Вопрос

Задача состоит в том, чтобы построить преобразователь постоянного тока мощностью 50 кВт (например, 125 В постоянного тока, 400 А на выходе), который заряжает большую свинцово-кислотную батарею указанными 400 А и принимает несколько широкий диапазон входного напряжения. Имея это в виду, если мы допустим, что диапазон входного напряжения составляет 50-260 В, топология преобразователя должна быть дзета (или аналогичная — повышающе-понижающая, SEPIC, Ćuk). Если вместо этого я гарантирую, что входное напряжение всегда выше, чем выходное (например, 150-800), то топология buck, вероятно, будет лучшим выбором (многофазный buck, значительно увеличенная версия части 12V->Vcore в современных ПК). материнские платы). Тем не менее, дзета-топология дает мне больше гибкости в конкретном приложении, поэтому мне интересно, можно ли масштабировать ее до таких уровней мощности?

Фон

Некоторые ребята строят стенд для испытаний электродвигателей, и часть, которую я мог бы принять, — это мощный преобразователь постоянного тока для рекуперации энергии. Идея состоит в том, что стек силовых свинцово-кислотных элементов (типа вилочного погрузчика) будет питать ESC, который управляет тестируемым двигателем. Другой, более крупный двигатель будет действовать как механическая нагрузка на MUT. Этот второй двигатель, работающий как генератор, будет рекуперировать энергию обратно в аккумуляторную батарею через преобразователь постоянного тока, который должен иметь программируемую целевую выходную мощность (чтобы мы может модулировать крутящий момент, который должен обеспечить MUT для поддержания заданного числа оборотов).

Больший ток в аккумуляторе приводит к большему механическому крутящему моменту, поэтому MUT будет потреблять еще больший ток, чтобы не отставать, так что, в конце концов, аккумулятор все равно будет разряжен, но только с потерей мощности из-за неэффективности системы - не полных 50 кВт.

Технические характеристики

• Генератор будет трехфазным с постоянными магнитами.
• MUT будет иметь мощность до 50 кВт, поэтому реально преобразователь постоянного тока должен выдерживать только 40 кВт. Но я буду стремиться к 50 кВт, чтобы иметь запас.
• Напряжение батареи может быть от 24 В до 120 В. Разумеется, аккумуляторы на 24 В будут использоваться только для тестирования маломощных низковольтных двигателей, мощность которых далеко не 50 кВт.
• 400А будут максимальными амперами, которые мы хотели бы получить от батареи, независимо от ее напряжения. Таким образом, 50 кВт только при самом высоком напряжении батареи.
• 50 кВт нужно будет поддерживать только в течение нескольких секунд, а весь тестовый запуск (с различными уровнями мощности) занимает менее 1 минуты.
• Мы построим только один или несколько таких преобразователей. Стоимость компонентов не является огромным приоритетом. Стоимость разработки более актуальна.
• Другие ребята занимаются механической частью (двигатели, подшипники, измерение крутящего момента, валы и т. д.)

Вариант топологии Zeta

Я прочитал примечание к приложению Microchip ( Мощное зарядное устройство для батарей CC/CV с использованием обратной топологии SEPIC (Zeta) ), в котором представлено зарядное устройство мощностью 100 Вт в том же общем направлении. Центральная часть преобразователя это:

Я подумал, что, может быть, может быть, если я увеличу силовые компоненты по напряжению и току и обеспечим гораздо больше параллельных копий C1, C7, C8, Q1, Q2, схему можно масштабировать до десятков кВт. Тогда это дало бы мне больше гибкости, так как таким образом мне не нужно беспокоиться о крайних случаях, которые есть у другого варианта.

Вариант топологии Buck

Вместо этого я могу подтолкнуть ребят к выбору двигателя с очень низким Kv для генератора (или использовать трансформатор после него), чтобы входное напряжение преобразователя постоянного тока всегда было выше желаемого выходного. Это требует либо двигателя со смехотворно низким Kv, либо трехфазного трансформатора, если я хочу охватить наихудший возможный случай: напряжение батареи 120 В, тест на низких оборотах. Варианты трансформатора, вероятно, являются лучшими, если они также снабжены шунтирующими контакторами для работы в случае низкого напряжения батареи (чтобы избежать смехотворно больших соотношений входного и выходного напряжения).

Другие мысли

• Конечно, возможен вариант потери энергии генератора в резистивной сети, но он рассматривается как неэффективный и потребует дополнительных затрат на обеспечение необходимого охлаждения.
• вероятно, генератор на постоянных магнитах - не лучшая идея. Если подумать, использование генератора может быть плодотворным направлением, я не уверен, почему ребята зациклены на двигателях с постоянными магнитами, может быть, я смогу их переубедить.