Litar Pemacu Gerbang untuk Inverter Tiga Fasa: 9 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:11

Projek ini pada dasarnya adalah Litar Pemandu untuk Peralatan yang disebut SemiTeach yang baru-baru ini kami beli untuk jabatan kami. Gambar peranti ditunjukkan.

Menyambungkan litar pemacu ini ke 6 mosfet menghasilkan tiga voltan Ac bergeser 120 darjah. Julat adalah 600 V untuk peranti SemiTeach. Peranti juga mempunyai terminal output ralat terbina yang memberikan keadaan rendah ketika mengesan kesalahan pada salah satu dari tiga fasa tersebut

Penyongsang biasanya digunakan dalam Industri Tenaga untuk menukar voltan DC Sumber banyak generasi menjadi Voltan AC untuk penghantaran dan pengedaran yang cekap. Bulu termore, ia juga digunakan untuk mengeluarkan tenaga dari Uninterruptable Power Series (UPS). Penyongsang memerlukan Litar Pemandu Gerbang untuk menggerakkan suis Power Electronics yang digunakan di litar untuk penukaran. Terdapat banyak jenis Gerbang Isyarat yang dapat dilaksanakan. Laporan berikut membincangkan reka bentuk dan pelaksanaan Circuit Driver Gerbang untuk Inverter Tiga Fasa menggunakan Konduksi 180 darjah. Laporan ini memberi tumpuan kepada reka bentuk Litar Pemandu Gerbang di mana butiran reka bentuk lengkap ditulis. Selanjutnya, projek ini juga merangkumi perlindungan mikrokontroler dan litar semasa keadaan ralat. Keluaran litar adalah 6 PWM untuk 3 kaki Inverter Tiga Fasa.

Langkah 1: Kajian Literatur

Banyak aplikasi dalam Industri Tenaga memerlukan penukaran Voltan DC ke voltan AC seperti penyambungan Solar Panel ke Grid Nasional atau untuk menghidupkan peranti AC. Penukaran DC ke AC ini dicapai menggunakan Inverter. Berdasarkan jenis pembekalan, terdapat dua jenis penyongsang: Inverter Fasa Tunggal dan Inverter Tiga Fasa. Inverter Fasa Tunggal mengambil voltan DC sebagai input dan menukarnya kepada Voltan AC Fasa Tunggal sementara penukar Inverter Tiga Fasa menukar Voltan DC menjadi Voltan AC Tiga Fasa.

Rajah 1.1: Penyongsang Tiga Fasa

Inverter tiga fasa menggunakan 6 suis transistor seperti gambar di atas yang digerakkan oleh PWM Signals menggunakan Gate Driver Circuits.

Isyarat Gating dari penyongsang harus mempunyai perbezaan fasa 120 darjah sehubungan satu sama lain untuk memperoleh output seimbang tiga fasa. Dua jenis isyarat kawalan boleh digunakan untuk menjalankan litar ini

• Pengaliran 180 darjah

• Pengaliran 120 darjah

Mod Pengaliran 180 darjah

Dalam mod ini, setiap transistor dihidupkan selama 180 darjah. Dan pada bila-bila masa, tiga transistor tetap dihidupkan, satu transistor di setiap cawangan. Dalam satu kitaran, terdapat enam mod operasi dan setiap mod beroperasi selama 60 darjah kitaran. Isyarat gerbang dialihkan dari satu sama lain dengan perbezaan fasa 60 darjah untuk mendapatkan bekalan seimbang tiga fasa.

Rajah 1.2: Konduktif 180 darjah

Mod Pengaliran 120 darjah

Dalam mod ini, setiap transistor dihidupkan selama 120 darjah. Dan pada bila-bila masa, hanya dua transistor yang melakukan. Perlu diingatkan bahawa pada bila-bila masa, di setiap cawangan, hanya satu transistor yang harus dihidupkan. Harus ada perbezaan fasa 60 darjah antara Isyarat PWM untuk mendapatkan output AC tiga fasa yang seimbang.

Rajah 1.3: Pengaliran 120 darjah

Kawalan Waktu Mati

Satu langkah berjaga-jaga yang sangat penting adalah bahawa pada satu kaki, kedua-dua transistor tidak boleh dihidupkan pada masa yang sama jika tidak, Sumber DC akan litar pintas dan litarnya rosak. Oleh itu, sangat mustahak untuk menambahkan selang waktu yang sangat pendek antara putaran satu transistor dan menghidupkan transistor yang lain.

Langkah 2: Gambarajah Blok

Langkah 3: Komponen

Dalam bahagian ini perincian mengenai reka bentuk akan disajikan dan akan dianalisis.

Senarai Komponen

• Optocoupler 4n35

• IC pemacu IR2110

• Transistor 2N3904

• Diod (UF4007)

• Diod Zener

• Relay 5V

• DAN Pintu 7408

• ATiny85

Optocoupler

Optocoupler 4n35 telah digunakan untuk pengasingan optik mikrokontroler dari litar lain. Rintangan yang dipilih berdasarkan formula:

Rintangan = Nilai Voltan / Arus Semasa

Rintangan = 1.35V / 13.5mA

Rintangan = 100ohms

Rintangan output yang bertindak sebagai rintangan turun adalah 10k ohm untuk pengembangan voltan yang betul di seberang.

IR 2110

Ini adalah IC mengemudi gerbang yang biasanya digunakan untuk mengemudi MOSFET. Ia adalah IC Pemandu Sisi Tinggi dan Rendah 500 V dengan sumber 2.5 A khas dan arus sinki A A dalam 14 IC Pembungkusan Lead.

Kapasitor Bootstrap

Komponen IC pemacu yang paling penting adalah kapasitor bootstrap. Kapasitor bootstrap mesti dapat membekalkan caj ini, dan mengekalkan voltan penuhnya, jika tidak, akan ada jumlah riak yang ketara pada voltan Vbs, yang boleh jatuh di bawah penguncian voltan Vbsuv, dan menyebabkan output HO berhenti berfungsi. Oleh itu cas dalam kapasitor Cbs mestilah minimum dua kali ganda dari nilai di atas. Nilai kapasitor minimum dapat dikira dari persamaan di bawah.

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

Di mana sebagai

Vf = Turun voltan ke hadapan merentasi diod bootstrap

VLS = Penurunan voltan di FET sisi rendah (atau beban untuk pemacu sisi tinggi)

VMin = Voltan minimum antara VB dan VS

Qg = Caj gerbang FET sisi tinggi

F = Kekerapan operasi

Icbs (leak) = Arus kebocoran kapasitor bootstrap

Qls = caj peralihan tahap yang diperlukan setiap kitaran

Kami telah memilih nilai 47uF.

Transistor 2N3904

The 2N3904 adalah transistor persimpangan bipolar NPN yang biasa digunakan untuk aplikasi penguat atau pertukaran kuasa rendah untuk tujuan umum. Ia dapat menangani arus 200 mA (maksimum mutlak) dan frekuensi setinggi 100 MHz ketika digunakan sebagai penguat.

Diod (UF4007)

Semikonduktor jenis I resistiviti tinggi digunakan untuk memberikan kapasitansi diod yang lebih rendah (Ct). Akibatnya, diod PIN bertindak sebagai perintang berubah dengan bias ke hadapan, dan berkelakuan sebagai kapasitor dengan bias terbalik. Ciri frekuensi tinggi (kapasitansi rendah memastikan kesan minimum dari garis isyarat) menjadikannya sesuai untuk digunakan sebagai elemen perintang berubah dalam pelbagai aplikasi, termasuk atenuator, pertukaran isyarat frekuensi tinggi (iaitu telefon bimbit yang memerlukan antena), dan rangkaian AGC.

Zener Diod

Dioda Zener adalah jenis dioda tertentu yang, tidak seperti yang normal, memungkinkan arus mengalir tidak hanya dari anod ke katodnya, tetapi juga ke arah terbalik, ketika voltan Zener tercapai. Ia digunakan sebagai pengatur voltan. Zener diod mempunyai persimpangan p-n yang sangat doped. Diod normal juga akan terurai dengan voltan terbalik tetapi voltan dan ketajaman lutut tidak ditentukan sebagaimana dioda Zener. Dioda normal juga tidak dirancang untuk beroperasi di kawasan pemecahan, tetapi dioda Zener dapat beroperasi di wilayah ini.

Geganti

Relay adalah suis yang membuka dan menutup litar secara elektromekanik atau elektronik. Relay mengawal satu litar elektrik dengan membuka dan menutup kenalan di litar lain. Apabila kenalan geganti biasanya terbuka (TIDAK), ada kenalan terbuka apabila geganti tidak diaktifkan. Apabila kenalan geganti adalah Normally Closed (NC), terdapat kontak tertutup apabila geganti tidak diaktifkan. Dalam mana-mana keadaan, penggunaan arus elektrik pada kenalan akan mengubah keadaannya

DAN GATE 7408

Logic AND Gate adalah jenis gerbang logik digital yang outputnya HIGH ke tahap logik 1 apabila semua inputnya TINGGI

ATiny85

Ia adalah mikrokontroler berasaskan mikro Chip 8-bit AVR RISC berkuasa rendah yang menggabungkan memori 8KB ISP fl abu, 512B EEPROM, 512-Byte SRAM, 6 jalur I / O tujuan umum, 32 daftar kerja tujuan umum, satu pemasa / kaunter 8-bit dengan mod perbandingan, satu pemasa / kaunter kelajuan tinggi 8-bit, USI, gangguan dalaman dan luaran, penukar A-D 10-bit 4-saluran.

Langkah 4: Kerja dan Litar Dijelaskan

Dalam bahagian ini kerja litar akan dijelaskan secara terperinci.

Penjanaan PWM

PWM telah dihasilkan dari mikrokontroler STM. TIM3, TIM4 dan TIM5 telah digunakan untuk menghasilkan tiga PWM sebanyak 50 peratus kitar tugas. Peralihan fasa 60 darjah digabungkan antara tiga PWM menggunakan kelewatan masa. Untuk isyarat 50Wz PWM, kaedah berikut digunakan untuk mengira kelewatan

kelewatan = Tempoh Masa ∗ 60/360

kelewatan = 20ms ∗ 60/360

kelewatan = 3.3ms

Pengasingan Mikrokontroler menggunakan Optocoupler

Pengasingan antara mikrokontroler dan litar selebihnya telah dilakukan menggunakan optocoupler 4n35. Voltan pengasingan 4n35 sekitar 5000 V. Ia digunakan untuk perlindungan mikrokontroler dari arus terbalik. Oleh kerana mikrokontroler tidak tahan voltan negatif, oleh itu, untuk perlindungan mikrokontroler, optocoupler digunakan.

IC Pemacu Gate Driving CircuitIR2110 telah digunakan untuk menyediakan PWM beralih ke MOSFET. PWM dari mikrokontroler telah disediakan pada input IC. Oleh kerana IR2110 tidak mempunyai Gerbang NOT yang terpasang maka BJT digunakan sebagai penyongsang ke pin Lin. Ia kemudian memberikan PWM pelengkap kepada MOSFET yang akan dipacu

Pengesanan Ralat

Modul SemiTeach mempunyai 3 pin ralat yang biasanya TINGGI pada 15 V. Setiap kali terdapat ralat dalam litar, salah satu pin menuju ke tahap RENDAH. Untuk melindungi komponen litar, litar mesti dipotong semasa keadaan ralat. Ini dapat dicapai dengan menggunakan AND Gate, ATiny85 Microcontroller dan Relay 5 V. Penggunaan Gerbang DAN

Input ke AND Gate adalah 3 pin ralat yang berada pada keadaan TINGGI dalam keadaan normal sehingga keluaran AND Gate adalah TINGGI dalam keadaan normal. Sebaik sahaja terdapat ralat, satu pin pergi ke 0 V dan dengan itu keluaran AND Gate menjadi RENDAH. Ini boleh digunakan untuk memeriksa sama ada terdapat kesalahan atau tidak di litar. Vcc ke Pintu AND disediakan melalui Zener Diode.

Memotong Vcc melalui ATiny85

Output Gerbang AND disalurkan ke Mikrokontroler ATiny85 yang menghasilkan gangguan sebaik sahaja ada ralat. Ini seterusnya mendorong Relay yang memotong Vcc semua komponen kecuali ATiny85.

Langkah 5: Simulasi

Untuk simulasi, kami telah menggunakan PWM dari fungsi generator di Proteus dan bukan model STMf401 kerana tidak terdapat di Proteus. Kami telah menggunakan Opto-Coupler 4n35 untuk pengasingan antara pengawal mikro dan litar lain. IR2103 digunakan dalam simulasi sebagai penguat semasa yang memberi kita PWM pelengkap.

Diagram Skematik Gambarajah skematik diberikan seperti berikut:

Output Sisi Tinggi Output ini adalah antara HO dan Vs. Angka berikut menunjukkan output dari tiga PWM sisi tinggi.

Output Sisi Rendah Output ini antara LO dan COM. Angka berikut menunjukkan output dari tiga PWM sisi tinggi.

Langkah 6: Susun atur Skematik dan PCB

Susun atur skematik dan PCB yang dibuat di Proteus telah ditunjukkan

Langkah 7: Hasil Perkakasan

PWM pelengkap

Gambar berikut menunjukkan output salah satu IR2110 yang saling melengkapi

PWM Tahap A dan B

Fasa A dan B adalah 60 darjah fasa beralih. Ia ditunjukkan dalam gambar

PWM Tahap A dan C

Fasa A dan C adalah -60 darjah fasa beralih. Ia ditunjukkan dalam gambar

Langkah 8: Pengekodan

Code dikembangkan di Atollic TrueStudio. Untuk memasang Atollic anda boleh melihat tutorial saya sebelumnya atau memuat turun dalam talian.

Projek yang lengkap telah ditambah.

Langkah 9: Terima kasih

Mengikut tradisi saya, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada ahli kumpulan saya yang membantu saya dalam menyelesaikan projek yang hebat ini.

Semoga pengajaran ini dapat membantu anda.

Ini saya tandatangan:)

Selamat sejahtera

Tahir Ul Haq

EE, UET LHR Pakistan