حلبة سائق البوابة للعاكس ثلاثي الأطوار: 9 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

هذا المشروع هو في الأساس حلبة سائق لمعدات تسمى SemiTeach والتي اشتريناها مؤخرًا لقسمنا. يتم عرض صورة الجهاز.

يولد توصيل دائرة التشغيل هذه بـ 6 موزفيت ثلاثة جهد كهربائي متغير 120 درجة. المدى هو 600 فولت لجهاز SemiTeach. يحتوي الجهاز أيضًا على محطات إخراج خطأ مدمجة تعطي حالة منخفضة عند اكتشاف خطأ في أي من المراحل الثلاث

تُستخدم المحولات بشكل شائع في صناعة الطاقة لتحويل جهد التيار المستمر للعديد من مصادر التوليد إلى جهد تيار متردد من أجل نقل وتوزيع فعال. ثيرموور الفراء ، يتم استخدامها أيضًا لاستخراج الطاقة من سلسلة الطاقة غير المنقطعة (UPS). تحتاج العواكس إلى دائرة تشغيل بوابة لتشغيل مفاتيح Power Electronics المستخدمة في الدائرة للتحويل. هناك العديد من أنواع إشارات البوابة التي يمكن تنفيذها. يناقش التقرير التالي تصميم وتنفيذ دائرة سائق البوابة لمحول ثلاثي الأطوار باستخدام توصيل 180 درجة. يركز هذا التقرير على تصميم حلبة سائق البوابة حيث يتم كتابة تفاصيل التصميم الكاملة. علاوة على ذلك ، يشمل هذا المشروع أيضًا حماية المتحكم الدقيق والدائرة أثناء ظروف الخطأ. ناتج الدائرة هو 6 PWMs لـ 3 أرجل من العاكس ثلاثي الطور.

الخطوة 1: مراجعة الأدب

تتطلب العديد من التطبيقات في صناعة الطاقة تحويل جهد التيار المستمر إلى جهد التيار المتردد مثل توصيل الألواح الشمسية بالشبكة الوطنية أو أجهزة التيار المتردد. يتم تحقيق هذا التحويل من التيار المستمر إلى التيار المتردد باستخدام العاكسات. بناءً على نوع التوريد ، يوجد نوعان من المحولات: عاكس أحادي الطور وعاكس ثلاثي الطور. يأخذ العاكس أحادي الطور جهد التيار المستمر كمدخل ويحوله إلى جهد تيار متردد أحادي الطور بينما يقوم محول العاكس ثلاثي الطور بتحويل جهد التيار المستمر إلى جهد تيار متردد ثلاثي الأطوار.

الشكل 1.1: العاكس ثلاثي الطور

يستخدم العاكس ثلاثي الطور 6 مفاتيح ترانزستور كما هو موضح أعلاه والتي يتم تشغيلها بواسطة إشارات PWM باستخدام دوائر تشغيل البوابة.

يجب أن يكون لإشارات بوابة العاكس فرق طور يبلغ 120 درجة فيما يتعلق ببعضها البعض للحصول على خرج متوازن ثلاثي الطور. يمكن تطبيق نوعين من إشارات التحكم لتشغيل هذه الدائرة

• التوصيل 180 درجة

• 120 درجة التوصيل

وضع التوصيل 180 درجة

في هذا الوضع ، يتم تشغيل كل ترانزستور بمقدار 180 درجة. وفي أي وقت ، تظل ثلاثة ترانزستورات قيد التشغيل ، ترانزستور واحد في كل فرع. في دورة واحدة ، هناك ستة أوضاع للتشغيل ويعمل كل وضع لمدة 60 درجة من الدورة. يتم إزاحة إشارات البوابات عن بعضها البعض بفارق طور قدره 60 درجة للحصول على إمداد متوازن ثلاثي الأطوار.

الشكل 1.2: موصل 180 درجة

120 درجة وضع التوصيل

في هذا الوضع ، يتم تشغيل كل ترانزستور بمقدار 120 درجة. وفي أي وقت ، يتم إجراء ترانزستورين فقط. وتجدر الإشارة إلى أنه في أي وقت ، في كل فرع ، يجب تشغيل ترانزستور واحد فقط. يجب أن يكون هناك فرق طور 60 درجة بين إشارات PWM للحصول على خرج AC ثلاثي الطور متوازن.

الشكل 1.3: توصيل 120 درجة

التحكم في الوقت الميت

أحد الاحتياطات المهمة للغاية التي يجب اتخاذها هو أنه في ساق واحدة ، لا ينبغي أن يكون كلا الترانزستورات قيد التشغيل في نفس الوقت وإلا فإن مصدر التيار المباشر سيقطع دائرة كهربائية وتتلف الدائرة. لذلك ، من الضروري جدًا إضافة فترة زمنية قصيرة جدًا بين تشغيل ترانزستور واحد وتشغيل الترانزستور الآخر.

الخطوة 2: مخطط الكتلة

الخطوة 3: المكونات

في هذا القسم سيتم تقديم تفاصيل حول التصميم وسيتم تحليلها.

قائمة المكونات

• Optocoupler 4n35

• IR2110 سائق IC

• الترانزستور 2N3904

• الصمام الثنائي (UF4007)

• ثنائيات زينر

• تتابع 5 فولت

• وبوابة 7408

• ATiny85

Optocoupler

تم استخدام optocoupler 4n35 للعزل البصري للميكروكونترولر عن باقي الدائرة. تعتمد المقاومة المحددة على الصيغة:

المقاومة = LedVoltage / CurrentRating

المقاومة = 1.35 فولت / 13.5 مللي أمبير

المقاومة = 100 أوم

مقاومة الإخراج التي تعمل كمقاومة سحب لأسفل هي 10 كيلو أوم لتطوير الجهد المناسب عبرها.

IR 2110

إنها بوابة تقود IC تستخدم عادة لقيادة MOSFETs. إنه محرك IC ذو جانب مرتفع ومنخفض بجهد 500 فولت مع مصدر 2.5 A نموذجي وتيارات بالوعة 2.5 A في 14 دائرة متكاملة لتغليف الرصاص.

Bootstrap Capacitor.> بوتستراب مكثف

أهم مكون لبرنامج التشغيل IC هو مكثف التمهيد. يجب أن يكون مكثف التمهيد قادرًا على توفير هذه الشحنة ، والاحتفاظ بجهدها الكامل ، وإلا سيكون هناك قدر كبير من التموج على جهد Vbs ، والذي يمكن أن ينخفض إلى ما دون قفل الجهد المنخفض Vbsuv ، ويتسبب في توقف إخراج H O عن العمل. لذلك يجب أن تكون الشحنة في مكثف Cbs ضعف القيمة المذكورة أعلاه على الأقل. يمكن حساب الحد الأدنى لقيمة المكثف من المعادلة أدناه.

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

بينما

Vf = انخفاض الجهد إلى الأمام عبر الصمام الثنائي للتمهيد

VLS = انخفاض الجهد عبر الجانب المنخفض FET (أو تحميل سائق جانبي مرتفع)

VMin = الجهد الأدنى بين VB و VS

Qg = شحنة بوابة الجانب العالي FET

F = تردد العملية

Icbs (تسرب) = تيار تسرب مكثف Bootstrap

Qls = مستوى الشحن المطلوب لكل دورة

لقد اخترنا قيمة 47 فائق التوهج.

الترانزستور 2N3904

2N3904 هو ترانزستور تقاطع ثنائي القطب من NPN يستخدم لتطبيقات التضخيم أو التبديل منخفضة الطاقة للأغراض العامة. يمكنه التعامل مع تيار 200 مللي أمبير (الحد الأقصى المطلق) وترددات تصل إلى 100 ميجا هرتز عند استخدامه كمكبر للصوت.

الصمام الثنائي (UF4007)

يتم استخدام أشباه الموصلات عالية المقاومة من النوع الأول لتوفير سعة ديود منخفضة بشكل ملحوظ (Ct). نتيجة لذلك ، تعمل الثنائيات PIN كمقاوم متغير مع تحيز أمامي ، وتتصرف كمكثف مع انحياز عكسي. خصائص التردد العالي (السعة المنخفضة تضمن الحد الأدنى من تأثير خطوط الإشارة) تجعلها مناسبة للاستخدام كعناصر مقاومة متغيرة في مجموعة متنوعة من التطبيقات ، بما في ذلك المخففات ، وتبديل الإشارات عالية التردد (أي الهواتف المحمولة التي تتطلب هوائيًا) ، ودوائر AGC.

زينر ديود

الصمام الثنائي Zener هو نوع خاص من الصمامات الثنائية ، على عكس النوع العادي ، يسمح للتيار بالتدفق ليس فقط من الأنود إلى الكاثود الخاص به ، ولكن أيضًا في الاتجاه العكسي ، عندما يتم الوصول إلى جهد زينر. يتم استخدامه كمنظم للجهد. تحتوي ثنائيات زينر على تقاطع p-n مخدر للغاية. سوف تتفكك الثنائيات العادية أيضًا بجهد عكسي ولكن الجهد والحدة للركبة لم يتم تحديدهما بشكل جيد مثل الصمام الثنائي Zener. كما أن الثنائيات العادية ليست مصممة للعمل في منطقة الانهيار ، ولكن يمكن أن تعمل ثنائيات زينر بشكل موثوق في هذه المنطقة.

التتابع

المرحلات هي مفاتيح تفتح وتغلق الدوائر كهروميكانيكيًا أو إلكترونيًا. تتحكم المرحلات في دائرة كهربائية واحدة عن طريق فتح وإغلاق جهات الاتصال في دائرة أخرى. عندما تكون جهة اتصال الترحيل مفتوحة عادةً (NO) ، يكون هناك جهة اتصال مفتوحة عندما لا يتم تنشيط المرحل. عندما يتم إغلاق جهة اتصال الترحيل عادةً (NC) ، يكون هناك جهة اتصال مغلقة عندما لا يتم تنشيط المرحل. في كلتا الحالتين ، سيؤدي تطبيق التيار الكهربائي على جهات الاتصال إلى تغيير حالتها

وبوابة 7408

البوابة المنطقية AND هي نوع من البوابة المنطقية الرقمية التي يرتفع ناتجها إلى المستوى المنطقي 1 عندما تكون جميع مدخلاتها عالية

ATiny85

إنه متحكم دقيق قائم على رقاقة 8 بت AVR RISC منخفض الطاقة يجمع بين ذاكرة رماد 8KB ISP و 512B EEPROM و 512 بايت SRAM و 6 خطوط إدخال / إخراج للأغراض العامة و 32 سجل عمل للأغراض العامة ومؤقت / عداد 8 بت مع أوضاع المقارنة ، مؤقت / عداد عالي السرعة 8 بت ، USI ، المقاطعات الداخلية والخارجية ، محول A / D رباعي القنوات 10 بت.

الخطوة 4: شرح العمل والدائرة

في هذا القسم سيتم شرح عمل الدائرة بالتفصيل.

جيل PWM

تم إنشاء PWM من متحكم STM. تم استخدام TIM3 و TIM4 و TIM5 لتوليد ثلاث وحدات PWM لدورة عمل بنسبة 50 بالمائة. تم دمج التحول الطوري 60 درجة بين ثلاث PWMs باستخدام تأخير الوقت. بالنسبة لإشارة 50 هرتز PWM ، تم استخدام الطريقة التالية لحساب التأخير

تأخير = الفترة الزمنية ∗ 60/360

تأخير = 20 مللي ثانية ∗ 60/360

تأخير = 3.3 مللي ثانية

عزل متحكم باستخدام Optocoupler

تم عزل الميكروكونترولر وبقية الدائرة باستخدام optocoupler 4n35. يبلغ جهد العزل 4n35 حوالي 5000 فولت ، وهو يستخدم لحماية المتحكم الدقيق من التيارات العكسية. نظرًا لأن المتحكم الدقيق لا يمكنه تحمل الجهد السلبي ، وبالتالي ، لحماية المتحكم الدقيق ، يتم استخدام optocoupler.

حلبة القيادة بالبوابة تم استخدام ICIR2110 driver IC لتوفير تبديل PWMs إلى MOSFETs. تم توفير PWMs من الميكروكونترولر عند مدخلات IC. نظرًا لأن IR2110 لا يحتوي على بوابة NOT مدمجة ، لذلك يتم استخدام BJT كعاكس لمسمار Lin. ثم يعطي PWMs التكميلية إلى MOSFETs التي يجب دفعها

اكتشاف الخطأ

تحتوي وحدة SemiTeach على 3 دبابيس خطأ تكون عادةً عالية عند 15 فولت. عندما يكون هناك أي خطأ في الدائرة ، ينتقل أحد المسامير إلى المستوى LOW. لحماية مكونات الدائرة ، يجب قطع الدائرة أثناء ظروف الخطأ. تم تحقيق ذلك باستخدام AND Gate و ATiny85 Microcontroller و 5 V Relay. استخدام بوابة AND

المدخلات إلى AND Gate عبارة عن 3 دبابيس خطأ تكون في حالة عالية في الحالة العادية ، لذا يكون ناتج AND Gate مرتفعًا في الظروف العادية. بمجرد حدوث خطأ ، ينتقل أحد المسامير إلى 0 فولت ومن ثم يصبح خرج AND Gate منخفضًا. يمكن استخدام هذا للتحقق مما إذا كان هناك خطأ أم لا في الدائرة. يتم توفير Vcc إلى AND Gate من خلال Zener Diode.

قطع Vcc من خلال ATiny85

يتم تغذية خرج AND Gate إلى متحكم ATiny85 الذي يولد مقاطعة بمجرد حدوث أي خطأ. يؤدي هذا إلى زيادة التتابع الذي يقطع Vcc لجميع المكونات باستثناء ATiny85.

الخطوة 5: المحاكاة

من أجل المحاكاة ، استخدمنا PWM من مولد الوظيفة في Proteus بدلاً من نموذج STMf401 لأنه غير متوفر في Proteus. لقد استخدمنا Opto-Coupler 4n35 للعزل بين وحدة التحكم الدقيقة وبقية الدائرة. يتم استخدام IR2103 في عمليات المحاكاة كمضخم حالي يمنحنا PWMs تكميلية.

رسم تخطيطي: الرسم التخطيطي موضح على النحو التالي:

ناتج الجانب المرتفع هذا الإخراج بين HO و Vs. يوضح الشكل التالي إخراج ثلاثة جوانب عالية من PWM.

ناتج الجانب المنخفض هذا الإخراج بين LO و COM. يوضح الشكل التالي إخراج ثلاثة جوانب عالية من PWM.

الخطوة 6: تخطيطي وتخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور

تم عرض التخطيط التخطيطي وثنائي الفينيل متعدد الكلور الذي تم إنشاؤه على Proteus

الخطوة 7: نتائج الأجهزة

التكميلية PWMs

يوضح الشكل التالي إخراج أحد IR2110 وهو مكمل

PWM للمرحلة A و B

المرحلة A و B هي 60 درجة من الطور. يظهر في الصورة

PWM من المرحلة A و C

الطوران A و C هما -60 درجة تحولت طورًا. يظهر في الصورة

الخطوة 8: البرمجة

تم تطوير الكود في Atollic TrueStudio. لتثبيت Atollic ، يمكنك عرض البرامج التعليمية السابقة الخاصة بي أو التنزيل عبر الإنترنت.

تمت إضافة المشروع الكامل.

الخطوة 9: شكرا

وفقًا لتقليدي ، أود أن أشكر أعضاء مجموعتي الذين ساعدوني في إكمال هذا المشروع الرائع.

آمل أن تساعدك هذه التعليمات.

هذا أنا أسجل خروجي:)

تحياتي الحارة

طاهر الحق

EE ، UET LHR باكستان