Двунаправленный источник питания: ИП и электронная нагрузка с рекуперацией в одном приборе

В статье опи­сыва­ются воз­можности новых дву­нап­равлен­ных источ­ни­ков пита­ния PSB 9000 от EA Elektro-Automatik.При­менение дан­ных источ­ни­ков поз­во­лит сни­зить вре­мен­ные и эко­номичес­кие издер­жки при про­ведении изме­рений и испы­таний сило­вых, акку­мулятор­ных и про­чих устрой­ств.

В про­цессе испы­тания мно­гих изде­лий до сих пор исполь­зо­вались два устрой­ства — источ­ник пита­ния и элек­трон­ная наг­рузка. Дву­нап­равлен­ный лабо­ратор­ный источ­ник пита­ния от EA Elektro-Automatik соче­тает в себе фун­кции лабо­ратор­ного источ­ника пита­ния и реге­нератив­ной наг­рузки. Таким обра­зом, зат­раты на при­об­ре­тение обо­рудова­ния и про­ведение испы­таний можно зна­чительно сок­ра­тить.

Регу­лиру­емые лабо­ратор­ные источ­ники пита­ния исполь­зу­ются в иссле­дованиях и раз­ра­бот­ках, в про­из­водс­тве ком­по­нен­тов и сбо­рок, а также в акку­мулятор­ных, сол­нечных и при­вод­ных тех­но­логи­ях. В неко­торых при­менениях пот­ре­бителям тре­бу­ются не только источ­ники нап­ря­жения и тока, но и устрой­ства спо­соб­ные пог­ло­щать энер­гию. Прос­тым при­мером в дан­ном слу­чае явля­ется тес­ти­рование бата­рей. Бата­реи сна­чала заря­жа­ются источ­ни­ком пита­ния. Затем, если бата­рею необ­хо­димо раз­ря­дить для про­верки ёмкости акку­мулято­ра, исполь­зу­ется элек­трон­ная наг­рузка. Однако при исполь­зо­вании дву­нап­равлен­ного источ­ника пита­ния для зарядки и раз­рядки акку­мулято­ра, тре­бу­ется только одно устрой­ство. Кроме того, име­ется ещё одно пре­иму­щес­тво: во время про­цесса раз­ряда до 95% энер­гии пода­ётся обратно в сеть пита­ния. Таким обра­зом, сни­жа­ются зат­раты не только на покупку обо­рудова­ния, но и на элек­тро­энер­гию, что бла­гоп­ри­ятно ска­зыва­ется на окру­жа­ющей сре­де.

Источ­ник пита­ния как реку­ператив­ная наг­рузка

Дву­нап­равлен­ный источ­ник пита­ния PSB 9000, от про­из­во­дителя сило­вой элек­тро­ники EA Elektro-Automatik, объ­еди­няет в одном устрой­стве блок пита­ния и элек­трон­ную наг­рузку. Нап­ри­мер, если тре­бу­ется смо­делиро­вать акку­мулятор вилоч­ного пог­рузчи­ка, под­няв груз с помощью мото­ра, энер­гия, необ­хо­димая для это­го, пос­ту­пает от источ­ника пита­ния. Если груз опус­ка­ется, дви­гатель перек­лю­ча­ется в режим гене­ратора и пыта­ется вер­нуть полу­чен­ную энер­гию обратно в источ­ник пита­ния. В таком слу­чае дву­нап­равлен­ный источ­ник пита­ния PSB 9000 при­нимает фун­кцию наг­рузки, реге­нерируя полу­чен­ную энер­гию и пода­вая её обратно в элек­тро­сеть пита­ния.

Двух­квад­ран­тное реше­ние для рас­ши­рения воз­можнос­тей исполь­зо­вания

Пре­иму­щес­тво двух­квад­ран­тных реше­ний сос­тоит его уни­вер­саль­нос­ти. Устрой­ство может рабо­тать как источ­ник и как пот­ре­битель. Пара­метры источ­ника пита­ния и элек­трон­ной наг­рузки можно очень гибко уста­нав­ли­вать и кон­тро­лировать. Кроме того, поль­зо­ватель может регу­лировать внут­реннее соп­ро­тив­ле­ние и выход­ную мощ­ность. В зави­симости от тре­бований, ток, внут­реннее соп­ро­тив­ле­ние и мощ­ность можно зада­вать раз­дельно как для источ­ни­ка, так и для пот­ре­бителя через HMI (сен­сорный интер­фейс устрой­ства) или дру­гие интер­фей­сы.

Устрой­ства серии PSB 9000 имеют тот же объём фун­кций, что и лабо­ратор­ный источ­ник пита­ния PSI 9000 и пред­назна­чены для слож­ных задач в испы­татель­ных про­цес­сах и рабо­тах по внед­ре­нию изде­лия на про­из­водс­тве. Кроме того, этим устрой­ством можно моде­лировать фун­кции бата­рей, топ­ливных эле­мен­тов или фото­элек­три­чес­ких моду­лей. Серия PSB 9000 может быть полез­ной в раз­ра­бот­ках в области тран­спор­та, гиб­ридных и рель­со­вых машин.

Фун­кци­ональ­ность устрой­ства

Для удов­летво­рения пот­ребнос­тей заказ­чи­ков источ­ни­ков пита­ния, сов­ре­мен­ные устрой­ства дол­жны быть уни­вер­саль­ны­ми. Прежде все­го, они дол­жны быть просты в исполь­зо­вании и иметь мно­гочис­ленные интер­фей­сы, для под­клю­чения к раз­личным вычис­ли­тель­ным сис­те­мам. Кроме того, необ­хо­димо соот­ветс­тву­ющее прог­рам­мное обес­пе­чение, с помощью кото­рого лабо­ратор­ный источ­ник пита­ния может быть быс­тро и легко зап­рограм­ми­рован для выпол­не­ния раз­личных задач.

Дву­нап­равлен­ный источ­ник пита­ния PSB 9000 обла­дает широ­кими фун­кци­ональ­ными воз­можнос­тя­ми. В этой серии дос­ту­пен про­из­воль­ный гене­ратор фун­кций, а также пред­ва­рительно зап­рограм­ми­рован­ная кри­вая запуска дви­гателя авто­мобиля в соот­ветс­твии со стан­дартом DIN 40839. Сину­со­идаль­ные, тре­уголь­ные, пря­мо­уголь­ные и дру­гие кри­вые могут быть легко зап­рограм­ми­рованы и выз­ваны нажа­тием кноп­ки. Кроме того, име­ются встро­ен­ная сис­тема управ­ле­ния про­филем бата­реи и фун­кция сек­ве­нирова­ния и регис­тра­ции физи­чес­ких вели­чин.

Все фун­кции дос­тупны пос­редс­твом сен­сорного TFT-дис­плея или через один из мно­гочис­ленных под­держи­ва­емых интер­фей­сов. Дру­гие пара­мет­ры, такие как огра­ничения по нап­ря­жению, току, мощ­ности и соп­ро­тив­ле­нию, а также вре­мен­ные пара­мет­ры, так же просто кон­фи­гуриру­ют­ся. Кроме того, сущес­твует воз­можность кон­фи­гуриро­вания сиг­нала тре­воги, пре­дуп­режде­ния или уве­дом­ле­ния в слу­чае выхода того или иного пара­метра за уста­нов­ленные пре­делы.

Удоб­ное управ­ле­ние

Мно­жес­тво встро­ен­ных в PSB 9000 фун­кций пот­ре­бовало от инже­неров ЕА соз­да­ния удоб­ной кон­цепции экс­плу­ата­ции. Дву­нап­равлен­ный источ­ник пита­ния может инту­итивно экс­плу­ати­роваться с исполь­зо­ванием TFT-дис­плея высо­кого раз­ре­шения и ёмкос­тного сен­сорного экра­на. Меню чётко орга­низовано и дос­тупно на немец­ком, англий­ском, китай­ском или рус­ском язы­ках. Нес­коль­кими каса­ни­ями выби­ра­ются пара­метры и зна­чения, вво­димые через энко­дер или циф­ро­вую кла­ви­ату­ру.

На дис­плее отоб­ра­жа­ются теку­щие зна­чения нап­ря­жения, тока, мощ­ности и внут­реннего соп­ро­тив­ле­ния. В то же время име­ется воз­можность обзора задан­ных зна­чений для источ­ника и наг­рузки, теку­щего режима рабо­ты, име­ющихся сиг­на­лов тре­воги или пре­дуп­режде­ния и сос­то­яния выхо­да. Если устрой­ство нахо­дится в уда­лён­ном режиме управ­ле­ния, на дис­плее будет пока­зано, какой интер­фейс его кон­тро­лиру­ет.

Сос­то­яние выхода отоб­ра­жа­ется двумя све­тоди­одами и может быть вклю­чено и вык­лю­чено с помощью кнопки с так­тиль­ной обрат­ной связью. Для защиты от несан­кци­они­рован­ного или неп­редна­мерен­ного исполь­зо­вания HMI может быть час­тично или пол­ностью отклю­чён или акти­вирован.

Моде­лирова­ние слож­ных харак­те­рис­тик

Циф­ро­вая сис­тема управ­ле­ния, исполь­зу­емая в дву­нап­равлен­ном лабо­ратор­ном источ­нике пита­ния PSB 9000, осно­вана на 16-раз­рядном пре­об­ра­зовании АЦП/ЦАП. Бла­годаря парал­лель­ной обра­ботке сиг­нала на ПЛИС, время фор­ми­рования сиг­нала при изме­рени­ях, вычис­ле­нии и оциф­ровке сос­тавляет менее 1 мкс. Таким обра­зом, с про­пус­кной спо­соб­ностью 1 МГц можно однов­ре­менно обра­батывать изме­рения тока, нап­ря­жения, мощ­ности и соп­ро­тив­ле­ния. Работа с таб­ли­цами поиска (LUT-таб­ли­цами) также осу­щест­вля­ется на час­тоте 1 МГц. В допол­не­ние к стан­дарти­зован­ному линей­ному управ­ле­нию можно моде­лировать нели­ней­ные харак­те­рис­ти­ки, нап­ри­мер, харак­те­рис­тики бата­реи, топ­ливного эле­мента или фото­воль­та­ики. Таб­личные дан­ные могут быть соз­даны в Excel или тек­сто­вом фор­мате и пере­даны в LUT через интер­фейс USB.

Один при­бор – нес­колько клас­сов нап­ря­жений и токов

Серия PSB 9000 уни­фицирует гиб­кий выход­ной кас­кад, раз­ра­ботан­ный EA Elektro-Automatik. Это под­ра­зумевает воз­можность исполь­зо­вания устрой­ства в качес­тве источ­ника и однов­ре­менно как пот­ре­бителя энер­гии. Серия PSB 9000 обес­пе­чивает мощ­ности от 5 кВт до 15 кВт, нап­ря­жения от 60 В до 1500 В и токи до 360 А в кор­пусе шири­ной 19 дюй­мов и высо­той 3U (133 мм). Бла­годаря интел­лекту­аль­ному интер­фейсу «ве­дущий-ве­домый» и шине Share, устрой­ства спро­ек­ти­рованы таким обра­зом, что их можно исполь­зо­вать для соз­да­ния сис­темы с общей мощ­ностью до 240 кВт. Затем такую сис­тему можно кон­тро­лировать и мони­ториро­вать веду­щим при­бором. На его дис­плее отоб­ра­жа­ются все сум­ми­рован­ные дан­ные. По срав­не­нию с одним источ­ни­ком пита­ния, сис­тема при­боров имеет такое пре­иму­щес­тво как резер­ви­рование. Она также легко может быть адап­ти­рована для реше­ния ряда слож­ных задач.

Циф­ро­вые и ана­логовые интер­фей­сы

Как и дру­гие источ­ники пита­ния от EA, дву­нап­равлен­ные лабо­ратор­ные источ­ники пита­ния серии PSB 9000 кон­тро­лиру­ются пос­редс­твом раз­личных ком­му­никаци­он­ных интер­фей­сов. Они слу­жат цен­тром управ­ле­ния между HMI при­бора, его сило­вой частью и внеш­ней сре­дой. Стан­дар­тное испол­не­ние вклю­чает в себя встро­ен­ный USB и ана­логовый интер­фейс.

В допол­не­ние к управ­ля­ющим вхо­дам для зада­ния нап­ря­жения, тока, мощ­ности и соп­ро­тив­ле­ния ана­логовый интер­фейс также имеет выходы для счи­тывания нап­ря­жения и тока. Входы и выходы могут быть скон­фи­гуриро­ваны для управ­ле­ния уров­нями нап­ря­жения в диапа­зонах 0…10 В или 0…5 В. Кроме того, для реали­зации опо­вещений об ошиб­ках име­ются и дру­гие ТТЛ-вы­ходы. Через слот Plug&Play можно под­клю­чить раз­личные циф­ро­вые интер­фей­сы. Для этого опци­онально дос­тупна под­дер­жка Ethernet и Profinet с одним или двумя пор­та­ми, а также Profibus, CANopen, CAN, Modbus, Ethercat и RS232. Все эти интер­фейсы галь­ва­нически изо­лированы от выхо­да. Если тре­бу­ется интег­ра­ция в сто­рон­ние сис­те­мы, интер­фейсы можно легко моди­фициро­вать.

Кон­цепция дву­нап­равлен­ного источ­ника пита­ния PSB 9000 обес­пе­чивает хоро­шее соче­тание мощ­ности, воз­можнос­тей под­клю­чения, фун­кци­ональ­ности и прос­тоты исполь­зо­вания. Бла­годаря своей модуль­нос­ти, сис­тема поз­во­ляет заказ­чику опе­ративно и эко­номично реали­зовывать реше­ния, удов­летво­ря­ющие инди­виду­аль­ным тре­бовани­ям.

Марио Биенерт.