Управление синхронным двигателем

 
       

       

       Необходимый объем памяти для хранения таблицы выборки функции синуса и косинуса составляет 2 х (570 ячеек по 16 бит каждая), поэтому данную функцию легко реализовать программно в МК.

       Для согласования уровней выходных сигналов датчика с уровнем ТТЛ сигналов СУ, применим опторазвязку на диодных оптопарах типа ЗОДЮ9Г.

       Выбор датчиков тока. Используя параметры синхронного двигателя для номинального режима (т.е. номинальный ток в цепи возбуждения и статора), с учетом возможности форсажа в 1,5 раза выбираем датчики тока. В качестве датчиков тока обмотки статора и тока возбуждения применим универсальные компенсационные датчики на эффекте Холла фирмы "LEM" (Швейцария).

       Параметры данных датчиков представлены в табл. 4.21 

Таблица 4.21 - Основные параметры датчиков тока 

         
 

       У обоих датчиков номинальное нагрузочное сопротивление при питании ± 15 В равно 60 Ом. При максимальном выходном токе 100 мА максимальное напряжение на выходе датчиков тока составит 6 В.

       Для полной гальванической развязки цепей питания датчиков и питания СУ применим изолирующий операционный усилитель (ОУ) ISO 124, а для масшта-бирования амплитуды сигнала в приемлемый для обработки микроконтроллером уровень - ОУ КР140УД17А. (см. ДПСЭ 197060.000 ЭЗ).

       

       Выбор интерфейсных устройств ввода / вывода. Для подключения МК к персональному компьютеру через последовательный канал передачи информации выберем коммуникационную микросхему фирмы MAXIM MAX 202Е.

       В качестве устройства отображения информации применим готовый 10-ти разрядный ЖК модуль МТ10Т7-7 с подключенным к нему сдвиговым регистром 74НС164. Благодаря применению регистра удается сократить число необходимых информационных контактов, подключенных к порту МК с 6-ти до 3-х, путем последовательной передачи данных, что освобождает другие контакты порта для иных целей.

       В качестве устройства ввода информации применена стандартная клавиатура размерности матрицы 3x4. Все семь выводов клавиатуры задействованы и подключены к другому свободному порту МК.

       Выбор источников питания. Для питания  элементов СУ применим готовые унифицированные  источники питания (ИП) (АС / DC конверторы), получающие питание от сети переменного тока 220 В 50 Гц, и преобразующие в необходимое постоянное напряжение. Типы и некоторые параметры применяемых источников питания приведены ниже в таблице 4.22.

       

       

       Таблица 4.22 - Основные параметры источников питания и области их применения 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
       

       

       4.6 Выбор элементов защит электропривода 

       Правильный  расчет и выбор защитных устройств  и алгоритмов их работы обеспечивает продление срока службы СУ электропривода в целом. Для правильного выбора защитных устройств необходимо проанализировать все возможные аварийные ситуации и выбрать из них те, которые имеют наибольшую вероятность возникновения и значимость по причиненным ими повреждениях.

       В данном приводе наиболее опасными и  часто встречающимися авариями являются:

1. Перенапряжения в питающей сети или звене постоянного тока - приводят к

пробою  силовых вентилей.

2. Короткое замыкание, вследствие пробоя одного из вентилей (или

межфазные КЗ).

3. Короткое замыкание в звене постоянного тока, вызванное пробоем

накопительного  конденсатора или иными причинами.

4. Короткое межфазное замыкание со стороны нагрузки, вследствие

теплового или иного пробоя силовых ключей, а также КЗ в питающей нагрузку цепи.

5. Длительная перегрузка по току, вызванная межвитковым замыканием в

обмотках  двигателя или обрыву обратной связи  по току, приводящая к тепловому  пробою ключей.

6. Обрыв обратной связи по скорости, вызывающий неконтролируемое

повышение скорости вращения ротора электродвигателя и приводящее к возможному выходу из строя как самого двигателя (разклинивание  обмотки возбуждения), так и рабочего органа (в данном случае - компрессора).

       Защита  от перенапряжений. Защита от перенапряжений в питающей сети осуществляется варисторорами, подключенными на входе преобразователя (см. ДПСЭ 197070.000 ЭЗ). Выбор варистора осуществляется по следующей формуле:

       

       

                                                (4.25.)

       где E - максимальная мгновенная энергия, Дж; φ - угол между вектором питающего напряжения и тока нагрузки; f - частота питающего напряжения сети; h - КПД нагрузки.

       

       По  рассчитанному параметру выбираем три варистора типа СН2-2А, включенных по схеме «треугольник» и имеющие характеристики, приведенные

в табл. 4.23

       

       Таблица 4.23 - Параметры варистора 

 
 

       Защита  от перенапряжений в  звене постоянного  тока, вызванных отдачей электроэнергии двигателем при изменениях задания на скорость или динамическим торможением, осуществляется посредством ключа сброса энергии, выполненном на МДП транзисторе и мощном резисторе (см. ДПСЭ 197070.000 ЭЗ). При превышении величины постоянного напряжения выше допустимой, срабатывает реле К1 и размыкает свой контакт К 1.1, что приводит к отпиранию транзистора VT1 и рассеянию накопленной энергии на резисторе R7. В качестве ключа сброса энергии применен MOSFET транзистор фирмы International Rectifier - IRFPE-50, параметры которого занесены в табл.4.24. 
 

       

       

       

       Таблица 4.24 - Параметры транзистора 

        
 

       В качестве сопротивления сброса энергии  применен модуль динамического торможения, рассчитанный на 10% цикл торможения (10 сек максимальное время торможения в цикле), параметры которых приведены в таблице 4.25

       Таблица 4.25 - Параметры тормозного модуля 

 
 

       Защита  от токов КЗ. Для защиты силовых  вентилей от токов КЗ применим быстродействующие  предохранители ПП-57 на номинальный  ток 400 А.

       Для ограничения зарядного тока накопительных конденсаторов во время подачи питания на интеллектуальный транзисторный модуль величиной в 50 А (в звене постоянного тока) применим один резистор BR1K2W6P8.

       

       Защиту  от токов КЗ и перегрузки со стороны  нагрузки (двигателя) обеспечивает силовой интеллектуальный модуль SKiiP 513GD122-3DUL.

       Защита  от обрыва обратной связи по скорости осуществляется с помощью МК 8XC196KD20.

       Подача  питания на преобразователь осуществляется с помощью контактора КГ 60=33, а  шунтирование ограничительного резистора после заряда емкости - аналогичным контактором КТ 60-33. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       

       

       4.7 Проверка двигателя на нагрев 

       При проверке выбранного двигателя на возможность  перегрева, необходимо проанализировать цикл его нагружения, для чего необходимо в данном случае пересчитать изменение производительности компрессора в угловую скорость вращения ротора. Диаграмма изменения скорости ротора двигателя в процессе его работы представлена рисунке 4.7