www.powel.ru
«ЭФО»

НОВОСТИ:


Варианты создания систем тестирования силовой электроники на базе новинок компании Elektro-Automatik

Александр Леонов
alm@efo.ru
Аида Касанова
kam@efo.ru

В статье приведено несколько возможных вариантов построения систем тестирования силового оборудования на базе новых программируемых источников питания совместно с электронными нагрузками серии 9000 с рекуперацией энергии. все рассмотренные приборы являются разработкой немецкой компании Elektro-Automatik, специализирующейся на производстве лабораторных источников питания и электронных нагрузок с расширенным функционалом для питания и тестирования оборудования.

Рис. 1. Оборудование для испытаний:
а)  PS 9080-170 3U — программируемый источник питания;
б)  ELR 9080-170 — электронная нагрузка с рекуперацией
Рис. 2. Шумы и пульсации блока PSI 9000
в соответствии со стандартом EN 55022 Класс B

Немецкая компания Elektro-Automatik представила на рынке новую серию источников PSI 9000 (рис. 1а), предназначенных для создания систем питания мощностью от 3,3 до 15 кВт на блок с внутренней и внешней модульной архитектурой. Что это значит? Возьмем для примера источник питания PSI 9200-210 3U на 15 кВт. Он состоит из трех модулей по 5 кВт, объединенных параллельно выходу, с одной управляющей платой. Данная архитектура позволяет сохранить производительность блоков питания на достаточно высоком уровне при уменьшении мощности работы системы. В процессе использования 15-кВт источника на 20-30% от Pmax КПД остается максимальным (90-92%), как и при полной мощности источника, поскольку задействован лишь один из внутренних модулей. В то время как остальные модули подключаются при повышении нагрузки. Тот же принцип используется для создания систем до 150 кВт и более из N+1 источников питания, где в качестве модуля используется сам блок PSI 9000.
Блоки питания серии PSI 9000 как по отдельности, так и при объединении нескольких источников в систему, по электромагнитной совместимости, шумам и пульсациям (EMC) соответствуют стандарту EN 55022 Класс B (рис. 2). Источники питания такой мощности, удовлетворяющие данному стандарту, выпускает только компания Agilent Technologies.
Неизменным плюсом новых программируемых источников питания PSI 9000 является совместимость в работе с электронными интеллектуальными нагрузками ELR 9000 (рис. 1б), обеспечивающими возврат энергии в сеть с КПД до 93-95%. Подобная схема реализации имеет место, поскольку в приборах предусмотрены разъемы для подключения выхода электронной нагрузки сразу на клеммы питания источника, что позволяет создавать замкнутую сеть внутри предприятия, к которой, в свою очередь, может быть подключено стороннее оборудование, потребляющее электроэнергию.

Таким образом, полностью рекуперативную систему можно реализовать в шкафу размером 19" (с возможностью переконфигурирования по требованию заказчика). Следует заметить, что в зависимости от типа системы в шкаф может быть установлено до 15 блоков мощностью свыше 150 кВт.
Существует множество вариантов включения источников питания и электронных нагрузок в систему тестирования оборудования и управления через различные интерфейсы (USB, GPIB, CAN, LAN/Ethernet, RS232, Analog, Profibus и др.).
Для наглядности представим несколько возможных конфигураций систем тестирования.

  • Конфигурация 1 (рис. 3а)
  • 1 электронная нагрузка 1 источник питания 1 тестируемый объект E.U.T.

Это наиболее общая схема и наименее проблематичная.
В этом случае номинальные значения U, I и Р для двух устройств должны совпадать.
Пример: ELR 9080-170 и PS 9080-170 3U (U = 0-80 В, I = 0-170 А).
Такая система подходит для тестирования бортовых сетей автомобиля, разъемов, реле, аккумуляторов и т. д. Например, в качестве генератора автомобиля можно использовать источник питания, запрограммированный на имитацию его работы, а электронная нагрузка может симулировать работу любого бортового оборудования, в частности стартера. Этот метод позволит протестировать в динамическом режиме всю электрику автомобиля, к примеру, заряд/разряд аккумулятора.
Предложенная конфигурация также используется для имитации различных нагрузочных условий на солнечные фотогальванические панели, чтобы определить их динамические характеристики при подключении к фотогальваническим инверторам.

  • Конфигурация 2 (рис. 3б)
  • 1 электронная нагрузка множество источников питания 1 тестируемый объект E.U.T.

 

Рис. 3. Пример реализуемых систем тестирования и испытания:а)  конфигурация из 1 нагрузки и 1 источника;
б)  конфигурация из 1 нагрузки и N+1 источников;в)  конфигурация из N+1 нагрузок и N+1 источников

Здесь источники питания соединяются с нагрузкой через Share Bus, что позволяет им работать в паре попеременно или в другом режиме с обратной связью для согласования. При этом источники питания синхронизируются между собой с равным распределением нагрузки, один из источников становится мастер-устройством, через которое осуществляется управление как с приборной панели, так и удаленно с ПК, а второй — ведомым.
По данной схеме в сети одновременно работают несколько источников питания
и одна электронная нагрузка. Соответственно, мощность, вырабатываемая источниками, выше, чем потребляемая нагрузкой.
Подобные системы предназначены для случаев, когда тестируемое оборудование потребляет значительную часть энергии, а электронная нагрузка является элементом испытательной системы, работающей как прибор потребления энергии и ее возврата в сеть. Такой вариант обычно применяется для электромобильного оборудования (электродвигатели), где источник используется для питания электромотора, а возникающая ЭДС самоиндукции при «движении под горку» рекуперирует через электронную нагрузку энергию обратно в сеть. Описанный принцип запуска и рекуперации энергии тоже находит применение в тестировании индук-тивностей, таких как магнитные ускорители, катушки, дроссели и трансформаторы, в которых внезапный разряд энергии (пиковые напряжения) отходит обратно к источнику постоянного тока и может привести к серьезному повреждению, если эта энергия не будет рассеяна/поглощена нагрузкой.

  • Конфигурация 3 (рис. 3в)
  • Множество электронных нагрузок множество источников питания 1 тестируемый объект E.U.T.

Данная схема актуальна для увеличения общей производительности системы тестирования.
Возможна реализация смешанной комбинации в 19" 42U шкафах из различного количества источников питания и нагрузок общей мощностью более 150 кВт с возвратом в сеть до 93-95% от нагрузки (рис. 4). При таком подходе происходит снижение затрат на электроэнергию, обслуживание и установку систем охлаждения, которые требуются для традиционных электронных нагрузок, преобразующих входную DC-энергию в тепло.
Вышеописанные системы реализуются с программным управлением. Все блоки работают согласованно, автоматически тестируя оборудование — электродвигатели, источники питания, IGBT, топливные элементы, аккумуляторные батареи для электротранспорта и автомобилестроения, стартеры, электропроводки и т. д.

 

 
Рис. 4. Пример реализации системы тестирования (N+1) с рекуперацией энергии и компьютерным управлением  
  • Особенности программируемых источников питания серии PS 9000:
    • 1-, 2- или 3-фазные сети питания с активным ККМ;
    • гальванически изолированный выход DC;
    • КПД до 96%;
    • гибкая выходная характеристика;
    • входные номинальные мощности до 15 кВт на блок;
    • расширение системы до 300 кВт и более (19"-стойки);
    • выходные напряжения до 1500 В (до 12 000 В - высоковольтные источники);
    • EMC соответствует EN 55022 Класс B;
    • FPGA/DSP цифровое управление;
    • интегрированный генератор функций (синус, треугольник, трапеция и др.);
    • встроенные типы защиты (OVP, OCP, OPP, OTP);
    • запись профилей/программ пользователя;
    • встроенный аналоговый интерфейс и USB;
    • шина «ведущий/ведомый» для параллельного соединения;
    • дополнительный порт USB для флэш-памяти;
    • взаимозаменяемые интерфейсные модули RS-232, CAN, GRIB (IEEE), Profibus, Ethernet/LAN;
    • программное обеспечение EasyPower;
    • возможность управления через LabVIEW.

Заключение

Из рассмотренных материалов можно сделать вывод о том, что программируемые источники питания и электронные нагрузки, реализуемые компанией Elektro-Automatik, относятся к классу современных Hi-Tech-систем питания. Высокотехнологичное производство, а также активное внедрение инновационных технологий и новейших решений позволяет компании EA разрабатывать и производить многофункциональные продукты с широким спектром возможностей и универсальных в применении.

Литература

  1. Источники питания Elektro-Automatik
     http://www.powel.ru/producers/ea/
  2. Другие статьи по источникам питания Elektro-Automatik

Квалифицированную техническую поддержку
по продукции Elektro-Automatik можно
получить в компании "ЭФО"

ВАШ ТЕХНИЧЕСКИЙ ВОПРОС


Дистрибуция электронных компонентов www.efo.ru © All rights reserved. EFO Ltd.
При использовании материалов
ссылка на источник обязательна.
Создание сайта © 2010 PointDesign™
Конструктивы и корпуса РЭА www.korpusa.ru Микроконтроллеры www.mymcu.ru Микросхемы Altera altera.ru
Мир беспроводных решений www.wless.ru Волоконно-оптические компоненты www.infiber.ru Кварцевые резонаторы
и генераторы Golledge
www.golledge.ru
Силовая электроника www.efo-power.ru Электротехническая продукция www.efo-electro.ru Контрольно-измерительные приборы www.efometry.ru