Схема, изображенная на рисунке 3 состоит из силового трехфазного инвертора, генератора управляющих сигналов и сопрягающего элемента- драйвера для ключей инвертора. Рассмотрим эти элементы и опишем некоторые алгоритмы, которые можно реализовать в этой системе.
Привлекательная во всех отношениях микросхема IR2131 (или IR2130) фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER редко встречается в отечественных разработках. Одной из причин этого является ее относительно высокая стоимость, но если принять во внимание, что цена таких изделий на нашем рынке сильно зависит от спроса на них, то с определенным риском можно рекомендовать ее разработчику для применения в изделиях, где определяющим фактором является цена.
Микросхема IR2131- представляет собой драйвер 6-ти ключей (IGBT или MOSFET), имеющий три выхода для управления нижними ключами моста и три выхода для ключей с плавающим потенциалом управления. В ней предусмотрена защита по току, которая выключает все ключи и выдает сигнал ошибки FAULT, когда сигнал на выводе ITRIP превышает 0,5В. Это удобно для разработчика, поскольку организация такой защиты требует от него лишь правильного определения величины резистивного датчика. Входы драйвера согласуются с ТТЛ логикой, что позволяет управлять им с помощью микроконтроллеров с 5-ти вольтовым питанием без дополнительных преобразователей уровня. Кроме этого у IR2131 есть отдельный вход выключения всех ключей и вход сброса сигнала ошибки, а у IR2130 вместо них имеется встроенный усилитель тока нагрузки и сброс триггера ошибки осуществляется при подаче на все входы управления неактивного уровня. Допустимое напряжение на инверторе, с которым работает микросхема, составляет 600В. В настоящее время фирмой INTERNATIONAL RECTIFIER производятся аналогичные драйверы с рабочим напряжением 1200В.
Рисунок 3 –Принципиальная схема.
Для генерации сигналов управления мостом можно использовать недорогой микроконтроллер ATmega8. Электропривод запитывается от сети переменного тока 380В через разъем Х1. Целесообразность шунтирования затворных резисторов R13- R18 обратными диодами VD7- VD12 позволяет значительно снизить динамические потери на выключении. Сформированное напряжение подается на двигатель через разъем Х2.
Если емкость фильтра С12 велика и нет элемента, ограничивающего ток заряда этой емкости, то при каждом включении будут постепенно разрушаться диоды моста. Для предотвращения броска тока через выпрямитель необходимо включение терморезистора R19.
Конденсатор С11 (керамический или полипропиленовый) необходимо располагать максимально ближе к транзисторам моста, поскольку полевые и IGBT транзисторы «не любят» перенапряжений, которые будут возникать при коммутациях на паразитных индуктивностях схемы.
Питание на драйвер DD2 подается от стабилитрона VD2 через гасящий резистор R12. При небольших частотах инвертора (до 3кГц) достаточно 40кОм для нормального питания системы управления.
Бутстреповые емкости С7- С9 заряжаются через диоды VD4-VD6 при включении соответствующего нижнего ключа. Напряжение питания IR2131 выбирается в зависимости от желаемой степени насыщения силового транзистора. Рекомендуемая величина 15- 20В. Уменьшение питающего напряжения какого-нибудь из каналов ниже 8В вызывает немедленное запирание ключа.
Величина резистивного датчика тока R10 выбирается в зависимости от номинальной мощности электропривода и допустимой перегрузки по току (R10=0,5В/Iдоп.). Интегрирующее звено R11-C10 предотвращает ложное срабатывание токовой защиты в моменты коммутаций, достаточная величина постоянной времени- 0,5мкс.
При превышении сигналом на входе ITRIP уровня 0,5В все ключи запираются и выдается сигнал ошибки FAULT (выход с открытым коллектором). Обработкой сигнала ошибки и общим управление занимается микроконтроллер DD1. На это место удачно подходят микроконтроллеры ATmega8. Диапазон рабочих напряжений питания процессоров 4-6В, максимальный потребляемый ток при тактировании от RC генератора 5мА, ток в режиме пониженного энергопотребления 20мкА. Большое удобство создает повышенная нагрузочная способность портов- 25мА, что позволяет напрямую управлять светодиодами (включая светодиоды оптронов). Наличие разнообразной периферии (АЦП, компараторы, последовательные порты, таймеры, модуль ШИМ и пр.) предоставляет разработчику широкие возможности для построения гибких и дешевых систем управления. Все микроконтроллеры имеют встроенную схему сброса, сторожевой таймер и защиту кода от считывания. Microchip свободно распространяет ассемблер MPASM, симулятор MPSIM, интегрированную систему отладки для Windows MPLAB. Имеющиеся для этих контроллеров Си-компиляторы (например, компилятор фирмы HI-TECH) ускоряют процесс написания и отладки программ.
В нашей схеме процессор питается от стабилитрона VD3. При несложных задачах управления электроприводом можно тактировать микроконтроллер от RC генератора (R6- C1). Максимально допустимая частота при этом 4МГц. Поскольку почти все команды выполняются этим процессором за один такт (в данном случае за 1 мкс), то этого оказывается достаточным даже для выдачи на двигатель синусоидально-центрированной ШИМ с частотой несущей 3кГц.
Автоматический выключатель
Автоматический выключатель выбирается по номинальному току преобразователя. В соответствии с рекомендациями защита выбирается на ток не менее 3,8 А. Поскольку кроме преобразователя используется дополнительное коммутационное оборудование, выбираем автоматический выключатель типа АК-50Б-2М с током расцепителя: 6 А.
Заключение
В курсовом проекте произведено технические и эксплуатационные характеристики ПЧ и исследован технический объект асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 0,75 кВт, разработана и описана функциональная схема ПУ, рассчитана и выбрана элементы силовой схемы, разработана принципиальная схема управления ПУ, рассчитаны характеристики ПУ, рассчитана и выбраны элементы системы защиты.