Разработка однофазного мостового выпрямителя
Разработка однофазного мостового выпрямителя
СОДЕРЖАНИЕ- 1. Введение
- 2. Составление логической модели диагностирования управляемого однофазного мостового выпрямителя
- 2. Структурный синтез контроллера
- 3. Разработка электрической принципиальной схемы контроллера
- 3.1 Разработка блока сбора информации
- 3.2 Разработка блока связи с исполнительными устройствами
- 3.3 Разработка блока контроля исправности состояния процессора и управляющей программы (watchdog timer - WDT)
- 3.4 Разработка блока индикации входных и выходных сигналов
- 4. Разработка программного обеспечения
- 5. Список литературы
1. ВведениеВ рамках настоящего курсового проекта была рассчитана математическая модель диагностирования силовой части однофазного мостового тиристорного преобразователя, а так же разработана схема защиты этого ТП от нестандартных ситуаций и отлажено сопутствующее программное обеспечение.Программируемая логика реализована на микропроцессоре МК-51 фирмы ATMEL, который, благодаря встроенной FLASH памяти, обладает возможностью электрического перепрограммирования ПЗУ и быстрой смены управляющей программы.В связи с применением в схеме защиты микропроцессора достигнута большая гибкость и модернизируемость данной системы. С минимальными переделками она может быть применена к любому силовому ТП, настроена на любые критические ситуации, а так же позволяет добавлять в себя различные сервисные функции.2. Составление логической модели диагностирования управляемого однофазного мостового выпрямителя
Рассмотрим построение математической модели тиристора, как дискретного элемента с памятью. Сформулируем общие условия работы тиристора: Включение тиристора происходит только при наличии положительного по отношению к катоду потенциала на аноде тиристора и отпирающего импульса (необходимого уровня и длительности). Выключение тиристора происходит при уменьшении тока через тиристор до значения меньше тока удержания. Представим функциональную модель тиристора, как дискретного элемента с памятью. Имеющей два внешних входа Х1,Х2, внешний выход Z1, вход памяти w1 и внутреннюю переменную Y1. Этим переменным соответствуют: Х1=1 напряжение на аноде тиристора положительное по отношению к катоду. Х1=0 напряжение на аноде тиристора отрицательное по отношению к катоду. Х2=1 на управляющем электроде есть отпирающий импульс заданного уровня и длительности. Х2=0 на управляющем электроде нет отпирающего импульса. Z1=1 ток протекающий через тиристор больше тока удержания. Z1=0 ток протекающий через тиристор меньше тока удержания. W1-функция возбуждения принятая равной току тиристора. Y1=1 проводимость перехода анод-катод равна . Y1=0 проводимость перехода анод-катод равна нулю. Пользуясь моделью тиристора и общими условиями его работы составим таблицу истинности тиристора: |
X1 | X2 | Y1, | Y1, +1 | Z1 | | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | | |
От таблицы истинности тиристора перейдем к математической формуле в виде булевых функций. Выходная функция Z1 будет иметь следующую дизъюнктивную нормальную форму: Z1=X1X2Y1, X1X2Y1, X1X2Y1, = X1(X2 Y1, ) В соответствии с этим выражением составим диаграмму перехода тиристора: Рассмотрим силовую часть управляемого выпрямителя со средней точкой при работе на последовательно включенные активно-индуктивную и противо-ЭДС двигателя М нагрузки: Х1=1 - характеризует положительный потенциал на аноде тиристора в течение интервалов времени на которых U2msint>?UV Х1=0 - характеризует отрицательный потенциал на аноде тиристора в течение интервалов времени на которых U2msint<?UV Х2=1 - характеризует ток Iу амплитудой и длительностью, обеспечивающих к моменту окончания Iу достижение прямого анодного тока тиристора IV>Iуд. Х2=0 - характеризует отсутствие тока Iу. Z1=1 - характеризует прямой ток IV>Iуд, протекающий через тиристор. Z1=0 - характеризует ток IV<Iуд, протекающий через тиристор. Z2=1 - характеризует падение напряжения UR на активном сопротивлении Rн нагрузки ТП при протекании тока IV. Z2=0 - соответствует отсутствию падения напряжения UR на активном сопротивлении Rн нагрузки ТП. Z3=1 -характеризует ЭДС самоиндукции в индуктивности Lн при изменении тока Iн в нагрузке ТП в интервалах времени когда EL= -LнdIv/dt <0. Z3=0 -характеризует ЭДС самоиндукции в индуктивности Lн при изменении тока Iн в нагрузке ТП в интервалах времени когда EL= -LнdIv/dt >0. Z4=1 - характеризует противо-ЭДС двигателя при условии Ед?0. Z4=0 - характеризует отсутствие противо-ЭДС двигателя т.е. Ед=0. Z5=1 - характеризует результирующее напряжение Uн на выходе ТП при условии: Uн= IнRн+ LнdIv/dt +Eд ?0. Z5=0 - характеризует отсутствие напряжения Uн на выходе ТП т.е. при Uн=0. Х3=1 - характеризует активное сопротивление Rн нагрузки если соблюдается условие: Х3=0 - характеризует активное сопротивление Rн нагрузки если это условие не соблюдается. Х4=1 - характеризует индуктивность цепи нагрузки ТП при Lн?0. Х4=0 - характеризует индуктивность цепи нагрузки ТП при Lн=0. Х5=1 - характеризует изменение тока нагрузки Iн во времени если dIн/dt<0. Х5=1 - характеризует изменение тока нагрузки Iн во времени если dIн/dt> 0. Х6=1 - характеризует положительный потенциал на анодах тиристоров при условии: U2msin(t+н) - Eд >?UV Х6=0 - характеризует отрицательный потенциал на анодах тиристоров при условии: U2msin(t+н) - Eд <?UV Хк=1 - характеризует коммутационный процесс токов в тиристорах ТП если имеет место коммутация с одного тиристора на другой. Хк=0 - характеризует коммутационный процесс токов в тиристорах ТП если отсутствует коммутация тока в тиристорах. Поскольку ток нагрузки ТП равен сумме токов Iv1 = Iv2 и Iv3 = Iv4 тиристоров V1, V2, V3, V4, указанное событие отражено в логической сети введением логического суммирования сигналов Z01, Z02, равных: Z01 = z11/\Z12; Z02 = Z13/\z14 и характеризующих токи, последовательно протекающие через соответствующие тиристоры V1, V2 и V3, V4. Так как тиристоры могут открываться лишь при одновременной подаче управляющих импульсов тока Iy1, Iy2 для тиристоров V1, V2 и импульсов тока Iy3, Iy4 для тиристоров V3, V4 это событие отражено в логической сети введением логического произведения сигналов X21, X22 и X23, X24. Коммутационный процесс в ТП характеризуется введением в логическую сеть сигнала Xк=1. Математические выражения алгебры логики, характеризующие режим работы однофазной мостовой схемы ТП, могут быть представлены как: Z5={[(Z11Z12) (Z13Z14)] X3 (X4X5) Z4}Xк Z11,+1=[(X21X22) Z11] [(X1X6) (X4X5) ( Z11, Z13, XK)] Z12,+1=[(X21X22) Z12] [(X1X6) (X4X5) ( Z12, Z14, XK)] Z13+1=[(X23X24) Z13] [(X1X6) (X4X5) ( Z11, Z13, XK)] Z14+1=[(X23X24) Z14] [(X1X6) (X4X5) ( Z12, Z14, XK)] Построение алгоритма диагностирования Задача построения алгоритма диагностирования дискретного последовательного объекта заключается в том, чтобы, не прибегая к разрыву обратных связей в объекте, построить такую последовательность входных наборов, при которых ответные последовательности выходных наборов объекта позволяют выделить возможные в нем дефекты. При этом предполагается, что, хотя исходные состояния элементов памяти объекта и неизвестны, всегда найдется последовательность входных наборов фиксированной длины, позволяющая перевести исправный объект в любое достижимое состояние. Для реальных объектов указанное требование вполне естественно и реализуемо. В связи с тем, что диагностирование сразу всей логической схемы однофазного мостового ТП представляет определенную сложность, из-за большого количества элементов, то было принято решение о диагностировании системы по частям, диагностируя каждый тиристор отдельно, для чего в схему диагностирования введены переключатели, позволяющие переводить ее в режим тестирования, аналогичный схеме однофазного однополупериодного преобразователя. Построим алгоритм диагностирования силовой части ТП при работе на двигатель постоянного тока. В соответствии с логической моделью рассматриваемого объекта и логическими соотношениями для нее выходные сигналы Z1, и Z5, в текущем такте времениZ1,=(Z1,-1X2) [(X1X6) (X4X5)];Z5,=(Z1,-1X2) [(X1X6) (X4X5)] X3 [(X4X5) Z4]где Z1,-1 - выходной сигнал объекта в предыдущем такте времени. Для определения входных наборов, различающих исправное и неисправное состояние объекта, представим вышестоящее выражение в эквивалентной нормальной форме, т.е. как логическую сумму логических произведений букв. Z5,=(X1 X2 X3 X6) (X1 X3 X6 Z1,-1) (X4 X5) Z4 В общем случае для логических схем с разветвлениями каждая буква терма (произведения букв) соответствует входному сигналу или его инверсии с индексом, который обычно составляется из номеров логических элементов схемы, встречающихся на пути, соединяющем данную переменную с выходом схемы. Задача поиска какого-либо неисправного элемента здесь не ставится. Логичнее дефекты в силовой части ТП отражать в форме допустимости или недопустимости входных или выходных сигналов модели. В общем виде букву ЭНФ обозначают символом qi и придают ему значения qi=0 или qi=1 в зависимости от того, какого типа дефект проверяется (0 или 1). При этом: -для проверки qi на дефект типа достаточно принять все буквы хотя бы одного терма в ЭНФ, содержащего qi равным 1 и в каждый из остальных термов - хотя бы одну букву принять равной 0. -для проверки qi на дефект 1 достаточно хотя бы в одном терме, содержащем qi принять qi равной 0, а значение остальных букв этого терма - равным 1, при этом в каждом из остальных термов принять хотя бы одну букву равной 0. Проведем проверку букв на qi=0. |
Z5, = (X1 X2 X3 X6) (X1 X3 X6 Z1,-1)(X4 X5) Z4 | | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | | 2 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | | 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | | 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | | | Выполним проверку букв на qi=1 |
Z5, = (X1 X2 X3 X6) (X1 X3 X6 Z1,-1)(X4 X5) Z4 | | 5 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | | 6 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | | 7 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | | 8 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | | |
После проведенных выше проверок получена нижеследующая таблица, где ни одна из букв ЭНФ не осталась не проверенной. В таблице отмечены наборы возможных сигналов и проверяемые сигналы для каждого из наборов. Очевидно, что изменение значения проверяемого сигнала с 1(0) на 0(1) должно вызвать изменение Z5, Таблица входных наборов и проверяемых сигналов силовой части однофазного ТП. |
№ | Входные сигналы | Z5, | Проверяемые сигналы | qi | | | x1 | x2 | x3 | x4 | x5 | x6 | z4 | x1,v-1 | | x1 | x2 | x3 | x4 | x5 | x6 | z4 | x1,v-1 | | | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | | 2 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | | 3 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | | 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | | 5 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | | 6 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | | 7 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | | 8 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | | |
Страницы: 1, 2
|