Trijų fazių keitiklio vartų grandinė: 9 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Šis projektas iš esmės yra įrangos, vadinamos „SemiTeach“, vairuotojo grandinė, kurią neseniai nusipirkome savo skyriui. Rodomas prietaiso vaizdas.

Prijungus šią tvarkyklės grandinę prie 6 „mosfets“, susidaro trys 120 laipsnių paslinktos kintamosios srovės įtampos. „SemiTeach“įrenginio diapazonas yra 600 V. Įrenginyje taip pat yra įmontuoti klaidų išvesties gnybtai, kurie suteikia žemą būseną, kai aptinkama klaida bet kurioje iš trijų fazių

Inverteriai dažniausiai naudojami energetikos pramonėje, siekiant daugelio kartų šaltinių nuolatinę įtampą paversti kintamosios srovės įtampa efektyviam perdavimui ir paskirstymui. Be to, jie taip pat naudojami energijai iš Nepertraukiamo maitinimo serijos (UPS) išgauti. Inverteriams reikia „Gate Driver Circuit“, kad būtų galima valdyti „Power Electronics“jungiklius, naudojamus konversijos grandinėje. Yra daug tipų vartų signalų, kuriuos galima įgyvendinti. Šioje ataskaitoje aptariamas trijų fazių keitiklio vartų grandinės, naudojant 180 laipsnių laidumą, projektavimas ir įgyvendinimas. Šioje ataskaitoje pagrindinis dėmesys skiriamas vartų tvarkyklės grandinės dizainui, kuriame parašyta išsami projekto informacija. Be to, šis projektas taip pat apima mikrovaldiklio ir grandinės apsaugą klaidų sąlygomis. Grandinės išėjimas yra 6 PWM 3 trifazio keitiklio kojoms.

1 žingsnis: Literatūros apžvalga

Daugelyje energetikos pramonės sričių reikia konvertuoti nuolatinę įtampą į kintamosios srovės įtampą, pvz., Saulės kolektorių prijungimą prie nacionalinio tinklo arba prie kintamosios srovės įrenginių. Šis nuolatinės srovės konvertavimas į kintamąją srovę pasiekiamas naudojant inverterius. Atsižvelgiant į tiekimo tipą, yra dviejų tipų keitikliai: vienfazis ir trijų fazių keitiklis. Vienfazis keitiklis ima nuolatinę įtampą kaip įvestį ir paverčia ją į vienfazę kintamosios srovės įtampą, o trifazis keitiklis konvertuoja nuolatinę įtampą į trijų fazių kintamosios srovės įtampą.

1.1 pav. Trifazis keitiklis

Trifazis keitiklis naudoja 6 tranzistoriaus jungiklius, kaip parodyta aukščiau, kuriuos valdo PWM signalai, naudojant vartų tvarkyklės grandines.

Norint gauti trifazę subalansuotą išvestį, keitiklio signalų fazių skirtumas turėtų būti 120 laipsnių vienas kito atžvilgiu. Šiai grandinei paleisti gali būti naudojami dviejų tipų valdymo signalai

• 180 laipsnių laidumas

• 120 laipsnių laidumas

180 laipsnių laidumo režimas

Šiuo režimu kiekvienas tranzistorius įjungiamas 180 laipsnių kampu. Ir bet kuriuo metu trys tranzistoriai lieka įjungti, po vieną tranzistorių kiekvienoje šakoje. Vieno ciklo metu yra šeši darbo režimai ir kiekvienas režimas veikia 60 ciklo laipsnių. Sujungimo signalai vienas nuo kito perkeliami 60 laipsnių fazės skirtumu, kad būtų pasiektas subalansuotas trifazis tiekimas.

1.2 pav. 180 laipsnių laidumas

120 laipsnių laidumo režimas

Šiuo režimu kiekvienas tranzistorius įjungiamas 120 laipsnių kampu. Ir bet kuriuo metu elgiasi tik du tranzistoriai. Reikėtų pažymėti, kad bet kuriuo metu kiekvienoje šakoje turi būti įjungtas tik vienas tranzistorius. Kad būtų subalansuotas trifazis kintamosios srovės išėjimas, tarp PWM signalų turėtų būti 60 laipsnių fazių skirtumas.

1.3 pav. 120 laipsnių laidumas

Negyvo laiko kontrolė

Viena labai svarbi atsargumo priemonė, kurios reikia imtis, yra tai, kad vienoje kojoje abu tranzistoriai neturėtų būti įjungti vienu metu, kitaip DC šaltinis trumpai sujungs ir grandinė bus pažeista. Todėl labai svarbu pridėti labai trumpą laiko tarpą tarp vieno tranzistoriaus išjungimo ir kito tranzistoriaus įjungimo.

2 žingsnis: blokinė diagrama

3 žingsnis: komponentai

Šiame skyriuje bus pateikta išsami informacija apie dizainą ir ji bus analizuojama.

Komponentų sąrašas

• Optronas 4n35

• IR2110 tvarkyklės IC

• Tranzistorius 2N3904

• Diodas (UF4007)

• Zenerio diodai

• Relė 5V

• IR vartai 7408

• ATiny85

Optronas

4n35 optronas naudojamas optiniam mikrovaldiklio izoliavimui nuo likusios grandinės. Atsparumas pasirenkamas pagal formulę:

Atsparumas = LedVoltage/CurrentRating

Varža = 1.35V/13.5mA

Atsparumas = 100 omų

Išėjimo varža, veikianti kaip pasipriešinimas žemyn, yra 10k omų, kad būtų tinkamai sukurta įtampa.

IR 2110

Tai vartų pavaros IC, paprastai naudojamas MOSFET. Tai 500 V aukšto ir žemo lygio vairuotojo IC, turintis įprastą 2,5 A šaltinio ir 2,5 A kriauklės srovę 14 laidų pakuotės IC.

„Bootstrap“kondensatorius

Svarbiausias tvarkyklės IC komponentas yra įkrovos kondensatorius. Įkrovos kondensatorius turi sugebėti tiekti šį krūvį ir išlaikyti visą įtampą, nes priešingu atveju Vbs įtampa gali smarkiai svyruoti, o tai gali nukristi žemiau Vbsuv žemos įtampos blokavimo ir HO išėjimas nebeveiks. Todėl Cbs kondensatoriaus įkrova turi būti bent du kartus didesnė už aukščiau nurodytą vertę. Minimali kondensatoriaus vertė gali būti apskaičiuota pagal žemiau pateiktą lygtį.

C = 2 [(2Qg + Iqbs/f + Qls + Icbs (nutekėjimas)/f)/(Vcc − Vf −Vls − Vmin)]

Kur kaip

Vf = priekinės įtampos kritimas per įkrovos diodą

VLS = įtampos kritimas žemos pusės FET (arba apkrova, kai vairuotojas yra aukštas)

VMin = Minimali įtampa tarp VB ir VS

Qg = aukštos pusės FET įkrovimas

F = veikimo dažnis

Ibbs (nutekėjimas) = įkrovos kondensatoriaus nuotėkio srovė

Qls = kiekvieno lygio ciklo mokestis

Mes pasirinkome 47uF vertę.

Tranzistorius 2N3904

2N3904 yra įprastas NPN bipolinis sandūros tranzistorius, naudojamas bendros paskirties mažos galios stiprinimo ar perjungimo programoms. Naudojant kaip stiprintuvą, jis gali valdyti 200 mA srovę (absoliučią maksimumą) ir 100 MHz dažnius.

Diodas (UF4007)

Didelio atsparumo I tipo puslaidininkis naudojamas žymiai mažesnei diodų talpai (Ct) užtikrinti. Dėl to PIN diodai veikia kaip kintamasis rezistorius su priekiniu poslinkiu ir veikia kaip kondensatorius su atvirkštiniu šališkumu. Dėl aukšto dažnio charakteristikų (maža talpa užtikrina minimalų signalų linijų poveikį) jie tampa tinkami naudoti kaip kintamo rezistoriaus elementai įvairiose srityse, įskaitant slopintuvus, aukšto dažnio signalo perjungimą (ty mobiliuosius telefonus, kuriems reikalinga antena) ir AGC grandines.

Zenerio diodas

„Zener“diodas yra tam tikro tipo diodas, kuris, skirtingai nuo įprasto, leidžia srovei tekėti ne tik nuo jo anodo iki katodo, bet ir atvirkštine kryptimi, kai pasiekiama „Zener“įtampa. Jis naudojamas kaip įtampos reguliatorius. „Zener“diodai turi labai leistiną p-n sandūrą. Įprasti diodai taip pat sugenda esant atvirkštinei įtampai, tačiau kelio įtampa ir aštrumas nėra taip gerai apibrėžti kaip Zenerio diodas. Įprasti diodai taip pat nėra skirti veikti gedimo srityje, tačiau „Zener“diodai gali patikimai veikti šiame regione.

Relė

Relės yra jungikliai, kurie elektromechaniniu arba elektroniniu būdu atidaro ir uždaro grandines. Relės valdo vieną elektros grandinę, atidarydamos ir uždarydamos kontaktus kitoje grandinėje. Kai relės kontaktas paprastai atidarytas (NO), yra atviras kontaktas, kai relė neįjungta. Kai relės kontaktas yra normaliai uždarytas (NC), kai relė neįjungta, yra uždaras kontaktas. Bet kuriuo atveju, elektros srovės prijungimas prie kontaktų pakeis jų būseną

IR VARTAI 7408

„Logic AND Gate“yra skaitmeninių loginių vartų tipas, kurio išvestis pasiekia HIGH iki 1 loginio lygio, kai visi jo įėjimai yra HIGH

ATiny85

Tai mažos galios „Microchip“8 bitų AVR RISC mikrovaldiklis, jungiantis 8 KB ISP blykstės atmintį, 512B EEPROM, 512 baitų SRAM, 6 bendrosios paskirties įvesties/išvesties linijas, 32 bendrosios paskirties registrus, vieną 8 bitų laikmatį/skaitiklį. su palyginimo režimais, vienas 8 bitų didelės spartos laikmatis/skaitiklis, USI, vidiniai ir išoriniai pertraukimai, 4 kanalų 10 bitų A/D keitiklis.

4 žingsnis: paaiškintas darbas ir grandinė

Šiame skyriuje bus išsamiai aprašytas grandinės veikimas.

PWM karta

PWM buvo sukurtas iš STM mikrovaldiklio. TIM3, TIM4 ir TIM5 buvo naudojami trims 50 % darbo ciklo PWM generuoti. 60 laipsnių fazės poslinkis buvo įtrauktas tarp trijų PWM, naudojant laiko atidėjimą. 50 Hz PWM signalui delsos apskaičiavimui buvo naudojamas toks metodas

uždelsimas = Laiko laikotarpis ∗ 60/360

uždelsimas = 20 ms ∗ 60/360

vėlavimas = 3,3 ms

Mikrokontrolerio izoliacija naudojant optroną

Izoliacija tarp mikrovaldiklio ir likusios grandinės buvo atlikta naudojant optroną 4n35. Izoliacijos įtampa 4n35 yra apie 5000 V. Jis naudojamas mikrovaldiklio apsaugai nuo atvirkštinių srovių. Kadangi mikrovaldiklis negali atlaikyti neigiamos įtampos, todėl mikrovaldiklio apsaugai naudojamas optronas.

„Gate Driving CircuitIR2110“tvarkyklės IC buvo naudojama norint perjungti PWM į MOSFET. PWM iš mikrovaldiklio buvo pateikti IC įvestyje. Kadangi IR2110 neturi įmontuotų NOT vartų, todėl BJT naudojamas kaip keitiklis prie kaiščio Lin. Tada jis suteikia papildomus PWM MOSFET, kuriuos reikia vairuoti

Klaidų aptikimas

„SemiTeach“modulyje yra 3 klaidų kaiščiai, kurie paprastai yra AUKŠTI esant 15 V įtampai. Kai grandinėje yra kokių nors klaidų, vienas iš kaiščių pereina prie žemo lygio. Siekiant apsaugoti grandinės komponentus, grandinė turi būti išjungta esant klaidoms. Tai buvo padaryta naudojant AND Gate, ATiny85 mikrovaldiklį ir 5 V relę. IR vartų naudojimas

Įėjimas į „AND Gate“yra 3 klaidų kaiščiai, kurie normalioje būsenoje yra HIGH būsenos, todėl AND Gate išvestis yra HIGH normaliomis sąlygomis. Kai tik įvyksta klaida, kaiščiai pereina prie 0 V, todėl AND vartų išvestis sumažėja. Tai gali būti naudojama norint patikrinti, ar grandinėje yra klaida, ar ne. Vcc prie AND vartų tiekiamas per Zenerio diodą.

Vcc pjovimas per ATiny85

IR vartų išvestis tiekiama į „ATiny85“mikrovaldiklį, kuris sukuria pertrauką, kai tik atsiranda klaida. Tai dar labiau skatina relę, kuri sumažina visų komponentų Vcc, išskyrus ATiny85.

5 žingsnis: modeliavimas

Modeliavimui naudojome „Proteus“funkcijų generatoriaus PWM, o ne STMf401 modelį, nes jo nėra „Proteus“. Mes naudojome „Opto-Coupler 4n35“izoliacijai tarp mikrovaldiklio ir likusios grandinės. Modeliavimuose IR2103 naudojamas kaip srovės stiprintuvas, suteikiantis mums papildomus PWM.

Scheminė schema pateikiama taip:

Aukštos pusės išvestis Ši išvestis yra tarp HO ir Vs. Toliau pateikta nuotrauka rodo trijų aukštų šoninių PWM išvestį.

Žemos pusės išvestis Ši išvestis yra tarp LO ir COM. Toliau pateikta nuotrauka rodo trijų aukštų šoninių PWM išvestį.

6 žingsnis: Schema ir PCB išdėstymas

Parodyta schema ir PCB išdėstymas, sukurtas „Proteus“

7 žingsnis: aparatinės įrangos rezultatai

Papildomi PWM

Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta vieno iš papildomo IR2110 išvestis

A ir B etapo PWM

A ir B fazės poslinkiai yra 60 laipsnių. Tai parodyta paveikslėlyje

A ir C etapo PWM

A ir C fazės poslinkis yra -60 laipsnių. Tai parodyta paveikslėlyje

8 žingsnis: kodavimas

Kodas buvo sukurtas „Atollic TrueStudio“. Norėdami įdiegti „Atollic“, galite peržiūrėti mano ankstesnius vadovus arba atsisiųsti iš interneto.

Visas projektas buvo pridėtas.

9 žingsnis: ačiū

Laikydamasis savo tradicijų, norėčiau padėkoti savo grupės nariams, kurie padėjo man užbaigti šį nuostabų projektą.

Tikimės, kad ši pamoka jums padės.

Tai aš pasirašau:)

Geriausi linkėjimai

Tahir Ul Haq

EE, UET LHR Pakistanas