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B组+数控12KW逆变充电双向EPS

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johny
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  • 2016-9-3 11:47:20
数控12KW逆变充电双向EPS  先上图DC-DC部分采用Boost升压,二极管用IGBT代替,逆向为BUCK充电器;后级采用全桥逆变,主电工作时作为无桥PFC结构
输入直流:200-300vdc(当小于200vdc时需降额)
输出额定功率:12kw
主电输入:165-265vac
PFC功率:12kw(理论上等于逆变功率)
充电电流:15A(理论上充电功率可等于PFC功率,这里电池容量不允许)

逆变时开关频率:9600hz
充电时开关频率:19200hz

接下来分别讲解电源的软硬件,主要分为4个部分:BOOST升压,全桥逆变,无桥PFC,BUCK降压
每个部分控制环路均采用电压外环,电流内环双环控制,各关键部位的实测波形会一一传上,欢迎各位一起讨论
本帖所有原理图,设计资料,波形图均为实际产品。
雁过留声,人过留痕!产品并不是完美的,希望大家能一起讨论,给出你宝贵的意见!谢谢!


本帖最后由 johny 于 2016-9-9 11:52 编辑

功率主板

功率主板

PFC电流(黄色)2500:1(电阻:300欧)

PFC电流(黄色)2500:1(电阻:300欧)

电源&驱动板

电源&驱动板

控制板

控制板
johny
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  • 2016-9-3 12:07:46
 
第一次发原创贴,生疏,不太懂网页编辑,见谅!
一下奉上原理图,其实原理都差不多,相信大家都明白
本帖最后由 johny 于 2016-9-6 14:56 编辑

黄色主电

黄色主电

黄色为电流

黄色为电流

黄色主电

黄色主电

黄色主电,中间加了延时,用以保证继电器动作完成

黄色主电,中间加了延时,用以保证继电器动作完成

逆变12kw切空载

逆变12kw切空载

逆变空载切满载12kw

逆变空载切满载12kw

逆变波形,各负载段波形差不多

逆变波形,各负载段波形差不多

逆变12kw数据,数据基本准确,直流电流有点偏差

逆变12kw数据,数据基本准确,直流电流有点偏差

充电数据

充电数据

综合

综合

功率主板原理图.pdf

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功率主板原理图

电源和驱动原理图.pdf

72.8 KB, 下载次数: 605, 下载积分: 财富 -2

电源和驱动原理图

控制原理图.pdf

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控制原理图

zhuzimy
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  • 2016-9-5 16:25:54
 
楼主,逆变到主电切换是什么意思?逆变电路带载吗?你下面说PCB,我也没看到啊
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  • 2016-9-5 16:56:07
 
PCB文件没上传,只有图片。在没有主电的情况下,由逆变电源为负载供电,主电来了就由主电为负载供电,并对电池组进行充电。都是带载切换
xianrui1989
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  • 2017-7-25 15:07:17
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你好,我是做小功率变频器的,最近为这种PCB的布板发愁,能f不能将你的PCB版图发我一份,425482637@qq.com
johny
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  • 2017-8-23 15:25:54
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已发
hyhhao1000
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  • 2017-10-17 01:28:56
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您好,能够发一份PCB文件学习下布板吗?huangyhcn@163.com
xianrui1989
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  • 2017-7-25 15:25:17
  • 倒数6
 
楼主,还是说逆变到主电的切换过程,蓝色应该为DCAC的逆变电压波形吧,为什么切换过程中为直流了,在蓝色为横线的时候,是不是逆变输出的SPwm已经停了,这个时候继电器还没有动作?
johny
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  • 2017-8-23 15:22:17
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可以这么理解,电容里的余电,挂上负载就没有了
johny
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  • 2016-9-3 14:35:05
 
DC-DC BOOST升压电感设计(也作为BUCK的电感器,因BOOST升压时功率大,所以按BOOST电感设计):
开关管的选择:根据电感计算中所得的平均电流68.42A和峰值电流82.1A,可选择3只75N60T并联,PCB布局和吸收电路合理600V的管子没问题
开关管的损耗可根据《功率MOSFET的特性》做近似计算
本帖最后由 johny 于 2016-9-6 15:03 编辑

升压电感设计1

升压电感设计1

升压电感设计2

升压电感设计2

升压电感设计3

升压电感设计3

升压电感设计4

升压电感设计4

功率MOSFET的特性.pdf

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  • 2016-9-3 15:03:15
 
DC-AC全桥逆变滤波电感设计(也作为PFC电感,同样,逆变时所需功率大,所以按逆变滤波电感设计):
开关管同样选择3只75N60T并联
本帖最后由 johny 于 2016-9-3 15:07 编辑

滤波电感设计

滤波电感设计

滤波电感设计

滤波电感设计

滤波电感设计

滤波电感设计

滤波电感设计

滤波电感设计

滤波电感设计

滤波电感设计

滤波电感设计

滤波电感设计

滤波电感设计

滤波电感设计
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  • 2016-9-3 16:06:35
 
DC-DC BOOST软件部分内容:母线电压:360VDC
额定输入电压:240VDC
电感:240uH(前面计算的电感为340uH,在满载时,电感量下降到240uH,纹波会有所上升)
母线电容:8*1000uF(实测7800uF)
输出功率:13kw
效率:95%
开关频率:9600hz
输出电容ESR零点:19040rad/s

本帖最后由 johny 于 2016-9-6 15:04 编辑

电流内环小信号模型

电流内环小信号模型

电压外环小信号模型

电压外环小信号模型

环路补偿

环路补偿

电流内环控制框图

电流内环控制框图

电压外环控制框图

电压外环控制框图

电流环补偿环节增益和零极点

电流环补偿环节增益和零极点

补偿环节离散化(双线性变换)

补偿环节离散化(双线性变换)

写出差分方程,此步骤完毕即可写入程序代码

写出差分方程,此步骤完毕即可写入程序代码

电压环补偿环节增益和零极点

电压环补偿环节增益和零极点

补偿环节离散化(零阶保持器)

补偿环节离散化(零阶保持器)

写出差分方程,此步骤完毕即可写入程序代码

写出差分方程,此步骤完毕即可写入程序代码

延时问题近似处理

延时问题近似处理
逆变12KW电池电压纹波.jpg
逆变12KW母线电压纹波.jpg
逆变12kw切空载电池电压和母线电压.jpg
逆变空载切12kw电池电压和母线电压.jpg
hnzkwz
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  • 2016-9-3 17:21:32
 
好大功率,这个是不是电动汽车上用的?
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  • 2016-9-3 17:23:30
 
不是,EPS上用的,其实和普通逆变器差不多,只是按照相关标准做的
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  • 2016-9-5 10:45:39
 
DC-AC软件部分内容:
母线电压:360VDC
滤波电感:268uH
滤波电容:40uF
首先,LC滤波器的传递函数框图如下:
本帖最后由 johny 于 2016-9-5 11:24 编辑

LC滤波器的传递函数框图

LC滤波器的传递函数框图

引入电感电流内环,输出电压补偿,负载电流扰动

引入电感电流内环,输出电压补偿,负载电流扰动

引入反馈增益控制系统

引入反馈增益控制系统

计算kv和ki

计算kv和ki
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  • 2016-9-5 11:16:15
 
楼主计算用的excel可以分享一下吗
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  • 2016-9-5 11:25:59
 
你是要哪一部分呢?电感计算都是自己计算的,控制参数部分是根据输入条件自动计算
e3r4y6p0
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  • 2016-9-5 18:18:09
 
我最近也在详细学习数字控制,想问问楼主有没有相关的学习资料,主要想要的excel也是这部分的,谢谢您啦
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  • 2016-9-5 21:42:26
 
行吧,回头找找发上来
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  • 2016-9-5 11:50:16
 
PFC控制环路:
母线电压:360VDC(可根据交流输入电压自动调整,最小360VDC,最大400VDC)
额定输入电压:220VAC
电感:268uH
电容:7800uF
效率:95%
输出功率:12000KVA
功率因数:1
采样频率(电流环执行频率):19200hz
电压环执行频率:4800hz
电容ESR零点:19040rad/s

传递函数和补偿环节与DC-DC  BOOST升压一样,不再赘述,若有疑问可以大家讨论。
本帖最后由 johny 于 2016-9-6 15:04 编辑

充电时母线纹波.jpg
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  • 2016-9-5 13:47:43
 
最后一个环节,BUCK充电:
母线电压:360VDC
电感:340uH
电容:40uF
效率:95%
功率:12000w
开关频率(电流环执行频率):19200hz
电压环执行频率:9600hz
在程序中限定充电电流15A,均充电压290V,浮充电压275V
同样,建立电压外环和电流内环的小信号模型(实际操作时使用简化的电流内环控制):
电压电流环补偿环节的离散化和差分方程参考BOOST升压模块。
本帖最后由 johny 于 2016-9-5 14:01 编辑

BUCK电流电压环小信号模型

BUCK电流电压环小信号模型

简化电流内环

简化电流内环

BUCK电流环控制框图

BUCK电流环控制框图

BUCK电压环控制框图

BUCK电压环控制框图

BUCK电流环补偿设计

BUCK电流环补偿设计

BUCK电压环补偿设计

BUCK电压环补偿设计
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  • 2016-9-5 16:48:20
 
总结:这款逆变充电双向工作电源已经酝酿很长时间,大家从PCB图上可以看到第一次打板已是20158月,到现在出成品断断续续已经一年有余,其中调试工作也断断续续进行了将近4个月,各方面的性能都进行了测试,各参数也不断优化,现在整体性能达到期望值。先祝贺一下自己。
这款电源从工作方式上分为逆变和充电两个部分,而逆变时又包含两个模块:DC-DC BOOSTDC-AC H桥逆变;充电时也包含两个模块:PFCBUCK;其中,BOOSTBUCK共用硬件资源,H桥和PFC共用硬件资源,在硬件设计时应该以什么为准呢?理所当然应该以功率大的模块来设计硬件,设计好后,另一模块按照设计好后的硬件来建模,并设计控制参数。只要分别对这4个模块进行分析,然后再合理的把他们揉合在一起,就能完美的把它呈现出来。整个电源涉及到的知识点还是比较广的,磁性元件的设计、开关管的选取、散热设计、各环路补偿设计、LC滤波电容选择、反馈信号处理等等,相信大家在看完本帖后或多或少会有所收货,当然也希望高人指点一二,在此先谢谢了!
说说题外话:
20094月进入公司,也是从那个时候起慢慢的进入到电源行业,刚开始是个地地道道的门外汉(也不知道当时老板是怎么看上我的,反正很感激老板),瞎弄了几块电路板,然后就在那里瞎搞,烧了不少钱。后来项目上要用到一款6KVAUPS,于是老板一买回来,就直接给拆了,幸亏是模拟的,三下五除二就把板子抄了(第一次抄板,就完全正确,运气真好),板子是抄了,可对磁性元件一窍不通,没办法,把人家的直接拆下来先用用,可以了就直接找厂家,样品发过去就OK了。来来回回做了几款样品,都没人家原厂的性能好,我想还是参数有差异吧,尝试性的改了改PID调节参数(在当时对PID调节还是了解一点点,毕竟学过控制工程),效果还是不好(肯定好不了,连系统的数学模型,传递函数都不知道,小信号模型更是听都没听说过),最后就只能将就用了。
模拟的板子做了一段时间,不懂的东西都慢慢学,过程很煎熬,主要是学习相关拓扑,磁性元件设计,功率管的认识、选型等等,反正基本是把那款UPS搞明白了。现在想想当时的那个冲劲,自己都佩服自己,凌晨两三点还在公司是常事,第二天照样7点多一点就去上班(公司规定8点上班)。当然,在此期间也意识到模拟板的一些弊端,于是就想往数字方向发展一下。正好这个时候出现了一位朋友,把我带入了数字电源领域。
以前的好多补偿电路都是抄的,模拟的东西还是有优点。现在做数字电源了,没办法抄了,控制工程在我心中一直是道砍,感觉难以逾越,尤其是数字控制。没办法,只有啃书,逛论坛,慢慢来。在此期间做过的数字逆变电源基本都没实时控制,都采用的平均值或者有效值反馈,将就能用。经过一段时间的摸索,慢慢找到了感觉,有了门路,尝试了几款模拟电源自己配置补偿参数,效果还不错,于是紧跟着学习离散化传递函数,写差分方程,也学习了别人的控制程序,尤其是microchipTI的一些例子。慢慢的就掌握了。
闭门造车,慢慢摸索,这个过程真是漫长,但是只要有恒心,有信念,不动摇,相信都会有所收货的,感谢这几年一直支持我的家人和朋友们,也感谢帮助过我的同事和前辈。有关电源方面的很多知识都是从世纪电源网上学到,必须感谢一下世纪电源网,感谢世纪电源网上的不知名的前辈、老师。谢谢!希望大家在电源行业都能做得开心,有所成就,得到自己想要的生活!
完毕!

6KVA 某型号的模拟UPS,认识吧!

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绍兴大力
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  • 2016-9-18 17:47:18
 
好复杂啊.天哪.
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这个就是模拟板,玩会了就可以好好巩固一下模数知识了,做了此板,我也是进步巨大
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  • 2016-9-20 11:03:10
 
这块板子,我也搞过,你做的那个EPS我也做过类似的,你都不用隔离的了,看来是更节约了。不晓得你这个需要消防认证不?
johny
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  • 2016-9-20 12:55:03
 
正在准备做认证,估计国庆后。
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  • 2016-9-20 13:03:36
 
EPS做来做去,感觉没啥意思了,想整点新东西。
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  • 2016-9-20 13:22:36
 
沈阳去做?
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  • 2016-9-20 14:09:31
 
嗯,你们也做?
重庆酱油仔
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  • 2016-9-21 08:54:16
 
好几年前做过,消防研究所,是吧?不晓得他们还是不是这么水。
johny
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  • 2016-9-21 09:31:56
 
好多了,我们这是第三次送检了,比较严格、正规了!
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  • 2016-9-19 17:31:12
 
DC-AC详细的推导过程可参考链接UPS逆变器数字控制技术的研究 http://www.doc88.com/p-1886849078273.html这个讲得比较清楚,是在山特实习的研究生的毕业论文,具参考价值。疑惑的地方可以大家讨论。

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  • 2016-9-19 17:19:31
 
有朋友在问DC-DC BOOST 的小信号模型,这里简单说一下(写公式不方便,直接截图):发个链接,UPS PFC控制(BOOST与之相同,差别在于电流跟踪和前馈),http://wenku.baidu.com/view/ed95e51c227916888486d757这个也是部分实际UPS产品的PFC控制,大家可以参考讨论一下。




boost-1.png
boost-2.png
boost-3.png
boost-4.png
dflare
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  • 2016-9-23 17:05:45
 
您好,谢谢您给的参考资料。
有个问题:
电流内环小信号模型 的传递函数中 为什么多了(ES+1)这项?
谢谢!
johny
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  • 2016-9-24 14:40:24
 
电容ESR零点
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  • 2016-9-29 09:06:35
 
大神好,我根据你给的数据,计算了一些参数:
其中,电流环补偿环节增益和零极点 处:
我计算的 K等于5415,你给出的计算结果是4087,差别很大,您有近似处理的环节吗?我计算2遍了,和你的结果不同,谢谢!
dflare
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  • 2016-9-29 10:01:18
 
问题好像找到了,用1500Hz的截止频率计算结果是5415,用1200Hz的截止频率计算结果是4087,谢谢!
johny
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  • 2016-9-29 10:14:50
 
嗯,本来是想取1500hz,后来调整成1200hz了,红色部分是实际取值,需要手动输入,其他数据公式计算自动完成
dflare
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  • 2016-9-29 14:45:56
 
大神,又有一个问题,为什么Boost的电压控制环 离散化采用 零阶保持器 方法?谢谢!

我用matlab的c2d函数 直接将Boost电压环控制器的 传递函数离散化了,可是离散化的系数和大神的差别很大,尤其是e(k-1)的系数。大神,你有参数没标出或者参数更改的地方吗?谢谢!
johny
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  • 2016-9-30 10:03:39
 
参数都是实际的,电压环带宽低,不用考虑采样和AD转换延时,所以用零阶保持器离散,参数要比用双线性变换少,计算简单。
dflare
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  • 2016-9-30 10:34:16
 
我用Matlab的离散化函数,直接将s传递函数离散化成z函数,计算结果和你的差别很大啊,大神?
johny
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高级工程师
  • 2016-9-30 11:05:30
  • 倒数10
 
Matlab的离散化函数也是选用的零阶保持器吗?我那个应该没有计算错误,你有没有将零阶保持器代入计算?
johny
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  • 2016-9-30 11:12:22
  • 倒数9
 
离散化公式里面的中间数值(13.5378和219.9113)不是对应的,只有加粗的数值是和输入的数值是对应的。
peng0499
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本网技工
  • 2020-1-1 17:43:13
  • 倒数2
 
楼主:前向通道增益和后向通道增益值,怎么确定呢?

wanghaiting
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  • 2016-9-5 12:48:04
 
楼主,真牛啊
johny
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  • 2016-9-5 13:29:01
 
初来乍到,谢谢捧场
zhuzimy
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本网技师
  • 2016-9-5 13:49:47
 
咨询大神一个问题。现在很多老化负载改用了逆变回供的方式,即把本应消耗掉的电再逆变回电网。请问,逆变回电网的电和电网本身的电就存在频率和相位的不同步,请问这个怎么做?还是不需要做呢。谢谢。
johny
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  • 2016-9-5 14:12:06
 
我正打算出这方面的产品,频率和相位是必须和电网保持一直的,你可以找找这方面的论文看看,先传3份资料你看看
本帖最后由 johny 于 2016-9-5 14:13 编辑

光伏(PV)逆变器设计,此设计使用太阳能学习套件.PDF

1.18 MB, 下载次数: 495, 下载积分: 财富 -2

太阳能并网

PLL.pdf

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数字锁相环

高压太阳能逆变器直流-交流转换套件.PDF

3.1 MB, 下载次数: 1240, 下载积分: 财富 -2

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zhuzimy
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本网技师
  • 2016-9-5 14:13:32
 
奥、、、好的。
johny
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  • 2016-9-5 14:15:41
 
可去看看这个帖子http://bbs.21dianyuan.com/forum. ... 1&fromuid=12990
楼主很专业
zhuzimy
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本网技师
  • 2016-9-5 13:41:11
 
EPS 不需要加入前馈控制吗?
johny
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  • 2016-9-5 13:49:36
 
你说的哪个地方前馈?PFC肯定是有的
zhuzimy
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本网技师
  • 2016-9-5 13:51:46
 
大神方便加一下QQ吗?2761805745,有问题方便向您咨询,谢谢
johny
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  • 2016-9-5 14:05:11
 
仔细看PCB图,上面有的哦 已加
本帖最后由 johny 于 2016-9-5 14:06 编辑

dflare
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  • 2016-9-5 13:57:15
 
牛人,真厉害,膜拜!!!
johny
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  • 2016-9-5 14:04:06
 
受宠若惊,闭门造车多年,感觉技术的东西还是要大家一起交流,需要氛围,乐趣也更多!
xkw1cn
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  • 2016-9-5 16:00:16
 
楼主:是否有研究直流母线电压对系统的影响?貌似电压低了高了都不是很好用。
johny
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  • 2016-9-5 16:57:59
 
你是说DC-AC的时候吗?
johny
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  • 2016-9-5 17:01:48
 
DCDC升压的时候母线标准取360V,但是也有限压,PFC的时候我取的360-400,根据市电来取,限压保护是必须的,DCAC的时候会根据不同的母线电压取补偿参数
xkw1cn
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版主
  • 2016-9-5 17:16:00
 
这是不是意味着,这逆变是离线模式;而不是在线模式?
johny
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  • 2016-9-5 17:17:57
 
嗯  是的,和后备式UPS差不多吧,EPS要求就是这样
小魏2016
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本网技工
  • 2016-9-17 18:37:26
 
楼主你好:       我想知道浮充时电池连接异常是如何检测的,多久可以检测出来。谢谢!我正在做EPS,认证要求能够检测电池连接异常
johny
  • johny
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高级工程师
  • 2016-9-18 10:17:49
 
电池连接线断开后,电压会升到300V(20只电池,几乎是瞬间的事),正常情况是275V左右,同时结合巡检,双保险
johny
  • johny
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  • 2016-9-19 17:40:06
 
你打算什么时候去认证?说不定我们能碰上哦
小魏2016
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本网技工
  • 2016-9-20 09:11:31
 
    谢谢!机器已经在认证了。

浮充后期,电流非常小,断开电池,充电电压冲不上去;另外我这边电池巡检是选配,认证时倒是可以用来检测电池开路,谢谢!电池巡检仪能检测到电池组与机器间的断线么?


johny
  • johny
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高级工程师
  • 2016-9-20 12:53:27
 
电池组开路后,电池电压必定发生变化,会比充电时的电压小,只不过这个需要时间。另外,开路处巡检电压可能会异常。
小魏2016
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本网技工
  • 2016-9-20 15:29:10
 
ok,谢谢了
清风慕竹
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  • 2016-9-20 20:32:38
 
感觉很励志!
风在舞
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本网技师
  • 2016-9-21 08:21:26
 
好东西,谢谢!!
johny
  • johny
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  • 2016-9-21 09:37:52
 
EPS的相关技术和相关标准要求我们可以多交流,标准上的一些东西也并不是都对,或者说没有表达出实际想要表达的意思、含义。
小魏2016
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本网技工
  • 2016-9-22 14:19:29
 
确实很多要求不明确,你们什么时候认证?
johny
  • johny
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  • 2016-9-23 09:10:53
 
本来计划国庆之后,现在又增加了几个型号,具体时间就不知道了
wszdxp2004
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