Реферат: Управляемый микроконтроллером выпрямитель

Министерство образования РФ

Южно-Российский Государственный Технический Университет(НПИ)

ИНСТИТУТ ИИТУ _

КАФЕДРА А и Т _

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ __ Промышленнаяэлектроника__

Пояснительнаязаписка

к курсовому проекту

по дисциплине «Электронные промышленные устройства»

на тему «Управляемый микроконтроллером выпрямитель»

Выполнил студент IV курса, группы 1б Евченко С.Е

Принял ШкарупинА. Я.

НОВОЧЕРКАССК 2002 г.

Задание на курсовой проект

Спроектироватьуправляемый выпрямитель по трёхфазной мостовой схемы и управляемый микроконтроллером,обладающий следующими параметрами:

·

Областьрегулируемого напряжения 10– 250 В;

·

Максимальныйвыпрямленный ток 75А;

·

Схема выпрямления 3-хфазная, мостовая;

·

Силовые выпрямляющиеэлементы оптотиристоры;

·

Схема управления микроконтроллерная;
Аннотация

Задачей данного курсовогопроекта является разработка управляемого выпрямит большой мощности, обладающеговысоким КПД и высокой точностью и стабильностью управляемого напряжения.

Пояснительная записка к курсовому проекту состоит изтеоретической и собственно проектной части. Теоретическая часть включает в себяобзор стандартных схем построения управляемых выпрямителей, описаныдостоинства и недостатки каждой схемы.

Проектнаячасть содержит принципиальную схему управляемого выпрямителя с ее обоснованиеми расчетом..

Содержание

TOC o «1-3» h z u

Введение.PAGEREF _Toc9580671 h 6

Управляемые выпрямители. PAGEREF _Toc9580672 h 7

Однофазный управляемый выпрямитель. PAGEREF _Toc9580673 h 7

Однофазный управляемый выпрямитель сосредней точкой. PAGEREF _Toc9580674 h 7

Однофазная мостовая схема управляемоговыпрямителя. PAGEREF _Toc9580675 h 8

Трёхфазный управляемый выпрямитель с нулевымвыводом… PAGEREF _Toc9580676 h 8

Мостовой трёхфазный управляемый выпрямитель. PAGEREF _Toc9580677 h 8

Описаниеработы схемы… PAGEREF _Toc9580678 h 9

Управлениевыпрямителем и контроль. PAGEREF_Toc9580679 h 10

Расчётпараметров силового трансформатора. PAGEREF _Toc9580680 h 11

Выборвентилей. PAGEREF _Toc9580681 h 12

Расчеттемпературы нагрева вентиля. PAGEREF _Toc9580682 h 13

Регулировочнаяхарактеристика преобразователя. PAGEREF _Toc9580683 h 14

Расчётсистемы управления тиристорами. PAGEREF _Toc9580684 h 16

Расчётпараметров компонентов схем питания.PAGEREF _Toc9580685 h 17

Выбормикроконтроллера и расчёт параметров его периферийных устройств. PAGEREF _Toc9580686 h 18

Заключение. PAGEREF _Toc9580687 h 20

Списокиспользованной литературы… PAGEREF_Toc9580688 h 21

Приложение. PAGEREF _Toc9580689 h 22

Введение.

Постоянный прогресс в области электроники приводит кнепрерывному совершенствованию элементной базы электронных устройств, что даетвозможность разрабатывать новые устройства, которые по сравнению с разработаннымиранее устройствами обладают важными преимуществами такими как:

·

улучшениеосновных параметров;

·

повышениенадёжности;

·

простотой схемнойреализации;

·

удобством вэксплуатации устройств;

·

универсальность;

·

более низкойсебестоимостью;

и др.

С развитием силовой электроники проявляется всёбольшая потребность в универсальных силовых выпрямителях и особенно вуправляемых.

Теперь с развитием микроконтроллерной отрасли ипоявлением оптотиристоров на большие токи и напряжения появилась возможностьспроектировать управляемые выпрямители по очень простой схеме.

Применение оптотиристоров привело к упрощению выходнойчасти схемы управления.

Применениемикроконтроллеров позволило:

·

упростить схемууправления буквально до одной микросхем;

·

включить в себяфункцию контроля входных и выходных напряжений;

·

автоматическирегулировать выходного напряжения по заданному алгоритму в зависимости отвнешних факторов;

·

удалённомуконтролю и управлению выпрямителем.
Управляемые выпрямители

Управляемые выпрямители на тиристорах позволяют:

1) выпрямлять переменное напряжение;

2) регулировать величину среднего значения этогонапряжения Ud (постоянную составляющую).

Регулирование ведется за счет задержки моментавключения очередного вентиля Среднее значение выпрямленного напряжения Uda

, определяемые заштрихованной площадью, будет меньшеUd0. Чем больше угол задержки a, тем меньше Uda.

Приведём упрощённые типичные схемы силовыхчастей управляемых выпрямителей с описанием каждой достоинств и недостатков.

Однофазный управляемый выпрямитель

Достоинства:минимальное количество, простота реализации., простота системы управления.

Недостатки:низкий КПД, высокая пульсация выпрямленного напряжения.

VS1

Rн

Lн

Тр

Однофазный управляемыйвыпрямитель со средней точкой

Достоинства:разгрузка режима работы тиристоров, высокий КПД.,. низкая пульсация выпрямленногонапряжения

Недостатки:усложнённая система управления, увеличенный размер трансформатора

VS2

VS1

Rн

Lн

Тр

Однофазная мостовая схема управляемого выпрямителя

Достоинства:оптимальное использование возможностей трансформатора,, высокий КПД.,. низкая пульсациявыпрямленного напряжения.

Недостатки:усложнённая система управления, большое число элементов схемы выпрямления.

ТР

Rн

Lн

VS1

VS4

VS3

Трёхфазныйуправляемый выпрямитель с нулевым выводом

Достоинства:возможное создание выпрямителей большой мощности, высокий КПД, низкаяпульсация выпрямленного напряжения, простота реализации.

Недостатки:сложная система управления, неэффективное использование возможностейтрансформатора

Rн

VS1

VS3

VS2

Мостовой трёхфазный управляемый выпрямитель

Достоинства:возможное создание выпрямителей большой мощности, высокий КПД, низкаяпульсация выпрямленного напряжения, простота реализации, эффективноеиспользование возможностей трансформатора

Rн

Lн

<img src="/cache/referats/16925/image008.gif" v:shapes="_x0000_s2088 _x0000_s1483 _x0000_s1486 _x0000_s1487 _x0000_s1488 _x0000_s1489 _x0000_s1490 _x0000_s1491 _x0000_s1492 _x0000_s1493 _x0000_s1494 _x0000_s1495 _x0000_s1496 _x0000_s1497 _x0000_s1498 _x0000_s1499 _x0000_s1500 _x0000_s1501 _x0000_s1502 _x0000_s1503 _x0000_s1504 _x0000_s1505 _x0000_s1506 _x0000_s1507 _x0000_s1508 _x0000_s1509 _x0000_s1510 _x0000_s1520 _x0000_s1521 _x0000_s1526 _x0000_s1527 _x0000_s1528 _x0000_s1532 _x0000_s1533 _x0000_s1534 _x0000_s1535 _x0000_s1536 _x0000_s1537 _x0000_s1538 _x0000_s1539 _x0000_s1544 _x0000_s1545 _x0000_s1546 _x0000_s1547 _x0000_s1548 _x0000_s1549 _x0000_s1550 _x0000_s1551 _x0000_s1552 _x0000_s1553 _x0000_s1554 _x0000_s1555 _x0000_s1556 _x0000_s1557 _x0000_s1558 _x0000_s1559 _x0000_s1560 _x0000_s1561 _x0000_s1562 _x0000_s1563 _x0000_s1564 _x0000_s1565 _x0000_s1566 _x0000_s1567 _x0000_s1568 _x0000_s1580 _x0000_s1586 _x0000_s1590 _x0000_s1591 _x0000_s1592 _x0000_s1593 _x0000_s1594 _x0000_s1595 _x0000_s1596 _x0000_s1928 _x0000_s1929 _x0000_s1930 _x0000_s1931 _x0000_s1932 _x0000_s1933 _x0000_s1934 _x0000_s1935 _x0000_s1936 _x0000_s1937 _x0000_s1938 _x0000_s1939 _x0000_s1940 _x0000_s1941 _x0000_s1942 _x0000_s1944 _x0000_s1945 _x0000_s1946 _x0000_s1947 _x0000_s1948 _x0000_s1949 _x0000_s1950 _x0000_s1951 _x0000_s1952 _x0000_s1953 _x0000_s1954 _x0000_s1955 _x0000_s1956 _x0000_s1957 _x0000_s1958 _x0000_s1964 _x0000_s1965 _x0000_s1966 _x0000_s1969 _x0000_s1970 _x0000_s1972 _x0000_s1973 _x0000_s1974 _x0000_s1975 _x0000_s1976 _x0000_s1977 _x0000_s1978 _x0000_s1979 _x0000_s1982 _x0000_s1983 _x0000_s1984 _x0000_s1985 _x0000_s1986 _x0000_s1990 _x0000_s1992 _x0000_s1993">Недостатки:сложная система управления,, большое число элементов схемы выпрямления.

Описание работысхемы

На основе 3-хфазной мостовой схемы конструируются самые мощные выпрямители, обладающими КПДблизким к 100%.

ТрансформаторТр1 выполняет функции гальванической развязки выпрямленного напряжения с питающейсетью, а также для согласования уровней напряжений питающей сени ивыпрямляемого напряжения.

Преобразованиепеременного напряжения в постоянное основано на свойстве вентилей пропускатьток только в одном направлении. Вкачестве силовых выпрямляющих вентилей выберем оптотиристоры VO1 – VO6, что позволит исключить из схемы управления тиристорамиимпульсные трансформаторы.

Регулирование уровня напряжения ведется за счетзадержки момента включения очередного вентиля. Среднее значение выпрямленногонапряжения будет меньше выпрямляемого напряжения на вторичной обмоткетрансформатора Тр1. Чем больше угол задержки a

, тем меньше выпрямленное напряжение.

Для усиления тока, который может обеспечитьмикроконтроллер до тока, необходимого для отпирания тиристора используютсятранзисторы VT1 – VT6, включённые по схеме с общим эмиттером. Надёжноезакрывание транзисторов VT1 – VT6 обеспечивается подачей отрицательного напряжения набазы через резисторы R23, R33,… ,R73, котороеполучено путём добавления диодов VD21, VD31, …, VD71 вэмиттерные цепи. Начальный ток диодов задают резисторы R24, R34,…, R74

Логическую часть системы управления выполняетмикроконтроллер MPU1. Данные в микроконтроллер обуровне регулируемого напряжения и способе его регулирования вводятся с помощьюкнопок “Mode+”, “Mode-“, “Value+”, “Value-“. Контрольвводимых значений и режима работывыпрямителя осуществляется по данным, выводимым на 4-х 7-сегментный индикатор HL1.

Момент подачи управляющих импульсов на тиристоры фазы “A” определяется путём введения задержки от моментапоступления синхронизирующего сигнала на входе микроконтроллера RE0, соответствующей заданным данным и пересчитанной поформуле регулировочной характеристики. Управляющие импульсы тиристорами фаз “B” и ”C” формируютсяпутём задержки на 120 и 240 градусов соответственно, т. е. на 6,6 мс и 13,3мс.

В режиме стабилизации напряжения путём сравнениятекущего с заданным начальная задержка автоматически варьируется длякомпенсации рассогласования. Так для повышения регулируемого напряженияпервоначальная задержка уменьшается.

Управлениевыпрямителем и контроль

С помощьюкнопок “Mode” последовательнымперебором выбирается один из следующих режимов общения с системой

1.

2.

3.

При нажатии кнопки “Mode+” режимы меняются впорядке (2 → 3 → 1 → 2).

При нажатии кнопки “Mode-” режимы меняются впорядке (2 → 1 → 3 → 2).

Изменение режимаподтверждается выводом на дисплей в течении одной секунды названием режима(НАПР, УНО, СБЗ).

Переход изрежимов индикации в режим установки значений производится одновременным удержаниемкнопок “Mode+” и “Mode-“ более секунды. Выборподтверждается выводом последнего установленного значения и миганием старшего разряда,изменение значения которого становится доступно. Последующий переход кустановки значений младших разрядов и выходу из режима установки производитсятак же одновременным нажатием кнопок “Mode+” и “Mode-.

В режимеустановок нажатие кнопки “Mode+”приводит к увеличению значения мигающего разряда (0 → 1 → 2 →3 → 4 → 5 → 6 → 7 → 8 → 9 → 9 →9 ),.

нажатие кнопки“Mode-” приводит к уменьшениюзначения мигающего разряда ( 9 → 8 → 7 → 6 → 5 →4 → 3 → 2 → 1 → 0 → 0 → 0),

Изменениявступают в силу в момент выхода из режима установки..

Расчётпараметров силового трансформатора

1.Фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора определим по формуле

U2= Kн* Ku*Kα*Kr* Udн,

где Udн– максимальное значение среднего напряжения нагрузки;

Kн–коэффициент схемы, определяющий связь между выпрямленным напряжением и фазным напряжением на вторичной сторонетрансформатора;

Ku — коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения в сети;

Kα–коэффициент запаса, учитывающий ограничение угла открывания вентилей при максимальномуправляющем сигнале;

Kr–коэффициент запаса, учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора,вентилях и в результате коммутации токов

U2 = (3,14/3*√6)* 1,2* 1,1* 1,05* 250 = 148 В.

U3= (1/√2)* 1,1* 1,05* 10 = 8 В.

2. Действующее значение токавторичной обмотки трансформатора

I2 = Ki *KT2 * Id ,

I3 = 2 * √* 2* U3 / R3,

где Ki–коэффициент, учитывающий отклонение формы тока от прямоугольной;

KT2–коэффициент схемы, определяющий соотношение между выпрямленным током и переменнымтоком вторичной обмотки трансформатора;

Id– среднее значение тока нагрузки, в расчётах берётсянаибольшее значение тока нагрузки (при α = αмин), т.е. Id=Idн.

I2 = 1,1* √(2/3)* 75 = 67 А.

I3= 2√2* 300 mA = 850 mА.

3. Действующее значение токапервичной обмотки трансформатора

I = Ki * Kt1* Id / Kтр,

где Kt1 — коэффициент схемы, определяющий соотношение между выпрямленным током и переменнымтоком первичной обмотки трансформатора;

Kтр–коэффициент трансформации трансформатора ;

Kтр= U1 / U2;

U2– фазноенапряжение первичной обмотки трансформатора.

I= 1,1 * √(2/3) * 75 / 1,5 = 44,6 А.

4. Расчётная типовая мощностьтрансформатора

SТР= KT* Ud* Id,

гдеKT–коэффициент схемы.

SТР= 1,05* 250 * 75 = 19687,5 вт.

Выборвентилей

1. Среднее значение тока вентиля

Iв= Kтв * Id

где KTB — коэффициент схемы.

Iв= 1/3 * 75 = 25 А.

2. Классификационное значение предельноготока вентиля при заданном типе охладителя, указываемое в каталогах,определяется по формуле

In0= Kэт* Iв

где Кэт — коэффициент запаса по току, выбираемый исходя из надежности работы вентиля и сучетом пусковых токов.

In0= 1,25 * 25 = 31,25 А.

3. Максимальная величина обратного напряжения, прикладываемого к вентилю, определяется по формуле

UВМ= U2* KНВ ,

где КНВ — коэффициент схемы ;

UВМ = 148 * √6 = 363 В.

Повторяющеесянапряжение, определяющее класс вентиля, выбирается с запасом :

UП≥ UВМ/ Kзн ,

где Кзн — коэффициент запаса по напряжению.

UП≥ 363/ 0,8 = 453 В

Выберемпо справочнику прибор со следующими параметрами:

·

Типприбора – ТО132-40-6

·

Максимальнодопустимый действующий ток в открытом состоянии – 40А.

·

Повторяющеесяимпульсное напряжение в закрытом состоянии: наибольшее мгновенное значениенапряжения в закрытом состоянии, прикладываемое к тиристору, включая только повторяющиесяпереходные напряжения – 600 В.

·

Ударныйнеповторяющийся ток в открытом состоянии: наибольший ток в открытом состоянии,протекание которого вызывает превышение максимально допустимой температуры перехода,но воздействие которого за время службы тиристора предполагается редким, сограниченным числом повторений –750 А.

·

Отпирающийпостоянный ток управления: наименьший постоянный ток управления, необходимыйдля включения тиристора – 150 мА.

·

Отпирающееимпульсное напряжение управления – 2,5 В.

·

пороговоенапряжение (напряжение отсечки) — 1,15 В.

·

динамическое(дифференциальное) сопротивление прямой вольтамперной характеристики вентиля воткрытом состоянии — 6 Ом.

·

общееустановившееся тепловое сопротивление — 0,3 °С/ВтРасчет температуры нагрева вентиля

1 Температура полупроводниковойструктуры Тр„п зависит от мощности потерь, образующихсяв полупроводниковой структуре.

В нормальных режимах работы на частотах неболее 200Гц потери в основном обусловлены протеканием прямого тока прибора. Этипотери составляют 95+98 % от полных потерь в приборе и определяются выражением

ΔP= U0 * IB+ Rд* Kф2 *IB2,

гдеU0 — пороговое напряжение (напряжениеотсечки), В;

IB — среднее за период значение прямого тока вентиля. А;

Rд — динамическое (дифференциальное)сопротивление прямой вольт-амперной характеристики вентиля в открытом состоянии, Ом ;

Кф= Iэф/IB — коэффициент формы тока, протекающего через прибор;

Iэфи IB — среднее по модулю и эффективное значение прямого тока,протекающего через вентиль .

В этом случае дополнительными потерямиобычно пренебрегают.

ΔP= 1,15 * 25= 28,75 Вт.

2 Эквивалентная температураполупроводниковой структуры определяется выражением

Tp-n= Tc+ ΔP* RT

гдеТс — температура окружающей среды (или охлаждающего агента припринуд

еще рефераты