjivač. Takvi su primjerice izmjenjivači za prijenos energije iz fotonaponskih modula izravno u javnu mrežu. Izmjenjivač se sastoji od četiri poluvodičke sklopke: T1, T2, T3, i T4, slika 4. Sklopke T1 i T4 tvore jednu granu izmjenjivača, a sklopke T3 i T2 tvore drugu granu izmjenjivača. Te dvije grane spojene su paralelno na istosmjerni izvor. Trošilo se spaja između te dvije grane. Jasno je da se ne smije istovremeno zatvoriti sklopke T1 i T2, kao niti T3 i T4 jer bi to proizvelo kratki spoj baterije. Svakoj sklopki u izmjenjivaču pridružena je i povratna dioda.
Foto: Schrack Technik
Širinsko-impulsnom modulacijom do izmjeničnog napona
Kako stvoriti izmjenični napon sinusnog valnog oblika na trošilu iz istosmjernog izvora, tj. baterije? Izmjenični napon stvara se postupkom „upravljanja širinom impulsa napona“ (engl. Pulse Width Modulation, PWM). Taj postupak često nazivamo i širinsko-impulsnom modulacijom. Pokušajmo to objasniti. Pretpostavimo zatvorenu sklopku T2. T4 i T3 sklopke su otvorene, slika 5 gornji red lijevo. Po zatvaranju sklopke T1 struja raste. Po otvaranju sklopke T1, slika 5 gornji red desno, struja nastavlja teći zbog prisustva induktiviteta kroz jedini put koji joj preostaje, a to je kroz povratnu diodu sklopke T4. No kako u tom strujnom krugu više nema aktivnog izvora, struja opada.
Foto: Schrack Technik
Odstranimo sada sve komponente koji ne sudjeluju u prolazu struje, slika 5. srednji red. U trećem redu desno na slici 5. vidimo u što se pretvorio strujni krug trošila. Sklopka T1 sklapa otporno-induktivno (R-L) trošilo na izvor istosmjernog napona. Naponsko strujne karakteristike u stanju uključenja i isključenja sklopke T prikazane su na slici 6.
Foto: Schrack Technik
Dok je sklopka T uključena napon na izlazu sklopa, napon Uo, je napon baterije i struja raste. Kada je sklopka T isključena, struja prolazi diodom D pa je napon Uo jednak naponu na diodi u stanju vođenja, a koji se za razmatranje može zanemariti. Stoga struja pada prema nuli. Struja ne raste i ne pada skokovito zbog prisutnog induktiviteta koji je mjera tromosti promjene struje. Jasno se može uočiti da je srednji napon za vrijeme jednog ciklusa rada sklopke Uosr zavisan o trajanju stanja uključenja sklopke u periodu rada sklopke. Trajanjem stanja uključenosti sklopke T u jednom periodu rada sklopke tciklus može se upravljati širinom impulsa napona Uo, tj. srednjim naponom Uosr. Ako je sklopka T cijelo vrijeme uključena za vrijeme tciklus, onda je srednji napon u tom ciklusu jednak naponu baterije, Uosr = Ubat. Ako je sklopka T isključena onda je Uosr = 0 V. Na slici 6., dolje lijevo prikazan je slučaj uz ustaljeno trajanje uključenosti sklopke T u odnosu na period rada sklopke tciklus. Uz ustaljeno trajanje uključenosti sklopke T unutar perioda rada sklopke i struja kroz trošilo poprima neku srednju vrijednost u periodu rada sklopke Isr. Ako se vrijeme stanje uključenosti sklopke T ne drži ustaljeno već se mijenja tako da Uosr kroz niz perioda rada sklopke slijedi sinusni valni oblik, tada se mijenjaju širine trajanja impulsa napona Uo, slika 6. dolje desno. Struja trošila I , uz takav napon, također se mijenja u zavisnosti o širini naponskih impulsa. Srednja vrijednost struje trošila Isr više nije ustaljena, već i ona slijedi sinusni valni oblik.
Period rada sklopke tciklus je uvijek jednak, mijenja se tek trajanje uključenja sklopke T. Mijenjanjem „širine“ impulsa istosmjernog napona izovra Uo unutar perioda rada sklopke po sinusnom zakonu srednji napon na trošilu Uosr prati sinusni oblik. Prema obliku napona, i struja poprima sinusni oblik, ali će zbog prisutnosti induktiviteta nešto kasniti za naponom. Struja ima karakterističan „čupav“ valni oblik jer unutar jednog perioda rada sklopke T, dok je sklopka uključena raste pod djelovanjem istosmjernog izvora (baterije), a dok je sklopka T isključena pada jer nema izvora u strujnom krugu.
Do ovdje smo objasnili kako nastaje pozitivna poluperioda napona, tj. struje. Vrlo slično dobiva se i negativna poluperioda. Ako se želi na trošilu stvoriti negativna struja i napon, upravlja se sklopkom T3, slika 7. gornji red. Struja raste u negativnom smjeru pod utjecajem baterije kroz uključene sklopke T3 i sklopke T4. U trenutku isključenja sklopke T3, struja nastavlja teći preko povratne diode sklopke T2. Za primijetiti je da iako i napon i struja na trošilu sada imaju negativan predznak, struja iz baterije je zadržala isti smjer! To znači snaga izlazi iz baterije i predaje se trošilu i za vrijeme negativne i za vrijeme pozitivne poluperiode. Na slici 7. u srednjem redu obrisane su komponente koje ne vode struju, a u donjem redu desno je konačni nadomjesni crtež izmjenjivača za negativan smjer struje trošila.
Foto: Schrack Technik
Stvaranje negativne poluperiode valnog oblika napona Uo prikazano je na slici 8. i vrijedi sve već rečeno za sliku 6. Moguće je spojiti crteže sa slike 5. do slike 8. u zajedničku sliku 9. Na njoj skroz gore vidimo punu shemu izmjenjivača, pojednostavljene sheme za stvaranje negativne i pozitivne poluperiode napona u srednjem redu i u najdonjem redu cijelu periodu napona Uo i periodu struje trošila.
Foto: Schrack Technik
Foto: Schrack Technik
Filtar
Konačno, napon Uo sa slike 9. još uvijek nema sinusni valni oblik i nije pogodan za napajanje trošila. Kako bi se stvorio uistinu sinusni, „glatki“ valni oblik napona, potrebno je na izlazu izmjenjivača ugraditi filtar koji će „ispeglati“ impulse napona dobivene postupkom širinsko-impulsne modulacije. Za to općenito može poslužiti kondenzator koji ima svojstvo da ne može trenutačno promijeniti napon, već napon kondenzatora može povisivati ili smanjivati struja kroz njega. Napon 230 V kakav očekujemo za napajanje izmjeničnih trošila se po potrebi prilagođava transformatorom Tr koji odmah osigurava i za rad filtra izmjenjivača potreban induktivitet. Tako poluvodičke sklopke u izmjenjivaču mogu biti za nižu naponsku razinu, tj. jeftinije su. Transformator Tr djeluje u kombinaciji s kondenzatorom C kao filtar koji osigurava sinusni valni oblik napona i potrebnu naponsku razinu izlaza izmjenjivača. Na slici 10. transformator i kondenzator su prikazani simbolično naglašavajući tek filtarsku funkciju za dobivanje glatkog valnog oblika napona na izlazu izmjenjivača. Prednost je transformatora u izlazu izmjenjivača što osigurava i galvansko odvajanje DC i AC strane izmjenjivača, tj. strujnog kruga baterije i strujnog kruga trošila. Istosmjerna struja baterije nikako ne može proći kroz transformator prema izmjeničnoj strani i izmjeničnim trošilima.
Foto: Schrack Technik
Važno:
Za razumijevanje djelovanja izmjenjivača važne su poznate činjenice dualnog ponašanja komponenti dvosmjernog pretvarača, a koje se navode bez formula:
- Struja kroz induktivitet ne može se trenutačno, skokovito promijeniti, induktivitet predstavlja otpor promjeni iznosa struje kroz sebe. Idealni induktivitet, kada se struja kroz njega ustali nema na sebi pad napona. Ako se struja kroz induktivitet mijenja, induktivitet ima svojstvo tromosti, tj inducira na sebi takav napon koji će nastojati zadržati iznos i smjer struje jednak iznosu i smjeru struje prije nastanka promjene. Ako je napon na induktivitetu ustaljen, struja se linearno mijenja; povećava ili smanjuje ovisno o polaritetu napona. Induktivitet je spremnik energije!
- Napon na kondenzatoru se ne može trenutačno, skokovito promijeniti, kondenzator „pruža otpor“ promjeni iznosa napona na sebi, tj. ima svojstvo tromosti pri promjeni napona. Idealni kondenzator, ako se istosmjerni napon na njemu ustali, ne provodi više struju. Struja koja prolazi kroz kondenzator mijenja na njemu napon. Brzina promjene napona na nekom kondenzatoru proporcionalna je iznosu struje kroz kondenzator. Ako je struja kroz kondenzator ustaljena, napon se linearno mijenja; povećava ili smanjuje ovisno o smjeru struje kroz kondenzator. Kondenzator je spremnik energije!
Silazno/uzlazni istosmjerni pretvarač – općenito
Dva su osnovna načina djelovanja dvosmjernog pretvarača: načinn predaje energije trošilima (izmjenjivački rad) i načinu punjenja baterije iz pomoćnog izvora (radi kao punjač). Pomoćni izvor je pri tome spojen na isto fizičko mjesto kao i trošila. Izmjenična mreža koju stvara izmjenjivač se sinkronizira s mrežom koju stvara pomoćni izvor. Te dvije izmjenične mreže postaju jedna mreža!
Ako je generator ili pomoćni izvor isključen, tada izmjenjivač dvosmjernog pretvarača djeluje kao običan autonomni izmjenjivač stvarajući svoju autonomnu mrežu. Ako se pak priključi pomoćni izvor (generator ili javna mreža), dvosmjerni pretvarač se automatski sinkronizira s izmjeničnom mrežom pomoćnog izvora i tako obje izmjenične mreže postaju jedna izmjenična mreža. Takvo djelovanje se ne može ostvariti autonomnim izmjenjivačem!
U načinu predaje energije istosmjerni napon baterije se podiže tako da izmjenični napon generiran na izlazu izmjenjivača dvosmjernog pretvarača bude dostatan da struja, odnosno energija, može prijeći trošilima, ali i u izmjeničnu mrežu pomoćnog izvora. Tako istosmjerni pretvarač u dvosmjernom pretvaraču radi u uzlaznom načinu (engl. boost mode). Podsjetimo, autonomni izmjenjivač je samo stvarao mrežu i na njega su bila priključena trošila, a struja tj. energija bi strujala samo prema priključenim trošilima.
U načinu punjenja baterija energija struji iz pomoćnog izvora prema baterijama, dvosmjerni pretvarač mora istosmjerni napon između istosmjernog pretvarača i izmjenjivača spustiti i u istosmjernom pretvaraču dinamički prilagođavati na razinu koja je potrebna u procesu punjenja baterija. Tada istosmjerni pretvarač u dvosmjernom pretvaraču radi u silaznom modu (eng. buck mode). Podsjetimo, autonomni izmjenjivač ne može osigurati ovaj smjer energije!
Ponovimo: dvosmjerni pretvarač osim izmjenjivača sadrži silazno/uzlazni istosmjerni pretvarač (engl. buck/boost DC/DC converter).
Silazni način rada istosmjernog pretvarača
Ako su sve sklopke izmjenjivača otvorene, a na izlazu izmjenjivača se nalazi priključen generator, tada povratne diode izmjenjivača čine punovalni ispravljač. To je prikazano na slici 11. desno gdje su iz izmjenjivača izbrisane sklopke jer su sve otvorene i ne sudjeluju u vođenju struje tj. strujanju energije.
Foto: Schrack Technik
Punovalni ispravljač stvorit će na istosmjernoj strani izmjenjivača pulsirajući istosmjerni napon, slika 12. Zato se na istosmjernoj strani dodaje kondenzator C koji će ovaj pulsirajući napon pretvoriti u istosmjerni napon s malom, za razmatranje načela rada beznačajnom, valovitosti.
Foto: Schrack Technik
Tako smo došli do istosmjernog napona na kondenzatoru C koji želimo iznosom prilagoditi na razinu potrebnu za punjenje baterija. To radimo silaznim dijelom istosmjernog pretvarača.
Foto: Schrack Technik
Dok je sklopka S uključena, kondenzator C je preko induktiviteta L spojen na bateriju, slika 13. Napon na induktivitetu je konstantan i iznosi razliku napona na kondenzatoru i bateriji. Kako induktivitet ima na sebi konstantan napon pozitivnog iznosa jer je napon kondenzatora veći od napona baterije, struja će kroz njega linearno rasti. Napon na induktivitetu je mjera porasta struje u vremenu kroz induktivitet. Kada se sklopka S isključi, struja radi induktiviteta nastavlja i dalje teći istim smjerom. Strujni krug se zatvara preko diode D. No sada je na induktivitet spojena baterija koja se svojim naponom opire prolazu struje i struja linearno opada. Zamislimo sada ustaljeno stanje pri kojem je odnos trajanja uključenog i isključenog stanja sklopke S ustaljen. U ustaljenom stanju struja kojom se puni baterija, tj. struja koja prolazi induktivitetom poprima neku srednju vrijednost zavisno od trajanja uključenja sklopke S.
Uzlazni način rada istosmjernog pretvarača
Pri smjeru energije iz baterije prema mreži potrebno je, kako je ranije objašnjeno, osigurati napon na kondenzatoru UDC na višoj razini nego što je napon na bateriji Ubat.
Na slici 14. glavne komponente strujnog kruga su sklopka S i dioda D. Uočite kako postoji razlika u položaju sklopke i diode u uzlaznom istosmjernom pretvaraču na slici 14., a prema položaju sklopke i d iode u silaznom istosmjernom pretvaraču na slici 13.
Foto: Schrack Technik
Kako se povisuje napon na kondenzatoru u odnosu na bateriju? Ako bi sklopka S bila trajno otvorena tada bi se na kondenzatoru nakon nekog vremena ustalio napon baterije. Struja bi iz baterije preko induktiviteta potekla prema kondenzatoru i tekla bi sve dok se razine napona baterije i kondenzatora ne izjednače. Ako se zatvori sklopka S, kondenzator se zbog zapiranja diode ne može preko nje isprazniti. Stoga diodu možemo izbrisati za vrijeme dok je zatvorena sklopka S. Baterija je pak preko induktiviteta i sklopke S praktički u kratkom spoju i struja kreće rasti. Brzina porasta je ograničena induktivitetom. Napon na induktivitetu je jednak naponu na bateriji, pa struja linearno raste. U nekom trenutku sklopka se otvara, struja zbog induktiviteta mora nastaviti teći. Toj struji suprotstavlja se napon na kondenzatoru, ali zbog induktiviteta struja nastavlja teći, sada u kondenzator, usprkos postojećem naponu na njemu. Struja opada iznosom. Struja koja ulazi u kondenzator povisuje napon na kondenzatoru. Potom ciklus kreće ispočetka. Zatvara se sklopka S, struja opet raste… Za uočiti je primijenjeno svojstvo induktiviteta koji je međuspremnik energije; puni se energijom na nižoj razini napona baterije pri čemu struja kroz induktivitet raste, a prazni energiju na višoj razini napona kondenzatora, pri čemu struja kroz induktivitet opada. A sklopka S i dioda D su prometnici za usmjeravanje struje u željenom smjeru. U ustaljenom stanju i pri visokoj frekvenciji rada sklopke S, dakle ustaljenom periodu rada sklopke (period rada sklopke je najčešće ispod 1 ms!) napon na kondenzatoru se praktički ne mijenja jer je izabran kondenzator tako velikog kapaciteta da male promjene struje kroz njega unutar ustaljenog stanja ne mogu proizvesti značajnu valovitost napona na njemu.
Ako je cijeli ovaj opis istosmjernog pretvarača u dvosmjernom pretvaraču bio prenaporan ili prezahtjevan, tada pokušajte shvatiti istosmjerni pretvarač kao „blok“ kroz kojega prolazi u nekom trenutku neka snaga. Za koliko se razlikuje napon na izlazu istosmjernog pretvarača UDC u odnosu na napon na ulazu Ubat, za toliko se obrnuto proporcionalno mijenja struja izlaza istosmjernog pretvarača IDC srednja u odnosu prema struji koja ulazi u istosmjerni pretvarač Ibat srednja. Ovi odnosi vrijede ako u tom „bloku“ nema gubitka snage, tj koliko se snage predaje na ulazu toliko se snage i dobiva na izlazu. Konkretni iznosi se postavljaju upravljanjem trajanja stanja uključenosti sklopki istosmjernog pretvarača u periodu rada sklopki.
Foto: Schrack Technik
Slika 15. prikazuje rješenje izvedbe silazno/uzlaznog istosmjernog pretvarača. Uočite da je on nastao spajanjem silaznog dijela i uzlaznog dijela, dakle spajanjem slike 13. i slike 14. Silazno/uzlazni istosmjerni pretvarač se konačno spaja s izmjenjivačem u jednu cjelinu, slika 16.
Foto: Schrack Technik
Primjenom širinsko impulsne modulacije (engl. PWM) i izlaznog filtra može se iz istosmjernog izvora dobiti izmjenični sinusni valni oblika na izlazu autonomnog izmjenjivača. U autonomnom izmjenjivaču upravlja se izlaznim naponom u otvorenoj petlji (engl. open loop control mode). Na izlazu izmjenjivača gradi se upravo takav napon kakav se zadaje na ulazu PWM bloka, slika 17.
Foto: Schrack Technik
Već smo ranije rekli da dvosmjerni pretvarač može raditi priključen na neku izmjeničnu mrežu, što autonomni ne može! Kada se preko uzlaznog istosmjernog pretvarača postigla potrebna razina istosmjernog napona UDC , tada se može dvosmjernim pretvaračem prenijeti i energija iz baterije u mrežu. Dvosmjerni pretvarač pri predaji energije u mrežu u mrežu utiskuje struju koristeći regulaciju struje u zatvorenoj petlji slika 18. Izlaz iz regulatora struje postavlja preko bloka širinsko impulsne modulacije takvo upravljanje sklopkama, odnosno takav napon na izlazu izmjenjivača da može poteći zadana struja (engl. current controlled PWM, closed loop control mode). To je razlika prema autonomnom izmjenjivaču gdje se samo postupkom širinsko impulsne modulacije definirao valni oblik napona na izlazu izmjenjivača, a struja je bila onakva kakvu su odredila trošila. Na Slici 18. je za uočiti krug regulacije struje koja se utiskuje u mrežu. Struja se utiskuje u fazi s naponom mreže, pa se tako u mrežu prenosi radna energija.
Foto: Schrack Technik
Ako nije spojen pomoćni izvor (generator, javna mreža), dvosmjerni pretvarač postaje autonomni izmjenjivač. Dvosmjerni pretvarač može, ali i ne mora imati priključen pomoćni izvor energije.
Proizvođač Victron Energy ima dva komercijalna tipa dvosmjernih pretvarača: Multiplus i Quattro i to za napone baterija 12/24/48 V. Multiplus ima mogućnost priključka jednog pomoćnog izvora (javna mreža ili generator), dok Quattro ima mogućnost priključka dva pomoćna izmjenična izvora (javna mreža i generator).
Tri osnovna načina djelovanja dvosmjernog pretvarača
Dvosmjerni pretvarač može djelovati na tri osnovna načina, slika 19. Ako nije priključen na pomoćni izvor napajanja, primjerice generator ili javnu mrežu, dvosmjerni pretvarač će imati samo funkciju izmjenjivača stvarajući vlastitu izmjeničnu mrežu na svom izlazu. Ako je priključen na pomoćni izvor napajanja, primjerice generator ili javnu mrežu, dvosmjerni pretvarač će imati još dva načina djelovanja: Power control i Power assist.
Foto: Schrack Technik
Power control način djelovanja dvosmjernog pretvarača
Power control način djelovanja omogućuje zadavanje i upravljanje raspodjelom snage koja se preuzima iz izmjeničnog izvora na ulazu dvosmjernog pretvarača, slika 20. U nekom konkretnom dvosmjernom pretvaraču MultiPlus maksimalna snaga koja smije ući u MultiPlus određena je izmjeničnom nazivnom strujom ulaznog sklopnika (transfer sklopke), primjerice 16 A x 230 V = 3680 VA. Ulaznu izmjeničnu struju moguće je ograničiti i tako se ograničava i ukupna snaga koja može ući u pretvarač. Ovo je jako korisno ako se priključujete na obalni priključak gdje je recimo postavljen 10 A zaštitni prekidač. Ako ostavite tvorničko podešenje dozvoljene struje ulaza od 16 A, tada će po priključenju na obalnu mrežu prorađivati zaštitni prekidač u priključnom ormariću. Ograničenjem ulazne struje MultiPlusa na 10 A ili manje zaštitni prekidač više neće prorađivati. Uz ograničenje primjerice na 10 A u pretvarač ulazi samo 10 A * 230 V = 2300 VA. Prioritet preuzimanja snage imaju trošila. Snaga koja nije potrebna trošilima ostaje na raspolaganju za punjenje baterija. Snaga kojom se pune baterije također se može ograničiti parametrom kojim se zadaje najveća istosmjerna struja punjenja baterija. Ograničenje istosmjerne struje punjenja baterije može biti važno kako se ne bi prevelikom strujom punjenja oštetila baterija. Istosmjerna struja punjenja baterija (time i snaga punjenja!) određena je kao nazivni podatak dvosmjernog pretvarača i u pravilu je značajno manja od nazivne izmjenične izlazne snage dvosmjernog pretvarača. Ako trošila traže punu snagu ulaza, tada ne preostaje snage za punjenje baterije. Dvosmjerni pretvarač MultiPlus sam raspoređuje koliko ulazne snage je „slobodno“ , tj koliko se može poslati u bateriju!
Foto: Schrack Technik
Power assist način djelovanja dvosmjernog pretvarača
Power assist je način djelovanja gdje se trošilima predaje snaga preuzeta iz izmjeničnog ulaza dvosmjernog pretvarača zajedno s dodatnom snagom iz baterije. Što ako trošila zahtijevaju više snage nego što je postavljeno ograničenjem ulazne izmjenične struje? Tada je potrebno uključiti Power assist način djelovanja pri kojemu izmjenjivač pomaže dodavajući potrebnu snagu na snagu koja se uzima iz mreže, slika 21. Na snagu uzetu iz mreže, određenu ograničenjem ulazne struje, može se dodati maksimalna snaga izmjenjivača. U primjeru na slici 11. ulazna snaga je ograničena na 10 A * 230 V = 2300 VA i na nju se može dodati snage do pune snaga izmjenjivača. U primjeru sa slike 11. izmjenjivač je konkretno dodao 4A * 230 V = 920 VA.
Foto: Schrack Technik
Power assist način djelovanja dvosmjernog pretvarača posebno je upotrebljiv ako je izmjenični izvor generator. Slika 22. prikazuje potrebu za snagom nekog plovila kroz vrijeme. Srednja snaga će definirati snagu generatora. Razlika između najveće trajne snage i srednje snage definira snagu dvosmjernog pretvarača, a razlika najveće vršne snage i srednje snage definira potrebnu vršnu snagu dvosmjernog pretvarača. Poznajući dijagram snage trošila uočite kako se uz Power assist način rada dvosmjernog pretvarača može primijeniti generator koji pokriva samo srednju snagu, a ne i najveću trajnu snagu, odnosno vrhove snage potrebne za primjerice zalet elektromotora. Takav generator će raditi u području svoje nazivne snage pri čemu ima optimalnu potrošnju! Sve što trošilima treba povremeno iznad te srednje snage pokrivat će dvosmjerni pretvarač. Baterija će se pak puniti u trenucima kada je snaga generatora veća od trenutačno potrebne snage trošila.
Foto: Schrack Technik
Zaključak
Ponovili smo opis djelovanja izmjenjivača u dvosmjernom pretvaraču. Potom smo objasnili kako se ostvaruje dva smjera energije kroz dvosmjerni pretvarač što rezultira s tri osnovna načina djelovanja dvosmjernog pretvarača. Dvosmjerni pretvarač imaju ugrađenu transfer sklopku koja omogućuje izravan prolaz energije iz pomoćnog izvora prema trošilima. Dvosmjerne pretvarače moguće je spojiti u trofazni spoj, u paralelni spoj, moguće je ograničiti razine energije pomoćnog izvora, moguće je napajanje trošila izravno iz pomoćnog izvora uz asistenciju-ispomoć energije iz baterije itd. U svim tim primjenama moraju se postaviti odgovarajući parametri pretvarača. Koji su to parametri i čemu služe, opisat ćemo u sljedećem nastavku, nastojeći ostati puno bliže praksi nego u ovom „teoretskom“ nastavku
Tekst je nastao u Schrack Technik d.o.o., a moguća pitanja naslovite na [email protected]
