Acest proiect include crearea de prototipuri de circuite electronice de putere dezvoltate în NI Multisim si NI Ultiboard, precum si un controler digital bazat pe tehnologia FPGA, dezvoltat în NI LabVIEW FPGA si directionat catre platforma NI Single-Board RIO 9606 si controlerul GPIC (General Purpose Inverter Controller) de la NI.

Ideea din spatele acestui proiect este de a crea o platforma cu sursa deschisa, care sa permita inginerilor proiectanti sa simuleze, sa creeze prototipuri si sa-si implementeze sistemele Mega Watt (MW) la scara mica. Acesta este un proces standard cu sisteme de distributie si de transmisie de mare putere.

Acest proiectul este de tip „open source” (realizat în Multisim si Ultiboard), fapt ce le permite proiectantilor sa îl personalizeze si sa dezvolte o biblioteca cu diferite configuratii.

Printre exemplele de astfel de aplicatii, care ar putea fi dezvoltate cu ajutorul acestui tip de proiectare se numara: 

Co-simularea acestui sistem a demonstrat o armonie perfecta cu masuratorile obtinute de la prototipul sistemului. Cu toate acestea, a contribuit la evaluarea urmatorilor parametri de performanta înainte de crearea de prototipuri, ceea ce a determinat ca de la primul prototip, sa se ajunga la proiectul final de hardware functional:

Topologia de proiectare contine doua invertoare de putere într-o configurare „back-to-back” pentru a suporta diferitele cazuri de utilizare ale aplicatiilor mentionate anterior. Un singur controler bazat pe FPGA este compilat pe dispozitivul sbRIO-9606, iar conectivitatea la invertoare este implementata prin intermediul NI GPIC. Aceasta sectiune ofera explicatii ale ansamblurilor de circuite din fiecare dintre blocurile ce alcatuiesc schema-bloc prezentata mai jos.

Blocurile invertoarelor de putere

Aceste sub-circuite includ doua chip-uri ale invertoarelor trifazate si doua redresoare în punte. Fiecare chip este un modul de putere inteligent (IPM) cu 6 pachete, care dispune de circuite de comanda în poarta („gate drivers”) si detectie a temperaturii cu ajutorul unui termistor de la ST Microelectronics (STGIPS10K60A). Proiectul include întreaga capacitate de decuplare recomandata. Operatia este testata cu bucle de control de pâna la 20kHz.

Placa este evaluata la 50V în c.c. si 8A în intensitate, iar circuitul de curent continuu include un control al socului de curent la anclansare („in-rush current”), utilizând o rezistenta termovariabila  si un contactor de relee, controlat cu ajutorul controlerului GPIC.

Blocuri ale Conditionarii de semnal

Aceste sub-circuite contin elementele electronice necesare pentru mentinerea izolarii dintre sectiunea digitala a controlerului si sectiunea analogica a invertorului în cadrul proiectului.

Semnalele de comanda a comutarii (S1A, S1B,  S2A, S2B…, S6A, S6B), generate de controlerul GPIC, sunt responsabile pentru alternarea IGBT-urilor (tranzistoare bipolare cu grila izolata) în interiorul modulului de putere inteligent (IPM) cu 6 pachete. Acestea sunt prima data izolate folosind optocuploare înainte de a ajunge la sectiunea de alimentare.

Toti senzorii de curent sunt alimentati cu ajutorului unui convertor coborâtor (buck converter) izolat (VBT1-S12-S12).

Two supplies are needed to power up the board:

Doua surse sunt necesare pentru a alimenta placa:

1. -     o sursa de alimentare ATX cu 24 de pini +12V pentru alimentarea sectiunii digitale de masa, si a dispozitivului    sbRIO
2. -      o sursa de alimentare de+15V pentru alimentarea chip-urilor invertorului.  

4. Proiectare în Ultiboard

Prototipul ansamblului de circuite al instalatiei analogice este realizat în Ultiboard, pe o placa personalizata de circuite imprimate. Proiectul mentine izolarea completa dintre semnalele analogice de mare putere si semnalele de control digital cu putere redusa. Pentru a face acest lucru, placa este alcatuita din trei sectiuni principale:

1. Sectiune de control digital cu conectori de împerechere la controlerul GPIC si reprezentata drept D-GND (masa digitala). Aceasta sectiune contine dirijarea semnalelor HBDO, conectori de derivatie pentru liniile de intrari/iesiri digitale (DIO), linii digitale de comanda prin relee, sursa de alimentare ATX cu 24 de pini, optocuploare si convertori „buck” izolati pentru alimentarea invertorului si a senzorilor din sectiunea analogica.
2. Sectiune analogica de putere mica, care include semnalele de reactie, reprezentate drept P-GND. Aceasta sectiune contine dirijarea semnalelor detectate izolate, care vor fi transmise la controlerul GPIC si la conectorii de derivatie.
3. Sectiune analogica de mare putere, care contine intrarile de retea, condensatorii de curent continuu si iesirile trifazate ale fiecarui invertor. De asemenea, include ansamblul de circuite al termistorilor si al releelor pentru controlul digital al socului de curent la anclansare în interiorul condensatorilor în circuit de curent continuu.

5. Codul controlerului si performantele sistemului

6. Cum sa va reconfigurati si sa va comandati propria placa de cercetare GPIC?

1. Descarcati proiectul atasat;
2. Deschideti fisierul „mating board with inverters v28.ewprj”;
3. Daca considerati necesar, modificati specificatiile (BOM) în functie de nevoile dumneavoastra;
4. Urmariti instructiunile acestui tutorial pentru a exporta fisierele Gerber din Ultiboard;
5. Puneti la dispozitia partenerului nostru de fabricatie Screaming Circuits, fisierele Gerber exportate si lista de specificatii (cea initiala fiind de asemenea, atasata), prin intermediul serviciului online FULL PROTO sau contactându-i direct.

   SC National Instruments Romania SRL
   B-dul Corneliu Coposu, nr. 167A, et.I, Cluj Napoca, CP 400228
   
   Tel.: 0800 894 308
   
   E-mail: ni.romania@ni.com
   Web: romania.ni.com