خاطرات 1nafar: طراحی و ساخت شارژر 40 کلیو واتي

[1nafar]

سلام
چند وقتی هست که با چند تا از همکارام داریم روی ساخت یک شارژر 40 کلیو واتي کار میکنیم ، این شارژر دارای بلوک دیاگرامی به شکل زیر هست :

همانطور که توی تصویر بالا می بینید ولتاژ ورودی از دو تا سوکت 380 ولتی با حداکثر جریان دهی 63 آمپر تامین میشه و بعد از اعمال شدن یه یک فیلتر EMI ( که در ادامه در موردش بحث خواهیم کرد ) وارد یک ترانس 380 به 110 ولت که دارای اولیه مثلت و خروجی ستاره هست خواهد شد .
ولتاژ متناوب 110 ولتی خروجی ترانس به 6 تا تریستور قدرت اعمال میشه و بعد از یکسو شدن و عبور از فیلتر های سلفی و خازنی به باطری های که قراره شارژ بشن اعمال میشه .

فیلتر EMI :
همه ما میدونیم که ولتاژ متناوب دارای یک شکل موج سینوسی کاملا خطی و بدون اعوجاج هست ، این شکل موج در صورتی که به یک مصرف کننده ی غیر خطی ( نظیر یک منبع تغذیه که ممکنه جریان های مختلفی از اون کشیده بشه ) اعمال بشه ، ممکنه در بعضی از نقاط دچار اعوجاج بشه :

در صورتی که منبع اصلی تامین کننده ی ولتاژ ( نیروگاه ) یا خطوط انتقال نیرو توانایی تامین کردن جریان مورد نیاز در اولیه ترانس رو نداشته باشن ، هنگامی که باری به خروجی شارژر متصل میشه و جریان زیادی رو از اون میکشه ، در لحظه ی اتصال بار ، افت ولتاژی در ولتاژ ورودی ایجاد میشه ، این افت ولتاژ لحظه ای ( که ممکنه بعد از چند میکرو ثانیه رفع بشه ) هارمونیکی رو بر روی برق شهر ایجاد میشه ، هارمونیک بوجود اومده تاثیری نا مطلوبی بر روی سایر مصرف کننده های که با شارژر موازی شدن و به برق اصلی متصل هستند میزاره .
برای رفع کردن هارمونیک های ایجاد شده و به نوعی جبران کردن افت ولتاژ های که در اینده ایجاد خواهند شد از فیلتری به نام فیلتر EMI استفاده میشه ، این فیلتر ها در ولتاژ های سه فاز AC دارای شماتیکی مانند شکل زیر هست :

برای اشنایی با نحوه ی ساخت فیلتر های EMI می تونید مطالب موجود در ادرس زیر رو مشاهده کنید :

EMI Filter Design Guide - EMI Filters Circuit Design and Specifications

در باطری شارژر موجود ، ما از اولین مدار موجود در تصویر بالا به عنوان فیلتر ورودی استفاده کردیم ، این فیلتر قراره از تاثیر نویز های ایجاد شده توسط شارژر ( که معمولا در جریان های بالا ایجاد میشه ) جلو گیری کنه ، کاربرد دیگه ای که برای این فیلتر در نظر گرفته شده اصلاح ضریب توان یا کسینوس فی هست . ( در این شارژ ما یک ترانس داریم که توان راکتیو قابل توجه ای رو به شبکه اعمال میکنه ، در مورد مباحث توان در ادامه بحث خواهیم کرد ) .

ترانس ورودی :
ترانس استفاده شده در شارژر از نوع مثلث به ستاره هست ، شما میتونید قبل از شروع بحث ترانس مطالب زیر رو برای آشنایی بیشتر با نحوه ی محسبات و... بخونید :

Understanding The Basics of Wye Transformer Calculations

[1nafar]

سلام
شارژر فوق قراره دارای ولتاژ 150 ولت و جریان 250 آمپر در خروجی باشه ، در این شارژر کاربر میتونه با انتخاب کردن نوع باطری ( دادن مقدار جریان و ولتاژ باطری ) مقدار خروجی رو تعیین کنه ، برای درک بهتر مطلب فرض کنید که ما تعداد 50 عدد باطری 800 آمپر ساعتی با ولتاژ 1.2 ولت در هر سلول ، داریم ، طبق استاندارد های تعیین شده توسط شرکت های باطری سازی ، باطری شارژر باید بتونه توان های زیر رو برای شارژ صحصح باطری تامین کنه :

شارژ اولیه :
برای نگهداری باطری های ni-cd ( که معمولا بیشترین استفاده رو در ups و... در مراکز صنعتی دارن ) نیاز هست تا اونا رو به صورت خشک ( بدون الکترولیت ) و در دمای زیر 25 درجه نگهداری کرد ، در این شرایط باطری میتونه تا چندین سال بدون نیاز به شارژ و.... سالم بمونه .
در این شرایط اگه روزی نیاز به استفاده از باطری باشه ، باید بعد از پر کردن اون از ماده ی الکترولیت که معمولا ماده ای به نام "ئیدروکسید پتاسیم ولیتیم " هست ، ولتاژی تا دو برابر ولتاژ نامی و جریانی برابر با 30 % جریان نامی بهش اعمال بشه . بعد از این پروسه که معمولا تا 10 ساعت طول می کشه اپراتور باید باطری رو با کشیدن 20% جریان نامی دشارژ کنه و دوباره اون رو با شرایط قبلی شارژ کنه .
در این حالت باطری اماده هست تا در باطری روم قرار بگیره و با شارژر ups که میتونه اون رو در حالت نرمال (FLOAT ) یا سریع ( Boost ) به ترییب با ولتاژ های 1.2 و 1.4 ولت برای هر سلول و جریان 10% و 20% ظرفیت نامی شارژ کنه شارژ بشه .
شارژ ثانویه :
این نوع شارژ معمولا توسط شارژ های موجود بر روی ups ها و... انجام میشه ، در این شارژ باطری میتونه به صورت کامل یا ناقص در حالت های نرمال یا سریع شارژ بشه . توجه کنید که باطری های ni-cd تقریبا شبیه به باطری های موبایل هستند و اولین شارژ برای اونا خیلی مهم هست .

با توجه به مطالب بالا باطری شارژر ما باید بتونه جریان 240 امپر و ولتاژی تا 120 ولت رو برای شارژ کردن باطری ها تامین کنه ، نحوه ی شارژ کردن باطری ها به این صورت خواهد بود که کنترل کننده ی شارژر با تحریک کردن گیت تریستور ها شروع به افزایش ولتاژ خروجی از صفر به سمت 120 ولت میکنه ، در همین حین مقدار جریان کشیده شده توسط باطری اندازه گرفته میشه و هنگامی که مقدار اون با جریان تنظیم شده برابر شد ، ولتاژ ثابت میشه .
وقتی که جریان کشیده شده کمتر شد ، مقدار ولتاژ زیاد میشه و این روند تا 10 ساعت ادامه پیدا میکنه . در این حالت شارژ اولیه باطری های ni-cd دارای منحنی ای به شکل زیر خواهد بود :



با توجه به اینکه حداکثر ولتاژ مورد نیاز ما در خروجی شارژر برابر با 150 ولت خواهد بود ، نیاز به ترانسفورماتوری است که بتواند ولتاژ 400 ولت موجود در ورودی را به ولتاژ 110 ولت تبدیل کند ، همانطور که میدانید اتلاف ولتاژ زیاد بر روی تریستور ها باعث به هدر رفتن منابع و همچنین عدم دسترسی به ولتاژ های پایین خواهد شد .
مطابق مطالب موجود در پست قبلی محاسبات مربوط به ترانس های سه فاز تقریبا شبیه به محاسبات ترانس های تک فاز است که شما میتوانید اطلاعات مربوط به ان را در سطح وب پیدا کنید .
در پست بعد در مورد تریستور ها و نحوه ی راه اندازی آنها بحث خواهیم کرد .