Содержание и порядок проведения работы

1. Ознакомиться с программным продуктом MPLAB с помощью технического описания и встроенной системы помощи оператору.

• Изучить краткое техническое описание программы MPLAB.

• Загрузить программу MPLAB и исследовать функции основного меню.

• Загрузить файл проекта для первого знакомства с системой (по указанию преподавателя).

• Выполнить все необходимые настройки среды программирования и выбрать соответствующий микроконтроллер.

• Выполнить компиляцию и проверку работы программы в режиме имитационного программного моделирования.

• Произвести изменения в текстах программ, повторить компиляцию и моделирование.

2. По заданию преподавателя разработать алгоритм управления и с помощью системы программной имитации осуществить полный цикл отладки и верификации программы, опираясь на навыки, полученные при выполнении п. 1.

3. Исследовать функциональные возможности и характеристики системы аппаратной отладки систем управления.

• Подключить плату микроконтроллера к ПК с загруженной системой MPLAB и убедиться в наличии связи по последовательному каналу обмена данными.

• Загрузить проект, предназначенный для проверки на аппаратуре.

• Выполнить компиляцию и загрузку результата компиляции в память программ микроконтроллера.

• Убедиться в возможности пошагового исполнения программы.

• Проверить работу программы по назначению.

4. В отчете по лабораторной работе представить тексты программ.

Лабораторная работа 10 Микроконтроллер в системах управления статическими преобразователями электроэнергии

Цель работы: знакомство с конструкцией, составом и схемой статического преобразователя электроэнергии; исследование работы системы управления преобразователем.

Общие сведения

Статические преобразователи электроэнергии являются альтернативой преобразователям на основе вращающихся электрических машин и находят все большее распространение в области силовой электроэнергетики благодаря отсутствию каких-либо движущихся частей, а, следовательно, отсутствию шума и вибрации при работе, а также отсутствию необходимости в сложном обслуживании для поддержания их в рабочем состоянии. С помощью статических преобразователей в системах управления электроприводами удается получить лучшие характеристики по глубине, плавности и точности регулирования частоты вращения электродвигателей. В системах бесперебойного электропитания ответственных потребителей статические преобразователи позволяют: существенно упростить реализацию функций управления и защит; увеличить надежность систем и сроки эксплуатации оборудования без ремонта и обслуживания; повысить качество электроэнергии.

Структура статических преобразователей содержит силовую часть и схему управления. Силовая часть (схема главного тока) реализуется с помощью диодных (пассивных), тиристорных или транзисторных (активных) полупроводниковых элементов, а также индуктивных и емкостных пассивных элементов.

Активные полупроводниковые структуры работают в ключевых режимах, т. е. обеспечивают преобразование электроэнергии резким изменением проводимости под действием систем управления.

В ранних версиях статических преобразователей транзисторы использовались только в низковольтных (до 60 В) маломощных (до 100 ВА) устройствах. В преобразователях средней и большой мощностей преобладали схемные решения на основе тиристоров, которые, несмотря на повышенные характеристики по допустимым токам и напряжениям, имеют существенный недостаток, заключающийся в неполной, по сравнению с транзисторами, управляемости. Тиристоры могут быть открыты подачей импульсов напряжения положительной полярности на управляющий электрод, после чего остаются открытыми (даже при отсутствии напряжения на управляющем электроде) до тех пор, пока не изменится полярность приложенного к силовым электродам напряжения. Это усложняет схемные решения и ограничивает возможности обеспечить высокое качество электроэнергии тиристорных статических преобразователей.

Появление мощных высоковольтных силовых транзисторных структур (MOSFET, IGBT) позволило преодолеть указанные недостатки статических преобразователей ранних версий. Полная управляемость активных элементов силовой части внесла изменения в структуры схем управления, заставив изменить принципы управления с амплитудно-фазового на широтно-импульсное.

Современные системы управления в статических преобразователях, неотъемлемой частью которых стал микроконтроллер, выполняют целый ряд функций: формирование ШИМ сигналов для управления силовыми элементами; измерение текущих значений токов и напряжений на входе и на выходе преобразователя; формирование сигналов, изменяющих параметры ШИМ-генераторов для стабилизации выходных напряжений и ограничений токов как функций защит от перегрузок и коротких замыканий в цепях нагрузки и во внутренних цепях преобразователя; прием сигналов от систем дистанционного и местного управления режимами работы и параметрами преобразователя; формирование сигналов аварийно-предупредительной сигнализации; контроль состояния и диагностика преобразователя; вывод данных на систему мониторинга и др.

Данная лабораторная работа позволяет ознакомиться со структурой, схемными решениями и алгоритмами работы силовых и управляющих частей статических преобразователей, исследовать их технические характеристики.