Разработка блока управления контактором - Дипломная работа

Для работы вакуумных контакторов необходимо электрическое устройство, позволяющее включать (замыкать) электромагнитную систему контактора при подаче напряжения питания. Для расширения номенклатуры выпускаемых контакторов было принято решение о разработке универсального блока управления контактором, который работает как от сети постоянного тока, так и от сети переменного тока. Данный блок управления контактором должен обеспечивать режимы работы электромагнитного привода необходимые для работы вакуумных контакторов, такие как, режим форсировки от момента включения до момента полного замыкания магнитной системы и режим сброса мощности.Для работы вакуумных контакторов необходимо обеспечить два режима работы электромагнитного привода: режим форсировки от момента включения до момента полного замыкания магнитной системы и режим сброса мощности. Ранее функцию сброса мощности в электромагнитных системах контактора реализовывали с помощью включения балластного резистора, переключением на пониженное напряжение питания, переключением катушек из параллельного включения в последовательное и однополупериодным выпрямлением тока удержания, далее использовали фазовое регулирование. На рис.1.1. показана схема сброса мощности на катушках контактора при помощи балластного резистора. Такая схема имеет очень низкий КПД, большая часть мощности рассеивается в виде тепла на балластном резисторе. Переключение катушек контактора из параллельного соединения в последовательное дает только четырехкратный сброс мощности в режиме удержания, что недостаточно для обеспечения теплового режима катушек контактора.Преобразует поступающее напряжение с выпрямителя в напряжение с необходимыми параметрами для управления магнитной системой контактора. БУК должен обеспечить следующие режимы работы магнитной системы контактора: - режим форсажа, на катушки электромагнитов подается выпрямленное, не регулируемое сетевое напряжение. режим ограничения минимального напряжения, при входном напряжении меньше минимально необходимого (напряжение ограничения табл.1) с катушек магнитной системы снимается напряжение удержания (отключение контактора). Последующее включение контактора (режим форсажа) возможно только в случае снижения входного напряжения меньше 2В в течение времени необходимого для сброса внутренних схем БУК, но не более 1сек. Режимы работы БУК и переходы из режима в режим представлены на рис.4.На основании ТЗ необходимо разработать функциональную схему устройства, которая должна включать выпрямитель, регулятор на силовом транзисторе. Для управления регулятором принято использовать контроллер, который рассчитывает необходимую длительность ШИМ импульсов, а также выполняет ряд функций, по отслеживанию напряжения ограничения, и отсчета времени форсажа.На основании блок схемы была разработана принципиальная электрическая схема блока управления контактором рис.2.3. Силовая схема состоит из выпрямительного диодного моста VD1, полевого транзистора с изолированным затвором VT1 и диода VD2, служащего для протекания тока катушек контактора в момент закрытия транзистора VT1. Также диод обеспечивает отсутствие высоковольтных выбросов при закрытии ключа, т.к. ток в катушках не прерывается. Для снижения высокочастотных пульсаций потребляемого тока после выпрямителя стоят конденсаторы С1-С7. На входе силовой схемы стоит варистор RV1, защищающий силовую схему и схему управления от перенапряжений в сети.Существует необходимость защиты БУК от кратковременных всплесков напряжения питающих, цепей. Для этих целей в блоке установлен варистор, представляющий из себя нелинейный резистор, сопротивление которого резко изменяется под действием приложенного напряжения. Варистор выбираем, по классификационному напряжению, которое должно быть больше амплитудного напряжения питания: (3.1)Диодный мост выбирается как дискретный компонент, по основным его параметрам - максимальному обратному напряжению и среднему выпрямленному току.Вследствие того, что питающая сеть имеет приведенную индуктивность, и омическое сопротивление в питающей сети при прохождении больших импульсных токов, возникнут помехи.Транзистор выбирается по максимальному напряжению, которое может ограничить варистор. Из параметров варистора: Ток, проходящий через силовой ключ в режиме форсажа, будет определять токовые характеристики транзистора. Мощность потерь транзистора зависит от сопротивления канала и от времени Нарастания фронта напряжения затвора, частоты переключения, поэтому из всех возможных транзисторов ищем транзистор с минимальным сопротивлением канала, и временем нарастания фронта.Драйвер - это устройство, которое стоит между контроллером управления и силовым прибором. Основные функции драйвера в нашей схеме: а) сформировать по мощности сигнал управления силовым прибором; Выберем необходимый драйвер для управления силовым ключом: Драйвер должен обеспечивать необходимый импульсный ток в цепи затвора для быстрого заряда входной емкости и напряжения достаточного для вывода транзистора в режим насыщения. Наход

Оглавление

Введение

1.Описание способов управления контактором

2. Разработка функциональной и принципиальной схемы устройства

2.1 Техническое задание

2.2 Функциональная схема блока управления контактором

2.3 Электрическая схема блока управления контактором

3. Расчет силовой части устройства

3.1 Выбор варистора

3.2 Выбор диодного моста

3.3 Выбор фильтровых конденсаторов

3.4 Расчет параметров силового транзистора

3.5 Выбор и расчет элементов блока драйвера

3.6 Расчет тепловой загрузки силового транзистора

3.7 Расчет параметров силового диода и расчет тепловой загрузки

4.Разработка системы управления

4.1 Выбор микроконтроллера

4.2 Расчет элементов системы управления

5.Источник питания системы управления

5.1 Выбор преобразователя напряжения

5.2 ИС импульсного преобразователя напряжения

5.3 Принцип работы SEPIC преобразователя

5.4 Расчет элементов преобразователя

6. Экспериментальная часть

6.1 Моделирование работы преобразователя напряжения

6.2 Исследование преобразователя напряжения

6.3 Исследование силовой части блока

7. Разработка программного обеспечения

7.1 Расчет параметров программного обеспечения

7.2 Описание работы ПО

7.2.1 Головная функция

7.2.2 Функция расчета скважности ШИМ.

7.2.3 Функция отключения

7.2.4 Функция обработки прерывания ШИМ

7.2.5 Функция обработки прерывания АЦП

8. ОХРАНА ТРУДА

9. Организационно-экономический раздел

Заключение.

Список используемой литературы

вакуумный контактор схема

Целью данной работы является разработка блока управления контактором, предназначенного для работы в сетях как постоянного, так и переменного тока.

Для работы вакуумных контакторов необходимо электрическое устройство, позволяющее включать (замыкать) электромагнитную систему контактора при подаче напряжения питания. Для расширения номенклатуры выпускаемых контакторов было принято решение о разработке универсального блока управления контактором, который работает как от сети постоянного тока, так и от сети переменного тока.

Данный блок управления контактором должен обеспечивать режимы работы электромагнитного привода необходимые для работы вакуумных контакторов, такие как, режим форсировки от момента включения до момента полного замыкания магнитной системы и режим сброса мощности.

Режим сброса мощности позволяет снизить энергопотребление контактора в режиме удержания по отношению к пусковому режиму и тем самым облегчить тепловой режим работы катушек.

В качестве основы схемотехнического решения была принята схема широтно-импульсного регулирования с микропроцессорным управлением. Такая схема имеет следующие преимущества: · обеспечение широкого диапазона бесступенчатого регулирования в режиме сброса мощности;

· работа, как при постоянном, так и переменном входном напряжении;

· возможность программной адаптации под применение в новых разработках контакторов;

· поддержание заданного тока в катушках с высокой точностью.