Силовая электроника

Рисунок 3.1 – Электрическая функциональная схема системы управления АИНОсновной алгоритм работы ЦФИ реализуется на ПЛИС, функциональная схема ЦФИ представлена на рис. 3.2. Значения коэффициентов А1, А2, рассчитаны по формулам, представленным ниже и записаны в блоки матриц. Каждый блок содержит по 256 строк, что соответствует 8 бит в двоичной системе (при 8-разрядном АЦП), значение коэффициента КМ = 1 соответствует максимальному значению выхода АЦП, т.е. заполнению выходного байта единицами. Таким образом, необходимо создать 16 матриц по 256 строк в каждой, по 8 матриц для каждого коэффициента, в соответствии с делением π/3 сектора на 8 интервалов.Рисунок 3.2 – Функциональная схема ЦФИВыбор драйвера управления ключами осуществляется, исходя из следующих положений [1]:– импульсы управления с выхода контроллера должны иметь амплитуду, достаточную для срабатывания драйвера; – максимальная частота входного сигнала драйвера должна быть больше несущей частоты выдаваемой микроконтроллером; – выходное напряжение драйвера должно быть достаточным для включения силовых транзисторов;По данным приложения 6 [1] выберем драйвер IR2104:Основные характеристики IR2104Управляющие каналы разработаны для нагруженного функционированияполностью работоспособны до +600ВНечувствителен к отрицательным напряжениям при переходных процессахСтойкость к скорости нарастания напряжения (dV/dt)Диапазон напряжения питания драйверов 10…20ВБлокировка при снижении напряжения5В входная логика с триггерами ШмитаЛогика предотвращения поперечной проводимостиСогласованная задержка распространения для обоих каналовВнутренне установленная пауза при переключении каналовВыход драйвера верхнего уровня в фазе со входомВход выключения прекращает работу обоих каналовНапряжение смещения VOFFSET не более 600ВИмп.вых. ток к.з Iо± 130 мА/ 270 мАВыходное напряжение драйверов VOUT 10 – 20ВВремя вкл./выкл. 680/150 нсПауза 520 нсРисунок 3.3 – Типовая схема включения IR2104Таблица 3.1 – Назначение выводов IR2104INЛогический вход управления выходами драйверов верхнего и нижнего уровней, в фазе с HO/SDВход выключенияVBНапряжение питания ключей верхнего уровняHOВыход драйвера верхнего уровняVSВозврат питания верхнего уровняVCCПитание драйверов нижнего уровня и логикиLOВыход драйвера нижнего уровняCOMВозврат питания нижнего уровня3.2 Выбор платы управления или контроллераПрактическая реализация системы управления[4] может быть осуществлена с помощью устройства, содержащего 32-битный контроллер со встроенным АЦП и микросхемы ПЛИС, на которой спроектирован непосредственно ЦФИ. С целью проверки быстродействия работы системы на вход АЦП был подан синусоидальный сигнал с различной частотой (рис. 6), при этом осциллограммы снимались с выхода инвертора. Из представленных осциллограмм видно, что СУ обладает устойчивостью и хорошими динамическими свойствами.Таким образом, разработанная с помощью метода векторной ШИМ цифро-аналоговая система управления 3-фазным АИН [4] обладает необходимым быстродействием для формирования и стабилизации выходного напряжения повышенной частоты (1–2 кГц), имеет улучшенные массогабаритные показатели и может использоваться для любого 3-фазного АИН с симметричной нагрузкой.3.3 Система защиты силового преобразователя3.3.1 Защита от токовой перегрузкиВ полупроводниковых преобразователях могут возникнуть аварийные режимы, сопровождающиеся недопустимыми по значению и длительности токами через вентили, например: - внешнее короткое замыкание; - внутреннее короткое замыкание (пробой вентиля); - опрокидывание инвертора ведомого сетью; - выключение вентилей в неработающей группе в реверсивных управляемых выпрямителях с раздельным управлением вентильными группами; - появление чрезмерных уравнительных токов в реверсивных управляемых выпрямителях с общим управлением тиристорными группами.Выбор автоматического выключателяАвтоматические выключатели являются защитными аппаратами многократного действия и предназначены для защиты вентильных преобразователей от внешних коротких замыканий, опрокидывания инвертора и перегрузок по току. Автоматические выключатели переменного тока устанавливаются в преобразователях или на первичной стороне трансформатора, либо к токоограничительным реакторам в бестрансформаторном варианте. Автоматический выключатель выбирается по условиюгде - номинальный ток автоматического выключателя, А;–наибольший ток на входе преобразователя частоты, А.Выбираем автоматических выключатель:Таблица 3.1 – Параметры автоматического выключателя.Тип устройстваНоминальный ток, Ток теплового расцепителя, Вставка тока отсечки, NZM4-4040 А25-40 А260-500 АВыбор плавких предохранителейДля защиты силовых вентилей преобразователя частоты при внешних и внутренних коротких замыканиях широко применяются быстродействующие плавкие предохранители. Предохранители устанавливаются в звене постоянного тока, а также последовательно в цепи каждого вентиля выпрямителя и автономного инвертора. Выбор предохранителей, устанавливаемых в звене постоянного тока, выполняется из условий:где - напряжение и ток плавкой вставки предохранителя, В, А.Таблица 3.2 – Параметры выбранного предохранителя.Тип предохранителяНоминальное напряжениеНаибольшее рабочее напряжениеНоминальный ток предохранителяНоминальный ток отключенияМинимальный ток отключенияМощность потерькВкВАкААВтПКТ 111-6-31,5-20 У367.231.52031558Предусматривается выбор и установка двух предохранителей. Выбор предохранителей автономного инвертора напряжения выполняется из следующих условий: где - среднее значение тока, проходящего через ключ автономного инвертора напряжения, А. 3.3.2 Защита от перенапряженийДля защиты от перенапряжения в цепь обратной связи инвертора включен датчик напряжения ДН (см. ПРИЛОЖЕНИЕ А). При возрастании напряжения в нагрузке выше допустимого с датчика по цепи обратной связи придет сигнал, который будучи вычтенным из сигнала уставки (Uуст) сформирует сигнал ошибки. Если сигнал ошибки будет положительным, цифровой формирователь импульсов (ЦФИ) сформирует ШИМ сигнал с меньшим коэффициентом заполнения γ, величина уменьшения γ будет пропорциональна сигналу ошибки, в результате напряжение на выходе снизиться. ЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе выполнения данного курсового проекта был выполнен расчет трехфазного автономного инвертора напряженияс номинальной мощностью 2 кВт. По результатам расчетов были выбраны: элемент силовой части –транзисторы IRF750, элементы входного фильтра АИН, элементы защиты устройства преобразования.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВАлгоритм расчета параметров схемы замещения асинхронного двигателя по каталожным данным/ М.С. Макеев, А.А. Кувшинов.Мартынов,А.А.Силовая электроника. Ч. II: Инверторы и преобразователи частоты: учеб. пособие / А. А. Мартынов. – СПб.: ГУАП, 2012. –144 с.: ил. Соколовский Г.Г., Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: Учебное пособие для вузов. –М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 272 сКобзев А.В., Коновалов Б.И., Семенов В.Д. Энергетическаяэлектроника: учеб. пособие. – Томск: Изд-во ТУСУРа, 2003. – 172 с.Преобразовательная техника. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. / Сост.: А. А. Лопатин., А. В. Казанцев. Красноярск: ИПЦ ПИ СФУ, 2007. 79 с. Мишуров В.С., Семенов В.Д. Энергетическая электроника:учеб.- метод. пособие. – Томск: ТМЦДО, 2007. – 174 с.Петрович В.П. Силовая электроника: учеб. пособие / В.П. Петрович, А.В. Глазачев. – Томск: Изд-во ТПУ, 2013. – 207 с.Иванов-Цыганов А.И. Электропреобразовательные устройства РЭС.: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника». – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1991. – 272 с. Арсеньев Г.Н., Литовко И.В. Электропреобразовательные устройства РЭС: учебное пособие / Под ред. Г.Н. Арсеньева. – М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФВА-М, 2008. – 496 с.Березин О.К., Костиков В.Г., Шахиов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: «Три Л», 2000. – 400 с.ПРИЛОЖЕНИЕ А. Схема электрическая функциональнаяПРИЛОЖЕНИЕ Б. Силовая часть преобразователяПРИЛОЖЕНИЕ В. Перечень элементовЗонаПоз. обозначениеНаименованиеКолПримечаниеКонденсаторыС1К30-35-181 мкФ 20%1ИндуктивностиL1КИГ-0.447 Гн1ТранзисторыVT1-VT4IRF7504ПредохранителиSU1-SU2NZM4-202