Трифазен токоизправител с тиристорно управление
Представям на вашето внимание трифазен тиристорно управляван токоизправител, управляван от микроконтролера ATmega8.
Функционалността е минимална - регулиране на изходното напрежение с потенциометър, бутон Start / Stop, LED индикатор за състоянието на устройството, волтметър (по-скоро индикатор) на изходното напрежение на седемсегментен индикатор. Когато е включен, той преминава тест за правилността на последователността на фазите, наличието на трите фази се контролира при работа. Токоизправителят няма обратна връзка. Не изисква никакви настройки, при правилно сглобяване започва да работи веднага.
внимание! Веригата съдържа животозастрашаващо напрежение! За опитни потребители!
Схемата на устройството е разделена на функционални блокове за удобство. Това дава възможност за допълнителни промени и подобрения в дизайна. В бъдеще планирам да добавя обратна връзка и да променя схемата за измерване на изправеното напрежение.
Устройството по същество е любителска разработка и не претендира за сериозен индустриален дизайн. Следователно, ако повторите този дизайн, тогава цялата отговорност за възникналите неуспехи е единствено на вас.
Сега към описанието.
Захранваща верига.
Вариант 2. нямаше да се тества, давам го само за справка, по-трудно е да го сглобя, но ще работи.
Авторската версия е изградена върху мощни оптотиристорни модули MTOTO 80 - 12. Всеки модул съдържа два антипаралелни осемдесетамперни оптотиристори. Използват се три модула, свързани по схемата Ларионов мост. Изборът на точно такава верига за захранване беше направен по три причини.
Първо, пулсациите на изправеното напрежение са по-малки, отколкото във веригата с три вентила, съответно теглото и размерите на изхода са намалени.филтри.
Второ, нулевият проводник не е натоварен, цялото натоварване е равномерно разпределено по фазите, в условия на лоша мрежа това е особено важно, тъй като най-често се претоварва неутралния проводник.
И трето, в такава схема теоретично е възможно да се получи ректифицирано напрежение в диапазона 0 - 540 волта. На практика границите ще бъдат по-малки, тъй като при вертикалния принцип на управление на тиристора е възможно превишаване при ъгли на управление, близки до границата. За да се избегне този ефект, долната граница е ограничена до 10-15 волта. Горната част е ограничена само от самата мрежа. Ако е необходимо, можете да регулирате обхвата, като зададете съпротивленията на референтния потенциометър.
Задължително инсталиране на RC вериги в паралел с тиристори. В моята версия това са резистори PEV-10 39 Ohm и кондензатори MBM 0,1 microfarad 500v. Не препоръчвам спестяване на RC вериги, без тях животът на тиристорите ще бъде значително съкратен. Желателно е да се монтират възможно най-близо до изходите за захранване. В моята практика често е имало повреди на RC вериги в различни устройства с тиристори. Беше отбелязано, че най-надеждното използване на мощни жични резистори PEV и др. и хартиени кондензатори MBGO, MBGCH и др. И обратно, резистори тип MLT и кондензатори K73-xx живеят в тези вериги за много кратко време. По време на работа резисторите и кондензаторите могат да станат много горещи, моля, вземете това предвид при инсталиране.
Тиристорните модули са инсталирани на радиатор, те се нагряват по време на работа, колкото по-мощен е товарът, толкова повече радиатор ще е необходим.
Управляващите импулси от микроконтролера се усилват от композитни транзистори T7-T12. Оптроните или импулсните трансформатори се захранват от нестабилизирано напрежение от 15V.
Не е показано на диаграмата, но трябва да се инсталира от страната на мрежата, прекъсвач за изчисления товар, също така е желателно да се монтира отделен прекъсвач, с нисък ток на изключване, на фазите на блока за синхронизация и захранването.
Устройството е свързано към мрежа 3x380 V в съответствие с последователността на фазите A-B-C, ако последователността е неправилна, ще се генерира грешка. Обърнете внимание на правилното фазиране на захранващата верига и веригата за синхронизация, фазите трябва да бъдат свързани точно както е показано на диаграмата.
Нулевият проводник е необходим само за свързване на захранващия трансформатор, ако неговата първична намотка е 220v.
Ако кутията е изработена от метал, тогава защитното заземяване на кутията на устройството е задължително!
Диаграма на захранване
Схема на блока за синхронизация
Веригата съдържа три еднакви канала. Всеки канал е свързан между две фази, т.е. включени в триъгълник. В момента, когато междуфазовото напрежение премине през нула, се генерира импулс, който се използва за синхронизация в MC. Детайлите не са критични, но трябва да се придържате към оценките за по-точна синхронизация. Ако има двуканален осцилоскоп и делител 1:100, можете да изберете резистори R33 R40 R47, за да ударите по-точно синхронизиращия импулс в момента на преминаване през нулата. За да направите това, трябва временно да превключите каналите със звезда и да стоите с една сонда между фаза и земя, а другата да стоите на изхода между общата верига и изхода на оптрона. Това трябва да се направи с изключително внимание, тъй като веригата е галванично свързана към мрежата, съществува риск от изгаряне на платката и осцилоскопа. Няма нужда от това, при всички оценки, точността на попадението е напълно достатъчна, четирите платки, които сглобих, работеха нормално без настройка.
Използваните оптрони AOT101 могат да бъдат заменени с всякаквиподобни, само ако бяха проектирани за напрежение поне 1000V. Можете да намерите по-проста схема на нулев детектор в мрежата и да я сглобите. Има по-прости схеми, няма разлика, стига да издава синхронизиращ импулс в момента на преминаване през нулата.Много е желателно да се използват предпазители, както е показано на схемата и да се използва отделен прекъсвач за този блок.
Блок за управление и дисплей
Микроконтролерът ATmega8 изпраща управляващи импулси към тиристорите и осигурява индикация за режимите на работа. Импулсите се усилват от композитни транзистори Т7-Т12.
Можете да прочетете за принципите на управление на трифазен токоизправител в [1], няма да описвам тук. Микроконтролерът се захранва от вътрешен осцилатор с тактова честота 8 MHz. Предпазителите са показани по-долу на снимката. Седемсегментен LED индикатор с общ анод, четири цифри. Управлява се чрез четири анодни клавиша Т1-Т4, като сегментите се превключват от преместващ регистър. Можете да пропуснете индикатора, регистъра и свързаните елементи, ако не се нуждаете от волтметър. Можете да инсталирате всеки наличен тип индикатори, но ще трябва да изберете резистори за ограничаване на тока в сегментната верига. LED HL1 показва основното състояние на устройството.
Индукторът L1 е всеки малък, необходим е за по-добро филтриране на референтното напрежение на ADC на микроконтролера. Капацитетите C5, C6 трябва да бъдат инсталирани възможно най-близо до мощността на МК и регистъра. В условия на големи токове и силни смущения те са необходими за надеждната работа на устройството. В моята версия те са запоени към краката на микросхемите.
Длъжностна характеристика
Когато е включен, MK проверява наличието на импулси за синхронизация и състоянието на превключвателя SB1.
Светодиодът мига с ниска честота, на индикаторE380. Когато се появят импулсисинхронизация, проверява се последователността на фазите, A-B-C, ако въртенето е правилно, устройството е готово за работа. При обратно редуване на индикатора се показваACB, светодиодът мига с висока честота. Всякакви две фази трябва да бъдат обърнати.
Ако SB1 в отворено състояние не се подават управляващи импулси, индикаторът извежда съобщениеOFF, светодиодът HL1 мига с ниска честота. Ако затворите SB1, започват да текат управляващи импулси, светодиодът HL1 свети постоянно. Ако при стартиране или по време на работа импулсите за синхронизация се загубят за повече от 7 секунди, индикаторът ще покаже цифрите380, светодиодът ще мига с ниска честота, импулсите за управление на тиристора ще бъдат премахнати. Когато се появят импулси за синхронизация, устройството ще се върне към работа. По този начин се осъществява контрол на загубата на мрежови фази.
Печатни платки във формат Sprint Layout, за блока за синхронизация и блока за управление, и двете в архива, останалата част от инсталацията е шарнирна. Платките са едностранни, платката на контролния блок съдържа три джъмпера, единият от които е под микросхемата, трябва да бъде запоен преди инсталирането на микросхемата. Няма уникални детайли, всичко е сглобено почти от запояване. Окабеляването е направено за седемсегментен LED индикаторe40561-l-0-0-w, има ги в онлайн магазините. МикроконтролерATMEGA8L-8PU, преместващ регистър74LS595.
Транзисторите са използвани композитниKT973 иKT972, могат да бъдат заменени с подобни вносни. ИмаKT3102 в блока за синхронизация, ноKT315 също ще работи, проверено. Високоволтови диоди1n4007 илиKD209v, възможни са и други, има само едно изискване - напрежение минимум 800V. Слаботокови диодиkd521 или други подобни. Останалите подробности сане е критично. Пробих дъските на миниатюрна бормашина, така че контактните площадки са направени малки, за ръчна бормашина може да се наложи да ги увеличите. Препоръчително е да покриете синхронизиращата платка със защитен лак, за да предотвратите повреда. Микроконтролерът се монтира в панела, програмира се отделно преди да се монтира в платката. Всички резистори са с изход MLT-0.125 или подобни. Резистори под високо напрежение, желателно е да се използват типове MLT -0,5 или подобни, или да се набират от няколко свързани последователно. Това е необходимо, тъй като в мрежата могат да възникнат краткотрайни пренапрежения с голяма амплитуда и по повърхността може да се получи разрушаване на резистори.
Токоограничаващи резистори R10-R15 тип MLT-1, те се монтират директно на изходите на оптронните модули. Резистори на делителя на изходното напрежение R7, R8, R9 (вижте захранваща верига var 1.) за ADC MK, първоначално инсталирани на платката на контролния блок, това решение не е напълно успешно, тъй като платката ще има напрежение от 540 V, но дължината на проводника от входния крак на ADC MK до разделителя е намалена и се улавят по-малко смущения. Ако е нежелателно да има високо напрежение на платката, можете да я извадите и да я монтирате отделно.
Микроконтролерът беше флашнат с "петжилен" програматор под управлението на добре познатата безплатна програма Uniprof.
Фърмуерът е в прикачения архив, на същото място има файлове с печатни платки.
Предпазителите са дадени за инсталиране в тази програма, когато използвате друга - Запомнете, че включеният FUSE е FUSE без отметка!
Устройството беше сглобено за тестване на производителността, прилагам вълни на изходното напрежение при различни ъгли на регулиране, товарът е чисто активен 4KW.
Осцилограма на тактови импулси седна от фазите спрямо общия.
Двойни управляващи импулси на колектор Т7, спрямо общия.
Литература
- 1. Чернов Е.А., Кузмин В.П., Синичкин С.Г. Справочник "Електрически подаващи задвижвания на машини с ЦПУ" 1986 г.
- 2. В.М. Яров "Източници на енергия на електросъпротивителни пещи" учебник 1982 г.
- 3. A.V. Evstifeev "AVR микроконтролери от семейството Mega, ръководство за потребителя" 2007 г.