ВКР Шавро В.В. (1228554), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рисунок 1.3 – График синусоидальных сигналов с коэффициентом мощности равным cosφ=0,7 (φ=45^°)

Синусоидальное напряжение (красная линия) и ток (зелёная линия) имеют фазовый сдвиг (cosφ=0,7; φ=45^°) – нагрузка имеет и активную, и реактивную составляющие. Мгновенная мощность (синяя линия) и активная мощность (голубая линия) рассчитаны из переменного напряжения и тока с коэффициентом мощности, равным 0,71. Расположение синей линии (графика мгновенной мощности) под осью абсцисс показывает, что некоторая часть подводимой мощности всё же возвращается в сеть в течение части цикла, отмеченного φ.[3]

1.2 Несинусоидальность

Несинусоидальность – вид нелинейных искажений напряжения в электрической сети, который связан с появлением в составе напряжения гармоник с частотами, многократно превышающими основную частоту сети. Высшие гармоники напряжения оказывают отрицательное влияние на работу системы электроснабжения, вызывая дополнительные активные потери в трансформаторах, электрических машинах и сетях; повышенную аварийность в кабельных сетях; уменьшение коэффициента мощности за счёт мощности искажения, вызванной протеканием токов высших гармоник; а также ограниченное применение батарей конденсаторов для компенсации реактивной мощности, рисунок (1.4)

Рисунок 1.4 – Графики синусоидального и несинусоидального напряжения от времени

Источниками высших гармоник тока и напряжения являются электроприёмники с нелинейными нагрузками. Например, мощные выпрямители переменного тока, применяемые в металлургической промышленности и на железнодорожном транспорте, газоразрядные лампы и др.

Влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования:

- фронты несинусоидального напряжения воздействуют на изоляцию кабельных линий электропередач, – учащаются однофазные короткие замыкания на землю. Аналогично кабелю, пробиваются конденсаторы;

- в электрических машинах, включая трансформаторы, возрастают суммарные потери.

Так, при коэффициенте искажения синусоидальной формы кривой напряжения K_U = 10 % суммарные потери в сетях предприятий, крупных промышленных центров, сетях электрифицированного железнодорожного транспорта могут достигать 10–15 %;

- возрастает недоучёт электроэнергии, вследствие тормозящего воздействия на индукционные счётчики гармоник обратной последовательности;

- неправильно срабатывают устройства управления и защиты;

- выходят из строя компьютеры.

1.3 Мероприятия по снижению несинусоидальности напряжения

Аналогично мероприятиям по снижению колебаний напряжения:

- применение оборудования с улучшенными характеристиками: «ненасыщающиеся» трансформаторы, преобразователи с высокой пульсностью;

- подключение к мощной системе электроснабжения;

- питание нелинейной нагрузки от отдельных трансформаторов или секций шин;

- снижение сопротивления питающего участка сети;

- применение фильтрокомпенсирующих устройств.

L-С цепочка, включенная в сеть, образует колебательный контур, реактивное сопротивление которого для токов определённой частоты равно нулю. Подбором величин L и С фильтр настраивается на частоту гармоники тока и замыкает её, не пропуская в сеть. Набор таких контуров, специально настроенных на генери­руемые данной нелинейной нагрузкой высшие гармоники тока, и образует фильтрокомпенсирующее устройство (ФКУ), которое не пропускает в сеть гармоники тока и компенсирует протекание реактивной мощности по сети, рисунок (1.5)

Рисунок 1.5 – L-C цепочка

1.4 Типовые представления оценки качества энергопотребления

При одной и той же активной мощности нагрузки мощность, бесполезно рассеиваемая на проводах, обратно пропорциональна квадрату коэффициента мощности.

Данные оценки качества энергопотребления предоставлены в таблице 1.1

Таблица 1.1 – Оценка качества потребления электроэнергии.

Таким образом, чем меньше коэффициент мощности, тем ниже качество потребления электроэнергии. Для повышения качества электропотребления применяются различные способы коррекции коэффициента мощности, то есть его повышения до значения, близкого к единице.

Например, большинство старых светильников с люминесцентными лампами для зажигания и поддержания горения используют электромагнитные балласты (ЭмПРА), характеризующиеся низким его потреблением, то есть неэффективным электропотреблением. В отличие от них современные светильники, и в том числе компактные люминесцентные («энергосберегающие») лампы имеют ЭПРА, и характеризуются коэффициентом мощности стремящемся к 1, то есть к идеальному значению.

1.5 Коррекция коэффициента мощности

Коррекция коэффициента мощности – процесс приведения потребления конечного устройства, обладающего низким коэффициентом мощности при питании от силовой цепи переменного тока, к состоянию, при котором коэффициент мощности соответствует принятым стандартам.

Технически реализуется в виде той или иной дополнительной схемы на входе устройства.

Данная процедура, необходимая для равномерного использования мощности фазы и исключения перегрузки нейтрального провода трехфазной сети, обязательна для импульсных источников питания мощностью в 100 и более ватт. Компенсация обеспечивает отсутствие всплесков тока потребления на вершине синусоиды питающего напряжения и равномерную нагрузку на силовую линию.

1.6 Разновидности коррекции коэффициента мощности

Коррекция реактивной составляющей полной мощности потребления устройства. Выполняется путём включения в цепь реактивного элемента, производящего обратное действие. Например, для компенсации действия электродвигателя переменного тока, обладающего высокой индуктивной реактивной составляющей полной мощности, параллельно цепи питания включается конденсатор.

Коррекция нелинейности потребления тока в течение периода колебаний питающего напряжения. Если нагрузка потребляет ток непропорционально основной гармонике питающего напряжения, для повышения коэффициента мощности требуется схема пассивного (PPFC) или активного корректора коэффициента мощности (APFC). Простейшим пассивным корректором коэффициента мощности является дроссель с большой индуктивностью, включенный последовательно с питаемой нагрузкой. Дроссель выполняет сглаживание импульсного потребления нагрузки и выделение низшей, то есть основной, гармоники потребления тока, что и требуется.

Подробно исследовав физический смысл понятия мощности и коэффициента мощности, необходимо перейти к ознакомлению устройства, с помощью которого производится моделирование рабочей схемы.

2 МИКРОКОНТРОЛЛЕР PIC18F452

2.1 Выбор языка программирования для микроконтроллеров PIC18

Изучение микроконтроллера, семейства PIC18F452, дает возможность понять архитектуру устройства его модулей и их назначение.

В микроконтроллерах (МК) PIC разработка любой программы может быть осуществлена с помощью языков низкого уровня – ассемблера или высокого уровня – С (читается как Си). Для МК старшего семейства – PIC18, рисунок 2.1, имеющих сложную архитектуру, большое количество различных интерфейсов и банков оперативной памяти (ОЗУ), язык С – самое лучшее решение, поскольку он создан для поддержки программной сложности и облегчения отладки.[8]

Основные достоинства языка С:

- широкий алфавит языка, что делает его выразительным и существенно повышает наглядность и понятность текста программы;

- конструкции команд (операторов) отражают содержательные виды обработки данных и задаются в удобном для человека виде;

- низкий объем основного текста программы, так как на языке высокого уровня одна строка эквивалентна нескольким строкам ассемблерного текста;

- высокая переносимость (портативность) программ на другие аппаратные платформы, при этом программы становятся относительно независимы от аппаратной части;

- многочисленные библиотеки стандартных функций (математические библиотеки, библиотеки периферийных интерфейсов и др.), которые можно повторно использовать во многих проектах;

- автоматическое переключение между банками памяти, что упрощает написание программы, поскольку не требуется программно прописывать выбор банка во время написания программного кода (в микроконтроллере PIC18F452 16 банков объемом по 256 байт).[8]

Основные недостатки языка С:

- необходимость использования компилятора, который применяется совместно с языком С, при этом их общая стоимость намного дороже ассемблера;

- больший в 1,25–2,5 раза программный код, полученный после компиляции;

- выполнение программного кода намного медленнее аналогичной программы, написанной на ассемблере.

Важно отметить, что последний недостаток может быть исключен с помощью ассемблерных вставок, которые могут включаться в любую часть программы, написанной на языке С. Для этого необходимо ассемблерный код расположить между специальными идентификаторами «_asm» (начало ассемблерной вставки) и «_endasm» (конец ассемблерной вставки). Использование ассемблерных вставок актуально в тех случаях, когда имеются особенные требования к временным интервалам выполнения программы.[8]

Рисунок 2.1 – Схема разводки микроконтроллера PIC18F452

Компилятор – это программы, которая преобразует операции, операторы и другие конструкции языка высокого уровня, образующие исходный текст программы, в исполняемый бинарный код микроконтроллера, а процесс преобразования называется компиляцией. Большинство компиляторов формируют из исходного файла вначале программный код на языке низкого уровня, а затем преобразуют его в машинный код, в результате чего достигается большая гибкость.[8]

Микроконтроллеры семейства PIC 18 отличаются глобальным развитием ядра PIC, что делает их пригодными для использования в крупных проектах встроенных систем.

Несмотря на то, что в них реализованы многие новые функции, они разрабатывались таким образом, чтобы всячески облегчить переход к ним от устройств семейства PIC 16.

2.2 Таймеры

Большинство микроконтроллеров имеют возможность измерения временных интервалов и формирования импульсов заданной длительности. Для этого используется один или более базовых таймеров/счетчиков, инкрементирование которых осуществляется либо по внутреннему тактовому сигналу, либо по внешним импульсам. Таймеры/счетчики имеют различный набор функций, зависящий от модели МК. Микроконтроллер PIC18F452, используемый в лабораторной работе, содержит четыре таймера/счетчика: TMR0, TMR1, TMR2, TMR3.[1, 2, 8]

2.3 Таймер TMR0

Модуль таймера TMR0 содержит следующие опции: программный выбор режима работы:

- 8-разрядный или 16-разрядный таймер/счетчик (с двумя 8-разрядными регистрами TMR0H, TMR0L);

- значение таймера доступно для записи и чтения (TMR0H иTMR0L);

- программируемый 8-разрядный предделитель (T0CON<T0PS2: T0PS0>);

- выбор источника тактового сигнала (внешний или внутренний), (T0CON<T0CS>);

Характеристики

Список файлов ВКР