Qarku i Shoferit të Portës për Inverter Tre Fazësh: 9 Hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:26

Ky projekt është në thelb një qark shoferësh për një pajisje të quajtur SemiTeach të cilën ne e kemi blerë kohët e fundit për departamentin tonë. Imazhi i pajisjes është treguar.

Lidhja e këtij qarku të drejtuesit me 6 mosfete gjeneron tre tensione AC të zhvendosur 120 gradë. Gama është 600 V për pajisjen SemiTeach. Pajisja gjithashtu ka ndërtuar terminalet e daljes së gabimeve që japin gjendje të ulët kur zbulohet gabim në cilëndo nga tre fazat

Invertorët zakonisht përdoren në Industrinë e Energjisë për të konvertuar Tensionin DC të shumë burimeve të gjenerimit në Tensione AC për transmetim dhe shpërndarje efikase. Termore lesh, ato përdoren gjithashtu për të nxjerrë energji nga Seria e Fuqive të Pandërprera (UPS). Invertorët kanë nevojë për një qark të drejtuesit të portës për të drejtuar çelsat e energjisë elektronike të përdorura në qark për konvertimin. Ka shumë lloje të Sinjaleve të Portës që mund të zbatohen. Raporti i mëposhtëm diskuton hartimin dhe zbatimin e një qarku drejtues portash për një inverter trefazor duke përdorur përcjellje 180 gradë. Ky raport fokusohet në hartimin e Qarkut të Drejtuesit të Portës, në të cilin janë shkruar detajet e plota të projektimit. Për më tepër, ky projekt përfshin gjithashtu mbrojtjen e mikrokontrolluesit dhe qarkut gjatë kushteve të gabimit. Dalja e qarkut është 6 PWM për 3 këmbët e Inverter Tre Fazor.

Hapi 1: Rishikimi i literaturës

Shumë aplikacione në Industrinë e Energjisë kërkojnë konvertimin e Tensionit DC në tension AC siç është lidhja e Paneleve Diellorë me Rrjetin Kombëtar ose me energjinë e pajisjeve AC. Ky konvertim i DC në AC arrihet duke përdorur Inverters. Bazuar në llojin e furnizimit, ekzistojnë dy lloje të invertorëve: Inverter njëfazor dhe Inverter trefazor. Një Inverter me një Fazë merr tensionin DC si hyrje dhe e konverton atë në Tension të Vetëm Fazor AC ndërsa një konvertues me tre Faza Inverter konverton Tensionin DC në Tension trefazor AC.

Figura 1.1: Inverter me tre faza

Një inverter trefazor përdor 6 ndërprerës transistorësh siç tregohet më sipër të cilët drejtohen nga Sinjalet PWM duke përdorur Qarqet e Drejtuesit të Portës.

Sinjalet Gating të inverterit duhet të kenë një ndryshim fazor prej 120 gradë në lidhje me njëri-tjetrin për të marrë një dalje të balancuar trefazore. Dy lloje të Sinjaleve të Kontrollit mund të aplikohen për të drejtuar këtë qark

• Përçueshmëri 180 gradë

• Përçueshmëri 120 gradë

Mënyra e përcjelljes 180 gradë

Në këtë mënyrë, çdo transistor ndizet për 180 gradë. Dhe në çdo kohë, tre transistorë mbeten të ndezur, një transistor në secilën degë. Në një cikël, ekzistojnë gjashtë mënyra të funksionimit dhe secila mënyrë funksionon për 60 gradë të ciklit. Sinjalet e portës zhvendosen nga njëra -tjetra me një ndryshim fazor prej 60 gradë për të marrë furnizim të balancuar me tre faza.

Figura 1.2: Përçueshmëri 180 gradë

Mënyra e përcjelljes 120 gradë

Në këtë mënyrë, çdo transistor ndizet për 120 gradë. Dhe në çdo kohë, vetëm dy transistorë sillen. Duhet të theksohet se në çdo kohë, në secilën degë, vetëm një transistor duhet të jetë i ndezur. Duhet të ketë një diferencë fazore prej 60 gradë midis Sinjaleve PWM për të marrë dalje të balancuar trefazore AC.

Figura 1.3: Përçueshmëri 120 gradë

Kontrolli i Kohës së Vdekur

Një masë paraprake shumë e rëndësishme që duhet të merret është se në njërën këmbë, të dy tranzistorët nuk duhet të jenë të ndezur në të njëjtën kohë, përndryshe Burimi DC do të ketë qark të shkurtër dhe qarku do të dëmtohet. Prandaj, është shumë thelbësore të shtoni një interval kohor shumë të shkurtër midis kthimit të njërit tranzistor dhe ndezjes së tranzistorit tjetër.

Hapi 2: Blloko Diagramin

Hapi 3: Përbërësit

Në këtë seksion do të paraqiten dhe do të analizohen detaje rreth dizajnit.

Lista e Komponentëve

• Optokoupler 4n35

• IC IC i shoferit IR2110

• Transistor 2N3904

• Diodë (UF4007)

• Diodat Zener

• Stafetë 5V

• DHE Porta 7408

• ATiny85

Optokoupler

Optokoupler 4n35 është përdorur për izolimin optik të mikrokontrolluesit nga pjesa tjetër e qarkut. Rezistenca e zgjedhur bazohet në formulën:

Rezistenca = LedVoltage/CurrentRating

Rezistenca = 1.35V/13.5mA

Rezistenca = 100 Ohms

Rezistenca e daljes që vepron si rezistencë tërheqëse është 10k Ohm për zhvillimin e duhur të tensionit në të.

IR 2110

Shtë një IC që drejton portën e përdorur zakonisht për drejtimin e MOSFET -ve. Ashtë një IC Drejtuesi 500 V i Lartë dhe i Ulët me anë të një burimi tipik 2.5 A dhe një lavaman 2.5 A në 14 IC Paketimi i Plumbit.

Kondensator Bootstrap

Komponenti më i rëndësishëm i IC shoferit është kondensatori i bootstrap. Kondensatori i bootstrap duhet të jetë në gjendje të sigurojë këtë ngarkesë dhe të ruajë tensionin e tij të plotë, përndryshe do të ketë një sasi të konsiderueshme të valëzimit në tensionin Vbs, e cila mund të bjerë nën bllokimin e nën -tensionit Vbsuv dhe të bëjë që dalja HO të ndalojë funksionimin. Prandaj ngarkesa në kondensatorin Cbs duhet të jetë së paku dyfishi i vlerës së mësipërme. Vlera minimale e kondensatorit mund të llogaritet nga ekuacioni më poshtë.

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

Ku si

Vf = Rënie e tensionit përpara në diodën e nisjes

VLS = Rënie e tensionit në anën e ulët FET (ose ngarkesë për një drejtues anësor të lartë)

VMin = Tensioni minimal midis VB dhe VS

Qg = Ngarkesa e portës së FET me anë të lartë

F = Frekuenca e funksionimit

Icbs (rrjedhje) = Rryma e rrjedhjes së kondensatorit të nisjes

Qls = ngarkesa e zhvendosjes së nivelit të kërkuar për cikël

Ne kemi zgjedhur një vlerë prej 47uF.

Transistor 2N3904

2N3904 është një transistor i zakonshëm i lidhjes bipolare NPN i përdorur për aplikime amplifikuese ose ndërruese me fuqi të ulët të përgjithshme. Mund të trajtojë rrymë 200 mA (maksimumi absolut) dhe frekuenca deri në 100 MHz kur përdoret si amplifikator.

Diodë (UF4007)

Një gjysmëpërçues i rezistencës së lartë përdoret për të siguruar një kapacitet të ulët të diodës (Ct). Si rezultat, diodat PIN veprojnë si një rezistencë e ndryshueshme me paragjykim përpara dhe sillen si një kondensator me paragjykim të kundërt. Karakteristikat e frekuencave të larta (kapaciteti i ulët siguron efektin minimal të linjave të sinjalit) i bëjnë ato të përshtatshme për përdorim si elementë të rezistencës së ndryshueshme në një shumëllojshmëri të gjerë të aplikacioneve, duke përfshirë zbutësit, ndërrimin e sinjalit me frekuencë të lartë (p.sh. telefonat celularë që kërkojnë një antenë) dhe qarqet AGC.

Diodë Zener

Një diodë Zener është një lloj i veçantë i diodës që, ndryshe nga një normale, lejon që rryma të rrjedhë jo vetëm nga anoda e saj në katodën e saj, por edhe në drejtim të kundërt, kur të arrihet tensioni Zener. Përdoret si rregullator i tensionit. Diodat Zener kanë një kryqëzim p-n shumë të dopeduar. Diodat normale gjithashtu do të prishen me një tension të kundërt, por tensioni dhe mprehtësia e gjurit nuk janë aq të përcaktuara sa për një diodë Zener. Gjithashtu diodat normale nuk janë krijuar për të vepruar në rajonin e prishjes, por diodat Zener mund të funksionojnë me besueshmëri në këtë rajon.

Stafetë

Reletë janë çelsat që hapin dhe mbyllin qarqet elektromekanikisht ose elektronikisht. Reletë kontrollojnë një qark elektrik duke hapur dhe mbyllur kontaktet në një qark tjetër. Kur një kontakt rele është normalisht i hapur (JO), ka një kontakt të hapur kur stafeta nuk është e ndezur. Kur një kontakt rele është normalisht i mbyllur (NC), ka një kontakt të mbyllur kur stafeta nuk është e ndezur. Në secilin rast, aplikimi i rrymës elektrike në kontaktet do të ndryshojë gjendjen e tyre

DHE Porta 7408

Një Logic AND Gate është një lloj porte logjike dixhitale, prodhimi i së cilës shkon LART në një nivel logjik 1 kur të gjitha hyrjet e tij janë LART

ATiny85

Microshtë një mikrokontrollues me mikroçip 8-bitësh me bazë AVR RISC me fuqi të ulët që kombinon memorie të ndezur 8KB ISP, 512B EEPROM, 512-Byte SRAM, 6 linja I/O të përdorimit të përgjithshëm, 32 regjistra pune me qëllim të përgjithshëm, një kohëmatës/numërues 8-bitësh me mënyra krahasimi, një kohëmatës/numërues 8-bitësh me shpejtësi të lartë, USI, ndërprerje të brendshme dhe të jashtme, konvertues A/D 10-bitësh me 4 kanale.

Hapi 4: Puna dhe Qarku Shpjeguar

Në këtë pjesë, puna e qarkut do të shpjegohet në detaje.

Brezi PWM

PWM është krijuar nga mikrokontrolluesi STM. TIM3, TIM4 dhe TIM5 janë përdorur për të gjeneruar tre PWM me 50 përqind cikël detyre. Zhvendosja e fazës prej 60 gradësh u përfshi midis tre PWM duke përdorur vonesën e kohës. Për sinjalin PWM 50 Hz, metoda e mëposhtme u përdor për të llogaritur vonesën

vonesë = Periudha kohore ∗ 60/360

vonesë = 20ms ∗ 60/360

vonesë = 3.3ms

Izolimi i mikrokontrolluesit duke përdorur Optocoupler

Izolimi midis mikrokontrolluesit dhe pjesës tjetër të qarkut është bërë duke përdorur optokoupler 4n35. Tensioni i izolimit të 4n35 është rreth 5000 V. Përdoret për mbrojtjen e mikrokontrolluesit nga rrymat e kundërta. Meqenëse një mikrokontrollues nuk mund të mbajë tension negativ, prandaj, për mbrojtjen e mikrokontrolluesit, përdoret optokoupler.

IC i shoferit Gate Driving CircuitIR2110 është përdorur për të siguruar kalimin e PWM -ve në MOSFET. PWM nga mikrokontrolluesi janë siguruar në hyrje të IC. Meqenëse IR2110 nuk kanë portën NOT të integruar, kështu që BJT përdoret si një inverter në pin Lin. Pastaj jep PWM -të plotësuese për MOSFET -et që do të nxiten

Zbulimi i Gabimeve

Moduli SemiTeach ka 3 kunja gabimi të cilat normalisht janë LART HIGH në 15 V. Sa herë që ka ndonjë gabim në qark, një nga kunjat shkon në nivelin LOW. Për mbrojtjen e përbërësve të qarkut, qarku duhet të pritet ff gjatë kushteve të gabimit. Kjo u arrit duke përdorur AND Gate, Mikrokontrollues ATiny85 dhe një stafetë 5 V. Përdorimi i AND Gate

Hyrja në AND Gate janë 3 kunja gabimi të cilat janë në gjendje të LART në gjendje normale kështu që dalja e AND Gate është LART në kushte normale. Sapo të ketë një gabim, një kunja shkon në 0 V dhe kështu dalja e portës AND shkon poshtë. Kjo mund të përdoret për të kontrolluar nëse ka një gabim apo jo në qark. Vcc në portën DHE sigurohet përmes një diodë Zener.

Prerja e Vcc përmes ATiny85

Dalja e AND Gate i jepet Mikrokontrolluesit ATiny85 i cili gjeneron një ndërprerje sapo të ketë ndonjë gabim. Kjo e çon më tej Stafetë e cila shkurton ff Vcc të të gjithë përbërësve përveç ATiny85.

Hapi 5: Simulimi

Për simulimin, ne kemi përdorur PWM -të nga funksioni gjenerator në Proteus dhe jo modelin STMf401 pasi nuk është i disponueshëm në Proteus. Ne kemi përdorur Opto-Coupler 4n35 për izolimin midis mikrokontrolluesit dhe pjesës tjetër të qarkut. IR2103 përdoret në simulime si një përforcues aktual i cili na jep PWM plotësuese.

Diagrami skematik jepet si më poshtë:

Prodhimi anësor i lartë Ky dalje është midis HO dhe Vs. Figura në vijim tregon daljen e tre PWM -ve me anë të larta.

Prodhimi anësor i ulët Ky dalje është midis LO dhe COM. Figura në vijim tregon daljen e tre PWM -ve me anë të larta.

Hapi 6: Skema dhe paraqitja e PCB

Layshtë treguar paraqitja skematike dhe PCB e krijuar në Proteus

Hapi 7: Rezultatet e harduerit

PWM plotësuese

Figura e mëposhtme tregon daljen e njërit prej IR2110 i cili është plotësues

PWM e Fazës A dhe B

Faza A dhe B janë 60 gradë të zhvendosura. Shtë treguar në figurë

PWM e Fazës A dhe C

Faza A dhe C e -60 gradë janë zhvendosur. Shtë treguar në figurë

Hapi 8: Kodimi

Kodi u zhvillua në Atollic TrueStudio. Për të instaluar Atollic mund të shikoni mësimet e mia të mëparshme ose të shkarkoni në internet.

Projekti i plotë është shtuar.

Hapi 9: Faleminderit

Duke ndjekur traditën time, do të doja të falënderoja anëtarët e grupit tim që më ndihmuan në përfundimin e këtij projekti të mrekullueshëm.

Shpresoj se kjo e udhëzueshme ju ndihmon.

Ky jam une qe po firmos:)

Urimet me te mira

Tahir Ul Haq

EE, UET LHR Pakistan