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COMPANY NEWS
新闻动态
  • 04

    04/2019
    非线性负载

    非线性负载是指内含整流设备的负载。在电子线路中,电压与电流不成线性关系,在负载的投入、运行过程中,电压和电流的关系是经常变化的。        所谓非线性,就是自变量和变量之间不成线性关系,成曲线或者其他关系。用函数解释则为:y=f(x),当为一次函数时,y与x是线性关系,为其他条件在为非线性关系。        常见的典型非线性负载有:        1、软启动器(可控硅 电机启动器);        2、开关电源、UPS、逆变元件、电池充电器;        3、变频控制的电机、起重机、电梯、泵等制造过程控制;        4、电子数据图像设备--如电视等无线电发射设备,可控灯光设备;        5、整流器、荧光灯等等。

  • 03

    04/2019
    光伏组件户外性能测试平台设计

    在传统工作模式电子负载的基础上提出的一种户外光伏组件测试平台,以自动切换工作模式的可编程电子负载为核心,实现了对光伏组件IV特性曲线更加精确而完整地测量。它可根据用户设定,使光伏组件在户外环境下,长期保持设定工作状态,并实时监测其输出特性。大量存储的IV特性曲线及环境参数数据,有助于分析光伏组件户外实际工作性能。光伏系统设计人员通过对比不同类型组件户外特性,针对特定工作环境选择适合的组件。平台同时也为光伏组件生产商提供了评估产品的可靠依据。  1 引言  随着近年来国内光伏市场的扩大和分布式光伏发电系统的发展,电站设计人员对各类光伏组件产品性能也提出更高要求。目前,对于光伏组件的电气性能测试主要依赖实验室内的太阳光模拟器,检测其输出特性曲线,该方法便于控制辐照度及温度等环境参数。但光伏组件实际工作于户外复杂环境,其输出功率易受到灰尘、沙砾、雨雪等因素影响,输出特性也可能因建筑、树荫等周期性阴影改变,因此光伏组件实际输出功率一般远低于实验室内理想环境下的输出功率。目前,国内外对光伏阵列的IV特性测量已提出了部分方法,主要是采用动态电容充电方法,现场的同步测量光伏阵列IV特性。该方法测量速度较快,对控制器的采样速率要求也较高。此外,也有基于可变电子负载的现场测量方法,它对光伏阵列IV特性曲线上最大功率点附近测量点较多,但对短路和开路点附近测量点数量较少,当光伏阵列处于轻微失配或遮蔽等工况下,该方法难以实现对此现象的精确测量。针对如何更细致的反应光伏组件户外输出性能,提出了户外光伏组件测试平台,它使光伏组件长期工作于户外环境下,实时监测其输出特性,并积累测量数据,以评估组件长期工作于户外环境下的输出性能,使电站设计人员针对具体环境,选用更合理的光伏组件搭建光伏系统。也为组件生产商和科研实验工作提供了更好的保障与技术支持。  2 户外测试平台设计方案  2.1 光伏组件户外性能测试要求  光伏组件输出特性主要受太阳辐照度及环境温度的影响。当光伏组件工作于户外特定环境时,需测量环境辐照度及组件温度。传统的IV特性曲线测量方法是使可编程电子负载工作于恒压或者恒流工作模式,以固定步长扫描,由于光伏组件IV 特性曲线具有类似半导体二极管的对数曲线形状,当光伏组件工作于恒流段或恒压段时,仅利用恒流或恒压工作模式的电子负载测量将造成曲线相应部分的测量点稀少。此外,为测试光伏组件户外性能,还需根据用户设定,保持被测光伏组件长期工作于开路、短路或最大功率等工作状态,因此不可使用传统的现场电容充电或电子负载瞬时测量IV特性曲线的方法。  因此,提出了一种可自动切换工作模式的可编程电子负载,对IV特性曲线上恒流段和恒压段分别采用电子负载的恒压和恒流控制方式,全面地测量IV特性曲线上256个工作点。光伏组件输出能量,通过散热片耗散。对IV特性曲线的快速扫描减少了户外环境下辐照度突变对其输出特性的影响。当测量光伏组件电气特性及环境参数后,将数据发送至上位机并存储。为避免上位机关机或网络通信故障,还需将数据临时存储于平台内,以保证数据的安全性和完整性。  2.2 光伏组件户外性能测试平台设计方案  针对上述光伏组件户外测试要求,建立了如图1所示的框图。利用DSP作为主控制器,通过DAC模块控制电子负载等效阻值,使得光伏组件工作于相应工作点,再由DSP自带的12位A/D转换器对负载电压和电流采样。选用了较高线性度的Pt100铂热电阻作为温度传感器,测量光伏组件背板温度,同时利用硅电池片辐照度传感器,与被测组件共面安装,测量光伏组件吸收的辐照能量。此外,与上位机之间建立了无线局域网,它由测试平台的以太网模块,测试平台路由器,上位机路由器和上位机网络端口组成,使上位机对测试平台远程监控与接收数据。户外测试平台同时还具备了SD卡存储模块,以临时存放近几周的测量数据,实现数据备份。  3 可编程电子负载硬件设计  目前,市场上常见的光伏组件在标准测试条件(STC)下的输出最大功率约为200~300W,短路电流约8~9A,开路电压约30~40V,因此设计了额定负载300W 的可自动切换工作模式的可编程电子负载,并作为组件测试过程中的负载,将测试过程中组件输出功率以热能的形式持续耗散。可测量的电流和电压范围分别为0~10A和0~90V,满足目前常见商业组件测量需求。  3.1 恒流工作模式控制电路  典型的MOSFET有3个工作区,即截止区、线性区和饱和区。当MOSFET工作于线性区时,通过控制其栅源极之间电压VGS可实现对其流过电流Id的控制,最终控制其等效阻抗,从而对电源的输出性能测试。其子控制电路如图2所示,选用低温漂采样电阻采集电流信号,再将该电流信号差分放大接入运放U1A 反向输入端,U1A将电流信号和同向输入端的控制信号作比较运算,控制MOSFET栅极电压,实现对MOSFET等效阻抗的控制。  由于单个MOSFET可耗散的功率有限,因此选用了8路MOSFET并联的结构,对光伏组件的输出电流分流,并将8个MOSFET均匀固定在散热片上,避免单个MOSFET因功率过大而烧毁。对各个MOSFET分别采用上述的子控制电路,使得各MOSFET 工作状态大致相同,减小不同MOSFET工作温度差。最后将8路差分放大的电流信号通过加法电路叠加成总电流信号,采用外围反馈电路使总电流信号与DAC模块给定的控制信号比较,同时将输出信号接入各MOSFET控制电路中,形成外围反馈控制。如图3 所示。  3.2 恒压工作模式及模式切换  对于恒压工作模式电路,其控制原理与恒流工作模式相同。将负载电压差分处理后,与DAC模块的控制信号做比较运算,运放输出端接入各个MOSFET的控制电路,使其等效阻抗受控于DAC给定的电压信号。  所提出的可自动切换工作模式的可编程电子负载,在扫描光伏组件的IV特性曲线时,需对光伏组件输出的恒流段和恒压段分别采用恒压和恒流工作模式扫描曲线。因此选用了模拟电子开关对上述控制信号进行切换。该模拟电子开关直接由主控制器DSP控制,实现测量过程中工作模式自动切换。  4 测试流程制定  如前文所述,单次测量光伏组件IV特性曲线,需同时测量其工作条件下的太阳辐照度,组件温度及环境温度。参照IEC 60904-1中相关内容,制定了光伏组件户外测试流程,步骤如下:  1)同步测量环境中太阳辐照度,组件温度及环境气温,并记录数据;  2)测量光伏组件开路电压VOC及短路电流ISC,计算近似最大功率点处电压Vapp =0.8VOC,计算恒压模式下测量点数NCV;  3)计算电压变化步长ΔV =Vapp/NCV,设置可编程电子负载为恒压工作模式,以步长ΔV 依次测量IV特性曲线上各点;  4)当NCV个点测量完成,此时光伏组件工作电压为Vapp ,测量相应的工作电流Iapp ,由Iapp 计算恒流模式下测量点数NCC;  5)计算电流变化步长ΔI=Iapp/NCC,设置可编程电子负载为恒流工作模式,以步长ΔI 从当前工作点继续扫描IV特性曲线,直至剩余点测量完成;  6)再次同步测量环境中太阳辐照度、组件温度及环境气温,确保在IV特性曲线测量期间,辐照度和温度并未发生突变;  7)根据测量数据,计算IV特性曲线上最大功率点,填充系数等特征参数,将所有数据打包,存储于SD卡内,本次IV特性曲线扫描结束。  当1组数据测量完成,平台可根据用户设定,控制光伏组件工作于开路、短路或最大功率等状态,直到下1次测量开始,可检测光伏组件长期处于特定状态工作性能。  为避免环境辐照度或温度变化对所测IV特性曲线的影响,使所测曲线更加光滑,能否快速的扫描IV特性曲线至关重要。在上述测量流程中,AD转换器对光伏组件IV特性曲线上每个点同步测量时间约80μs,测量一组IV特性曲线数据需用时约22ms,一般而言,该测量时间内几乎不会出现环境辐照度或温度突变的状况。  在所测数据存入SD卡之后,DSP同时将测量数据封装为UDP包,通过以太网模块,经由测试平台路由器,发送至上位机,上位机在接收到每个UDP包后,都给予接收应答。基于VB.NET编程技术,设计了上位机监控程序,它与DSP通信,并将数据存储于SQLServer数据库内,便于用户对组件户外长期工作性能分析和评估。  5 测试结果与分析  为验证光伏组件户外测试平台性能,利用4块亿晶公司生产的EG50W 组件,组成2×2阵列,代替目前市场上常见的200W 组件。于2013年3月19日进行了实验,天气为阴天,太阳辐照度在200W/m2 附近波动,组件温度约19℃,户外测试平台每隔5s对光伏组件进行1次IV特性曲线扫描。为便于和传统IV 曲线扫描方法对照,依次控制本户外测试平台的可编程电子负载工作于传统的恒流模式、恒压模式和本文提出的可自动切换工作模式下,采用3种方法分别对光伏组件的IV 特性曲线扫描  从图4可见,在IV特性曲线接近短路电流部分,由于组件工作电流变化较小,采用固定步长的恒流工作模式电子负载难以将该段曲线完整扫描,出现了前文中所述的测量点稀少问题。相应地,图5表明,采用恒压工作模式电子负载扫描IV特性曲线,在接近开路电压处,同样出现测量点明显减少的现象。若采用上文所提出的测试流程,通过自动切换工作模式的可编程电子负载扫描IV 特性曲线,可以更完整地测量整条曲线。如图6所示,所测曲线上256个点排列紧密,数据无需平滑处理。同时,在其最大功率点附近,被测点分布更密集,保证了更精确地对光伏组件最大功率值测量。  6 结论  所研制的户外光伏组件测试平台,其灵活的编程性,有效地实现对光伏组件户外IV特性曲线精确而完整的测量,通过分析测量数据,可对光伏组件在特定环境中的性能予以评估。对光伏系统设计人员而言,通过分析不同组件在特定户外环境中的输出能力,可更好地选择适于该环境下工作的光伏组件,使光伏系统的输出效能达到最优。为光伏组件生产商也提供了产品测试依据。

  • 03

    04/2019
    线性电源

    线性电源主回路的工作过程是输入电源先经预稳压电路进行初步交流稳压后,通过主工作变压器隔离整流变换成直流电源,再经过控制电路和单片微处理控制器的智能控制下对线性调整元件进行精细调节,使之输出高精度的直流电压源,        1、电源变压器及整流:将380V的交流电变换成所需的直流电.        2、预稳压电路:采用继电器元件或可控硅元件对输入的交流或直流电压进行预调整和初步稳压,从 而降低线性调整元件的功耗,提高工作效率.并确保输出电压源高精度和高稳定.        3、线性调整元件:对滤波后的直流电压进行精细调整,使输入电压达到所需要的值和精度要求.        4、滤波电路:对直流电源的脉动波,干扰,噪声进行最大限度的阻止,和吸收,从而保证直流电源的输出电压低纹波、低噪声、低干扰.        5、单片机控制系统:单片微处理控制器对检测到的各种信号进行比较、判断、计算、分析等处理后,再发出相应的控制指令使直流稳压电源整体稳压系统工作正常、可靠、协调.        6、辅助电源及基准电压源:为直流稳压系统提供高精度的基准电压源及电子电路工作所需要的电源.        7、电压取样及电压调节:检测直流稳压电源输出电压值及设定调节直流稳压电源的输出电压值.        8、比较放大电路:将直流稳压电源的输出电压值与基准源的电压进行比较取得误差电压信号后,进行放大反馈及控制线性调整元件而保证输出电压稳定.        9、电流检测电路:取得直流稳压电源输出电流值,作限流或保护控制的信息.        10、驱动电路:为驱动可执行元件而设置的功率放大电路.        11、显示器:直流稳压电源输出电压值及输出电流值的显示.[1]         线性电源与开关电源对比        线性电源的电压反馈电路是工作在线性(放大)状态,开关电源是指用于电压调整的管子工作在饱和和截止区,即开关状态的。        线性电源一般是将输出电压取样然后与参考电压送入比较电压放大器,此电压放大器的输出作为电压调整管的输入,用以控制调整管使其结电压随输入的变化而变化,从而调整其输出电压,但开关电源是通过改变调整管的开和关的时间即改变占空比来改变输出电压的!        从其主要特点上看:线性电源技术很成熟,制作成本较低,可以达到很高的稳定度,波纹较小,自身的干扰和噪声都比较小,但因为工作在工频(50Hz),变压器的体积比较大,效率偏低(一般满载工作的效率只有80%左右)整体体积较大,显得较笨重.且输入电压范围要求高;而开关电源是工作的高频状态,变压器的体积比较小,相对比较轻便,但是输出纹波较线性电源要大,但因结构简单,成本低,效率高(市面上的开关电源的效率也可达90%以上)在很多场合已经替代了线性电源,是未来电源发展的趋势。        线性电源,可控硅电源,开关电源电路的简单比较        关于电路结构,究竟是线性电源,可控硅电源还是开关电源,要看具体场合,合理采用。这三种电路,国际国内都大量使用,各有各的特点。可控硅电源,以其强大的输出功率,使线性电源和开关电源无法取代。线性电源以其精度高,性能优越而被广泛应用。开关电源因省去了笨重的工频变压器而使体积和重量都有不同程度的减少,减轻,也被广泛地应用在许多输出电压、输出电流较为稳定的场合。        一、可控硅电源的电路结构如下:        通俗的说,可控硅是一个控制电压的器件,由于可控硅的导通角是可以用电路来控制的,固此随着输出电压Uo的大小变化,可控硅的导通角也随着变化。加在主变压器初级的电压Ui也随之变化。就是~220V市电经可控硅控制后只有一部分加在主变压器的初级。当输出电压Uo较高时,可控硅导通角较大,大部分市电电压被可控硅“放过来了”(如上图所示),因而加在变压器初级的电压,即Ui较高,这当然经整流滤波后输出电压也就比较高了。而当输出电压Uo很低时,可控硅导通角很小,绝大部分市电电压被可控硅“卡断了”(如下图所示),只让很低的电压加在变压器初级,即Ui很低,这当然经整流滤波后输出电压也就很低了。        二.线性电源的主电路如下:        线性电源实际上是在可控硅电源的输出端再串一只大功率三极管(实际是多只并联),控制电路只要输出一个小电流到三极管的基极就能控制三极管的输出大电流,使得电源系统在可控硅电源的基础上又稳压一次,因而这种线性稳压电源的稳压性能要优于开关电源或可控硅电源1-3个数量级。但功率三极管(亦称调整管)上一般要占用10伏电压,每输出1安培电流就要在电源内部多消耗10瓦功率,例如500V 5A电源在功率管上的损耗为50瓦,占输出总功率的2%,因而线性电源的效率要比可控硅电源稍低。        三、开关电源的主电路如下:        由电路可以看出,市电经整流滤波后变为311V高压,经K1~K4功率开关管有序工作后,变为脉冲信号加至高频变压器的初级,脉冲的高度始终为311V。当K1,K4开通时,311V高压电流经K1正向流入主变压器初级,经K4流出,在变压器初级形成一个正向脉冲,同理,当K2,K3开通时,311V高压电流经K3反向流入主变压器初级,经K2流出,在变压器初级形成一个反向脉冲。这样,在变压器次级就形成一系列正反向脉冲,经整流滤波后形成直流电压。当输出电压Uo较高时,脉冲宽度就宽,当输出电压Uo较低时,脉冲宽度就窄,因此开关管实际上是一个控制脉冲宽窄的装置。 我公司在没有特别体积要求的情况下,一般向用户提供线性电源,这主要是:        1、线性电源精度好(优于开关电源或可控硅电源1—3个数量级),适用多种场合,一般用户不会提出性能、精度、技术指标方面的问题。        2、便于维修,因为多数用户都有熟悉线性电源的维修人员,也有这方面的备件。维修工具,有一只万用表即可基本解决问题,较为细心的电工亦可动手。        3、维修后一般不留后遗症,故障能彻底排除,性能可完全恢复,只要正确使用,及时维修,一台电源使用10年是完全不成问题的。        线性电源用途        线性电源产品可广泛应用于科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、充电设备等。

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