ग्रिड टाई इन्वर्टर: 10 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

यह एक भावपूर्ण परियोजना है इसलिए बकवास करें!

ग्रिड टाई इनवर्टर आपको पावर को मेन सॉकेट में धकेलने में सक्षम बनाता है जो एक अद्भुत क्षमता है। मुझे उनके डिजाइन में शामिल पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और कंट्रोल सिस्टम दिलचस्प लगते हैं इसलिए मैंने अपना खुद का निर्माण किया। यह रिपोर्ट मैंने जो कुछ सीखा उसे साझा करती है और दस्तावेज करती है कि मैंने कैसे काम किया। मुझे आपकी किसी भी टिप्पणी में दिलचस्पी होगी (इसके अलावा मुख्य बिजली के साथ खिलवाड़ नहीं करने के बारे में)।

सभी अवधारणाएं मापनीय हैं लेकिन फिल्टर इंडक्टर्स के संतृप्त होने से पहले इस सेटअप में अधिकतम 40 वाट का आउटपुट था। THD <5% के साथ आउटपुट करंट साइनसॉइडल था।

मेरे GitHub पर सॉफ्टवेयर देखें

आपूर्ति

• मैंने STM32F407 विकास बोर्ड का उपयोग किया। यह 168 मेगाहर्ट्ज पर चलता है और इसमें 3 बिल्ट-इन एडीसी हैं जो 2.4MSPS (मिलियन सैंपल प्रति सेकेंड) से अधिक 12 बिट रिज़ॉल्यूशन में सक्षम हैं। यह पागलपन है!
• मैंने DRV8301 डेवलपमेंट बोर्ड का इस्तेमाल किया। इसमें आवश्यक गेट ड्राइवर, करंट शंट और करंट शंट एम्पलीफायरों के साथ 60v H-Bridge है। श्रेष्ठ सुंदर!
• मैंने 2 आउटपुट टैप के साथ 230-25v टॉरॉयडल ट्रांसफार्मर का उपयोग किया। इसका मतलब था कि मुझे सीधे मुख्य वोल्टेज का उत्पादन नहीं करना था, लेकिन इसके बजाय 40 वोल्ट के पीक वोल्टेज के साथ काम कर सकता था। कहीं ज्यादा सुरक्षित!
• मैंने फ़िल्टर के लिए इच्छित L और C मान प्राप्त करने के लिए इंडिकेटर्स और कैपेसिटर के भार को एक साथ जोड़ा।
• इस तरह की परियोजना के लिए एक ऑसिलोस्कोप और अंतर जांच महत्वपूर्ण है। मेरे पास एक पिकोस्कोप है

चरण 1: मुख्य शक्ति क्या है?

पावर आउटलेट (यूके में) में आपको जो मिलता है वह बहुत कम प्रतिबाधा के साथ 50Hz 230v RMS साइनसोइडल सिग्नल है। उसके बारे में कहने के लिए कुछ बातें:

50 हर्ट्ज - मेन्स फ़्रीक्वेंसी 50 हर्ट्ज पर बहुत सटीक रूप से बनी रहती है। यह थोड़ा भिन्न होता है लेकिन 90% समय 49.9-50.1Hz के बीच होता है। यहाँ देखें। आप कल्पना कर सकते हैं कि देश के ऊपर और नीचे बिजली स्टेशनों में सभी विशाल जनरेटर एक साथ घूम रहे हैं। वे हमारे लिए 50Hz साइनसॉइडल सिग्नल का उत्पादन करते हुए समकालिक रूप से घूमते हैं। उनकी संयुक्त विशाल घूर्णी जड़ता को धीमा या गति करने में समय लगता है।

सिद्धांत रूप में, यदि एक बड़ा भार ग्रिड से जुड़ा होता तो यह देश के जनरेटर को धीमा करना शुरू कर देता। हालांकि, जवाब में, नेशनल ग्रिड के नियंत्रण कार्यालय के लोग बिजली स्टेशनों से अपने बॉयलरों को स्टोक करने, गर्मी को कम करने और उन जनरेटर को मांग को पूरा करने के लिए मजबूर करने का अनुरोध करेंगे। इस प्रकार आपूर्ति और मांग एक दूसरे के साथ निरंतर नृत्य में हैं।

50Hz सिग्नल के बारे में कहने के लिए एक और बात। हालाँकि यह लगभग ५० हर्ट्ज़ के बारे में बहुत थोड़ा भिन्न होता है, ऊपर के लोग यह सुनिश्चित करते हैं कि दिन में औसत आवृत्ति ठीक ५० हर्ट्ज़ है। इसलिए यदि ग्रिड १० मिनट के लिए ४९.९५ हर्ट्ज़ पर है, तो वे यह सुनिश्चित करेंगे कि यह ५०.०५ हर्ट्ज़ पर बाद में चलता है ताकि चक्रों की सटीक संख्या ५० हर्ट्ज x ६०सेकंड x ६०मिनट x २४ घंटे = ४,३२०,०००/दिन हो जाए। वे इसे अंतर्राष्ट्रीय परमाणु समय का उपयोग करके ठीक से करते हैं। इसलिए घरेलू, कार्यालय और औद्योगिक उपकरण समय रखने के लिए ग्रिड आवृत्ति का उपयोग कर सकते हैं। यह आमतौर पर उदाहरण के लिए यांत्रिक सॉकेट टाइमर के साथ किया जाता है।

230v - यह 50Hz सिग्नल का RMS (रूट मीन स्क्वायर) वोल्टेज है। वास्तविक संकेत 325v शिखर तक झूलता है। यह जानना महत्वपूर्ण है क्योंकि यदि आप एक इन्वर्टर का निर्माण कर रहे हैं तो आपको प्लग में प्रवाहित होने के लिए कोई भी करंट प्राप्त करने के लिए उच्च वोल्टेज का उत्पादन करने की आवश्यकता है।

वास्तव में, आपके घर में एक प्लग में देखा जाने वाला वोल्टेज काफी परिवर्तनशील होता है। यह तारों, कनेक्टर्स, फ़्यूज़, ट्रांसफार्मर आदि में प्रतिरोध में वोल्टेज ड्रॉप के कारण है। हर जगह प्रतिरोध है। यदि आप 11 किलोवाट (यानी ~ 50 एएमपीएस) खींचते हुए एक इलेक्ट्रिक शॉवर चालू करते हैं तो 0.2 ओम प्रतिरोध भी आपको 10 वोल्ट छोड़ देगा। आप इसे ऐसे देख सकते हैं जैसे रोशनी कभी इतनी कम हो रही हो। बड़ी मोटरें, जैसे कि हूवर में, बड़ी धाराएँ खींचती हैं, जबकि मोटर गति तक पहुँच जाती है। इसलिए जब आप उन्हें चालू करते हैं तो आपको अक्सर रोशनी की हल्की झिलमिलाहट दिखाई देती है।

मेरा कहना है, मुख्य वोल्टेज बहुत अधिक परिवर्तनशील है। यहाँ यूके में इसे +10%/-6% सहिष्णुता के साथ 230v माना जाता है। आप अचानक बदलाव और उतार-चढ़ाव देखने की उम्मीद कर सकते हैं क्योंकि आस-पास के बड़े लोड चालू/बंद हो जाते हैं। टम्बल ड्रायर, केतली, ओवन, हूवर आदि के बारे में सोचें।

साइनसॉइडल - संकेत एक अच्छी साफ साइन लहर होनी चाहिए लेकिन वास्तव में कुछ गैर-रेखीय उपकरण साइन लहर चक्र में कुछ बिंदुओं से अपनी शक्ति चूसते हैं। यह विकृति का परिचय देता है और इसीलिए संकेत एक पूर्ण साइन लहर नहीं है। गैर रेखीय भार में आमतौर पर कंप्यूटर बिजली की आपूर्ति, फ्लोरोसेंट रोशनी, चार्जर, टीवी आदि शामिल होते हैं।

टोटल हार्मोनिक डिस्टॉर्शन (THD) इसे वेवफॉर्म में परिमाणित करता है। एक इन्वर्टर का आउटपुट कितना साफ होना चाहिए, इसके लिए नियम हैं। यदि यह पर्याप्त स्वच्छ संकेत उत्पन्न करने में असमर्थ है तो इसे बिक्री के लिए स्वीकृत नहीं किया जाएगा। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि ग्रिड में हार्मोनिक सामग्री इससे जुड़े कुछ उपकरणों (विशेषकर विषम हार्मोनिक्स) की दक्षता को कम कर देती है। मेरा मानना है कि अधिकतम स्वीकार्य THD 8% है

कम प्रतिबाधा - ग्रिड टाई इन्वर्टर के बारे में सोचते समय इस पर विचार करना महत्वपूर्ण होगा। आगमनात्मक, प्रतिरोधक और कभी-कभी कैपेसिटिव भार सहित मुख्य से जुड़े सभी प्रकार के भार होते हैं। तो प्रतिबाधा अज्ञात और परिवर्तनशील है। प्रतिरोध बहुत छोटा अर्थ है यदि आप एक उच्च वर्तमान लोड को जोड़ते हैं, तो वोल्टेज बिल्कुल भी कम नहीं होगा।

चरण 2: ग्रिड में पावर कैसे डालें

बिजली को ग्रिड में धकेलने के लिए हमें एक ऐसे सिग्नल को संश्लेषित करने की आवश्यकता होती है जो मेन की आवृत्ति और चरण से बिल्कुल मेल खाता हो लेकिन वोल्टेज के साथ कभी इतना थोड़ा अधिक हो।

ग्रिड के कम प्रतिरोध के कारण यह जानना मुश्किल है कि उस वोल्टेज को कितना अधिक बनाना है। और जैसा कि आरएमएस वोल्टेज में उतार-चढ़ाव होता है, हमें यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता होती है कि हम इसके साथ उतार-चढ़ाव करें। बस एक निश्चित 50 हर्ट्ज वोल्टेज सिग्नल का उत्पादन मुख्य वोल्टेज से थोड़ा अधिक काम करने वाला नहीं है!

आउटपुट करंट का PI नियंत्रण

हमें जो चाहिए वह एक नियंत्रण लूप है जिससे हम तात्कालिक धारा को मापते हैं जिसे हम ग्रिड में धकेल रहे हैं और अपने आउटपुट वोल्टेज को अपने इच्छित करंट को चलाने के लिए स्वचालित रूप से समायोजित करते हैं। यह हमारे आउटपुट को प्रभावी रूप से एक वर्तमान स्रोत (वोल्टेज स्रोत के बजाय) में बदल देगा जो कम बाधाओं को चलाने के लिए अधिक उपयुक्त है। हम इसे PI (आनुपातिक अभिन्न) नियंत्रण लूप का उपयोग करके प्राप्त कर सकते हैं:

पीआई नियंत्रण लूप शानदार हैं! उनके 3 भाग हैं:

• मापा मूल्य - वर्तमान हम मुख्य में डाल रहे हैं
• सेटपॉइंट - वह करंट जिसे हम मेन्स में धकेलना चाहते हैं
• आउटपुट - उत्पन्न करने के लिए सिग्नल वोल्टेज

हर बार जब हम पीआईडी एल्गोरिदम कहते हैं, तो हम सबसे हालिया वर्तमान माप और वह सेटपॉइंट पास करते हैं जो हम चाहते हैं। यह एक मनमाना संख्या लौटाएगा (उत्पन्न करने के लिए आउटपुट वोल्टेज के अनुपात में)।

हमारा पीआईडी नियंत्रण एल्गोरिथम हमें उस आउटपुट करंट को चुनने की अनुमति देता है जो हम किसी भी समय चाहते हैं। 50 हर्ट्ज़ साइनसॉइडल आउटपुट करंट उत्पन्न करने के लिए हमें अपने अनुरोधित करंट को साइनसॉइडल फैशन में लगातार बदलने की जरूरत है।

PID एल्गोरिथम को प्रत्येक 100us (प्रति 50Hz चक्र में 200 बार के बराबर) कहा जाता है। हर बार इसे कहा जाता है कि यह आउटपुट वोल्टेज में प्रत्यक्ष समायोजन करने में सक्षम है और इसलिए अप्रत्यक्ष रूप से आउटपुट करंट को समायोजित करता है। परिणामस्वरूप हम एक स्टेप्ड करंट आउटपुट उत्पन्न करते हैं जैसा कि चित्र में दिखाया गया है जिसमें प्रत्येक चरण प्रत्येक 100us पर होता है। यह पर्याप्त संकल्प प्रदान करता है।

फीडफॉरवर्ड नियंत्रण

हम फीडफॉरवर्ड कंट्रोलर को भी जोड़कर पीआई नियंत्रक के कार्यभार को बड़े पैमाने पर कम कर सकते हैं। यह आसान है! हम अनुमानित आउटपुट वोल्टेज जानते हैं जो हमें उत्पन्न करने की आवश्यकता होगी (तात्कालिक ग्रिड वोल्टेज के समान)। पीआई नियंत्रक को आउटपुट चालू करने के लिए आवश्यक छोटे अतिरिक्त वोल्टेज को जोड़ने के लिए छोड़ा जा सकता है।

फीडफॉरवर्ड कंट्रोलर अपने आप में इन्वर्टर के आउटपुट वोल्टेज को ग्रिड के वोल्टेज से मिलाता है। यदि हम पर्याप्त रूप से मेल खाते हैं तो कोई धारा प्रवाहित नहीं होनी चाहिए। इसलिए फीडफॉरवर्ड नियंत्रण उत्पादन नियंत्रण का 99% कर रहा है।

ग्रिड के कम प्रतिरोध के कारण, हमारे एफएफ आउटपुट वोल्टेज और ग्रिड वोल्टेज में किसी भी अंतर के परिणामस्वरूप एक बड़ा करंट होगा। इसलिए मैंने इन्वर्टर और ग्रिड के बीच 1ohm बफर प्रतिरोध जोड़ा। यह नुकसान का परिचय देता है, लेकिन वे भव्य योजना में काफी छोटे हैं।

चरण 3: पीडब्लूएम का उपयोग करके आउटपुट वोल्टेज का उत्पादन करना

यद्यपि हम अप्रत्यक्ष रूप से आउटपुट करंट को नियंत्रित कर रहे हैं, यह एक आउटपुट वोल्टेज है जिसे हम किसी भी समय उत्पन्न कर रहे हैं। हम अपने आउटपुट वोल्टेज का उत्पादन करने के लिए पीडब्लूएम (पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन) का उपयोग करते हैं। PWM संकेतों को आसानी से माइक्रोकंट्रोलर द्वारा उत्पादित किया जा सकता है और उन्हें H-Bridge का उपयोग करके बढ़ाया जा सकता है। वे 2 पैरामीटर, आवृत्ति एफ, और कर्तव्य चक्र डी द्वारा विशेषता सरल तरंग हैं।

एक PWM तरंग 2 वोल्टेज के बीच स्विच करती है, हमारे मामले में 0v और Vsupply

• D = 1.0 के साथ PWM तरंग Vsupply. पर बस DC है
• D = 0.5 के साथ, हमें 0.5 x Vsupply के औसत वोल्टेज के साथ एक वर्ग तरंग मिलती है, (अर्थात D x Vsupply)
• D = ०.१ के साथ, हमें ०.१ x Vsupply. की अवधि के औसत के साथ एक स्पंदित तरंग मिलती है
• D = 0.0 के साथ, आउटपुट एक फ्लैटलाइन (0v पर DC) है

औसत वोल्टेज वह है जो कुंजी है। कम-पास फिल्टर के साथ हम डीसी औसत घटक के अलावा सब कुछ हटा सकते हैं। इसलिए पीडब्लूएम कर्तव्य चक्र डी को बदलकर, हम किसी भी डीसी वोल्टेज को वांछित बनाने में सक्षम हैं। मिठाई!

एच-ब्रिज को नियोजित करना

एक एच-ब्रिज 4 स्विचिंग तत्वों से बना होता है। ये BJT, MOSFET या IGBT हो सकते हैं। साइन वेव की पहली छमाही (0 - 180 डिग्री) का उत्पादन करने के लिए, हम Q3 को बंद करके और Q4 को चालू करके (यानी PWM को D = 0 के साथ लागू करके) चरण B को कम सेट करते हैं। हम फिर चरण ए पर अपना पीडब्लूएमिंग करते हैं। दूसरी छमाही के लिए, जहां वीएबी नकारात्मक है, हम चरण ए को कम करते हैं और हमारे पीडब्लूएम को चरण बी में लागू करते हैं। इसे द्विध्रुवी स्विचिंग के रूप में जाना जाता है।

एच-ब्रिज में एमओएसएफईटी को गेट ड्राइवर द्वारा संचालित किया जाना चाहिए। यह अपने आप में एक विषय है लेकिन एक साधारण चिप इसका ध्यान रख सकती है। DRV8301 देव बोर्ड में हमारे लिए एच-ब्रिज, गेट ड्राइवर और वर्तमान शंट आसानी से रखे गए हैं, जिससे यह परियोजना बहुत आसान हो गई है।

चरण 4: वर्तमान मापना

एच-ब्रिज के प्रत्येक पैर में एक शंट रेसिस्टर और एक डिफरेंशियल एम्पलीफायर होता है। हमारे शंट 0.01ohms हैं और हमारे एम्पलीफायरों को 40 के लाभ के लिए सेट किया गया है। इसलिए 1 एम्प पूरे शंट में 10mV विकसित करता है जिसे बाद में 400mV तक बढ़ाया जाता है।

शंट एम्पलीफायरों के आउटपुट को निरंतर रूपांतरण मोड में चल रहे STM32F407 पर 12 बिट एडीसी द्वारा पढ़ा जाता है। एडीसी 110KSPS पर प्रत्येक शंट का नमूना लेने के लिए सेट हैं और डीएमए नियंत्रक स्वचालित रूप से रैम में 11 शब्द सर्कुलर बफर में रूपांतरण लिखता है। जब एक वर्तमान माप की आवश्यकता होती है तो हम एक फ़ंक्शन को कॉल करते हैं जो इस 11 शब्द बफर का औसत मान देता है।

चूंकि हम प्रत्येक पीआईडी पुनरावृत्ति (10KHz पर) वर्तमान माप का अनुरोध कर रहे हैं, लेकिन 110KHz की दर से हमारे 11 शब्द ADC बफ़र्स को भरते हुए, हमें प्रत्येक PID पुनरावृत्ति पूरी तरह से ताज़ा डेटा प्राप्त करना चाहिए। माध्य फ़िल्टर का उपयोग करने का कारण यह है कि PWM स्विचिंग स्पाइक्स को मिक्स में पेश कर सकता है और माध्य फ़िल्टर नकली ADC नमूनों को बहुत प्रभावी ढंग से मिटा देता है।

यहां एक महत्वपूर्ण बिंदु बनाना है: वर्तमान माप के लिए हम एच-ब्रिज के किस पैर का उपयोग करते हैं? खैर यह इस बात पर निर्भर करता है कि हम वर्तमान में किस चरण में PWMing कर रहे हैं और जो अभी नीचे है। नीचे रखा गया पैर वह है जिससे हम अपने करंट को मापना चाहते हैं क्योंकि करंट हमेशा उस तरफ शंट रेसिस्टर से बहता रहता है। इसकी तुलना में, PWMed की तरफ, जब हाई-साइड MOSFET चालू होता है और निचला-साइड बंद होता है, तो लो-साइड शंट से कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है। इसलिए, हम इन्वर्टर के आउटपुट पोलरिटी के आधार पर करंट को मापने वाले लेग को बदलते हैं। आप इसे चित्र में स्पष्ट रूप से देख सकते हैं, एक अवधि में शंट एम्पलीफायरों में से एक से आउटपुट दिखा रहा है। जाहिर है हम सहज बिट के दौरान रीडिंग लेना चाहते हैं।

हमारे वर्तमान रीडिंग को डीबग करने में मदद करने के लिए। मैंने STM32F407 पर डिजिटल-से-एनालॉग कनवर्टर स्थापित किया है। मैंने वर्तमान रीडिंग लिखी जो मुझे मिल रही थी और आउटपुट को स्कोप किया। आप इसे अंतिम छवि में देख सकते हैं, नीला आउटपुट बफर रेसिस्टर (यानी आउटपुट करंट / 1.1ohms) में वोल्टेज है और लाल सिग्नल हमारा DAC आउटपुट है।

चरण 5: आउटपुट को फ़िल्टर करना

आउटपुट फ़िल्टर डिज़ाइन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। हमें इससे इन विशेषताओं की आवश्यकता है:

1. सभी हाई फ़्रीक्वेंसी स्विचिंग को ब्लॉक करें लेकिन 50Hz सिग्नल पास करें
2. कम नुकसान
3. गूंजने के लिए नहीं!
4. शामिल धाराओं और वोल्टेज से निपटने के लिए

0 - Vsupply वोल्ट के बीच आवृत्ति F, कर्तव्य चक्र D के PWM सिग्नल का फूरियर रूपांतरण है: (D x Vsupply) + मौलिक आवृत्ति F पर साइन तरंगें, और उसके बाद हार्मोनिक्स

ये जबरदस्त है! इसका मतलब है कि अगर हम अपने पीडब्लूएम सिग्नल को कम पास फिल्टर के माध्यम से डालते हैं जो पीडब्लूएम मौलिक और ऊपर की हर चीज को अवरुद्ध करता है। हम अभी डीसी वोल्टेज टर्म के साथ बचे हैं। कर्तव्य चक्र को बदलकर हम आसानी से किसी भी वोल्टेज का उत्पादन कर सकते हैं जिसे हम 0 - बनाम आपूर्ति के बीच चाहते हैं जैसा कि समझाया गया है।

ऊपर वर्णित वांछित विशेषताओं के आधार पर हम आउटपुट फ़िल्टर डिज़ाइन कर सकते हैं। नुकसान से बचने के लिए हमें न्यूनतम प्रतिरोध के साथ कम पास फिल्टर की आवश्यकता है। इसलिए हम केवल इंडक्टर्स और कैपेसिटर का उपयोग करते हैं। यदि हम 1 - 2KHz के बीच एक गुंजयमान आवृत्ति चुनते हैं तो हम प्रतिध्वनि से बचेंगे क्योंकि हम उस आवृत्ति के पास किसी भी संकेत को इंजेक्ट नहीं कर रहे हैं। यहाँ हमारा फ़िल्टर डिज़ाइन है। हम अपने आउटपुट को C1 के पार वोल्टेज के रूप में लेते हैं।

L1 = L2 = 440uH, C1 = 8.4uF चुनकर हम 1.85KHz की गुंजयमान आवृत्ति की गणना करते हैं। ये यथार्थवादी घटक मूल्य भी हैं।

यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि हमारे प्रेरक उन धाराओं पर संतृप्त होना शुरू न करें जिनकी हम अपेक्षा कर रहे हैं। मैंने जिन इंडिकेटर्स का उपयोग किया है उनमें 3A संतृप्ति धारा है। यह हमारे सर्किट की आउटपुट पावर पर सीमित कारक होगा। संधारित्र वोल्टेज रेटिंग पर विचार करना भी महत्वपूर्ण है। मैं कुछ 450v सिरेमिक का उपयोग कर रहा हूँ जो इस मामले में बहुत अधिक है!

एलटीस्पाइस का उपयोग करके बोड प्लॉट (थोड़ा अलग एल/सी मूल्यों के लिए) उत्पन्न किया गया है। यह हमें विभिन्न इनपुट आवृत्तियों पर दिए गए क्षीणन को दिखाता है। हम 1.8KHz पर गुंजयमान आवृत्ति को स्पष्ट रूप से देख सकते हैं। यह दर्शाता है कि एक ५० हर्ट्ज सिग्नल लगभग पूरी तरह से बिना मिलावट वाला होता है जबकि मैं आपको बता सकता हूं कि ४५ किलोहर्ट्ज़ सिग्नल ५४dB द्वारा क्षीण होता है!

तो चलिए हमारे PWM कैरियर फ़्रीक्वेंसी को ~ 45KHz चुनते हैं। उच्च PWM वाहक आवृत्तियों को चुनकर, फ़िल्टर आवृत्ति को उच्च बनाया जा सकता है। यह अच्छा है क्योंकि यह एल और सी मूल्यों को छोटा बनाता है। इसका मतलब है कि छोटे और सस्ते घटक। नकारात्मक पक्ष यह है कि उच्च पीडब्लूएम स्विचिंग फ़्रीक्वेंसी ट्रांजिस्टर स्विच में अधिक नुकसान का परिचय देती है।

चरण 6: चरण और आवृत्ति को सिंक्रनाइज़ करना

मुख्य चरण और आवृत्ति को सिंक्रनाइज़ करना ग्रिड टाई इन्वर्टर बनाता है। हम मुख्य सिग्नल की सटीक चरण ट्रैकिंग प्राप्त करने के लिए एक पीएलएल (फेज लॉक्ड लूप) के डिजिटल कार्यान्वयन का उपयोग करते हैं। हम इसके द्वारा करते हैं:

1. मुख्य वोल्टेज का नमूना लेना
2. अपने स्वयं के स्थानीय ५० हर्ट्ज़ साइनसॉइडल सिग्नल का उत्पादन करना
3. हमारे स्थानीय सिग्नल और मुख्य सिग्नल के बीच के चरण की तुलना करना
4. 2 संकेतों के बीच चरण अंतर शून्य होने तक स्थानीय सिग्नल की आवृत्ति को समायोजित करना

1) मुख्य वोल्टेज का नमूना लेना

हम लाइन वोल्टेज को पढ़ने के लिए तीसरे एडीसी चैनल को कॉन्फ़िगर करते हैं। यह हमें एक ट्रांसफॉर्मर टैप को दिखाए गए अनुसार वोल्टेज को विभाजित करके मिलता है। यह एक स्केल्ड वोल्टेज प्रदान करता है जो लगभग 1.65v भिन्न होता है जो वास्तव में ग्रिड वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करता है।

2) एक स्थानीय ५० हर्ट्ज़ साइनसॉइडल सिग्नल का उत्पादन करना हमारे अपने स्थानीय ५० हर्ट्ज साइन वेव का उत्पादन करना आसान है। हम 256 साइन वैल्यू की लुकअप टेबल स्टोर करते हैं। हमारा सिम्युलेटेड साइन वैल्यू एक लुकअप इंडेक्स का उपयोग करके आसानी से प्राप्त किया जाता है जो तालिका के माध्यम से वृद्धिशील रूप से घूमता है।

50Hz सिग्नल प्राप्त करने के लिए हमें अपने इंडेक्स को बिल्कुल सही दर से बढ़ाना चाहिए। अर्थात् २५६ x ५० हर्ट्ज = १२, ८००/एस। हम 168 मेगाहर्ट्ज पर घड़ी 9 का उपयोग करके ऐसा करते हैं। १६८ मेगाहर्ट्ज/१२८०० = १३१२५ घड़ी टिक की प्रतीक्षा करके हम अपने सूचकांक को सही दर पर आगे बढ़ाएंगे।

3) हमारे स्थानीय सिग्नल और मुख्य सिग्नल के बीच के चरण की तुलना करना यह अच्छा हिस्सा है! यदि आप 1 अवधि में cos(wt) x sin(wt) के गुणनफल को एकीकृत करते हैं तो परिणाम शून्य होता है। यदि चरण अंतर 90 डिग्री के अलावा कुछ भी है तो आपको एक गैर-शून्य संख्या मिलती है। गणितीय रूप से:

इंटीग्रल [असिन (टी) एक्स बीसिन (टी + φ)] = सीसीओएस (φ)

यह भी खूब रही! यह हमें अपने स्थानीय सिग्नल, sin(⍵t + φ) के साथ मुख्य सिग्नल, sin(ωt) की तुलना करने और एक मान प्राप्त करने की अनुमति देता है।

हालाँकि एक समस्या है जिसे संबोधित करने की आवश्यकता है: यदि हम अपने संकेतों को चरण में बनाए रखना चाहते हैं तो हमें Ccos (φ) शब्द को अधिकतम रखने के लिए अपनी स्थानीय आवृत्ति को समायोजित करने की आवश्यकता है। यह बहुत अच्छा काम नहीं करेगा और हमें खराब चरण ट्रैकिंग मिलेगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि cos(φ) का d/dφ = 0 पर 0 है। इसका मतलब है कि चरण में परिवर्तन के साथ Ccos(φ) शब्द बहुत अधिक भिन्न नहीं होगा। क्या इसका कोई मतलब है?

सैंपल मेन सिग्नल को 90 डिग्री से फेज शिफ्ट करना कहीं बेहतर होगा ताकि यह कॉस (ωt +) बन जाए। तब हमारे पास यह है:

इंटीग्रल [असिन (टी) बीकोस (टी + φ)] = सीसिन (φ)

90 डिग्री फेज शिफ्ट पेश करना आसान है, हम सिर्फ अपने मेन्स एडीसी वोल्टेज सैंपल को बफर के एक छोर में डालते हैं और बाद में 90 डिग्री के फेज शिफ्ट के अनुरूप उन्हें कई सैंपल निकालते हैं। चूंकि ग्रिड आवृत्ति मुश्किल से 50 हर्ट्ज से भिन्न होती है, इसलिए एक साधारण समय विलंब तकनीक शानदार ढंग से काम करती है।

अब हम अपने 90 डिग्री फेज शिफ्ट किए गए मेन सिग्नल को अपने स्थानीय सिग्नल से गुणा करते हैं और अंतिम अवधि (अर्थात पिछले 256 मानों से अधिक) के दौरान उत्पाद का एक चालू अभिन्न अंग रखते हैं।

हम जो परिणाम जानते हैं वह शून्य होगा यदि 2 संकेतों को ठीक से 90 डिग्री अलग रखा जाए। यह शानदार है क्योंकि यह उस चरण बदलाव को पूर्ववत करता है जिसे हमने अभी मुख्य सिग्नल पर लागू किया है। केवल स्पष्ट करने के लिए, अभिन्न शब्द को अधिकतम करने के बजाय हम इसे शून्य रखने का प्रयास कर रहे हैं और हम अपने मुख्य सिग्नल को चरणबद्ध कर रहे हैं। इन 2 परिवर्तनों द्वारा शुरू की गई 90 डिग्री फेज शिफ्ट एक दूसरे को रद्द कर देती है।

तो अगर Integral_Result <0 हम जानते हैं कि हमें अपने स्थानीय थरथरानवाला आवृत्ति को मुख्य के साथ चरण में वापस लाने के लिए बढ़ाना चाहिए, और इसके विपरीत।

4) स्थानीय सिग्नल की आवृत्ति को समायोजित करना यह बिट आसान है। हम बस अपने सूचकांक के माध्यम से वृद्धि के बीच की अवधि को समायोजित करते हैं। हम सीमित करते हैं कि हम कितनी तेजी से चरण अंतर को ठीक कर सकते हैं अनिवार्य रूप से नकली जो कुछ भी फ़िल्टर कर रहे हैं। हम इसे बहुत छोटे I टर्म वाले PI कंट्रोलर का उपयोग करके करते हैं।

और बस। हमने अपने स्थानीय साइन वेव ऑसिलेटर (जो आउटपुट करंट सेटपॉइंट सेट करता है) को मेन वोल्टेज के साथ फेज में बंद कर दिया है। हमने एक PLL एल्गोरिथम लागू किया है और यह एक सपने की तरह काम करता है!

हमारे स्थानीय थरथरानवाला की आवृत्ति बढ़ने से मुख्य सिग्नल पर लगाए गए चरण बदलाव भी कम हो जाते हैं। चूंकि हम आवृत्ति समायोजन को +/- 131 टिक (+/- ~ 1%) तक सीमित कर रहे हैं, इसलिए हम चरण बदलाव को +/- 1° से अधिक से अधिक प्रभावित करेंगे। चरण सिंक्रनाइज़ होने पर यह बिल्कुल भी मायने नहीं रखेगा।

सैद्धांतिक रूप से यदि मेन फ़्रीक्वेंसी 0.5Hz से अधिक विचलित होती है तो हम अपना फेज़ लॉक खो देंगे। यह हमारी उपरोक्त बाधा के कारण है कि हम अपने स्थानीय थरथरानवाला आवृत्ति को कितना समायोजित कर सकते हैं। हालाँकि ऐसा तब तक नहीं होने वाला है जब तक कि ग्रिड विफल होने वाला नहीं है। हमारी द्वीप-विरोधी सुरक्षा वैसे भी इस बिंदु पर लागू होगी।

हम ऑफ़सेट से इनफ़ेज़ संकेतों को शुरू करने के लिए अपना सर्वश्रेष्ठ प्रयास करने के लिए स्टार्ट अप पर एक शून्य क्रॉसिंग डिटेक्शन करते हैं।

चरण 7: द्वीप विरोधी

विकिपीडिया में द्वीपीय और द्वीप-विरोधी तकनीकों के बारे में एक अद्भुत लेख है। इसका तात्पर्य यह भी है कि जब इस विषय की बात आती है तो लोग आवश्यकता से अधिक फुफकारते और फड़फड़ाते हैं। "ओह, आप अपना ग्रिड टाई इन्वर्टर नहीं बना सकते, आप किसी को मार देंगे आदि।"

जैसा कि विकिपीडिया लेख द्वारा बेहतर समझाया गया है, हम कुछ सुरक्षा सावधानियों को नियोजित करते हैं जो एक साथ पर्याप्त सुरक्षा प्रदान करते हैं (मेरी राय में):

1. अंडर / ओवर वोल्टेज
2. अंडर/ओवर फ़्रीक्वेंसी

हम इन स्थितियों का पता लगा सकते हैं बस हमारे सैंपल स्केल किए गए मेन वोल्टेज का विश्लेषण करके। अगर कुछ भी गलत हो जाता है, तो एच-ब्रिज को अक्षम कर दें और चीजों के सामान्य होने की प्रतीक्षा करें।