- •1.1. Компенсация реактивной мощности 7
- •Здесь будет лист со штампом Общесистемный раздел
- •1.1. Компенсация реактивной мощности
- •1.2. Промышленные потребители реактивной мощности
- •1.3. Устройства компенсации реактивной мощности
- •1.4. Основные положения проектирования микропроцессорных устройств.
- •1.5. Pcad -основное средство проектирования микропроцессорных систем
- •1.5.1. Основные характеристики
- •1.5.2. Структура пакета
- •Здесь будет лист со штампом.
- •2. Специальный раздел
- •2.1. Техническое задание на разработку контроллера - компенсатора реактивной мощности
- •2.2. Общая характеристика
- •2.3. Обоснование элементной базы
- •2.3.1. Микропроцессор и микропроцессорный комплект
- •2.3.2. Память и логические элементы
- •2.3.3. Силовые элементы
- •2.4. Аппаратные средства контроллера
- •2.4.1. Плата контроллера
- •2.4.2. Плата тиристорного управления
- •2.4.3. Блок питания
- •2.4.4. Подключение контроллера – компенсатора
- •2.5. Алгоритмы контроля и управления
- •2.5.1. Измерение тока, напряжения и угла
- •2.5.2. Принцип управления конденсаторной установкой
- •2.6. Программное обеспечение контроллера
- •2.6.1. Структура программного обеспечения
- •2.6.1.1. Основная программа
- •2.6.1.2. Подпрограмма обработки прерывания trap
- •2.6.1.3. Подпрограмма обработки прерывания rst 7.5
- •2.6.1.4. Комплекс подпрограмм типа bios
- •2.6.2. Распределение адресного пространства
- •Область векторов прерываний
- •2.7.2. Технология разработки и отладки программ контроллера наIbm– совместимом компьютере.
- •2.7.3. Программные средства Сервисная программа контроллера-компенсатора
- •2.7.4. Конструктив
- •3. Организационно – экономический раздел
- •4. Раздел безопасности и экологичности Заключение
- •Литература
- •Приложение
2.4.2. Плата тиристорного управления
Плата тиристорного управления предназначена для бесконтактного управления магнитными пускателями, которые в свою очередь подключают к электрической сети конденсаторы. Используемые в схеме оптронные тиристоры обеспечивают гальваническую развязку платы контроллера от цепей питания катушек пускателей. Мощные тиристоры в оконечном каскаде платы могут работать на любые пускатели с напряжением ~220 или ~380 В. Принципиальная электрическая схема и схема расположения элементов платы тиристорного управления представлены на рисунках 2.4.2.1 и 2.4.2.2.
Рисунок
2.4.2.1. Принципиальная электрическая
схема платы тиристорного управления.
Рисунок
2.4.2.2. Схема расположения элементов на
плате тиристорного управления.
2.4.3. Блок питания
Рассмотрены два варианта блока питания для контроллера компенсатора.
Первый вариант традиционный. Блок питания устройства управления вырабатывает необходимое для работы устройства напряжение +5V. Блок питания трансформаторный. Выпрямитель +5Vвыполнен на диодах по мостовой схеме. Стабилизатор напряжения 5V выполнен на микросхемном стабилизаторе К142ЕН5А с внешним регулирующим транзистором. Канал +5V обеспечивает ток 2А без перегрева элементов. Принципиальная электрическая схема данного блока питания представлена на рисунке 2.4.3.1.
В
Рисунок
2.4.2.1. Принципиальная электрическая
схема блока питания.
2.4.4. Подключение контроллера – компенсатора
Схема межплатных соединений и подключение контроллера – компенсатора к электрической сети предприятия приведены на рисунках 2.4.4.1. и 2.4.4.2.
Рисунок 2.4.4.1. Схема
межплатных соединений контроллера –
компенсатора.
Рисунок 2.4.4.2. Схема
подключения контроллера-компенсатора
к электрической сети.
2.5. Алгоритмы контроля и управления
2.5.1. Измерение тока, напряжения и угла
В настоящем описании принято обозначение длины импульса напряжения через А и длины импульса тока через В. Разность во времени между приходом импульсов тока и напряжения обозначена через С.
При угле = 0 синусоида линейного напряжения UAB опережает амплитуду тока IA на угол 30 (рисунок 2.5.1.1.)
И
Рисунок
2.5.1.1. Диаграмма тока и напряжения в
электрической сети при угле
= 0.
Проанализируем ситуации:
Ситуация 1: вполне реальная при индуктивной нагрузке и незначительном токе (рисунок 2.5.1.2.)
Рисунок
2.5.1.2. Диаграмма сигналов А, В и С на
выходе измерительной схемы в ситуации
1.
Ситуация 2: предполагает значительную индуктивную нагрузку > 60, чего в промышленных сетях не бывает (рисунок 2.5.1.3.)
Рисунок
2.5.1.3. Диаграмма сигналов А, В и С на
выходе измерительной схемы в ситуации
2.
Ситуация 3: предполагает значительную емкостную нагрузку > 30 в емкостном квадранте, чего не бывает (рисунок 2.5.1.4.)
С
Рисунок
2.5.1.4. Диаграмма сигналов А, В и С на
выходе измерительной схемы в ситуации
3.
Рисунок
2.5.1.5. Диаграмма сигналов А, В и С на
выходе измерительной схемы в ситуации
4.
Ситуация 5: ток есть, а напряжение отсутствует. Это ошибка измерения или неисправность (рисунок 2.5.1.6.)
Рисунок
2.5.1.6. Диаграмма сигналов А, В и С на
выходе измерительной схемы в ситуации
5.
Ситуация 6: ещё худший вариант ситуации 3 – не возможен (рисунок 2.5.1.7.)
Рисунок
2.5.1.7. Диаграмма сигналов А, В и С на
выходе измерительной схемы в ситуации
6.
Рисунок
2.5.1.8. Диаграмма сигналов А, В и С на
выходе измерительной схемы в ситуации
7.
Ситуация 7: вполне реальная ситуация, возможна при большом токе (рисунок 2.5.1.8.)
Таким образом контроллер должен обрабатывать ситуации 1, 4, 7.
Ситуация 4 не требует вычисления угла для регулирования, да и он вообщем - то не возможен. Ток настолько мал, что регулировать ничего не надо.
Посмотрим как можно вычислить угол в ситуации 1 и 7.
Определим формулу, по которой контроллер будет вычислять угол .
Чтобы определить формулу для расчёта угла введём систему координат и за начало отсчёта примем начало положительной полуволны UAB.
Если не учитывать гистерезис триггера Шмитта, то для ситуации 1 (рисунок 2.5.1.9.)
где tu max – время пикового значения UAB ;
tI max – время пикового значения IAB ;
30 – смещение между контролируемыми линейным напряжением и
фазовым током.
Сучётом того, что в относительной системе координат
Где: А – время нарастания синусоиды напряжения от нуля до порога выключения (или то же самое – время снижения синусоиды напряжения от порога выключения до нуля);
В – время нарастания синусоиды тока от нуля до порога выключения (или то же самое – время снижения синусоиды тока от порога выключения до нуля);
Получаем:
Для ситуации 7 (рисунок 2.5.1.10.) :
Рисунок
2.5.1.10. Диаграмма тока и напряжения для
ситуации 7 без учёта гистерезиса триггера
Шмитта.
Рассмотрим влияние гистерезиса триггера Шмитта (порог отпускания 0.9 В) в ситуации 1 (рисунок 2.5.1.11.)
Г
Рисунок
2.5.1.11. Диаграмма тока и напряжения для
ситуации 1 с учётом гистерезиса триггера
Шмитта.
В – время нарастания синусоиды тока от нуля до порога выключения;
f(A) – время гистерезиса по синусоиде напряжения, зависит от величины напряжения (длительности сигнала А);
f(B) – время гистерезиса по синусоиде тока, зависит от величины тока (длительности сигнала В).
Если учитывать влияние гистерезиса триггера Шмитта, то в рассмотренной нами формуле (3) значенияtUmax и tImax будут высчитываться по формулам:
Из рисунка видно, что:
Отсюда получаем:
Для ситуации 7 (рисунок 2.5.1.12.) получаем аналогичные выражения.
Рисунок
2.5.1.12. Диаграмма тока и напряжения для
ситуации 7 с учётом гистерезиса триггера
Шмитта.
Путём моделирования была выявлена зависимость f(A), учитывающая влияние гистерезиса при вычислении угла . Эта табличная функция была введена в ПО контроллера. Ниже она представлена в таблице 2.5.1.1.
Таблица 2.5.1.1.
Таблица
для определения смещения измеряемых
импульсов тока и напряжения по их
длительности, вызванного гистерезисом
триггера Шмитта
П/п |
Величина сигнала А или В, в дискретах |
Значение функции |
1 |
2 |
3 |
1 |
700 |
135 |
2 |
710 |
131 |
3 |
720 |
127 |
4 |
730 |
120 |
5 |
740 |
116 |
6 |
750 |
112 |
7 |
760 |
109 |
8 |
770 |
105 |
9 |
780 |
100 |
10 |
790 |
95 |
11 |
800 |
90 |
12 |
810 |
85 |
13 |
820 |
80 |
14 |
830 |
78 |
15 |
840 |
75 |
16 |
850 |
73 |
17 |
860 |
70 |
18 |
870 |
66 |
19 |
880 |
62 |
20 |
890 |
59 |
21 |
900 |
55 |
22 |
910 |
52 |
23 |
920 |
50 |
24 |
930 |
47 |
25 |
940 |
45 |
26 |
950 |
43 |
27 |
960 |
40 |
28 |
970 |
39 |
29 |
980 |
37 |
30 |
990 |
35 |
Продолжение табл. 2.5.1.1.
1 |
2 |
3 |
31 |
1000 |
34 |
32 |
1010 |
32 |
33 |
1020 |
30 |
34 |
1030 |
28 |
35 |
1040 |
27 |
36 |
1050 |
26 |
37 |
1060 |
25 |
38 |
1070 |
24 |
39 |
1080 |
22 |
40 |
1090 |
21 |
41 |
1100 |
20 |
42 |
1110 |
19 |
43 |
1120 |
18 |
44 |
1130 |
17 |
45 |
1140 |
16 |
46 |
1150 |
15 |
47 |
1160 |
14 |
48 |
1170 |
13 |
49 |
1180 |
12 |
50 |
1190 |
11 |
51 |
1200 |
10 |
52 |
1210 |
9 |
53 |
1220 |
8 |
54 |
1230 |
7 |
55 |
1240 |
6 |
56 |
1250 |
5 |
57 |
1260 |
5 |
58 |
1270 |
5 |
59 |
1280 |
5 |
60 |
1290 |
5 |
61 |
1300 |
5 |
Таким образом по трем импульсам А,В,С можно определить величины тока, напряжения и угол ФИ между ними.
Вычисление величины напряжения по длительности сигнала A.
Входные цепи контроллера – настраиваются так чтобы действующему значению напряжения 380 В (амплитудное значениеUmax = 2 U) соответствует код 1287.
После чего напряжение сети можно вычислить, используя табличную функцию, полученную в результате моделирования (таблица 2.5.1.2.)
Таблица 2.5.1.2.
Таблица для вычисления напряжения сети по измеренному коду.
П/п |
Действующее значение напряжения, В |
Амплитудное значение напряжения, В |
Измеренный код |
1 |
350 |
495 |
1252 |
2 |
355 |
502 |
1258 |
3 |
360 |
509 |
1264 |
4 |
365 |
516 |
1270 |
5 |
370 |
523 |
1276 |
6 |
375 |
530 |
1282 |
7 |
380 |
537 |
1287 |
8 |
385 |
544 |
1293 |
9 |
390 |
552 |
1299 |
10 |
395 |
559 |
1305 |
11 |
400 |
566 |
1311 |
12 |
405 |
573 |
1317 |
13 |
410 |
580 |
1322 |