asyan.org
добавить свой файл
1
3. Опис роботи схеми


Рис. Схема мостового інвертора напруги
Транзисторні пари VT1-VT4 та VT2-VT3 почергово відкривається та закривається, змінюючи напрямок протікання струму у навантаженні.

Струм зворотних діодів VD1-VD4 тече через вхідне коло проти е.р.с. джерела, що забезпечує повернення енергії, накопиченої у реактивних компонентах вихідного кола, а при генеративному режимі роботи навантаження також передачу її активної потужності джерелу. У цьому режимі інвертор працює як випрямляч.

Після того як за допомогою мостової схеми вхідну напругу було інвертовано, за допомогою фільтру з послідовним резонансним контуром виділяється її основна гармоніка та пригнічується вищі. Далі за допомогою трансформатора TV1 значення вихідної підвищується до необхідного значення.

При широтно-імпульсному способі регулювання вихідної напруги, функції інвертування та регулювання суміщені в одній силовій частині. Такий спосіб

регулювання дозволяє зменшити габарити та масу всього перетворювача. Суть полягає у тому, що в процесі роботи інвертора можна змінювати тривалість імпульсу напруги на навантаженні і тим самим змінювати величину напруги. Широтно-імпульсний спосіб регулювання найбільш доцільно використовувати у інверторах напруги.






Рис. Часові діаграми роботи схеми

4. Розрахунок силової частини
4.1. Вибір компонентів схеми мостового інвертора напруги


Рис. Мостовий інвертор напруги
Номінальна напруга на вході інвертора

Максимальна напруга на вході інвертора


У мостовій схемі напруга , що прикладається до замкненого транзистора
дорівнює напрузі живлення моста, тобто . Струм , що протікає

крізь транзистор дорівнює максимальному струму навантаження помноженому на коефіцієнт трансформації трансформатора . Зворотна напруга та середній струм рекупераційних діодів обираються з тих же міркування, що і транзисторів.



Виходячи з отриманих значень обираємо IGBT транзистори IRG7IA19U компанії International Rectifier та Ultrafast діоди STTH8R03D компанії STMicroelectronics. Транзистори IRG7IA19U розраховані на напругу до 360 В та струм до 30 А. Діоди розраховані на зворотну напругу до 300 В та середній струм до 20А.

^ 4.2. Вихідний фільтр інвертора


Рис. Фільтр з послідовним резонансним контуром
Основна ланка вихідного фільтру – це дросель L1 , який приєднується у вихідне коло послідовно. Для ефективної фільтрації повинні виконуватися дві умови
, ,
де і – частоти основної та старшої з гармонік, на згладжування якої розраховується фільтр; , , , – модулі опорів навантаження і послідовної ланки фільтра на цих частотах.

Фільтр з послідовним резонансним контуром дозволяє полегшити виконання другої нерівності при виході на змінному струмі, внаслідок чого знижується падіння напруги основної гармоніки на послідовній ланці фільтра і зовнішня характеристика стає більш жорсткою. Для цього контур L1, C1 налаштовується в резонанс на основній частоті

Виходячи з цієї формули та частоти вхідного сигналу, можна розрахувати добуток L1C1 та номінали індуктивності та ємностей фільтру





За обчисленими номіналами обираємо дросель B82503U0000E001 та конденсатор B25832F4255K001 компанії EPCOS. Дросель має індуктивність 25 мкГн та розрахований на струм підмагнічування до 15 А та напругу до 400 В. Конденсатор має ємність 2,5 мкФ та розрахований на напругу до 640В та стум до 16 А.


^ 4.3. Розрахунок силового трансформатора
Розрахуємо габаритний параметр трансформатора .
, де

- габаритна потужність трансформатора, ();

- коефіцієнт форми (для синусоїдального сигналу );

- частота мережі живлення, ;

- густина стуму в дротах обмоток, ;

- максимальна індукція осердя, ;

- коефіцієнт заповнення вікна дротами обмоток;

- коефіцієнт заповнення сталлю осердя(для будь-яких феритів можна прийняти );

Густина струму у дротах обмоток трансформатора . Для осердя з фериту марки М2000НМ оберемо максимальну індукцію , а коефіцієнт заповнення вікна дротами обмотки оберемо рівним .
Тепер є усі необхідні параметри для обрахунку габаритного параметра та визначення типорозміру осердя.




З наступної таблиці визначаємо типорозмір осердя:

Отже, необхідний типорозмір осердя К45х28х12, у якого , а
Кількість витків первинної обмотки

Кількість витків вторинної обмотки

Струм вторинної обмотки



Струм первинної обмотки





Площа перетину дроту первинної обмотки

Площа перетину дроту вторинної обмотки

Діаметр дроту первинної обмотки

Діаметр дроту вторинної обмотки


Для первинної обмотки обираємо дріт ПЭВ-2 діаметром 1,88 мм, а для вторинної – дріт ПЭВ-2 діаметром 1,62 мм.

^ 5. Система керування






Рис. Система керування мостовим інвертором напруги
Система керування виконана на основі мікроконтролера ATmega8 компанії Atmel та двох напівмостових драйверів IGBT транзисторів IR2104 компанії International Rectifier.

На виводах OC1A і OC1B 16-бітного таймера/лічильника мікроконтролера

формуються ШИМ-сигнали, зсув фаз між якими регулюється клавішами PB1

та PB2. Таймер налаштовано на роботу у режимі CTC (скидання таймеру при співпадінні) та ввімкнена інверсія виводів OC1A і OC1B при співпадінні зі значеннями регістрів OCR1A та OCR1B відповідно. У регістрах OCR1A та OCR1B задаються фази сигналів, а період сигналу задає значення регістру ISR. Час рахунку таймера буде дорівнювати половині періоду сигналу, тому таймер треба налаштовувати на подвійну частоту сигналу, тобто .
Частоту ШІМ-сигналу на виводі таймера у режимі CTC можна знайти за наступною формулою




,

– частота сигналу на виводі таймера; – частота, на якій працює мікроконтролер; – значення дільника частоти; TOP – максимальне значення рахунку таймера.
Узявши , та (10-біт) на виводах таймера отримаємо ШІМ-сигнали з необхідною частотою 40 кГц.

Визначимо значення керуючих регістрів TCCR1A і TCCR1B таймера.


Рис. Регістр TCCR1A


Рис. Регістр TCCR1B

TCCR1A:

Біти 7-4 регістру визначають стани виводів таймера при співпадінні, у нашому випадку 0101;

Біти 3-2 завжди мають значення 0;

Біти 1-0 разом з бітами 4-3 регістру TCCR1B визначають режим таймеру, режим CTC з рахунком до значення регістру ISR має наступні значення 00 (TCCR1A) і 11 (TCCR1B).

TCCR1B:

Біти 7-5 завжди мають значення 0

Біти 2-0 визначають значення дільника частоти, значенню відповідає комбінація бітів 001.
Таким чином, конфігурація керуючих регістрів має наступній вигляд





Рис. Живлення системи керування

Мікросхема IR2104 – напівмостовий драйвер верхнього та нижнього ключів, виконаний на основі бутстремної схеми. Драйвер розрахований на напругу до 600 В, видає 130 мА струму на верхній ключ та 270 мА на нижній і має вбудовану затримку між перемиканнями транзисторів у 520 нс.

Для живлення мікроконтролера необхідна напруга +5 В, а для драйверів – +12 В. Живлення для мікросхем системи керування виконано на двох лінійних стабілізаторах напруги L7805 та L7812 компанії STMicroelectronics.