Triggermodul til trefase tyristorbru H07E03 Terje Jamissen Jan Hennestad 6. juni 2007 Tyristortrigger

Ramme Øvre budsjettramme: 10 000,- kr Hovedmål: To prototyper for triggermoduler utviklet og realisert til under markedspris Teknisk grunnlag: HiØ sin kravspesifikasjon Litteraturstudier Dokumentasjon for enfaset tyristorbru brukt ved oppdragsgivers laboratorium Kompendium ”Microprocessor applications in power electronics” av Lars Einar Norum Katalog ELFA 55, 2007 6. juni 2007 Tyristortrigger

Organisering Tittel: Triggermodul til tyristorstyrt trefase likeretter og vekselretter Oppdragsgiver: Høgskolen i Østfold, avdeling for ingeniørfag, fagområde elektro Styringsgruppens leder: Even Arntsen, Høgskolen i Østfold Referansegruppe/-personer: Helge Mordt, Høgskolen i Østfold, Arne Østby, Høgskolen i Østfold Alle fagområde Elektro 6. juni 2007 Tyristortrigger

Ressursramme og -bruk Planlagt: Brukt: 770 timeverk  kr. 10 000,- Nesten det dobbelte  kr. 3 400,- 6. juni 2007 Tyristortrigger

Ressursbruk 6. juni 2007 Tyristortrigger

Kravspesifikasjonen Utarbeidet i samarbeid med veilederne Krav knyttet til: Nivåområde og frekvens Styrevinkel Kontrollgrensesnittet Triggepulsene Indikatorer Fysiske dimensjoner og utforming 6. juni 2007 Tyristortrigger

Drivere med transformatorer Kravspesifikasjonen Skjematisk definisjon av grensesnitt for trigger: Triggermodul Drivere med transformatorer 230 Vénfase 10V → +10V 10 bits 230/400 Vtrefase Grensesnitt 6. juni 2007 Tyristortrigger

Kravspesifikasjonen Nivåområde og frekvens: Styrevinkel: ≤ 500 V linjespenning 50 og 60 Hz Styrevinkel: Nedre respektavstand mellom 0 og 15 º Øvre respektavstand mellom 160 og 175 º Oppløsning tilvarende 10 bits, dvs. styrevinkelområdet (180 º) deles inn i 1024 diskrete nivåer 6. juni 2007 Tyristortrigger

Kravspesifikasjonen Kontrollgrensesnittet: Én analog og én 10 bits digital styringskilde Analog styrespenning i intervallet [ 10, +10] V Digital verdi fra 0 til 1023 6. juni 2007 Tyristortrigger

Kravspesifikasjonen Den analoge karakteristikk: α 180 º 90º  10 10 Styreverdi [V] 6. juni 2007 Tyristortrigger

Kravspesifikasjonen Ulineær: Ud = Ud0cos  Maksimal likespenning ut Cossinuskarakteristikk Lineær karakteristikk 180 Styreverdi  [º] Minimal likespenning ut 6. juni 2007 Tyristortrigger

Kravspesifikasjonen Triggepulsene som enkeltpulser eller som pulstog opp mot ca 1 ms enkeltpulsene må utnytte pulstransformatorenes Vµs-tall optimalt puls(ene) må blokkeres ved feil Indikatorer for drift (grønn = ok) og feil (rød) Fysiske dimensjoner og utforming berøringssikkert monteres på plate tilpasset laboratorieformål 6. juni 2007 Tyristortrigger

Resultater / hva er oppnådd? Noen valg er tatt Mikrokontrollerstyrt med ATMega16 (mange tilgjengelige på lab’en) Fysiske og programmessige grensesnitt er definert Fysisk utforming og kretskortene er klare på tegnebrettet Triggerkortet er realisert, men ikke testet Programmet synes å virke – så langt(!) 6. juni 2007 Tyristortrigger

Drivere med transformatorer og nullgjennomgangsdetektorer Resultater Fysiske grensesnitt, 1. utgave: Triggermodul Drivere med transformatorer og nullgjennomgangsdetektorer 230 Vénfase 10 til +10VDC 10 bits 230/400 Vtrefase Grensesnitt 9 til 15VDC 6. juni 2007 Tyristortrigger

Resultater Fysiske grensesnitt, 2. utgave: 6. juni 2007 230 Vénfase 9 til 15VDC Triggermodul Drivere med transformatorer Nullgjennom-gangs-detektorer 10 bits 10 til +10VDC Grensesnitt 230/400 Vtrefase 6. juni 2007 Tyristortrigger

Fysisk utforming L1 L2 L3 DCa DCk [10, +10] V Tilpasset laboratoriets mål for oppkoblingspanel bak pult 6. juni 2007 Tyristortrigger

Nullgjennomgangene Optisk basert for galvanisk skille Fiktivt nullpunkt for å detektere fasenullgjennongang Fase 1 detektor VCC Fase 3 detektor Fase 2 detektor L2-status L3-status X L1-status n L1p L1n L2p L2n L3p 9x1k 5k L3n L1 L2 L3 6. juni 2007 Tyristortrigger

Fasestatus og avbruddspulser  2 us ut ur SYNK1 FS1 FS1+ A B C 1 SYNK3 FS3+ FS3 1B urs urt ust usr utr uts T1 T3 T5 T6 α  0° α  60° T2 T4 SYNK2 FS2 FS2+ Fasestatus og avbruddspulser 6. juni 2007 Tyristortrigger

Endelig slipper vi til Terje Han kan si oss alt om programmet 6. juni 2007 Tyristortrigger

Flytdiagram for hovedprogram Start 1 Initialiser systemet Int_1 M3 Drift M10 Tenn_Tyr Klarer innfasing Int_0 Slave? Avbrudd = 7 ja nei Start Timer1 Int_1 M1 Synk M4 Respekt Int_0 M9 TennTid M2 Frekvens M5 Alfa Innfasing? M8 Valg_Tyr ja nei Drift ok? M6 Innfasing nei M7 Sorter ja Ext_Int Klar Timer0 Int_0 1 6. juni 2007 Tyristortrigger

Initialisering INIT: Navngir registre Aktiverer avbrudd Lagrer tenningstabeller i SRAM Lagrer lineariseringstabell i programminne Lagrer respektavstandstabell i programminne Maks feil før ny Synk Definerer inn og utporter 6. juni 2007 Tyristortrigger

Hovedprogrammet Hoved: Tenner begge driftlampene Aktiverer/deaktiverer pulstog Aktiverer/deaktiverer linearisering 6. juni 2007 Tyristortrigger

M1, Synkronisering ved oppstart Venteløkke Registrere fasetilstand Går videre ved endring i fasetilstand Hopper til tilstandsmaskinen NT (Neste Tilstand) TIMER2 registrerer faselengden 8 målinger Registrerer ugyldig nestetilstand 6. juni 2007 Tyristortrigger

M2 Frekvens Hz: Utregning av frekvens Godkjenning 50 Hz eller 60 Hz Feil ved usymmetri om nullpunkt Ved feil, ny Synk og feillampe tennes Godkjent, riktig frekvenslampe tennes 6. juni 2007 Tyristortrigger

M3, synkronisering under drift Venteløkke Registrere fasetilstand Går videre ved endring i fasetilstand Hopper til NT Registrerer ugyldig nestetilstand Sikring av tyristorer ved feil NT Genererer pulstog hvis det er valgt 6. juni 2007 Tyristortrigger

M4 Respektavstander Respekt0: Avleser ønsket nedre respektavstand Henter verdi fra respektavstandstabell Respekt180: Avleser ønsket øvre respektavstand Hindrer alfaverdi over øvre fastsatte respektavstand 6. juni 2007 Tyristortrigger

M5, Styrevinkelen  Alfa: Innlesing 10 bits digital alfa Innlesing analog alfa til A/D omformer Henter verdi fra lineariseringstabell Sjekker innlest alfa mot nedre respektavstand Sjekker innlest alfa mot øvre respektavstand Eventuelt flytter verdi Hopper ved ferdig Innfas 6. juni 2007 Tyristortrigger

M6 Innfasing Innfas: Begynner med alfaverdi på 90° En intervall endring pr syklus Stopper ved ønsket verdi 6. juni 2007 Tyristortrigger

M7 Sorter SorterAlfa: 60° sykluser Alfa mindre enn 60° ikke fratrekk Alfa mindre enn120°, alfa minus 341 Alfa mindre enn180°, alfa minus 682 Innenfor respektavstandene Verdier i to registre SorterStatus: Bestemmer tyristorpar for tenning Alfa mindre enn 60° ingen tilegg Alfa mindre enn120°, pluss 6 i tenningstabell Alfa mindre enn180°, pluss 12 i tenningstabell Fasetilstanden bestemmer grunntall Ugyldig verdi, hopper til Drift Drift generer 0 i tenning tyristorer 6. juni 2007 Tyristortrigger

M9 TennTid TennTid: Multipliserer korrigert alfaverdi med korrigeringsfaktoren for 50 Hz, eventuelt 60 Hz Kan bare definere hele tall Manipulere desimaler Lagres i SRAM 6. juni 2007 Tyristortrigger

Tilstandsmaskinen NT Subrutine NT: Generer neste lovlige tilstand etter gjeldene fasetilstand Endrer kun et siffer 6. juni 2007 Tyristortrigger

Avbruddsmekanismene Eksternt interupt2: Time0Comp: Time1Comp: Skjer ved fasenullgjennomgang Hopper når ingen driftslampe er tent Starter TIMER0 Time0Comp: Flytter tyristorpar for tenning i SRAM Forebygger feiltenning Forebygger feil alfaverdi Laster inn alfaverdi til TIMER1 Starter TIMER1 Stopper TIMER0 Time1Comp: Stopper TIMER1 Aktiverer tyristorpar Lager tenningspuls 6. juni 2007 Tyristortrigger

Noen tall! Hovedprogramsløyfen tar cirka 20 μs. VIKTIG Kvantisering på 0,18  ved 10 bits oppløsning Problemområder ved 30 og 60  Viktige verdier Husk 30  59,82° = 340 = 101010100 60,00° = 341 = 101010101 175= 995 =1111100011 6. juni 2007 Tyristortrigger

Oppsummering Programmet synes å operere stabilt Optokoplingen tar mer plass enn ønskelig, gir også noe tap pga. motstandene i serie Løsninger som syntes kurante, viste seg likevel å måtte endres Veldig lærerikt og til tider svært morsomt (særlig det som fungerer) Løsningen kan videreutvikles og foredles slik at samtlige krav/ønsker formodentlig kan oppfylles Prosjektet synes gjennomførbart for de som er raske nok! 6. juni 2007 Tyristortrigger

Takk for oppmerksomheten! 6. juni 2007 Tyristortrigger