3.3 Разработка алгоритма программы.

Блок схема разработанной программы показана на рис.3,7 При запуске контроллер производит инициализацию периферийных устройств, в процессе происходит настройка портов, настройка аналого-цифрового преобразователя, настройка таймера в режим ШИМ генератора. После инициализации объявляются необходимые переменные участвующие в работе основного цикла программы.

Основной цикл программы начинается проверка напряжение с выхода генератора, при недостаточном напряжении запускается цикл блока повышения напряжения до 14,4В при котором поддерживается оптимальный зарядный ток аккумуляторной батареи если напряжение на батареи находится в пределах рабочего цикла от 11В до 14В включается заряд и подключается нагрузка, при снижении напряжения на батареи ниже 10В контроллер отключает нагрузку и находится в режиме постоянной подзарядке батареи. При увеличении напряжения на батареи выше 10В контроллер вновь подключает нагрузку. После заряда батареи контроллер отключает ее от заряда и нагрузка переходит на питание напрямую от выхода генератора.

Рис. 3.7. Блок схема алгоритма работы программы.

4. Расчет инвертора для питания асинхронного двиагетеля.

Преобразователь частоты (ПЧ) в ЭП является силовым регулятором, вход которого подключен к питающей сети с нерегулируемыми значениями напряжения U₁ и частоты f₁, а на выходе обеспечиваются регулируемые значения напряжения U₂ (или тока I₂) и частоты f₂ в зависимости от задания и управляющих сигналов U_y.

Применение ПЧ в ЭП обеспечивает наиболее экономичные способы регулирования скорости и момента электродвигателей переменного тока. В настоящее время в зависимости от мощности и технологических требований к ЭП используется один из трех типов статических ПЧ:

1) непосредственный ПЧ (в минимальной конфигурации содержит m₂ – по числу фаз двигателя – отдельных реверсивных преобразователей постоянно тока, управление которыми осуществляется переменным модулирующим напряжением);

2) двухзвенный ПЧ с автономным инвертором напряжения (состоит из трех основных элементов: выпрямителя (В), автономного инвертора напряжения (АИН), и промежуточного контура постоянного тока, включающего конденсатор С, который является источником реактивной мощности для двигателя);

3. двухзвенный ПЧ с автономным инвертором тока (состоит из управляемого выпрямителя, автономного инвертора тока (АИТ), сглаживающего реактора L и конденсаторов С, являющихся источником реактивной энергии для двигателя).

В данной расчетно-графической работе приведен расчет статического ПЧ с АИН (рис. 4.1).

U

В

АИН

₁, f₁ U₂, f₂

C

U_2y, f_2y

Рис. 4.1. Двухзвенный ПЧ с АИН.

В ПЧ этого типа происходит двукратное преобразование электрической энергии: сначала переменное напряжение U₁ с частотой f₁ выпрямляется, а затем постоянное напряжение преобразуется (инвертируется) АИН в переменное с заданной амплитудой первой гармоники U_21m и частотой f₂. В качестве ключевых элементов в АИН в настоящее время практически всегда используются транзисторы.

В ПЧ с АИН для формирования выходного напряжения с заданной частотой и амплитудой первой гармоники исключительное применение находит способ широтно-импульсной модуляции (ШИМ) напряжения с постоянной частотой коммутации или с переменной частотой коммутации в системах прямого цифрового управления моментом.

В ПЧ с АИН невозможен обмен реактивной энергией двигателя с питающей сетью, и реактивная составляющая тока двигателя циркулирует в контуре электродвигатель – АИН – входной конденсатор С, наличие которого вместе с диодами, шунтирующими в обратном направлении транзисторы АИН, является обязательным для схемы инвертора напряжения.

Основные достоинства ПЧ с АИН:

• широкий диапазон частот (от 0 до 1000 Гц и более);

• возможность формирования необходимой кривой тока (обычно синусоидальной);

• простота силовой схемы ПЧ.

Недостатки ПЧ с АИН:

• нереверсивность при выполнении по основной схеме;

• большая скорость изменения напряжения на обмотке двигателя.

Электрическая функциональная схема ЭП с использованием ПЧ с АИН приведена на рис. 4.2.

В ПЧ применена наиболее распространенная для управления короткозамкнутым АД схема ПЧ с АИН и ШИМ напряжением на выходе, неупраляемым выпрямителем на входе силовой части схемы и микропроцессорным управлением. При питании от сети 380 В наиболее рациональным является применение в инверторе полупроводниковых приборов нового поколения - биполярных транзисторов с изолированным затвором – IGBT.

Основные элементы, входящие в эту схему:

UZ – неуправляемый выпрямитель; L₀, C₀ - фильтр; RT – термистор, ограничивающий ток заряда конденсатора С₀; R₀ – разрядное сопротивление для конденсатора С₀; FU1, FU2, FU3 - предохранители; R, C – цепь защиты (снаббер) от перенапряжений на транзисторах IGBT; RS – датчик тока для организации защиты (FA) от сквозных и недопустимых токов перегрузки через IGBT; VT – VD – трехфазный инвертор на IGBT с обратным диодным мостом.

Основные блоки в системе управления:

1) блок питания БП, состоящий из восьми гальванически развязанных источников постоянного напряжения;

2) микроконтроллер AD на базе сигнального процессора 1899ВЕ1;

3) плата индикации DS с переключателем способа управления: местное или дистанционное;

4) блок сопряжения ТВ для работы с внешними сигналами или командами;

5) согласующие усилители UD – драйверы IGBT.

Электропривод работает следующим образом.

При подаче напряжения 380 В на силовой вход ПЧ в звене постоянного тока происходит процесс заряда конденсатора фильтра С₀, который определяется значениями RT, L₀, C₀. Одновременно с этим в информационную часть схемы подается питание (напряжения U₁ – U₈). В процессе выдержки времени на установление напряжений стабилизированных источников питания U₁ – U₄ аппаратная защита FA блокирует открывание ключей инвертора и происходит запуск программы управления процессором по аппаратно формируемой команде «Рестарт».

Выполняется инициализация. Производится запись начальных условий в ячейки ОЗУ процессора и определяется способ управления – местное или дистанционное. Если с датчиков тока фаз двигателя TA_A, TA_B, TA_C, аппаратной защиты FA, напряжения сети U_c, а также от всех каналов вторичного источника питания поступает информация о нормальных параметрах, то ЭП готов к работе и на цифровой индикатор выводятся нули, светится светоизлучающий диод «Подача». В противном случае загорается светоизлучающий диод «Авария» и на цифровом индикаторе появляется код срабатывания той или иной защиты.

Для управления двигателем процессор формирует систему трехфазных синусоидальных напряжений, изменяемых по частоте и амплитуде, и передает их в модулятор, в котором синусоидальные сигналы управления фазами – «стойками» инвертора, состоящими из последовательно включенных ключей IGBT, преобразуется в дискретные команды включения и отключения транзисторов классическим методом центрированной синусоидальной ШИМ. Несущая частота ШИМ составляет от 5 до 15 кГц. Одновременное замыкание двух ключей в «стойке» инвертора блокируется, для учета реального времени запирания транзисторов в процесс переключения вводится «мертвое» время, составляющее единицы микросекунд, в течении которого оба ключа разомкнуты.

Силовая часть ПЧ неизменна и пригодна для разных способов управления координатами электродвигателей с применением более совершенных микропроцессорных средств.

Рис. 4.2. Функциональная электрическая схема асинхронного ЭП с ПЧ.