ВВЕДЕНИЕ 7
1 Исследование цифровых методов формирования сигналов
системы управления полупроводниковыми преобразователями электроэнергии
2 Разработка математических моделей функциональных узлов
системы управления полупроводниковыми преобразователями электроэнергии
2.1 Модель трехфазного тиристорного выпрямителя с системой управления
2.2 Модель трехфазного транзисторного инвертора с системой управления
3 Проектирование и проверка на моделях алгоритмов и методов
управления полупроводниковыми преобразователями
4 Разработка структуры комплексной цифровой системы
управления преобразователем, определение элементной базы для построения
5 Разработка функциональных узлов системы управления
полупроводниковыми преобразователями электроэнергии
6 Программирование узлов системы управления
полупроводниковыми преобразователями электроэнергии
7 Реализация и экспериментальные исследования системы
управления полупроводниковыми преобразователями электроэнергии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЬЕ ИСТОЧНИКОВ 50
ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное) Текст программы управляющего 51 микроконтроллера
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное) Функциональные схемы 83
преобразователей частоты для электропривода переменного тока
ПРИЛОЖЕНИЕ В (обязательное) Структурная схема импульсно-фазового контроллера трехфазного выпрямителя
ПРИЛОЖЕНИЕ Г (обязательное) Общая структурная схема
комплексной системы управления
ПРИЛОЖЕНИЕ Д (обязательное) Фрагмент принципиальной схемы системы управления
ПРИЛОЖЕНИЕ Е (обязательное) Перечень графического материала
Для создания силовых полупроводниковых приборов с новыми характеристиками в области энергетических и частотных параметров требуется широкий спектр полупроводниковых преобразователей электроэнергию.
Надежность полупроводниковых приборов и системы управления может быть гарантирована только стабильной и четкой работой преобразователей электроэнергии на мощных полупроводниковых приборах. Неверное формирование сигналов управления повлечет за собой сбой системы управления, вследствие чего, произойдет поломка силовых полупроводниковых приборов преобразователя.
Множество современных преобразователей электроэнергии осуществляют многозвенную передачу энергии от цепей переменного тока в цепи постоянного тока и обратно. Для этого используются две силовые схемы: выпрямитель и инвертор. Данные схемы имеют различные схемотехнические варианты исполнения, но большая часть из них использует общие законы для сигналов системы управления силовыми вентилями.
Это создает исходные предпосылки для постановки задачи по исследованию и обобщению наиболее используемых схемотехнических решений цифровых систем управления и оптимизации методов управления на основе разработки математических моделей функциональных узлов. Конечной целью является программно-аппаратная реализация цифровой системы управления преобразователем на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).
В работе были рассмотрены чаще наиболее используемые полупроводниковые преобразователи электроэнергии, определены силовые схемы наиболее широкого применения. Разобраны особенности работы силовых полупроводниковых приборов при различных нагрузках, величины и характер коммутируемого тока, а также группового соединения. По результатам проведенного анализа сформированы рекомендации к форме и характеристикам сигналов управления.
Разработаны модели силовых схем с системой управления. Проведено моделирование в различных средах. Были получены предварительные данные о структуре системы управления.
Для повышения параметров надежности и универсальности совместили реализацию алгоритмов управления выпрямителем и инвертором, в виде единого контроллера с внешним интерфейсом на базе микросхем программируемой логики.
Для сокращения времени на проектирование системы управления, проверку и отладку разработанных моделей основных функциональных узлов цифровой системы управления производились в интегрированной среде разработки ПЛИС QuartusII.
Был проведен ряд конструкторских работ по прототипированию и макетированию физической аппаратной модели комплексной системы управления, основу которой составляет связка программируемой логической интегральной микросхемы и микроконтроллера. Сопоставив результаты математического моделирования с результатами физического прототипирования, выявились некоторые неточности. Для устранения неточностей пришлось внести корректировки в структурную схему. По результатам корректировок была синтезирована принципиальная электрическая схема целевой системы управления, разработаны топологии печатных плат, и их компоновка в единый модуль перенастраиваемой системы управления преобразователем. Вместе с подготовкой аппаратной части системы управления, на языке ассемблера было разработано программное обеспечение встроенного микроконтроллера. Это позволило ускорить проведение настройки и отладки системы управления. В результате выполнения работ по проекту был изготовлен экспериментальный образец разработанной перенастраиваемой системы управления полупроводниковым преобразователем электроэнергии и осуществлено его совместное испытание с прототипом маломощного трехфазного инвертора, оснащенного имитатором нагрузки, получены осциллограммы импульсов управления и выходного напряжения в различных режимах управления инвертором.
Опытно-конструкторские работы по созданию макетного образца перенастраиваемой системы управления полупроводниковыми преобразователями на основе ПЛИС и проверке его характеристик, были проведены в полном объеме. Результаты испытания макетного образца системы управления согласуются с теоретическими результатами математического моделирования и подтверждаются снятыми осциллограммами. Параметры разработанной системы управления соответствуют техническому заданию.
Дальнейшее продолжение работ по данной теме состоит во внедрении разработанной системы управления в конкретные разработки различных устройств преобразовательной техники.
