Тема дипломного проекта «Микропроцессорный контроллер компенсатор реактивной мощности промышленных электросетей».
В настоящее время экономия электроэнергии приобретает всё большее значение. Практически все потребители мощности на промышленных предприятиях носят индуктивный характер. Это: электродвигатели, трансформаторы и т.д. В результате в промышленных трёхфазных сетях наблюдается отставание синусоиды тока от синусоиды напряжения (лист). Это отставание измеряется в градусах и носит название угла . Известно ещё понятие cos - коэффициента мощности.
Наличие угла очень нежелательное явление. Он приводит к потере мощности сети. За потребляемую реактивную мощность промышленные предприятия платят значительные суммы. С углом «борются» уже давно. Наиболее распространённый способ компенсации реактивной мощности – это установка конденсаторных батарей с низковольтной стороны трансформатора подстанции. Электрическая нагрузка большинства предприятий неравномерна в течение суток. В течение рабочего дня она есть, а после нет. Падение потребляемой мощности наблюдается также во время обеденного перерыва. Служба энергетика вынуждена включать и отключать конденсаторы в течение рабочего дня.
Устройства автоматического управления компенсацией путём подключения конденсаторов в соответствии с потребляемой мощностью известны давно. Но как показывает опыт все они имеют существенные недостатки и не пользуются уважением энергетиков предприятий.
Вынесенное на защиту устройство свободно от большинства недостатков известных устройств. Контроллер – компенсатор обеспечивает поддержание угла на заданном минимальном значении с высокой точностью. Контроллер – компенсатор осуществляет контроль величин тока, напряжения и угла в электросети, поддержание заданного угла путём последовательного подключения определённого количества конденсаторов батареи. Контроллер отключает конденсаторы, когда компенсация реактивной мощности может привести к перенапряжению в сети или просто нецелесообразно из за малой величины потребляемого тока.
Устройство выполнено в отдельном корпусе, монтируется непосредственно в силовом электрошкафу. Устройство питается от сети 220В., контролирует (плакат ) линейное напряжение трёхфазной сети и ток одной из фаз с помощью датчика тока. Управляет 16 – ю магнитными пускателями, включающими конденсаторные батареи.
Устройство представляет собой МПС управления на базе микропроцессора Intel 8085 с соответствующим программным обеспечением, функционирующим в реальном масштабе времени.
Контроллер содержит (лист): плату контроллера, плату тиристорного управления, блок питания.
Плата контроллера самая важная плата. На ней собраны цепи измерения тока, напряжения, угла , располагается МП и МП БИС. Структурная схема платы представлена на листе. Схема включает следующие узлы: процессор, память, программируемые таймеры, последовательный интерфейс, схема измерения, буферные регистры.
Процессор реализован на базе микропроцессора 8085 (лист) содержит буферный регистр КР580ИР82, дешифратор адреса К555ИД7. МП8085 имеет встроенный генератор синхроимпульсов, одно питание +5В., встроенную систему векторных прерываний, надёжен. Он идеально подходит для решения задач управления.
Память (лист) реализована на базе БИС репрограммируемого ПЗУ К573РФ4 и статического ОЗУ К537РУ10.
Два буферных регистра (лист) осуществляет вывод 16 сигналов управления к плате тиристоров контроллера – компенсатора. С помощью микропереключателей (лист) в контроллере устанавливается заданный для поддержания угол и параметры регулирования. Светодиодная индикация позволяет определить сколько конденсаторов подключено к сети в данный момент.
Цепи измерения (лист) реализованы а триггерах К555ТЛ2 и таймерах КР580ВИ53. В контроллере заложен принцип измерения величин тока и напряжения по ширине импульсов, полученных в результате прохождения синусоидальных сигналов тока и напряжения через триггер Шмитта. Чем больше амплитуда тем длиннее импульсы (лист). Эти импульсы разрешают счёт таймеров с которых можно считать цифровой код длины. Угол измеряется как задержка импульса тока относительно импульса напряжения.
Для подключения к IBM - совместимому компьютеру контроллер имеет интерфейс RS-232 (лист)
Вторая плата контроллера – компенсатора – это плата тиристорного управления (лист ) . Она осуществляет включение и выключение магнитных пускателей в соответствии с 16 - битовым кодом , выставляемым контроллером через МБР . Плата может управлять пускателем с любым напряжением от 110 вольт до 380 .
На листе представлены схемы размещения элементов на платах контроллера и тиристорного управления . Схема межплатных соединений представлена на листе.
Контроллер- компенсатор управляет компенсацией с учетом тока ,напряжения и угла (лист). Если ток потребления больше заданной величины , то осуществляется управление компенсацией по углу , если меньше – конденсаторы последовательно отключаются. Если напряжение сети в норме, то идет управление по углу , если напряжение завышено, то в целях предохранения сети от перенапряжения конденсаторы последовательно отключаются(лист). Управление по сводится к включению или отключению конденсаторов при несоответствии угла заданному значению(лист).
Дискретность управления и нечувствительность задаются с помощью микропереключателей на плате контроллера.
ПО контроллера функционирует в реальном времени. Его структура представлена на листе. ПО включает : основную программу, п/п обработки прерываний ТRAP, обработки прерываний RST7.5,п/п BIOS. В основной программе инициализируются программируемые БИС контроллера. Далее программа «попадает» в основной цикл (передача видеобуфера в компьютер), прерываемый сигналами TRAP и RST7.5 .
По прерыванию TRAP вызывается в работу п/п обработки TRAP(лист) , которое осуществляет считывание счетчиков таймера , запись информации в видеобуфер , вывод управления .
По прерыванию RST7.5 подпрограммой обработки решаются две задачи(лист): WRITE – заполнение массивов измерений тока, напряжения и угла ; CONTROL – управление компенсацией.
П/п BIOS представляет собой набор часто используемых п/п.
ПО разрабатывалось на ассемблере на IBM – компьютере с использованием кросс – средств. ПО «прошито» в микросхеме К573РФ4.
Для отладки контроллера – компенсатора было разработано сервисное ПО(лист). Оно также располагается на РФ4 и вставляется в панель на плате контроллера. Сервисное ПО используется для настройки заданий тока и напряжения сети, измерения угла , контроля работоспособности устройства .