До дипломного проекту




НазваДо дипломного проекту
Сторінка1/3
Дата конвертації11.01.2014
Розмір0.5 Mb.
ТипДиплом
uchni.com.ua > Фізика > Диплом
  1   2   3

ЗАТВЕРДЖЕНО

Наказ Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України

29 березня 2012 року № 384
Форма № Н-9.02
Міністерство освіти і науки України

Донбаський державний технічний університет

Факультет автоматизації та електротехнічних систем

Кафедра електронних систем

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до дипломного проекту

бакалавра

на тему

^ МІКРОПРОЦЕСОРНА СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ

ПЕРЕТВОРЮВАЧЕМ ЧАСТОТИ

Виконав: студент 4 курсу, групи ЕС-09-2

спеціальність 6.050802

Електронні пристрої та системи

Дрєєв С.С.

Керівник: Скурятін Ю.В.

Рецензент: ______________


Алчевськ – 2013

^ ЛИСТ задания!!!!

ЛИСТ ведомости!!!

РЕФЕРАТ
Пояснювальна записка 81 сторінка, 17 рисунків, 7 таблиць, 9 джерел, 3 додатки. Графічна частина 5 аркушів формату А1.
Об’єктом проектування є мікропроцесорна система для управління перетворювачем частоти.

Мета роботи – розробка мікропроцесорної системи.

В процесі роботи проведені розробка та розрахунок структурної та принципової схем мікропроцесорної системи, конструктивне опрацювання. В ході дипломного проектування був розроблений електронний пристрій, що представляє собою мікропроцесорну систему управління для автономного інвертора напруги, на основі трифазного інвертора з драйверами рівнів напруги та зворотних зв’язків за струмом та напругою.

Розробка пристрою дозволяє використовувати його не тільки для автономного інвертора напруги, але ще й для будь-яких перетворювачів частоти.
^ АВТОНОМНИЙ ІНВЕРТОР НАПРУГИ, ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ, МОСТОВИЙ ВИПРЯМЛЯЧ, МІКРОКОНТРОЛЕР, ШИМ МОДУЛЯЦІЯ, ДАТЧИК СТРУМУ, ДАТЧИК НАПРУГИ



ЗМІСТ
Вступ………………………………………………………………………..….……5

1 Аналітичний огляд…………………………………………………..…..….…….7

2 Структурна схема мікропроцесорної системи……….……….……..………..19

3 Розробка та обґрунтування електричної принципової схеми мікропроцесорної системи ……..…………………………………………………………..………….22

3.1 Силова частина …………………..………………………..……….…22

3.2 Датчики струму ……………………………...……………………..…26

3.3 Датчик напруги ……………………..…………………………..…….28

3.4 Розрахунок трансформатору живлення ……………..……………...29

3.5 Розрахунок LC-фільтра …………………..………………………….33

3.6 Вибір стабілізаторів напруги ……………………………………….36

3.7 Вибір мікроконтролеру ………………………………………………38

3.8 Вибір системи індикації ……………………………………………..41

3.9 Вибір драйверів …………………………………………...…………42

4 Розробка друкованої плати …………………………..…………………….….45

4.1 Розробка конструкції друкованої плати ...……………………………. ..…46

4.1.1 Вибір і обгрунтування типу друкованої плати ………………….46

4.1.2 Вибір і обгрунтування класу точності друкованої плати ………47

4.1.3 Вибір матеріалу, габаритних розмірів і конфігурації друкованої

плати………………………………………………………………….……48

5 Моделювання мікропроцесорної системи …………………………….……..51

6 Охорона праці ….……………………………………….......…………….….…54

6.1 Інструкція з охорони праці інженера-електроніка ………………..54

6.2 Пожежна безпека ………………………………………………….….61

Висновки………………………………………………………….……………….63

Перелік посилань…………………………………………………...…………….64

Додаток А Елементи автоматизації…………………………….……………….65

Додаток Б Перелік елементів………………………………...………………….74

Додаток В Специфікація……………………………………….…………...…....78

ВСТУП
Постійний прогрес в області силової електроніки, пов'язаний в першу чергу з появою дедалі досконаліших силових напівпровідникових приладів, відкриває шляхи поліпшення і створення нових схемотехнічних рішень, підвищення енергетичних і динамічних показників, розширення сфери використання силової електроніки в народному господарстві. У цих умовах значно зростає роль автоматичного управління в силовій електроніці. Це обумовлено такими основними факторами:

 підвищення вимог до якості і швидкодії регулювання вихідних координат перетворювачів електроенергії в режимах автоматичної управління;
 необхідність підвищення якості вхідних енергетичних показників перетворювачів з метою поліпшення їх електромагнітної сумісності;
 розробка нових класів перетворювачів з ускладненими законами управління.
Інвертор - пристрій для перетворення постійного струму або змінного в змінний струм із зміною величини напруги або і частоти. Зазвичай являє собою генератор періодичного напруги, за формою наближеного до синусоїди, або дискретного сигналу.

Існують кілька груп інверторів, які розрізняються за вартістю приблизно в 15 разів:

 перша група дорожчих інверторів забезпечує синусоїдальна вихідна напруга,
друга група забезпечує вихідна напруга спрощеної форми, що замінює синусоїду. Найчастіше використовується сигнал у вигляді трапецеїдального синуса.
Для переважної більшості побутових приладів допустимо використовувати змінну напругу з спрощеною формою сигналу. Синусоїда важлива тільки для деяких телекомунікаційних, лабораторних приладів, медичної апаратури, а також професійної аудіо апаратури. Вибір інвертора проводиться виходячи з пікової потужності енергоспоживання стандартного напруги 220В/50Гц. Існують три режими роботи інвертора:

 режим тривалої роботи. Режим відповідає номінальній потужності інвертора,
 режим перенавантаженної роботи. У даному режимі більшість моделей інверторів протягом декількох десятків хвилин (до 30) можуть віддавати потужність в 1,2-1,5 разів більше номінальної,
 режим пусковий. У даному режимі інвертор здатний віддавати підвищену моментальну потужність протягом декількох мілісекунд для забезпечення запуску електродвигунів і ємнісних навантажень.
Протягом декількох секунд більшість моделей інверторів можуть віддавати потужність в 1,5-2 рази перевищує номінальну. Сильна короткочасне перевантаження виникає, наприклад, при включенні холодильника.
Інвертора потужністю 150 Вт достатньо, щоб живити від бортової електромережі автомобіля практично будь-який ноутбук. Для живлення і зарядки мобільних телефонів, аудіо та фотоапаратури вистачить 7,5 Вт



  1. ^ АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД


1.1 Основні відомості про автономний інвертор напруги
Для живлення різних мереж споживачів змінним струмом частоти 50 Гц одно-або трифазним напругою 220 (220/380) У в аварійних режимах, при використанні нетрадиційних джерел енергії (сонячні батареї тощо), на автономних і віддалених об'єктах широко застосовують автономні інвертори напруги (АІН). Зокрема, АІН є частиною гарантійних джерел живлення, застосовуваних для живлення відповідальних споживачів (пристрої обчислювальної техніки, управління, зв'язку, охоронне обладнання тощо), світова продаж яких до кінця XX століття перевищувала 2 млн. прим. Ці перетворювачі, особливо системи on-line, забезпечують високу якість вихідного сигналу, яке відповідає вимогам ГОСТ до якості низьковольтних мереж. У подібних системах застосовуються методи широтно-імпульсної модуляції за синусоїдальним законом, у зв'язку з цим системи управління цих пристроїв досить складні і пред'являють підвищені вимоги до джерел живлення.

Розробка алгоритмів перемикання АІН інтенсивно велась починаючи з 60-х р.р. XX століття. Метою цих робіт було досягнення прийнятного гармонійного складу вихідної напруги при досить обмежених частотних властивостях напівпровідникових приладів, що існували в той час. Іншою особливістю цього етапу досліджень була обмеженість можливостей систем управління, яка поступово переборювалася у зв'язку з появою інтегральних мікросхем, цифрових і мікропроцесорних рішень, а в останнє десятиліття з зв'язку з удосконаленням мікроконтролерів. Накопичений величезний матеріал широко використовується на практиці, але далеко не завжди була проведена необхідна ревізія технічних рішень, обумовлена ​​можливістю значного підвищенням частоти комутації, яке часто якісно змінює результати зіставлення відомих рішень. У результаті цього до теперішнього часу застосовуються складні рішення, необхідність в яких вже відпала. Хоча вартість системи управління АІН помітно менше вартості силової частини потрібно враховувати, що, як правило, складні рішення не тільки вимагають додаткових апаратних витрат але і застосування досить складних і дорогих джерел живлення для ланцюгів управління, в той час як нерідко єдиним первинним джерелом живлення є акумулятор.
Інвертор - прилад перетворює постійну напругу в змінну. Потреба в інверторах існує для вирішення завдання живлення пристроїв для побутової мережі 220В 50Гц від джерел постійної напруги, наприклад акумуляторів. З розвитком електроніки це завдання вирішувалося все більш складними методами, що дають більш якісні параметри вихідний електроенергії.
         Однофазні інвертори. Існують декілька груп інверторів, які розрізняються за вартістю приблизно в 15 разів:
 перша група дорожчих інверторів забезпечує синусоїдальну вихідну напругу,
 друга група інверторів забезпечує вихідну напругу спрощеної форми, що замінює синусоїду. Найчастіше використовується вихідний сигнал у вигляді трапецеїдального синуса.
Для переважної більшості побутових приладів допустимо використовувати змінну напругу з спрощеною формою сигналу. Синусоїда важлива тільки для деяких телекомунікаційних, вимірювальних, лабораторних приладів, медичної апаратури, а також професійної аудіо апаратури. Вибір інвертора проводиться виходячи з пікової потужності енергоспоживання стандартного напруги 220В/50Гц Існують три режими роботи інвертора:

 Режим тривалої роботи. Даний режим відповідає номінальній потужності інвертора.
 Режим перевантаження. У даному режимі більшість моделей інверторів протягом декількох десятків хвилин (до 30) можуть віддавати потужність в 1,2-1,5 рази більше номінальної.
 Режим пусковий. У даному режимі інвертор здатний віддавати підвищену моментальну потужність протягом декількох мілісекунд для забезпечення запуску електродвигунів і ємнісних навантажень. Протягом декількох секунд більшість моделей інверторів можуть віддавати потужність в 1,5-2 рази перевищує номінальну. Сильна короткочасне перевантаження виникає, наприклад, при включенні холодильника. Інвертора потужністю 150 Вт достатньо, щоб живити від бортової електромережі автомобіля практично будь-який ноутбук. Для живлення і зарядки мобільних телефонів, аудіо та фотоапаратури вистачить 7,5 Вт.

Трифазні інвертори.  Трифазні інвертори зазвичай використовуються для створення трифазного струму для електродвигунів. Наприклад для живлення трифазного асинхронного двигуна. При цьому обмотки двигуна безпосередньо підключаються до виходу інвертора. Високопотужні трифазні інвертори застосовуються в тягових перетворювачах в електроприводі локомотивів, теплоходів (наприклад, АКСМ-321) , трамваїв, прокатних станів, бурових вишок, в індуктори [3].
          Інвертори напруги дозволяють усунути або принаймні послабити залежність роботи інформаційних систем від якості мереж змінного струму. Наприклад, в персональних комп'ютерах, інформаційних центрах на базі ПК при раптовому відмову мережі за допомогою резервної акумуляторної батареї і інвертора можна забезпечити роботу комп'ютерів для коректного завершення вирішуваних завдань. У складніших відповідальних системах інверторні пристрої можуть працювати в тривалому контрольованому режимі паралельно з мережею або незалежно від неї. Крім «самостійних» додатків, де інвертор виступає в якості джерела живлення споживачів змінного струму, широкий розвиток отримали технології перетворення енергії, де інвертор є посередником.
Принциповою особливістю інверторів напруги для таких додатків є висока частота перетворення (десятки-сотні кілогерц). Для ефективного перетворення енергії на високій частоті потрібно більш досконала елементна база (напівпровідникові ключі, магнітні матеріали, спеціалізовані контролери). Як і будь-яке інше силове пристрій, інвертор повинен мати високий ККД, володіти високою надійністю і мати прийнятні масо-габаритні характеристики. Крім того, ІН повинен мати допустимий рівень вищих гармонійних складових у кривої вихідної напруги (допустиме значення коефіцієнтів гармонік) і не створювати при роботі неприпустимий для інших споживачів рівень пульсації на затискачах джерела енергії.
1.2 Типові схеми інверторів напруги


           Мостова схема. Однофазна мостова схема транзисторного автономного інвертора напруги (АІН), що є однією з найпоширеніших схем такого типу, зручна для початкового вивчення принципу дії інверторів напруги, особливостей структури схем і електромагнітних процесів в них. Спрощена схема однофазного мостового транзисторного інвертора напруги показана на рис. 1.1. Слід особливо підкреслити, що на цій схемі не показані елементи пристрою формування траєкторії перемикання силових ключів, а також ланцюги формування сигналів управління, без яких реальна схема інвертора непрацездатна. Надалі будемо припускати, що і керовані силові ключі (транзистори або замикаються тиристори), і некеровані силові ключі (діоди) мають властивості ідеальних ключів, а саме:

 Падіння напруга від прямого струму дорівнює нулю;
 Струми витоків у вимкненому стані відсутні;
 Часи включення і виключення дорівнюють нулю;
 Паразитні індуктивності і ємності відсутні.

Розглянемо роботу схеми інвертора при симетричному управлінні, тобто за умови, що транзистори VT1, VT2 включаються одночасно і знаходяться у включеному стані 180 градусів за частотою вихідної напруги, а транзистори VT3, VT4 теж включаються одночасно, але зі зсувом по фазі на 180 градусів за відношенню до першої парі транзисторів. Тимчасові розгортки електромагнітних процесів у схемі показані на рисунку 1.1. При включенні транзисторів VT1, VT2 точка схеми підключається до позитивного затискача джерела живлення, а точка до негативного. При цьому в навантаженні наростає струм в напрямку, вказаному на схемі, причому ерс самоіндукції в цьому випадку перешкоджає збільшенню струму в контурі. У момент транзистори VT1, VT2 вимикаються і контур струму навантаження розмикається. Однак, завдяки енергії запасеної в індуктивності навантаження, струм навантаження підтримується за рахунок ерс самоіндукції, при цьому знак цієї ерс змінюється на зворотну, що призводить до включення діодів VD3, VD4.
описание: описание: http://literaturki.net/images/teor_auto_preobr_2_1/image005.jpg

Рисунок 1.1  Спрощена схема однофазного мостового транзисторного інвертора напруги

При включенні діода VD3 точка схеми підключається до позитивного затискача джерела живлення, а точка - до негативного. Таким чином, полярність напруги на навантаженні змінюється на зворотну, незалежно від того, чи включені транзистори VT3, VT4 чи ні. На цьому інтервалі струм навантаження протікає від індуктивності навантаження через діод VD3, через джерело Ed у зворотному напрямку і через діод VD4 в навантаження. При цьому забезпечується скидання енергії, запасеної в індуктивності навантаження, назад в джерело живлення. Тому діоди, включені в схемі інвертора паралельно силовим транзисторам, називаються зворотними діодами. Для нормальної роботи схеми необхідно, щоб до моменту спаду струму навантаження до нуля, транзистори VT3, VT4 були включені, що забезпечує повторення всіх процесів з іншою полярністю струму.
           Полумостова схема. Однофазна полу мостова схема інвертора напруги застосовується в джерелах живлення з посередником підвищеної частоти, а також може служити елементарної осередком трифазного АІН. У схемі інвертора, що на рис. 1.3, одна вертикаль однофазного моста замінена двома плечима ємнісного дільника напруги, що створює штучну нульову точку в джерелі напруги живлення. Як і в попередньому випадку, будемо вважати елементи схеми ідеальними.

Розглянемо роботу схеми інвертора при симетричному управлінні, тобто за умови, що транзистори VT1, і VT2 знаходяться у включеному стані 180 градусів за частотою вихідної напруги, але включаються із зсувом по фазі на 180 градусів. Тимчасові розгортки електромагнітних процесів у схемі показані на рис. 1.4. При включенні транзистора VT2 точка схеми підключається до позитивного затискача джерела живлення, а точка залишається підключеною до штучної нульовій точці джерела живлення. При цьому до навантаження прикладається напруга рівне, а в навантаженні наростає струм в напрямку, вказаному на схемі. Так само, як і в бруківці схемою, ерс самоіндукції в цьому випадку перешкоджає збільшенню струму в контурі. У момент транзистор VT2 вимикаються і контур струму навантаження розмикається. Однак, завдяки енергії, запасеної в індуктивності навантаження, струм навантаження підтримується за рахунок ерс самоіндукції, при цьому знак цієї ерс змінюється на зворотну, що призводить до включення діода VD1. Таким чином, точка схеми підключається до негативного затискача джерела живлення, полярність напруги на навантаженні змінюється на зворотну, і енергія, запасена в індуктивності навантаження, скидається в нижню половину джерела живлення. Для нормальної роботи схеми необхідно, щоб до моменту спаду струму навантаження до нуля, транзистор VT1 був включений, що забезпечує повторення всіх процесів з іншого полярністю струму. Таким чином, особливістю полумостового варіанта схеми є те, що накопичення енергії в індуктивності. На рисунку 1.2 зображена типова схема однофазного полумостового інвертора напруги.
описание: описание: http://literaturki.net/images/teor_auto_preobr_2_1/image042.jpg

Рисунок 1.2  Схема однофазного полумостового інвертора напруги

 Схема з виводом нульової точки трансформатора. Однофазна схема інвертора з висновком нульової точки трансформатора застосовується в блоках харчування (у тому числі і з посередником підвищеної частоти) у випадках, коли вхідна напруга невелика (наприклад, при живленні від акумуляторної батареї) і для підвищення ККД перетворювача бажано зменшити падіння напруги у вхідний ланцюга. У схемі інвертора, що на рисунку 1.3, замість двох силових транзисторів однофазного моста, що мають загальний потенціал колекторів, включений трансформатор, первинна обмотка якого має висновок нульової точки. Таким чином, первинна обмотка трансформатора складається з двох полуобмоток (тобто з двох фаз), кожна з яких має число витків.

описание: описание: http://literaturki.net/images/teor_auto_preobr_2_1/image064.jpg

Рисунок1.3  Схема однофазного АІН з висновком нульової точки

трансформатора

Як і в попередньому випадку, будемо вважати елементи схеми ідеальними. Для трансформатора це означає рівність нулю струму намагнічування, а також рівність нулю активного опору обмоток і відсутність індуктивностей розсіювання обмоток. Розглянемо роботу схеми інвертора при симетричному управлінні, тобто за умови, що транзистори VT1, і VT3 знаходяться у включеному стані 180 градусів за частотою вихідної напруги, але включаються із зсувом по фазі на 180 градусів. При включенні транзистора VT1 висновок первинної обмотки трансформатора підключається до негативного затискача джерела живлення, а нульова точка залишається підключеною до позитивного затискача джерела живлення.

Оскільки число витків первинних полуобмоток трансформатора однакова, напруга на колекторі вимкненого транзистора VT3 і, зворотня напруга, прикладена до діода VD3, дорівнює подвоєній напрузі джерела живлення .

Трифазний АІН з нульовим проводом. Одним з найпростіших варіантів схем трифазних АІН є інвертор, що складається з трьох однофазних полумостовой інверторів (аналогічних розглянутому в попередньому розділі), керованих із зсувом на 120 градусів. Схема інвертора показана на малюнку 1.4. Номери транзисторів відповідають черговості вироблення керуючих імпульсів. Наприклад, позитивна напівхвиля напруги фази А формується при включенні транзистора VT4 в момент часу. Відповідно, негативна напівхвиля формується при включенні транзистора VT1 при Амплітуда фазної напруги дорівнює напрузі на верхній ємності фільтра CФ1, яке становить половину напруги джерела живлення Ed. Струм навантаження фази А замикається через нульовий провід. За наявності нульового дроту, що сполучає нульову точку зірки навантаження з середньою точкою вхідного фільтра, кожна фаза інвертора працює незалежно один від одного. В принципі, можливо два способи управління транзисторами інвертора: з тривалістю керуючих імпульсів 180 градусів, і з тривалістю керуючих імпульсів 120 градусів. Оскільки при другому способі управління форма вихідної напруги залежить від параметрів навантаження [3,5], то в даний час, як правило, використовується лише перший спосіб. При тривалості керуючих імпульсів рівної 180 градусів крива фазної напруги має прямокутну форму з амплітудою рівній половині напруги в ланці постійного струму. Відповідно, спектр вихідної напруги однієї фази містить всі непарні гармоніки, а діюче значення першої гармоніки вихідної напруги визначається співвідношенням (1.1):

(1.1)

описание: описание: http://literaturki.net/images/teor_auto_preobr_2_2/image005.jpg

Рисунок 1.4  Спрощена схема трифазного АІН з нульовим проводом

Амплітуда лінійної напруги дорівнює напрузі Ed, а тривалість імпульсу - 120 градусів. Рівність нулю лінійного напруги відповідає тим моментам, коли фазні напруги рівні. Наприклад, на інтервалі одночасно включені транзистори VT4 і VT6, отже, потенціали фаз А і В рівні потенціалу верхньої шини моста, а, відповідно, їх різниця потенціалів дорівнює нулю.              
         Трифазна мостова схема. Для навантажень з однаковими фазними струмами, наприклад, для трифазних двигунів змінного струму, широко використовується трифазна мостова схема АІН без нульового проводу. Спрощена схема інвертора показана на малюнку 1.5. Алгоритм управління силовими ключами в даній схемі такий же, як і в схемі з нульовим проводом. На відміну від попереднього варіанта схеми, в якій фазні напруги і струми формуються незалежно один від одного, в трифазній мостовій схемі без нульового проводу напруги і струми кожної фази залежать один від одного. Як вже було сказано вище, протягом періоду вихідної напруги відбувається шість перемикань силових транзисторів і, відповідно, є шість станів схеми, які чергуються через 60 градусів. Відповідна еквівалентна схема включення опорів навантаження представлена ​​на малюнку 1.6 (а,б,в,д). Таким чином, на першому інтервалі опору фаз А і С включені паралельно між собою, і послідовно з ними включено опір фази В.
описание: описание: d:\новая папка\схема - копия.jpg

Рисунок 1.5  Спрощена схема трифазного АІН без нульового проводу

описание: описание: d:\новая папка\схема.jpg

Рисунок 1.6 (а,б,в,д)  Еквівалентні схеми включення опорів на навантаженні
У загальному випадку - до опорів фаз А і С буде прикладена 1/3 напруги джерела живлення, а до опору фази В - 2/3. Перший інтервал закінчується при виключенні транзистора VT2. При активно-індуктивному навантаженні зміни в кривих фазних напруг відбуваються до того, як вмикається наступний силовий транзистор VT5, так як після виключення транзистора VT2 струм, запасений в індуктивності фази С обірватися не може і, відповідно, замикається через діод VD5. При цьому висновок фази С відключається від позитивного затискача джерела живлення і підключається до негативного затискача. Відповідна еквівалентна схема показана на малюнку 1.6 (б). У результаті зміни схеми включення опорів навантаження відбувається зміна розподілу напруги між фазами: на другому інтервалі до фази А докладено 2/3 Ed, а до фаз В і С - 1/3 Ed.

Таким чином, формування кривої фазного напруги відбувається в момент включення зворотного діода і, на перший погляд, незалежно від моменту включення наступного силового транзистора. Однак, слід зазначити, що для збереження нормальної форми фазної напруги необхідно, щоб наступний силовий транзистор був включений до моменту виключення зворотного діода (інакше фаза повністю відключається від джерела). Оскільки цей момент залежить від співвідношення параметрів навантаження, то доцільно величину затримки між моментами виключення виходить з роботи транзистора і моментів включення наступного зробити по можливості менше. Мінімальна величина цієї затримки при використанні біполярних транзисторів визначалася часом розсмоктування носіїв (до 5-8 мкс у високовольтних транзисторах), а при використанні сучасних приладів (IGBT або MOSFET) визначається величиною часу вимкнення ключа (порядку 0,1 - 0,5 мкс).
^ 2 СТРУКТУРНА СХЕМА МІКРОПРОЦЕСОРНОЇ СИСТЕМИ


У проекті розробляється перетворювальна система для живлення малопотужного навантаження із змінною напругою з можливістю зміни величини вихідної частоти. Дана система є адаптивною, в ній реалізована функція самонастроювання. На рисунку 2.1 наведена структурна схема перетворювальної системи для живлення малопотужного навантаження.

Запропонована структурна схема розроблена відповідно до технічного завдання і представлена на рисунку 2.1 та у графічній частині дипломного проекту і складається з наступних блоків:
g:\учёба\дипломы\дреев диплом\структурка.jpg
Рисунок 2.1 – Структурна схема мікропроцесорної системи

Виходячи зі схеми видно, що вхідна постійна напруга (Джерело живлення) надходить на блок трьох фазного автономного інвертора напруги (3ф АИН - інвертор напруги), який у свою чергу управляється за допомогою драйвера (мікроконтролера). Схема містить датчики вихідного струму (ДС - датчик струму) і вхідної напруги (ДН - датчик напруги).

Блок джерела живлення у свою чергу містить: випрямляч, фільтр, стабілізатор.

Випрямляч. Випрямляч це перетворювач електричної енергії;, напівпровідниковий пристрій, призначений для перетворення змінного вхідного електричного струму в постійний вихідний електричний струм. Більшість випрямлячів створює не на постійні, а пульсуючі односпрямовані напрузі і струмі, для згладжування пульсацій яких застосовують фільтри. Випрямлячі зазвичай використовуються там, де потрібно перетворити змінний струм в постійний струм. Застосування випрямлячів для перетворення змінного струму в постійний викликало поняття середнього значення струму за модулем (тобто без урахування знака ординати) за період. При двопівперіодним випрямленні середнє значення по модулю визначається як середньоарифметичне значення всіх ординат обох півхвиль за цілий період без урахування їх знаків (тобто вважаючи все ординати за період позитивними, що і має місце при двопівперіодним ідеальному випрямленні). Приймачами електроенергії з нелінійними характеристиками є в першу чергу всілякі перетворюючі установки змінного струму в постійний, що використовують різні вентилі.

Фільтр. Як правило, будь який перетворювач на базі АІН містить вхідний і вихідний фільтри. Вимога застосування вхідного фільтра обумовлено тим, що крива вхідного струму інвертора напруги, незалежно від схемного варіанту, має досить складну форму, з розривами в моменти комутацій. Оскільки вихідний опір джерела живлення (наприклад, випрямляча) зазвичай має індуктивний характер (у кращому випадку це індуктивність струмопідводящих шин), то, для запобігання перенапруг на вході інвертора і відповідних спотворень вихідної напруги, на вході інвертора необхідний ємнісний або Г-подібний фільтр.

Інвертор напруги. Інвертор - пристрій для перетворення постійного струму або змінного в змінний струм із зміною величини напруги або і частоти. Зазвичай являє собою генератор періодичного напруги, за формою наближеного до синусоїди, або дискретного сигналу. Для переважної більшості побутових приладів допустимо використовувати змінну напругу з спрощеною формою сигналу. Синусоїда важлива для деяких телекомунікаційних, вимірювальних, медичної апаратури, а також професійної аудіо апаратури. Вибір інвертора проводиться виходячи з пікової потужності енергоспоживання стандартного напруги 220В/50Гц.
         Датчики струму.  Датчики струму дозволяє вирішити всі проблеми в області силової електроніки, пов'язані з створенням систем зворотного зв'язку в електрообладнанні, а такі при вимірюванні і контролі постійного, змінного, імпульсного напруги і струму в широких межах з високою точністю. Датчики забезпечують точну ізольовану ОС (зворотний зв'язок) в системах управління приводами постійного і змінного струму, в перетворювальної техніки, системах електробезпеки та контролю струмів витоку. Промислові (стандартні) датчики струму перекривають діапазон вимірювань від 0 до 10000 А і можуть застосовуватися у робототехніці, системах електропостачання, промислових приводах, перетворювачах напруги, електропечах, лазерної та медичній техніці, електро та радіозв'язки, і т.д.

^ 3 РОЗРОБКА ТА ОБҐРУНТУВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ МІКРОПРОЦЕСОРНОЇ СИСТЕМИ
3.1 Силова частина
Розробку принципової схеми і її розрахунок необхідно почати зі з'ясування того, за допомогою яких елементів можна реалізувати весь перелік необхідних функцій. Перш за все, варто звернути увагу на специфічні компоненти приладу. Застосування електронних компонентів тільки вітчизняного виробництва однозначно не може гарантувати надійність, якість і взагалі виконання всіх завдань покладених на пристрій, хоча цей крок приніс би певну економічну вигоду. Тому, оптимальним варіантом, буде комбіноване застосування компонентів вітчизняної і зарубіжної промисловості.

Даний пристрій працює від мережі змінної напруги 220В/50Гц. Понижуючий трансформатор знижує мережну напругу до ~ 30В. LC фільтр згладжує пульсації. Випрямлена, згладжена постійна напруга подається на лінійні стабілізатори, які знижують напругу до рівня 5 та 12В. Даними напругами живляться датчики струму, напруги, драйвера мікроконтролер, воно ж є опорним для АЦП. Відслідковуються струми на виході і напруга на вході АІН.

Випрямляч. Випрямляч представлений діодним мостом. Діодний міст  електрична схема, призначена для перетворення («випрямлення») змінного струму в пульсуючий. Таке випрямлення називається двухполуперіодним. Виконується по мостовій схемі Гретца. Спочатку вона була розроблена із застосуванням радіоламп, але вважалася складним і дорогим рішенням, замість неї застосовувалася схема Миткевича зі здвоєним вторинною обмоткою в живильному випрямляч трансформаторі. Зараз, коли напівпровідники дуже дешеві, в більшості випадків застосовується мостова схема. Двохнапівперіодне випрямлення за допомогою моста DC дозволяє:
      отримати на виході напругу з підвищеною частотою пульсацій, яке простіше згладити підключеним до нього фільтром з конденсатором.
     уникнути постійного струму підмагнічування в живильному міст трансформаторі.
      збільшити його ККД, що дозволяє зробити його магнітопровід меншого перетину.

Мости можуть бути виготовлені з окремих діодів, і можуть бути виконані у вигляді монолітної конструкції (діодний збірка). Монолітна конструкція, як правило, краще - вона дешевша і менше за обсягом (хоча не завжди тієї форми, яка потрібна). Діоди в ній підібрані на заводі і напевно мають однакові параметри і при роботі перебувають в однаковому тепловому режимі. Збірку простіше монтувати. У монолітної конструкції при виході з ладу одного діода доводиться міняти весь моноліт. У конструкції з окремих діодів може змінюватися тільки один діод. Яку конструкцію застосувати вирішує конструктор, залежно від призначення пристрою. На вхід (Input) схеми подається змінна напруга (зазвичай, але не обов'язково синусоїдальне). У кожний з полупериодов струм проходить тільки через 2 діоди.


Рисунок 3.1  Схема діодного моста
Замість діодів в схемі можуть застосовуватися вентилі будь-яких типів, наприклад селенові стовпи, принцип роботи схеми від цього не зміниться.

Принципова схема мікропроцесорної системи зведена на рисунку 3.2.


Рисунок 3.2 – Схема електрична принципова мікропроцесорної системи
g:\учёба\дипломы\дреев диплом\5582~1.jpg

Дільник напруги . Дільник напруги - пристрій, в якому вхідна і вихідна напруга пов'язані коефіцієнтом передачі. У якості подільника напруги зазвичай застосовують регульовані опору (потенціометри). Можна уявити як дві ділянки ланцюга, звані плечима, сума напруг на яких дорівнює вхідній напрузі. Плече між нульовим потенціалом і середньою точкою називають нижнім, а інше - верхнім. Розрізняють лінійні і нелінійні подільники напруги. У лінійних вихідна напруга змінюється за лінійним законом в залежності від вхідного. Такі дільники використовуються для завдання потенціалів і робочих напружень в різних точках електронних схем. У нелінійних ділителях вихідна напруга залежить від коефіцієнта нелінійно. Нелінійні подільники напруги застосовуються у функціональних потенціометрах. Опір може бути як активним, так і реактивним. Типова схема дільника напруги представлена на рисунку 3.3.
описание: g:\практика\новая папка\220px-spannungsteiler.svg.png

Рисунок 3.3  Схема резистивного дільника напруги
Найпростіший резистивний дільник напруги являє собою два послідовно включених резистора R1 і R2, підключених до джерела напруги U. Оскільки резистори з'єднані послідовно, то струм через них буде однаковий відповідно з першим правилом Кірхгофа. Падіння напруги на кожному резисторі відповідно до закону Ома буде пропорційно опору.

3.2 Датчики струму
Компанія Allegro Microsystems Inc. спеціалізується на розробці і виробництві аналого-цифрових силових мікросхем і датчиків струму на основі ефекту Холла. Вироби Allegro Microsystems працюють у розширеному діапазоні температур, що дозволяє використовувати їх в жорстких умовах експлуатації. Датчик, виконаний у вигляді мікросхеми, складається з дуже точного лінійного датчика Холла, інтегрованого на кристал мікросхеми, і мідного провідника, розміщеного близько до кристалу. Електричний струм, протікаючи через провідник, створює магнітне поле, яке фіксується датчиком Холла і перетвориться в напругу, пропорційне значенню вхідного струму.

Датчик для вимірювання постійного і змінного струму та постійного струму до 20А на ефекті Холла, інтегрований в малогабаритний корпус DIP8, що має гальванічну розв'язку з напругою пробою 2,1 кВ (RMS). Висока точність, гальванічна ізоляція вимірювальної схеми, термостабільність і малі габарити роблять датчики хорошим рішенням для застосування в перетворювальної техніки, побутової, автомобільної та промислової електроніці.

Принципова та блок схеми датчику зображені на рисунках 3.4 та 3.5.


Рисунок 3.4  Блок схема датчику струму ACS713

описание: c:\users\admin\desktop\алегро.jpg

Рисунок 3.5  Принципова схема датчику току ACS713

3.3 Датчик напруги

Далі розраховуємо дільник напруги, що складається з резисторів R2 та R3 (R4-R7). Графічне зображення дільника напруги зображеній на рисунку 3.6.


Рисунок 3.6  Дільник напруги
За умови що дорівнює 5В (за умовою) розрахуємо навантаження в дільнику:



(3.1)
де, U2 - напруга вторичної обмотки трансформатора
- напруга на навантаженні

, - опір дільника напруги

R2 та R3 дорівнюють 620 та 100 Ом відповідно.

Виберемо резистори марки R2 СF-01.
  1   2   3

Схожі:

До дипломного проекту iconДо дипломного проекту (роботи)

До дипломного проекту iconДо дипломного проекту (роботи)

До дипломного проекту iconЗагальні вимоги до виконання розділу „Охорона праці ” дипломного...
Зміст розділу “Охорона праці ”. Загальні вказівки до розділу дипломного проекту «Охорона праці». Обсяг І оформлення розділу
До дипломного проекту iconЩодо оформлення курсових І диплом
Додаток г зразок листа-замовлення підприємства на тему дипломного проектУ (роботи) 49
До дипломного проекту iconМоделювання засобами uml предметної області
Тема курсового проекту: Моделювання засобами програмного забезпечення uml rational Rose предметної області «Розробка та захист дипломного...
До дипломного проекту icon4. 1 Розрахуноксоб І вартост І і в І дпускно ї ц І н и компютерно ї мереж І
Завданням економічної частини дипломного проекту є розрахунок собівартості І відпускної ціни комп’ютерної мережі
До дипломного проекту iconДипломна робота
Предметом дипломного проекту є вивчення стосунків працівників у процесі роботи комерційного банку з точки зору найбільш повного та...
До дипломного проекту iconПідприємства
Економіка підприємства Методичні вказівки до виконання економічної частини дипломного проекту (роботи) студентами технічних спеціальностей...
До дипломного проекту iconРеферат Звіт по дп: 93 с., 66 рис., 25 табл., 12 джерел, 1 додаток:...
В рамках даного дипломного проекту було розроблено проект підсистеми візуалізації для системи автоматизованого управління технологічними...
До дипломного проекту iconВ наш час майже всі види діяльності автоматизуються, тобто створюються...
Темою дипломного проекту є «Інформаційна система для бібліотеки університету (на прикладі бібліотеки Криворізької філії Європейського...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2014
звернутися до адміністрації
uchni.com.ua
Головна сторінка