Проекты

Гальванически изолированная система управления мощным источником питания

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1747
Предметы: Физика
Классы: 11 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Для создания магнитных конфигураций при помощи тёплых соленоидов в электрофизических установках используют дорогостоящие мощные источники стабилизированного тока. Кроме того, типовые схемы стабилизации тока основаны на применении широтно-импульсной модуляции (далее – ШИМ) с несущей частотой порядка десятков килогерц – единиц мегагерц. Такие ШИМ-модуляторы являются источниками наводок в измерительных схемах и затрудняют эксперимент при проведении диагностики плазмы в этом диапазоне частот.

Вместе с тем применение трансформаторных источников напряжения без стабилизации тока осложняется необходимостью подстройки выходного напряжения для компенсации растущего сопротивления соленоидов при их нагреве.

На основе созданного прототипа планируется изготовление многоканальной системы управления тремя выпрямителями для поддержания заданного профиля поля в протяжённой магнитной ловушке синхротрона-накопителя.

Цель

Создание автоматизированной системы управления мощным трансформаторным тиристорным выпрямителем с обеспечением обратной связи по току и гальванической развязкой цепей управления.

Задачи

  1. Анализ штатной схемы управления выходным напряжением выпрямителя.
  2. Разработка устройства гальванической развязки.
  3. Изучение принципа действия и подключение датчика тока для цепи обратной связи.
  4. Создание программы управления со стабилизацией выходного тока.
  5. Проведение серии тестовых измерений.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Платы контроллера ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь)
  • Компьютер с установленным ПО: программная среда LabVIEW
  • 3D-принтер Maestro Classic

Описание

Работа разделена на следующие этапы: анализ штатной схемы управления выходным напряжением выпрямителя, разработка устройства гальванической развязки, изучение принципа действия и подключение датчика тока для цепи обратной связи, создание программы управления со стабилизацией выходного тока.

Методы исследования

Штатная цепь регулировки напряжения выпрямителя с поворотным потенциометром была заменена источником напряжения на основе ЦАП с контроллером, управляемым по оптической линии. Команды системы управления передавались контроллеру по протоколу MODBUS RTU из программы, написанной в среде LabVIEW.

 

Измерение тока в цепи обратной связи проводилось при помощи интегрального датчика ACS758LCB-050B с чувствительностью 40 мВ/А в диапазоне (–50А, +50А), сигнал датчика оцифровывался при помощи АЦП NI USB 6009 OEM.

Разработаны и изготовлены платы системы управления, разработана программа управления со стабилизацией выходного тока, проведены тестовые испытания системы управления током выпрямителя.

Результаты работы/выводы

Разработаны и изготовлены платы системы управления, разработана программа управления со стабилизацией выходного тока, проведены тестовые испытания системы управления током выпрямителя.

Перспективы использования результатов работы

На основе созданного прототипа планируется изготовление многоканальной системы управления тремя выпрямителями для поддержания заданного профиля поля в протяжённой магнитной ловушке синхротрона-накопителя.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

РУДН

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 ‒ призёр.

Мнение автора о своей работе, проекте «Инженерный класс в московской школе», конференции «Инженеры будущего», пожелания

«Над работой пришлось потрудиться: многое изучить с нуля, но это очень заинтересовало. Хотелось во всем разобраться и попытаться дойти до поставленной цели, чего мы и добились. Спасибо конференции «Инженеры будущего» и руководителям за нашу возможность показывать свои знания, открывать что-то новое. В нашем мире нужны такие конкурсы, которые помогают человеку найти себя. Спасибо!»