tytuł grafiki fotowoltaika toruń
Fotowoltaika Forum - forum energii odnawialnej Strona Główna Fotowoltaika Forum - forum energii odnawialnej
Fotowoltaika forum, opinie, informacje...

FAQFAQ  SzukajSzukaj  UżytkownicyUżytkownicy  GrupyGrupy  StatystykiStatystyki
RejestracjaRejestracja  ZalogujZaloguj  AlbumAlbum  DownloadDownload

Poprzedni temat «» Następny temat
Instalacje fotowoltaiczne - IZOLOWANY POMIAR PRĄDU
Autor Wiadomość
VOLTAIC
[Usunięty]

Wysłany: 2013-11-20, 14:15   Instalacje fotowoltaiczne - IZOLOWANY POMIAR PRĄDU

Schemat kompletnego izolowanego systemu do pomiaru prądu dedykowany do zastosowań w instalacjach fotowoltaicznych.

Proponowany układ charakteryzuje się wysoką niezawodnością i może zostać umieszczony blisko rezystora pomiarowego w systemie. Dzięki izolacji galwanicznej możliwe jest bezpośrednie podłączenie wyjścia układu do, na przykład, procesora DSP. Wyjściem jest pojedynczy strumień bitowy z przetwornika sigma-delta z zegarem 16 MHz.

Proponowany układ jest idealny do aplikacji gdzie konieczne jest monitorowanie prądu zmiennego na przykład w aplikacjach fotowoltaicznych, gdzie napięcie zmienne może wahać się od zera do kilkuset woltów a prąd od kilki miliamperów do 25 A.

Możliwości układu

W układzie wykorzystano opornik pomiarowy o oporze 1 mΩ w celu pomiaru wartości płynącego prądu w zakresie od -25 A do 25 A.
Analogowa część układu pomiarowego składa się z wspomnianego opornika oraz podwójnego wzmacniacza operacyjnego AD8639. charakteryzującego się niskim napięciem offsetu. Wzmocnienie tego układu ustawione zostało na 10 V/V w celu wykorzystania pełnego zakresu wejściowego przetwornika AD7401A. Jest to 1 bitowy izolowany modulator sigma-delta, przekształcający sygnał analogowy na 1 bitowy strumień danych, pozwalający na konwersję analogowo-cyfrową z wykorzystaniem dalszych układów DSP i filtrów cyfrowych sinc³. Maksymalny zakres wejściowy tego układu wynosi ±250 mV. W celu zwiększenia zakresu pomiarowego opisywanego układu konieczne jest jedynie zmniejszenie wzmocnienia osiąganego na AD8639, tak aby pełny zakres pomiarowy (nawet do ±100 A) pokrywał cały zakres wejść modulatora AD7401A. Pozwala to na zmaksymalizowanie precyzji urządzenia i wykorzystanie całego potencjału użytego modulatora.

Płynący przez opornik pomiarowy prąd o natężeniu ±25 A wytwarza na 1 mΩ oporniku spadek napięcia ±25 mV. Napięcie to jest następnie wzmacniane (10x) przez AD8639 i podawane na wejście modulatora AD7401A. Dzięki wykorzystaniu wejścia różnicowego w modulatorze działa on jak wzmacniacz różnicowy, używany w klasycznej aplikacji wzmacniacza pomiarowego opartego o trzy wzmacniacze operacyjne. Pozwala to uprościć konstrukcję układu i wyeliminować jeden wzmacniacz operacyjny.

Użyty wzmacniacz operacyjny charakteryzuje się napięciem offsetu wynoszącym jedynie 3 µV i dryftem na poziomie 0,01 µV/°C. Szum tego układu w zakresie od 0,1 Hz do 10 Hz wynosi 1,2 µV napięcia międzyszczytowego. Dzięki takim parametrom idealnie nadaje się do aplikacji w układzie gdzie wszelkie błędy DC muszą być zminimalizowane. Z kolei niski dryft jest bardzo korzystny dla aplikacji fotowoltaicznych, gdyż układ pracować musi w szerokim zakresie temperatur otoczenia. Dodatkowo w wielu systemach korzystanie na parametry pracy wpływa możliwość pracy z wyjściem rail-to-rail opisywanego układu, co pozwala poprawić stosunek sygnału do szumu (SNR).

W opisywanym projekcie wykorzystano pierścień ochronny (ang. guard ring) w celu zapobieżenia wnikania zakłóceń do układu w sekcji niskonapięciowej. Diody Schottkiego BAT54 dodano na wejściach wzmacniacza operacyjnego w celu zapewnienia zabezpieczenia przed nadmiernym napięciem oraz zakłóceniami ESD.

Pomiędzy wzmacniaczami a modulatorem AD7401A wstawiony jest prosty filtr RC złożony z kondensatora 1 nF i opornika 102 Ω, którego celem jest ograniczenie szumu szerokopasmowego. Różnicowe pasmo tego filtra wynosi 1,56 MHz i wydatnie redukuje poziom szumów na wejściu modulatora.

Do swojej pracy modulator sigma-delta potrzebuje sygnału zegarowego z zewnętrznego źródła, jakim może być procesor DSP lub układ FPGA. Częstotliwość tego zegara zawierać się musi pomiędzy 5 MHz a 20 MHz. W projekcie pokazanym na powyższym schemacie wykorzystano zegar o częstotliwości 16 MHz. Wyjście danych z izolowanego modulatora może być bezpośrednio podłączone do układu DSP, gdzie po wykorzystaniu filtra sinc³ możliwa jest konwersja danych z modulatora na wartość napięcia.

Wykorzystując układy z rodziny AD740x możliwe jest monitorowanie nie tylko parametrów zmiennoprądowych, ale także stałoprądowych. Dzięki temu możliwe jest wykrywanie pojawienia się stałego napięcia na wyjściu układu fotowoltaicznego. Jest to o tyle istotne iż nadmierny poziom stałego prądu w sieci zasilającej może powodować saturację rdzeni transformatorów w sieci, zatem poziom stałego prądu na wyjściu musi być niewielki, zazwyczaj w zakresie miliamperów.

Kluczową zaletą układów z tej rodziny jest możliwość umieszczenia modulatora bardzo blisko toru analogowego, a odpowiednio dalekie odsunięcie układów DSP czy FPGA, nawet na inną płytkę drukowaną w systemie. Wydatnie poprawia to dokładność pomiaru poprzez minimalizację wpływu zakłóceń elektromagnetycznych wnikających w tor pomiarowy.

Wysoki poziom bezpieczeństwa w opisywanych modulatorach uzyskuje się dzięki wykorzystaniu wewnątrz ich struktury bariery izolacji galwanicznej wykonanej z 20 mikrometrowej warstwy poliimidu. Dokładniejsze informacje na temat tej technologii odnaleźć można w stosownych kartach katalogowych. Układ AD7401A pracuje poprawnie do różnicy potencjałów pomiędzy stroną pierwotną a wtórną bariery izolacji galwanicznej wynoszącej do 891 V.

Konfiguracja układów zasilania

Układ ADuM6000 to izolowana przetwornica DC/DC dająca zasilanie 5 V. Przetwornica ta pracuje z sygnałem PWM o częstotliwości 625 kHz który przenoszony jest indukcyjnie poprzez barierę izolacji galwanicznej, gdzie jest on prostowany i filtrowany. Do stabilizacji napięcia zasilania dla układu AD8639 wykorzystano układy ADP121 oraz ADP7182. Pierwszy z nich to stabilizator o niskim spadku napięcia, który z izolowanej linii 5 V stabilizuje napięcie 2,5 V. ADP7182 zasilany jest napięciem -5 V, wygenerowanym z użyciem przetwornicy z przełączaną pojemnością ADM8829, która generuje z napięcia 5 V napięcie -5V, które następnie stabilizowane jest na układzie ADP7182 do -2,5 V, zasilającego wzmacniacz operacyjny.

Zasada działania
Układ AD7401A jest modulatorem sigma-delta drugiego rzędu, który konwertuje z dużą prędkością sygnał analogowy na jedno bitowy strumień danych. W układzie tym zintegrowano barierę izolacji galwanicznej wykonaną w technologii iCoupler? firmy Analog Devices. Układ ten zasilany jest z napięcia 5 V i charakteryzuje się maksymalnym napięciem różnicowym wynoszącym ±250 mV. Modulator analogowy eliminuje konieczność stosowania układów próbkujących w torze sygnału. Informacje na temat wartości napięcia po stronie 'analogowej' układu kodowane są jako gęstość jedynek w sygnale wyjściowym. Sygnał cyfrowy może być taktowany zegarem do 20 MHz. Napięcie wejściowe jest rekonstruowane następnie z wykorzystaniem odpowiednich technik cyfrowych w procesorze DSP lub układzie FPGA. Modulator, po stronie procesora, zasilany może być nieizolowanym napięciem 5 V lub 3 V (VDD2).

Pomiary wartości prądu w aplikacjach energetyki słonecznej wymagają aplikacji bariery izolacji galwanicznej. AD7401A jest jednym z wielu układów firmy Analog Devices, oferujących tego typu izolację w pomiarach analogowych. Izolacja wbudowana w układ oparta jest o technologię sprzęgu indukcyjnego (tzw. izolatory cyfrowe - przyp. tłum.) iCoupler?. Innym rozwiązaniem szeroko stosowanym w przemyśle jest wykorzystanie przekładnika prądowego (transformatora pomiarowego), który zapewnia izolację galwaniczną sekcji pomiarowej od napięcia sieci, jednakże nie daje on możliwości pomiaru prądu stałego.

Aplikacja w systemie z inwerterem i panelem fotowoltaicznym

Inwerter w typowej aplikacji fotowoltaicznej zajmuje się konwersją prądu pochodzącego z ogniw słonecznych do formy użytecznej dla sieci energetycznej. Prąd z panelu, który jest de facto źródłem prądowym prądu stałego jet konwertowane do napięcia przemiennego, które następnie może być podawane do sieci energetycznej, oczywiście zachowując zgodność z fazą sieci i taką samą jak ona częstotliwość (i to z bardzo dużą dokładnością rzędu 95% czy nawet 98%). Konwersja taka może być procesem jedno- lub wielostopniowym, jak pokazano na poniższym schemacie. Pierwszym stopniem przetwarzania jest zazwyczaj konwersja w przetwornicy DC/DC której zadaniem jest zwiększenie napięcia. Moc z panelu fotowoltaicznego podawana jest jako sygnał o dużym prądzie i małym napięciu. Pierwszy stopień konwertuje ją do postaci o napięciu równym napięciu sieci. Kolejnym etapem jest falownik, zazwyczaj oparty o mostek H, którego zadaniem jest konwersja DC/AC, czyli do postaci umożliwiającej podanie wygenerowanej energii do sieci energetycznej.

[ Dodano: 2013-11-20, 14:18 ]
Schemat blokowy:

schemat blokowy.gif
Plik ściągnięto 7331 raz(y) 48,91 KB

schemat ideowy.gif
Plik ściągnięto 7335 raz(y) 39,9 KB

 
     
Wyświetl posty z ostatnich:   
Odpowiedz do tematu
Nie możesz pisać nowych tematów
Nie możesz odpowiadać w tematach
Nie możesz zmieniać swoich postów
Nie możesz usuwać swoich postów
Nie możesz głosować w ankietach
Nie możesz załączać plików na tym forum
Możesz ściągać załączniki na tym forum
Dodaj temat do Ulubionych
Wersja do druku

Skocz do:  

Powered by phpBB modified by Przemo © 2003 phpBB Group
Strona wygenerowana w 0,08 sekundy. Zapytań do SQL: 15