Keitiklio paskirtis – nuolatinės srovės įtampos bangos formą paversti kintamosios srovės signalu, kad būtų galima tiekti energiją į apkrovą (pvz., elektros tinklą) tam tikru dažniu ir su mažu fazės kampu (φ ≈0). Supaprastinta vienfazės vienpolio impulsų pločio moduliacijos (PWM) grandinė parodyta paveiksle.2 (tą pačią bendrąją schemą galima išplėsti ir į trifazę sistemą). Šioje schemoje PV sistema, veikianti kaip nuolatinės įtampos šaltinis su tam tikru šaltinio induktyvumu, yra formuojama į kintamosios srovės signalą per keturis IGBT jungiklius, lygiagrečiai sujungtus su laisvosios srovės diodais. Šie jungikliai valdomi prie vartų per PWM signalą, kuris paprastai yra IC išvestis, kuri lygina nešiklio bangą (dažniausiai norimo išėjimo dažnio sinusinę bangą) ir žymiai aukštesnio dažnio etaloninę bangą (dažniausiai trikampio bangą 5–20 kHz dažniu). IGBT išvestis yra formuojama į kintamosios srovės signalą, tinkamą naudoti arba įterpti į tinklą, taikant įvairias LC filtrų topologijas.
Keitikliai priklauso didelei statinių keitiklių grupei, kuriai priklauso daugelis šių dienų„įrenginiai, galintys„konvertuoti„įvesties elektrinius parametrus, tokius kaip įtampa ir dažnis, kad būtų gauta išvestis, suderinama su apkrovos reikalavimais.
Paprastai tariant, keitikliai yra įrenginiai, galintys nuolatinę srovę paversti kintamąja srove, ir yra gana įprasti pramoninės automatikos programose ir elektros pavarose. Skirtingų tipų keitiklių architektūra ir konstrukcija skiriasi priklausomai nuo kiekvieno konkretaus taikymo, net jei jų pagrindinė paskirtis yra ta pati (nuolatinės srovės keitimas į kintamąją).
1. Autonominiai ir prie tinklo prijungti keitikliai
Fotovoltinėse sistemose naudojami keitikliai istoriškai skirstomi į dvi pagrindines kategorijas:
:Autonominiai keitikliai
:Prie tinklo prijungti keitikliai
Autonominiai keitikliai skirti naudoti tais atvejais, kai FV jėgainė nėra prijungta prie pagrindinio energijos paskirstymo tinklo. Inverteris gali tiekti elektros energiją prijungtoms apkrovoms, užtikrindamas pagrindinių elektros parametrų (įtampos ir dažnio) stabilumą. Tai leidžia jiems išlaikyti iš anksto nustatytas ribas, kad atlaikytų laikinas perkrovas. Tokiu atveju keitiklis yra sujungtas su akumuliatorių kaupimo sistema, siekiant užtikrinti nuolatinį energijos tiekimą.
Kita vertus, prie tinklo prijungti keitikliai gali sinchronizuotis su elektros tinklu, prie kurio jie yra prijungti, nes šiuo atveju įtampa ir dažnis yra„primestas„pagrindiniame tinkle. Šie keitikliai turi turėti galimybę atsijungti, jei sugenda pagrindinis tinklas, kad būtų išvengta bet kokio galimo atvirkštinio maitinimo į pagrindinį tinklą, kuris galėtų kelti rimtą pavojų.
- 1 pav. – Autonominės ir prie tinklo prijungtos sistemos pavyzdys. Vaizdo šaltinis: „Biblus“.
2. Koks yra magistralės kondensatoriaus vaidmuo?
2 pav.: Vienfazis impulsinio pločio moduliacijos (PWM)keitiklio sąranka. IGBT jungikliai kartu su LC išėjimo filtru formuoja nuolatinės srovės įvesties signalą į tinkamą naudoti kintamosios srovės signalą. Tai sukeliažalingas įtampos pulsavimas tarp PV gnybtų. ŠynaKondensatoriaus dydis parinktas taip, kad sumažėtų šis pulsavimas.
IGBT tranzistorių veikimas sukelia pulsacinę įtampą FV masyvo gnybtuose. Ši pulsacija kenkia FV sistemos veikimui, nes nominali įtampa, tiekiama į gnybtus, turėtų būti palaikoma IV kreivės maksimalios galios taške (MPP), kad būtų galima išgauti daugiausia energijos. Įtampos pulsacija FV gnybtuose svyruos iš sistemos išgaunamą energiją, todėl
mažesnė vidutinė išėjimo galia (3 pav.). Į magistralę pridedamas kondensatorius, kad būtų išlyginti įtampos pulsavimas.
3 pav.: Įtampos pulsacija, kurią PWM keitiklio schema sukuria ant PV gnybtų, perkelia tiekiamą įtampą nuo PV masyvo maksimalios galios taško (MPP). Tai sukelia masyvo išėjimo galios pulsaciją, todėl vidutinė išėjimo galia yra mažesnė už nominalią MPP.
Įtampos pulsacijos amplitudė (nuo piko iki piko) nustatoma pagal perjungimo dažnį, PV įtampą, magistralės talpą ir filtro induktyvumą pagal:
kur:
VPV yra saulės baterijos nuolatinė įtampa,
Cbus yra magistralės kondensatoriaus talpa,
L yra filtro induktorių induktyvumas,
fPWM yra perjungimo dažnis.
(1) lygtis taikoma idealiam kondensatoriui, kuris įkrovimo metu neleidžia krūviui tekėti per jį, o tada be varžos išleidžia elektriniame lauke esančią energiją. Iš tikrųjų nėra idealaus kondensatoriaus (4 pav.), o yra sudarytas iš kelių elementų. Be idealios talpos, dielektrikas nėra idealiai varžinis, ir maža nuotėkio srovė teka iš anodo į katodą išilgai baigtinės šunto varžos (Rsh), apeidama dielektriko talpą (C). Kai srovė teka per kondensatorių, kontaktai, folijos ir dielektrikas nėra idealiai laidūs, ir su talpa yra nuosekliai sujungta ekvivalentinė nuoseklioji varža (ESR). Galiausiai, kondensatorius kaupia šiek tiek energijos magnetiniame lauke, todėl su talpa ir ESR yra nuosekliai sujungta ekvivalentinė nuoseklioji varža (ESL).
4 pav.: Bendrojo kondensatoriaus ekvivalentinė grandinė. Kondensatorius yrasudarytas iš daugelio neidealių elementų, įskaitant dielektrinę talpą (C), ne begalinę šunto varžą per dielektriką, apeinantį kondensatorių, nuosekliąją varžą (ESR) ir nuosekliąją induktyvumą (ESL).
Net ir tokiame, atrodytų, paprastame komponente kaip kondensatorius, yra daug elementų, kurie gali sugesti arba susidėvėti. Kiekvienas iš šių elementų gali turėti įtakos keitiklio elgsenai tiek kintamosios, tiek nuolatinės srovės pusėse. Siekiant nustatyti, kaip neidealių kondensatorių komponentų degradacija veikia įtampos pulsaciją, atsirandančią per PV gnybtus, naudojant SPICE buvo imituojamas PWM vienpolis H tiltelio keitiklis (2 pav.). Filtro kondensatoriai ir induktoriai buvo atitinkamai palaikomi ties 250 µF ir 20 mH. IGBT tranzistorių SPICE modeliai yra gauti iš Petrie ir kt. darbo. PWM signalą, kuris valdo IGBT jungiklius, nustato atitinkamai aukštos ir žemos pusės IGBT jungiklių lygintuvas ir invertuojantis lygintuvas. PWM valdymo įvestis yra 9,5 V, 60 Hz sinusinė nešlio banga ir 10 V, 10 kHz trikampė banga.
- CRE sprendimas
CRE yra aukštųjų technologijų įmonė, kuri specializuojasi plėvelinių kondensatorių gamyboje, daugiausia dėmesio skirdama galios elektronikos taikymams.
CRE siūlo brandų plėvelinių kondensatorių serijos sprendimą PV keitikliams, įskaitant nuolatinės srovės jungtį, kintamosios srovės filtrą ir slopintuvą.
Įrašo laikas: 2023 m. gruodžio 1 d.