www.powel.ru
«ЭФО»

НОВОСТИ:


«ЛЕГО – это просто!» или  новый взгляд на модульность. Программируемые источники питания и электронные нагрузки компании Elektro-Automatik.

Модульность источников питания подразумевает под собой их легкую взаимозаменяемость, наращивание дополнительного функционала и выходной мощности добавлением дополнительных модулей или блоков. Также это подразумевает под собой быстрый ремонт таких источников питания простой заменой типового модуля. Всем этим условиям в той или иной степени соответствует небольшой ряд продуктов разных производителей, например National Instruments или Agilent, оборудование которых достаточно дорогое и предназначено для исследовательской деятельности. А собственно источников питания и электронных нагрузок на рынке немного.
Этот недостаток готов исправить немецкий производитель программируемых лабораторных источников питания и нагрузок – компания Elektro-Automatik (ЕА). В линейку ее продукции входят приборы, построенные не только по модульному принципу, но и с применением новых схемотехнических решений, например – кзазирезонансные схемы с переключением в нуле токов/напряжений.

Модульные системы и взаимозаменяемость

Компания EA разрабатывает и серийно выпускает программируемые источники питания и электронные нагрузки мощностью от 320Вт до 15кВт на блок. При этом мощность можно нарастить, используя заложенную производителем модульность.

Вам нужна система питания на 30кВт или 45кВт? Ее  можно собрать в 19” шкафу из 15кВт блоков, сохранив весь функционал одиночного прибора. В такой сборке один из блоков становится мастер-устройством, а остальные – ведомыми. Такое соединение возможно для 10 приборов общей суммарной мощностью до 150кВт.

В принципе, объединение возможно для любых одинаковых блоков ЕА мощностью от 1кВт, что позволяет получать любые нестандартные мощности от 4 или 7 кВт вплоть до 150кВт. Электронные нагрузки также обладают такими возможностями при единственном ограничении - у них максимальная мощность составляет 10,5кВт на блок, а суммарная - 105кВт. Общие мощности систем (рис.1) из программируемых источников и нагрузок (например мощные зарядно /разрядные станции) могут достигать 250 кВт.
Выход из строя одного блока системы практически не скажется на общую работоспособность системы тестирования. Имея запас по мощности в 10-15%, остальные блоки благодаря синхронизации распределят нагрузку между собой, по крайней мере, на какое то время. И, благодаря модульности, можно будет заменой одного устройства восстановить работоспособность всей системы, в то время как у других производителей подобные системы, построенные единым блоком, потребуют полного ремонта и остановки производства.

Рис 1. Структура построения программируемой системы из модулей (программируемых источников постоянного тока и электронных нагрузок)

Модульность и ремонтопригодность

Компания Elektro-Automatik,  помимо унификации своего модельного ряда, пошла еще дальше. Оптимизировав схемотехнику программируемых источников питания и электронных нагрузок, она распространила модульность и на внутренний конструктив.
EA разработала линейку внутренних блоков, из которых собираются готовые приборы. Например, источник питания 15кВт в 3U корпусе состоит из 3-х активных блоков (рис.2) мощностью 5кВт каждый, управляемых единым логическим блоком, который синхронизирует их работу и повышает общий КПД, достигающий 92%. При работе на малую (20-30%) нагрузку КПД 15кВт лабораторного блока питания снижается, достигая максимум 70%, а зачастую и меньше. Это стандартная особенность всех источников питания, работающих на минимальную нагрузку.
В модульном устройстве при работе на 20% нагрузку и меньше, процессор управления отключает незадействованные блоки, оставляя работать только один из них на 1/ 3/ 5 кВт (для разных блоков), для которого эта нагрузка превращается в 60% от его мощности, сохраняя оптимальный КПД системы выше 90%.
Такой метод включения характерен для питания мощных процессоров, где контроллер отключает каналы при малой загруженности процессора. Это также позволяет снизить себестоимость прибора, так как для построения систем мощностью  3-15кВт используются унифицированные блоки, что улучшает ремонтопригодность прибора и сроки обслуживания в случае выхода из строя одного из внутренних блоков. Архитектура ЕА унифицирует и удешевляет сборку программируемых источников питания и позволяет отремонтировать данный прибор фактически на месте у пользователя. Диагностика также не составляет сложности, т.к. прибор выдает пользователю коды ошибок при неисправности, сопровождая их звуковым сигналом. По коду можно легко вычислить нерабочий модуль и заменить его прямо на месте, без пересылки прибора производителю.



Рис 2 Внутренний модуль программируемого блока мощностью 1, 3 или 5 кВт

Фактически, системы ЕА в чем-то напоминают конструктор лего (рис.3) из которого можно собрать разные системы, для совершенно разных задач.

Рис 3 Принцип модульного построения

Система тестирования из программируемых источников питания и электронных нагрузок Elektro-Automatik

Рассмотрим подобную систему на примере зарядно - разрядной станции для тестирования и прогонки суперконденсаторов (ионисторов). При емкости до нескольких десятков Фарад, токи и напряжении у  сборок ионисторов (рис.4) достигают значений 5000А (1500В) и выше. Для подробного расчета и контроля процесса тестирования производителю нужно знать и измерять множество параметров.

 

 

Зарядно/разрядная станция должна фиксировать и рассчитывать: 

- емкость, Ф
- энергию, Дж
- ESR, мОм с точностью до 0.01 
- вольтамперную характеристику
- температуру объекта

 

 

Рис 4 Внешний вид суперконденсаторов (ионисторов) и сборок из них

Возьмем в качестве испытуемого объекта (емкостной нагрузки) суперконденсаторы на двойном электрическом слое порядка 3000 Ф, 2,7 - 3,0 В, а точнее - модульные сборки из них до 70 В, 50 Ф, ЛИА. Ток заряда/разряда минимум 100А во всем диапазоне напряжений от 1 до 75 В.

Режимы (рис 5) заряда и разряда: время, токи, напряжения зададим самыми разнообразными, с циклированием. Длительность цикла порядка 1 минуты, количество циклов - от 100 до 10000 и более. Заряд постоянным током до 150 А (в идеале до 500), разряд без паузы током 150 А ( в идеале 500 А). Напряжение заряда 2,7 В минимальное, до 70В максимальное(хотя сборки могут быть и до 600В) и разряд до 1,35 В/банку. Время переключения с заряда на разряд - без паузы, как при токе разряда / заряда в  300 А и 150А, а также возможность импульсного режима тестирования с паузами от секунд до минут.

Рис 5 Возможности программирования режимов заряда/ разряда по точкам

Заказная программируемая зарядно-разрядная станция на напряжение 80 В и током 150 или 300 А, с возможностью выполнения циклических измерений и записью результатов на ПК (с системой регистрации Вольт/Амперных характеристик, расчетом энергии) стоит довольно дорого. При этом она узко специализирована на выполнение определенной задачи, перенастроить ее, например, для тестирования разъемов, пережигание шин, эмуляции питания бортовой сети самолета /автомобиля будет довольно сложно и дорого.

Реализовать данную задачу можно более простым путем, применив несколько модулей Elektro-Automatik.
Исходя из выходной ВАХ (рис.6), для построения данной системы оптимальны (другие варианты блоков приведены в табл.1 и 2):
1.
Программируемый источник питания EA-PSI 9080-340 3U (параметры: 0…80В, 0…340A, 10000 Вт)
Программируемая электронная нагрузка EA-ELR 9080-340 3U (параметры: 0…80В, 0…340A, 7000 Вт) 

2.
Программируемый источник питания EA-PSI 9080-510 3U (параметры: 0…80В, 0…510A, 10000 Вт)
Программируемая электронная нагрузка EA-ELR 9080-510 3U (параметры: 0…80В, 0…510A, 10500 Вт)  

Отличие у выбранных блоков состоит только в выходной мощности, хотя любую систему из них можно расширить, добавив параллельно еще один блок для повышения мощности. При этом в дальнейшем такую наборную систему можно разбить на две менее мощные, или использовать каждый блок / модуль в отдельности, для решения других задач.

Рис 6 Универсальный автодиапазонный выход

Для создания полнофункциональной системы нужно объединить программируемый источник питания с электронной нагрузкой по двухквадрантной схеме [3 подробное описание] (рис.7) используя выводы управления Share-Bus. Такое включение позволяет упростить управление системой: в ней мастер-устройством становится источник питания, а электронная нагрузка, опираясь на заложенную в нее программу, изменяет режим тестирования, подстраиваясь под изменения напряжения и тока источника. Нет необходимости раздельно управлять электронной нагрузкой и и источником, хотя такой режим работы допускается.

 

Рис 7 Двух квадрантная схема включения источника и нагрузки

Мастер-устройством можно управлять не только через программное обеспечение с персонального рабочего места, но и путем загрузки в память прибора программы испытаний. При этом можно выбирать приоритеты исполняемых команд от разных устройств управления. Например, если компьютер, с которого происходило управление, выйдет из строя, то систему можно легко переключить на программу, загруженную в память.

Запрограммировать электронные нагрузки и источники питания можно по-разному, чтобы сначала включался источник, заряжая конденсаторы, а после этого уже включалась нагрузка в определенный период, или смоделировать любой другой режим по математической модели. В самом приборе нет готовой модели эмуляции активной индуктивной или емкостной нагрузки, где можно прописать параметры конденсатора, дросселя или трансформатора и другие параметры. Тем не менее, программно это можно реализовать, создав любую модель, которая по формулам будет задавать значения токов и напряжений, работая по точкам (рис 5), эмулируя нужные процессы (включение стартера и др).

 

Рис 8 Визуальная блок схема LabVIEW

Также при использовании электронной нагрузки с рекуперацией энергии возможен возврат до 93% мощности в сеть предприятия, при разряде тестируемых элементов (суперконденсаторов, аккумуляторов, индуктивностей), что может существенно сократить расходы на электроэнергию. Также можно реализовать замкнутый цикл тестирования, когда энергия разряда тратится на работу источника питания, заряжающего другую сборку из конденсаторов с небольшой компенсацией потерь энергии из сети (рис.10).

 

Система может записывать протокол измерений (I, U, P, R ) или на USB-флешку, или с помощью внешнего программного обеспечения в Excel-файл или в другой нужный формат.
При использовании LabVIEW возможно объединение с оборудование National Instruments и создание любых расчетов внутри программы с использованием формул и математических моделей, графически выводя все дополнительные данные: емкость, энергию, индуктивность и динамику их изменения. То есть, все то же самое, чем по сути и занимаются специализированные программы готовых систем.
Реализовать в LabVIEW подобный анализ не составляет труда, особенно при наличии у компании EA готовых драйверов и виртуальных приборов. Кстати, подобной функцией целочисленного интегрирования (рис.9) обладает даже Excel.

 

Рис 9 Целочисленное интегрирование

Рис 10 Пример реализации системы тестирования (N+1) с рекуперацией энергии и компьютерным управлением

Особенности отдельных блоков модулей, а так же сборок из них.

  • Одно – или Многофазный вход 340... 460 В АС
  • КПД до 95.5%
  • Выходные мощности: 0...3.3 кВт, 0...5 кВт, 0...6.6 кВт, 0...10 кВт, 0...15 кВт, расширение до 150 кВт
  • Выходные напряжения: 0...40 В до 0...1500 В
  • Выходные токи: 0...30 А до 0...510 А, расширение до 0...5100 А
  • Гибко изменяемый, регулируемый мощностью выход
  • Встроенные типы защиты (OVP, OCP, OPP, OTP)
  • Интуитивная сенсорная панель с отображением всех значений, статусов и оповещений
  • Компенсация падения напряжения
  • Гальванически изолированный аналоговый интерфейс
    U / I / P программируются 0...10 В или 0...5 В
    U / I выходной мониторинг 0...10 В или 0...5 В
  • Интегрированный генератор функций
  • Эмуляция фотовольтаических источников
  • Регулировка внутреннего сопротивления
  • Запись профилей/программ пользователя
  • Охлаждение с контролем температуры
  • Модели 40 В соответствуют SELV (EN 60950)
  • Интегрированный порт USB
  • Взаимозаменяемые интерфейс модули (опционально)
  • Поддержка командного языка SCPI
  • Продукция соответствует стандартам:
    EN 61326, IEC 1010, EN 61010
  • ЭМС одобрена TUV по IEC 61000-6-2:2006 Класс B и IEC 61000-6-2:2005

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ELEKTRO-AUTOMATIK

Семейство

PS 9000 1U

PSI 9000 2U

PS 9000 2U

PSI 9000 3U

PS 9000 3U

Внешний вид

Лобораторный источник питания PS_9000_1U Elektro-Automatik

http://www.powel.ru/images/catalog/ElektroAutomatik/PSI-9000-2U.JPG

http://www.powel.ru/images/catalog/ElektroAutomatik/new_view/ps9000_2u_front_fmt.png

http://www.powel.ru/images/catalog/ElektroAutomatik/PSI-9000-3U.JPG

http://www.powel.ru/images/catalog/ElektroAutomatik/new_view/ps9000_3u_front_fmt.png

Особенности

• "I"-интеллектуальные на ПЛИС
• Графический дисплей со всеми установленными значениями и краткой информацией, секвенсор-последовательность, генератор функций
• Интерфейсы управления: CAN / RS232 / USB / GPIB / Profibus / Ethernet / Analog
• Динамичная реакция на изменение нагрузки
•ЭМС соответствует EN 55022 Класс B

Входное напряжение

1-, 3-х фазный вход (активный ККМ)

Выходное напряжение

0...40 В/0...80 В/0...200 В/0...360 В/0...500 В/0...750 В/0...1500 В
0...6 A до 0...510 A
(параллельное вкл. более 5100 A) 

Мощность

0...1000 Вт /0...1500 Вт /0...3000 Вт/0...5000 Вт /0...10000 Вт /0...15000 Вт
(параллельное включение “Мастер-Ведомый” более 10 блоков)

Габариты

19" х 1U

19" х 2U

19" х 3U

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ НАГРУЗКИ ELEKTRO-AUTOMATIK

Семейство

ELR 5000

EL 3000

EA-EL 9000 (HP)

EA-EL 9000 B

ELR 9000 (с рекуперацией)

Внешний вид

http://www.powel.ru/images/catalog/ElektroAutomatik/ELR5000.jpg

http://www.powel.ru/images/catalog/ElektroAutomatik/new_view/el3000_front_fmt.png

http://www.powel.ru/images/catalog/ElektroAutomatik/new_view/el9000hp_7200w_fmt.png

http://www.powel.ru/images/catalog/ElektroAutomatik/ELR-9000-3U.JPG

http://www.powel.ru/images/catalog/ElektroAutomatik/ELR-9000-3U.JPG

Особенности

• Цифровое управление, графический дисплей, аналоговый интерфейс, режимы тестирования батарей и т.д.
• Интерфейсы управления: CAN / RS232 / USB / GPIB / Profibus / Ethernet / Analog
• Параллельное включение более 10 блоков
• Рекуперация энергии обратно в сеть(КПД до 93%)

Напряжение питания

85 - 264 Vac, ККМ >0.99 (1-, 3-х фазный вход )

Входное напряжение

0...80В / 0...200В
0...10A / 0...25А

0...160В/0...400В
0...60A / 0...25A

0...80В до 0...750В
0...25A до 0...600A

0...80В до 0...750В
0...20A до 0...510A

0...80В до 0...1500В
0...22A до 0...510A

Мощность

0..320Вт (на модуль)
Сборка до 3200 Вт

0...400 Вт

0...2.4кВт до 0...7.2кВт

0...1.2кВт до 0...7.2кВт

0...3.5кВт до 0...10.5кВт
(параллельное вкл. более 105кВт)

Габариты

19"×6U×500

240x120x300

19“х2U/3U/6Uх460

19"х3Uх464 

19"х 3U х 609

Заключение

При использовании модульного подхода и стандартных блоков компании ЕА не нужно переплачивать за узкоспециализированную систему, поскольку ни одна из них не измеряет емкость, индуктивность, энергию  и т.д. – все это расчетные данные, полученные из измеренных токов и напряжений. Пользователь продукции ЕА при минимальных затратах получает универсальную систему, которую можно перестроить под любые другие задачи. К тому же вся линейка программируемых источников питания и электронных нагрузок включена в Реестр СИ и полностью сертифицирована для применения в России.

Литература

1. Источники питания Elektro-Automatik. www.powel.ru/producers/ea/
2. www.elektroautomatik.de
3. Леонов А., Касанова А. Варианты создания систем тестирования силовой электроники на базе новинок компании Elektro-Automatik // Компоненты и технологии. 2015. № 6.

PDF IconСтатья: «ЛЕГО» — это просто, или Новый взгляд на модульность. Программируемые источники питания и электронные нагрузки компании Elektro-Automatik

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

ВАШ ТЕХНИЧЕСКИЙ ВОПРОС

 

Другие источники питания Elektro-Automatik


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