Post on 02-Sep-2019
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
TITLUL LUCRĂRII:
Prezentarea convertorului static de frecvenţă cu circuit intermediar de curent continuu ELVAR 4,0 KW.
SCOPUL LUCRĂRII:
- aprofundarea de către studenţi a principiului de funcţionare a convertorului static de frecvenţă cu circuit intermediar de curent continuu;
- prezentarea circuitelor electronice componente convertorului ELVAR 4,0 KW.
I.1. Descrierea şi principiul de funcţionare al convertorului static de frecvenţă cu circuit intermediar de curent continuu
Convertoarele statice de frecvenţă (CSF) permit transformarea energiei de la reţeaua trifazată de tensiune şi frecvenţă fixă într-o energie de curent alternativ cu tensiune şi frecvenţă variabilă. Aceste circuite electronice constituie astfel, surse optime de alimentare a motoarelor de curent alternativ – rotative sau liniare, asincrone sau sincrone – în sistemele de acţionare cu viteză reglabilă. Acţionările utilizând motoare asincrone cu rotorul în scurtcircuit, alimentate de la convertoare statice de frecvenţă, au pătruns în cele mai diferite domenii datorită în special avantajelor acestor motoare (robuste, uşoare, dimensiuni mici, inerţie redusă, întreţinere uşoară, etc.). Ansamblul convertor static – motor asincron cu rotor în scurtcircuit facilitează punerea de acord a caracteristicii mecanice a motorului cu condiţiile impuse de maşinile de lucru cele mai dife-rite. În acest mod, se pot asigura practic toate cerinţele impuse sistemelor de acţionare cum ar fi:
- pornirea automată şi accelerarea controlată; - funcţionarea cu turaţie constantă sau cuplu constant; - reglarea automată după program a turaţiei; - schimbarea sensului de rotaţie; - frânarea automată; - gamă largă de reglare a vitezei cu fineţe deosebită a reglării; - sensibilitate redusă la variaţii în anumite limite a tensiunii şi frecvenţei de alimentare; - viteză mare de răspuns.
Conversia energiei de curent alternativ realizată prin intermediul unei forme de energie de curent continuu, are limite de variaţie mai largi din punct de vedere al frecvenţei tensiunii de ieşire. În acest caz, CSF este denumit convertor de frecvenţă cu circuit intermediar de curent continuu şi este alcătuit din:
- un redresor (comandat sau necomandat); - un circuit intermediar de curent continuu având caracter de sursă de curent continuu sau de
tensiune continuă sau variabilă; - un invertor care poate fi de tensiune sau de curent (figura I.1).
- 1 -
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
CALE DE C.C.REDRESOR INVERTOR
RU1
Ucc
f1
ST
MA3~
Us
fs
Fig. I.1. Structura unui convertor static de frecvenţă. Invertoarele sunt componentele de bază ale convertoarelor statice de frecvenţă cu circuit intermediar de tensiune continuă, echipamente electronice de putere care stau la baza acţionărilor electrice cu turaţie reglabilă cu motoare de curent alternativ. În structura acestor sisteme de acţionare, invertorul are un rol decisiv în stabilirea performanţelor energetice şi dinamice ale sistemului pentru un motor de acţionare dat. Este bine cunoscut faptul că obţinerea unui randament energetic ridicat şi a unor performanţe dinamice superioare pentru sistemul de acţionare în ansamblu, este condiţionată de alimentarea motorului de curent alternativ cu tensiuni şi curenţi sinusoidali, de frecvenţe şi amplitudini impuse de sistemul de reglare [A5],[D6]. Spre deosebire de invertoarele de curent, invertoarele de tensiune prezintă o mare flexibilitate în adoptarea unor tehnici de comandă cu modularea impulsurilor de tensiune în durată (PWM) şi/sau amplitudine în vederea reducerii conţinutului de armonici de frecvenţă joasă din undele de tensiune şi de curent ce alimentează motorul de acţionare. Funcţionarea invertoarelor de tensiune fără modulaţia impulsurilor, prin conducţia continuă a dispozitivelor de comutaţie pe duratele corespunzătoare unor unghiuri de 120˚ el. sau 180˚ el, prezintă dezavantajul unui conţinut ridicat de armonici de frecvenţă joasă în unda tensiunii de ieşire, precum şi dezavantajul datorat imposibilităţii reglării tensiunii concomitent cu reglarea frecvenţei numai prin intermediul invertorului. Undele de tensiune obţinute la ieşirea invertorului sunt cvasisinusoidale, compuse din im-pulsuri dreptunghiulare de durate egale cu durata de conducţie a semiconductoarelor de putere. Ast-fel de unde au o pondere însemnată a armonicilor impare 5, 7, 11, etc. care determină cupluri oscilante ce înrăutăţesc performanţele dinamice ale motorului alimentat. În plus, la reglarea vitezei motorului de acţionare (sincron sau asincron) se impune modificarea continuă a tensiunii concomitent cu frecvenţa.Acest lucru nu se poate obţine cu ajutorul invertorului, fiind necesară o sursă de tensiune continuă reglabilă, redresor comandat sau chopper în circuitul de curent continuu. În figura 1.2. este prezentată configuraţia unui convertor de frecvenţă cu circuit intermediar de curent continuu pentru alimentarea unui motor asincron.
Fig. 1.2. Schema unui convertor cu circuit intermediar de curent continuu.
R S T u v wCf
Comanda PWM invertor
f [Hz]= variabilU [V]= variabil
P
N
- 2 -
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
Reglarea vitezei maşinii asincrone impune pe lângă variaţia frecvenţei fs care se realizează în CFCI prin metode specifice de comandă pentru contactoarele statice şi variaţia tensiunii Us, pentru a se evita saturarea (Us/fs=const.). Există pentru îndeplinirea acestui deziderat, în principal trei metode distincte: - variaţia tensiunii continue Ucc la intrarea invertorului; - variaţia tensiunii Us la ieşirea din invertor; - variaţia tensiunii în invertor prin utilizarea tehnicilor PWM. Prima metodă permite obţinerea unei forme constante a tensiunii la ieşirea invertorului, indife-rent de amplitudinea ei, dar impune folosirea redresorului comandat, ca sursă de tensiune continuă re-glabilă, pe calea de curent continuu. Se utilizează cu precădere în schemele de reglare care funcţionează pe baza controlului orientat după câmp, iar contactoarele statice ale invertorului sunt tranzistoare. Dacă invertorul este realizat cu tiristoare, la variaţia în limite largi a tensiunii, capacitatea de comutare scade pe măsura scăderii tensiunii de încărcare a condensatoarelor de stingere, din care cauză, în unele aplicaţii se folosesc surse suplimentare de curent continuu pentru încărcarea condensatoarelor de stingere. A doua metodă se utilizează relativ rar în acţionările electrice reglabile, deoarece la tensiuni reduse, conţinutul de armonici al tensiunii la bornele maşinii este nesatisfăcător. Metoda a treia este cea mai folosită atât în cazul controlului scalar, cât şi în cazul controlului orientat după câmp, în acest ultim caz uneori împreună cu prima metodă. Tehnicile de comandă PWM prezintă două avantaje esenţiale care le-au impus domeniul metodelor de comandă folosite pentru in-vertoarele ce fac parte din convertoarele statice cu circuit intermediar de curent continuu:
- nu necesită componente suplimentare în invertor, blocul de comandă devenind însă mai complex;
- permit reducerea semnificativă sau chiar eliminarea armonicilor de frecvenţă de ordin mic (cele mai apropiate de fundamentală), chiar la evoluţii în limite largi ale tensiunii şi frec-venţei.
Reducerea conţinutului de armonici, în special a armonicilor de frecvenţă joasă şi posibilitatea modificării în limite largi a tensiunii cu frecvenţa se obţin prin modulaţia în durată a impulsurilor de tensiune, metodă consacrată sub denumirea de comandă PWM (Puls Width Modulation). Metoda constă în fragmentarea duratelor de conducţie ale semiconductoarelor de putere în vederea reducerii conţinutului de armonici din undele de tensiune şi implicit de curent de la ieşirea invertorului ce alimentează motorul unui sistem de acţionare electrică. Metodele de comandă PWM (Puls Width Modulation) se aplică în aceeaşi măsură la maşinile asincrone cât şi la cele sincrone. În această lucrare se va studia aplicarea acestor tehnici de comandă maşinilor asincrone. Configuraţia invertorului PWM pentru alimentarea unui motor asincron trfazat este prezentată în figura 1.3.
u v w
Circuite decomanda in baza
f [Hz]= variabilU [V]= variabil
P
N
Ucc CS1 CS3 CS5
CS2 CS4 CS6
Fig. 1.3. Invertor trifazat cu tranzistoare IGBT.
- 3 -
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
Modularea impulsurilor în durată (lăţime) constă în alimentarea maşinii cu un număr de impulsuri de tensiune (curent) pe fiecare semiperioadă, durata fiecărui impuls fiind o funcţie sinusoidală de-pendentă de poziţia unghiulară a impulsului în decursul semiperioadei. Modularea se realizează prin compararea unui semnal de comandă (modulator), de amplitudine Um şi frecvenţă fm variabile, a cărui formă este identică cu forma semnalului ce se doreşte a fi obţinut la ieşirea invertorului, cu un semnal triunghiular (purtător), de amplitudine Up şi frecvenţă fp fixe. Caracterizarea acestui proces de modulaţie, cunoscut sub denumirea de modulaţie PWM sinu-soidală se face cu ajutorul a doi parametri:
gradul de modulaţie în frecvenţă, definit prin raportul dintre frecvenţa semnalului purtător şi frecvenţa semnalului modulator fp/fm=m (m determină numărul de pulsuri pe perioadă);
gradul de modulaţie în amplitudine al tensiunii, definit prin raportul dintre amplitudinea semnalului modulator sinusoidal şi amplitudinea semnalului purtător triunghiular Um/Up=k.
Principiul metodei, este ilustrat în figura 1.4. [A3], [G13], [P7]. Momentele în care unda modu-latoare de frecvenţă fm şi amplitudine Um intersectează unda purtătoare triunghiulară de frecvenţă fp şi amplitudine Up (figura 1.4 a), constituie momente de comutare pentru contac-toarele statice din invertor. Prin aceasta se produc impulsurile de tensiune modulate în durată după legea sinusoi-dală impusă de unda modulatoare. Cât timp unda modulatoare este mai mare decât unda purtătoare, con-tactoarele statice corespunzătoare fazei şi polarităţii respective sunt închise, aplicând înfăşurării maşinii un impuls de tensiune. Când unda purtătoare devi-ne mai mare decât unda modulatoare, aceste contactoare se vor deschide.
În funcţie de contactoarele care se închid, impulsurile de tensiune apli-cate înfăşurării maşinii vor fi de o polaritate sau alta, conform figurii 1.4 b), c), d).
Fig. 1.4. Principiul modulării sinusoidale.
- 4 -
e)
b)
a)
CS2CS1
ωt
Ua
ωt-Ucc
+Ucc
UmUp
ωt
Unda triunghiulara purtatoare
c)
-Ucc
+Ucc
d)
f)
CS4CS3
ωt
g)
CS6CS5
ωt
ωt
ωt
Ub
Unda sinusoidala modulatoare
2
2
2
2
-Ucc2
+Ucc2
Uc
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
Algoritmul de comutare pentru contactoarele din invertor, se observă în figurile 1.4. e), f) şi g). Pentru o undă triunghiulară de amplitudine şi frecvenţă constante, se poate modifica amplitudinea fundamentalei undei de la ieşirea invertorului, prin modificarea amplitudinii undei modulatoare Um (a indicelui de modulaţie k), păstrând frecvenţa acesteia constantă.
I.2. Prezentarea convertorului static de frecvenţă ELVAR 4,0 KW I.2.1. Conectarea in instalatii a convertorului static de frecvenţă cu circuit intermediar de curent continuu ELVAR 4,0 KW
V +P
R F
R
S
T
N
R com
A u x
u
v
w
R
S
T
N
Sig.1
Sig.2
Sig.3
Sig.4
R ezisten ta de fr anare
u
v
w
K 1
BA
CFS
Fig. I.5. Schema electrică de conectare a CSF. I.2.2. Configuraţia convertorului static de frecvenţă realizat
Convertorul static de frecvenţă ELVAR 4,0 KW, este realizat din 4 (patru) circuite electronice: - circuitul de alimentare, - circuitul modul, - circuitul de bază, - circuitul de comandă.
Circuitul de alimentare V+
VR5
V-
R1
VR2
R2 R3
VR3
VR1
VR4
Y
RST
Punte redresoare
Fig. I.6. Schema electrică a circuitului de alimentare. Schema electrică a circuitului de alimentare din structura convertorului static de frecvenţă
cu circuit intermediar de curent continuu se poate urmări în figura I.6.
- 5 -
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
Datorită avantajelor, deja cunoscute, folosirii structurilor electronice de putere în construcţie modulară, la realizarea plăcii de cleme s-a folosit un redresor trifazat, modular, necomandat produs de firma Mitsubishi. Varistoarele cu oxizi metalici (cunoscute şi sub denumirea de varistoare cu ZnO) sunt utilizate pentru protecţia împotriva supratensiunilor. Rolul lor este de a proteja echipamentul electric împotriva oricărui tip de supratensiune care poate apărea în reţeaua de alimentare (datorată comutaţiei, incidentelor tehnice, indusă accidental sau cauzată de către o lovitură de trăznet). În figura I.7 este prezentat circuitul electronic realizat.
Fig. I.7. Circuitul de alimentare – circuitul electronic realizat. Semnificaţia bornelor: V+ – tensiunea căii de curent continuu; P – pământ; RF – rezistenţă de frânare. CSF conţine un circuit destinat disipării energiei de frânare
(se conectează conform schemei prezentate în figura I.5); R, S, T – fazele reţelei de alimentare; N – nulul reţelei de alimentare; Rcom – faza de alimentare a circuitului de comandă; Aux – contact auxiliar (se conectează conform schemei prezentate în figura I.5); u, v, w – alimentarea motorului; Câteva caracteristici ale punţii redresoare de putere, folosite: - VRRM = 1600V tensiune repetitivă; - VRSM = 1700V tensiune nerepetitivă; - IO = 40V curent continuu de ieşire; - IFSM = 400V;
Circuitul modul
Folosirea modulelor inteligente de putere (dipozitive de putere hibride avansate care combină viteza mare şi pierderile mici de comutare ale IGBT-urilor cu dispozitive de comandă pe poartă optimizate şi circuite de protecţie), conferă o serie de avantaje cum ar fi: gabarit redus pentru convertorul cu circuit intermediar de curent continuu, timpul de proiectare a convertorului, redus, drivere şi circuite de protecţie incluse în modul, performanţe îmbunătăţite, tehnologie înaltă de fabricare (reduce numărul extern de componente şi se asamblează uşor). Chiar şi dimensiunile sistemului pot fi reduse prin folosirea unui radiator mai mic, deoarece pierderile în stare de conducţie şi cele de comutare sunt mai mici.
Abilitatea MIP de a se autoproteja reduce posibilitatea de distrugere a dispozitivului în timpul testelor sau în condiţii de suprasarcină.
Schema electrică a circuitului modul din structura convertorului static de frecvenţă cu circuit intermediar de curent continuu este prezentată în figura I.8, iar în figura I.9 este prezentat circuitul
- 6 -
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
electronic realizat. Soluţia adoptată, datorită considerentelor prezentate mai sus, este folosirea unui modul integrat de putere produs de firma Mitsubishi, cu dispozitive de comandă pe poartă optimizate şi circuite de protecţie incorporate. Această soluţie a permis realizarea plăcii modul cu un minim de componente externe.
J3
R17
OC
2
OC
6
C1
C2
OC
4
C3
C4
R13
R11
J5
R2
R3
R15
R6 R7
OC
1
J4
OC
3
OC
8
OC
5
R4
R5
OC
9
OC
10
R1
MO
DU
L IN
TELI
GEN
T D
E PU
TER
E
V U
PC
UP
V U
PI
V N
IFo V
NC
W NV NU N
U F
o
Br
V V
PIV
FoVP V
VPC
V U
WI
W F
oW
PV
WPC
R9
R16
R14
R12
OC
7
J1 J2
R8
R10
VccU Vcc W
GN
D U
GN
D U
Br
GN
D W
Vcc(
+15V
S2)
Vcc(+15V S2)
GN
D V
GN
D W
Vcc
W
Vcc
U
GN
D V
Vcc
V
Vcc V
Vcc
(+15
V S2
)Br R
TY
T
BT
RB
YBBBGN
D
+5V(
S1)
FAU
LT
Fig. I.8. Schema electrică a circuitului modul.
- 7 -
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
Protecţiile interne la supracurent şi la
scurtcircuit sunt realizează prin utilizarea unor senzori de curent optimizaţi, care permit monitorizarea continuă a curentului ce străbate dispozitivul. Pe lângă aceste protecţii, fiabilitatea sistemului este sporită prin protecţia la supratemperatură şi prin blocarea la nivel de tensiune prea joasă.
Fig. I.9. Circuitul modul – circuitul electronic realizat.
Câteva caracteristici ale modulului inteligent de putere folosit:
Pentru IGBT: - VCES = 1200V (VD = 15V, VCIN = 15V) tensiune colector-emitor - IC = 50A (TC = 25 C) curent colector - ICP = 100A (TC = 25 C) curent colector de vârf - VCC = 900V (aplicat între P şi N) tensiune de alimentare - VCsurge = 1000V (aplicat între P şi N) Pentru BRAKE: - VCES = 1200V tensiune colector-emitor - IC = 15A (TC = 25 C) curent colector - ICP = 30A (TC = 25 C) curent colector de vârf - VCC = 900V (aplicat între P şi N) tensiune de alimentare - VCsurge = 1000V (aplicat între P şi N) Pentru protecţii: - OC = (59 ÷ 112)A (-20ºC ≤ TC ≤ 125, VD = 15V) supracurent invertor - OC = (22 ÷ 50)A (-20ºC ≤ TC ≤ 125, VD = 15V) supracurent frână - SC = 183A (-20ºC ≤ TC ≤ 125, VD = 15V) scurtcircuit invertor - SC = 95A (20ºC ≤ TC ≤ 125, VD = 15V) scurtcircuit frână - OT = (111 ÷ 125) C supratemperatură - UV = (11,5 ÷ 12,5)V subtensiune Condiţiile optime de funcţionare recomandate de către producător: - VCC = (0 ~ 800)V - VD = (15 ± 1.5)V - VCIN(on) = (0 ~ 0.8)V - VCIN(off) = (4.0 ~ VD)V - fPWM = (5 ~ 20) kHz, tdead ≥ 3 μs
- 8 -
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
Circuitul de bază
OC
2R
12R
11B
rake
Br
+15V
(S2)
R13
R17
R16
C23
C24
OC
3
J15
R15
R19
C26
R20
C29
Vout
C27
R14
R18
R9
U1
thre
shol
d
Inpu
t
OU
T
C
REF
RC
R10
+15V(S2)
+15V(S2)
+V(out)
+5V
(S1)
mas
U
OC
4
T4
R22
R21
+15V
(S2)
Rin
cR
EL
R2
C11
RL3
J11
TC1
C10
C9
C8
C7
D5
C6
C17
C18
C16
C15
C14
CF1
C13
RL2
RDESC1 RDESC2
+V(in
)+5
V(S
1)
mas I
+V(o
ut)
+15V
(S2)
+V(o
ut)
-V
RE
L
R7
R6
D9
D7
C20
OC
1R
3
D10
R5
R4
LF
R8
T3
J14
Y
+5V
(S6)
N
LF+5V
(S1)
T1
C12
C2
D3
CI3
J4
C25
CI4
SIG
1
D4
J2
C3
D8
J1
D11
C4
J5
GN
D
+5V
(S2)
D6
+5V
(S6)
C1
RV1
C5
C28
CI2
F1
J3
CI5
RL1
C21
C22
T2
CI1
R1
C19
D1
D2
-+
+15V
(S5)
Y
-15V
(S4)
+15V
(S4)
LV
CR
L1+12V(S1)
-15V
(S5)
N
+12V(S1)
+5V
(S1)
+15V
(S2)
+15V
(S3)
-15V
(S3)
GN
D
Aux
N Rco
m
VENT 1
VENT 2
VENT 3 N
A X
-+
-+
- -
-
GN
D
Fig. I.10. Schema electrică a circuitului de bază.
- 9 -
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
Schema electrică a circuitului de bază este prezentată în figura I.10 şi are în componenţă sursa de alimentare a circuitelor de comandă (drivere) şi a circuitelor de protecţie, filtrul circuitului de curent continuu, traductor de curent şi tensiune.
Semnalul necesar reacţiei de tensiune se obţine de obicei după tensiunea căii de curent continuu, iar semnalul necesar reacţiei de curent se obţine după curentul de la intrarea sau de la ieşirea invertorului. În cazul de faţă, se preferă ca semnalul reacţiei de curent să se obţină din curentul din circuitul intermediar de curent continuu, deoarece acest curent nu mai trebuie redresat şi filtrat şi este util pentru diagnosticarea şi protecţia rapidă a invertorului în cazul unor defecte interne.
În regim de frânare, tensiunea la bornele capacităţii de pe calea de curent continuu trebuie menţinută sub o anumită valoare limită. La decelerări rapide, această tensiune poate creşte peste limita admisă. În figura I.11 este prezentat circuitul de bază realizat.
Fig. I.11. Circuitul de bază – circuitul electronic realizat. Circuitul de comandă
În acţionările electrice cu controlul în frecvenţă al vitezei motorului asincron sunt utilizate diferite scheme de reglare în funcţie de performanţele dinamice impuse sistemului de reglare şi de tipul convertorului de frecvenţă utilizat. La sistemul realizat, s-a adoptat o schemă de reglare cu reacţie externă de viteză şi reacţii interne după mărimile tensiune şi curent.
Utilizarea microcontrolerelor, asigură un control complet asupra sistemului de acţionare în ansamblu prin realizarea unui număr mare de funcţii cum sunt:
- reglare; - protecţie; - comanda invertorului PWM; - diagnosticare; - adaptarea legilor de reglare la tipul sarcinii; - interfaţarea pentru comunicaţiile cu operatorul local şi cu sistemele de conducere, etc. În figura I.12 este prezentată schema electrică a circuitului de bază şi în figura I.13 circuitul
electronic realizat.
- 10 -
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
J9 J10J7 J8
GN
D Ui
+Ua
<
STA
RT
>
STO
PC
OM
J18
J17
J16
J19
-15V(S5)+15V(S5)
+15V(S4)-15V(S4)
+15V(S3)-15V(S3)
+15V(S2)Br
-15V(S2)
DA2
A AL
R14
DA
2B
AL
T3T1
R13
T4
DA1
B AL
R12
DA
1A
AL
T2
R11SA SB SC SD SE SF SG SP
Z
SA SB SC SD SE SF SG SPZ
SPZ
SGSFSESDSCSBSASA SB SC SD SE SF SG SP
Z
D3
D1
D0
D2
C15
C16
+5V
(S1)
VD
DP
ICV
DD
VC
C
VS
S
GN
D
U4B
D CLK
Q
VC
C
C14
C13
+
U6 C1+
C1-
T2 IN
T2 O
UT
R2
INR
2 O
UT
C2+
C2-
V+ V-
GN
D
VDD
232
C11
+ C12
+
C10
+
-10V
TX23
2TX R
X23
2R
XV
CC
INTERFATA RS232
R20
R15
C8
R21
R17
JP1
R16
C6
R18
U5
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RA5/AN4/SS
RB0
/INT
RB1
RB2
RB
3/P
GM
RB4
RB5
RB6
RB7
RC0/T1OSO/T1CKIRC1/T1OSI/CCP2RC2/CCP1RC3/SCK/SCLRC4/SDI/SDARC5/SDORC6/TX/CKRC7/RX/DT
RD
0/PS
P0R
D1/
PSP1
RD
2/PS
P2R
D3/
PSP3
RD
4/PS
P4R
D5/
PSP5
RD
6/PS
P6R
D7/
PSP7
RA4/T0CKIRA3/AN3/VREF
RA2/AN2RA1/AN1RA0/AN0
MCLR/VPP
RE0
//A
N5
RD
RE1
//A
N6
WR
RE2
//A
N7
CSVD
DPI
CVD
DPI
CV
SSV
SS
R22
R19
R9
Y1
R10
C9
C7
FAU
LT
Um
Rin
cB
RAK
EC
RL1
AD7
AD6
AD5
AD
3
AD2
AD1
SPZ
SA
SB
SC
SD
SE
SG
SF
RX
232
TX23
2
RESETUcomIm
CLOCK
AD4
AD0
RE
SE
T
D3
D1
D0 LFD2
RS
T/W
RAL
E
LVV
DD
VD
D
VD
DP
ICV
SS
TEST
3TE
ST6
U4A
D CLK
Q
TES
T8
U1
J3
TES
T7
TES
T5
TES
T4
C2
TEST
2
/CS
FAU
LT+5
V(S
1)
AD
3A
D4
AD
5A
D6
AD
7
AD
2A
D1
CLO
CK
AD
0
/WR
RS
TA
LE/R
D
VD
D
VS
S
VD
D
VC
CYT
BBGN
DR
T
YBR
B
BT
GENERATOR PWM
R26
C19
R36
R31
R29
K6
JOG
R25
C20
K4
STO
PR
32
R27
R34
K2
STA
RT
C21
R30
C17
ISO
1
R38
R28
R33
C22
K5
PR
OG
R23
C18
R37
K3<
R24
R35
K1
>
TST1
TST2
TST0
TST3
NC
OM
> STA
RT
STO
P
<
TST2
TST3
TST5
TST4
AD
4TS
T1TS
T0AD
2A
D3
AD5
AD
1
+5V
(S6)
AD
0
VD
D
D6
R7
R5
PAD
1C
CU
2B
-+
C4
+12V
(S1)
Im
mas
I
R3
C1
J1
D1
C5
R4
D2
C3R
2
U2A
- +
R8
R1
TES
T1+U
a
Ui
0-5V
0-10V
Uco
m
+12V
(S1)
+12V(S1)
Fig. I.12. Schema electrică a circuitului de comandă.
- 11 -
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
Fig. I.13. Circuitul de comandă – circuitul electronic realizat. Acest sistem de dezvoltare este realizat pe baza microcontrolerului PIC16F877, dezvoltat în
tehnologie CMOS de firma americană Microchip. Este astfel conceput încât permite dezvoltarea rapidă a aplicaţiilor în domenii diverse, de la industriile auto şi aplicaţiile de control casnice la instru-mentele industriale, senzori la distanţă, mânere electrice de uşi şi dispozitivele de securitate.
Traductorul LEM, reprezintă o alternativă flexibilă a şuntului de curent sau a transformatorului în scopul măsurării curenţilor alternativi sau continui. Traductoare de curent seria LTS sunt traductoare unipolare în buclă închisă, ce se bazează pe efectul Hall. Printre avantajele utilizării acestor tipuri de traductoare se pot enumera: ieşirea este o tensiune, se pot efectua 3 măsurări diferite prin utilizarea diferiţilor pini, formatul este compact, astfel încât se poate monta pe circuit imprimat, oferă o bună precizie şi liniaritate, variaţie foarte mică cu temperatura.
LEM este un traductor de tensiune cu montare pe cablaj imprimat. Dispozitivul, a cărei funcţionare se bazează pe efectul Hall, este protejat într-o carcasă de plastic anti-flacără, ce oferă şi
- 12 -
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
izolare galvanică între circuitul primar şi cel secundar. Traductorul este ideal pentru măsurarea tensiunilor din circuitele de c.a. şi c.c. cu impulsuri. Comunicaţia între microcontroler şi calculator se realizează prin blocul „Interfaţă serială” (SCI). Când nu este disponibil, poate fi creat în software. Controlul mărimilor se realizează prin interfaţarea plăcii cu calculatorul, situaţie care este des întâlnită în aplicaţiile de laborator sau în aplicaţiile care necesită achiziţionarea datelor mărimilor sau prin interfaţare cu alte periferice de exemplu tastatură şi afişor frecvent întânită în aplicaţiile industriale.
Printre caracteristicile circuitului de comandă prezentat în figura I.2.8. menţionăm: - conectare directă la placa de forţă; - protecţie instantanee la supracurent; - protecţie instantanee la supratemperatură; - protecţie la dispariţia a cel puţin unei faze de alimentare a convertorului; - protecţie la apariţia semnalului de avarie transmis de către modulul inteligent de putere; - interfaţare cu portul serial al calculatorului.
Asamblare circuite electronice Circuitele electronice realizate, au fost asamblate în jurul unui radiator profilat rezultând astfel, o structură compactă a convertorului static de putere. În figura I.14 este prezentată schema conexiunilor interne necesară asamblării convertorului iar în figura I.15, se prezintă modelul experimental, a convertorului static de frecvenţă, fără şi cu carcasă.
Placa modul
Punte redresoare trifazată
J5
Y
J9
vJ15
RF
J3 J18
J18
T
J10
w
J4
N
J4 J19
J2
Rcom
J13
V-
Placa cleme
J1
J3
Aux
Plac de comandă ă
J14
PJ17
S
J16J2
J7
u
J12
V+
J17
J16
R
w
u
P
Mod
ul in
telig
ent d
e pu
tere
J28
V+(in)
V-V+(out)
La placa de bază
PN
N
v
R S T
Cf
B
Fig. I.14. Asamblare circuite electronice CSF. Pentru a reduce dimensiunile convertorului s-a adoptat soluţia micşorării radiatorului. Acestă soluţie a impus ventilarea forţată a circuitelor de forţă prin folosirea unui ventilator montat pe carcasă (figura I.15). După cum se poate observa în figura I.15, la proiectarea carcasei, s-a ţinut cont de accesul uşor la şirul de cleme atât pe partea de forţă cât şi pe partea de comandă.
- 13 -
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
Fig. I.14. Model experimental CSF Fig. I.15. Model experimental CSF fără carcasă. cu carcasă.
Controlul şi programarea CSF Pentru diagnosticarea defectului apărut în timpul funcţionării întregului sistem de acţionare, convertorul de frecvenţă afişează coduri corespunzătoare defectelor. Semnificaţia codurilor afişate în cazul funcţionării convertorului într-un regim necorespunzător, este prezentată în tabelul 1.
Tabelul 1. Afişare
convertor Semnificaţia afişării
Funcţionarea protecţiilor modulului inteligent (supracurent, supratemperatură, subtensiune, scurtcircuit).
Funcţionarea protecţiei supratensiune.
Funcţionarea protecţiei lipsă fază alimentare convertor.
Funcţionarea protecţiei supracurent. (protecţia este externă şi la un prag de acţionare mai jos decât protecţia internă modului inteligent de putere).
Funcţionarea protecţiei lipsă ventilator (semnalizarea alternează cu mărimea afişată până la apariţia defectului).
- 14 -
-ÎNDRUMAR DE LABORATOR-
Sisteme moderne de comandă a maşinilor de curent alternativ Conf. dr. ing Mircea GOGU
START
intrare n modprogramare
î
alegerea moduluide comandă
analogic tastatură
programarepantă pornire
programarepantă oprire
programarefrecvenţă
programarepantă pornire
programarepantă oprire
programaresens de rotaţie
motor
programaremărime afişată
STOP
STOP
Valoarea afi at reprezint timpul pân cândfrecven a ajunge la 100 Hz Panta = 100Hz / 15s = 6,66 Hz / s
ş ă ă ăţ
- direct;- invers
Frecvenţa poate fi programată în limitele(0 ... 100 Hz)
Poate fi vizualizatfrecven ,
- tura ie,- curent,- tensiune.
ă una din mărimile:- ţă
ţ
Valoarea afi at reprezint timpul pân cândfrecven a ajunge la 0 Hz de la 100 Hz.
ş ă ă ăţ
Ieşire din mod programare.
Organigrama de programare
este prezentată în figura I.16.
Fig. I.16. Organigramă de programare CSF.
În figura I.17 şi tabelul 2, sunt prezentate dimensiunile de gabarit ale modelului experimental, CSF 4.0 [KW].
Tabelul 2 ELVAR 7.5
L1 300 mm L2 190 mm l1 230 mm l2 209 mm h 155 mm R 6,5 mm r 3 mm
Fig. I.17. Dimensiunile de gabarit.
- 15 -