|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Regulatory mocy na mikrokontrolerze. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Regulatory mocy, termometry, stabilizatory ciepła W artykule opisano dwa tyrystorowe regulatory mocy dla obciążeń inercyjnych. Zastosowanie mikrokontrolerów umożliwia zastosowanie specjalnego algorytmu zapewniającego równomierny rozkład impulsów prądu w obciążeniu i uzyskanie wysokiej częstotliwości przełączania nawet przy stopniu regulacji mocy wynoszącym 1%. Pierwsze urządzenie przeznaczone jest do regulacji mocy w obciążeniu przeznaczonym na napięcie sieciowe. Drugi pracuje z obciążeniem niskonapięciowym, które nie jest galwanicznie połączone z siecią. Dodatkowo regulator ten zapewnia stabilizację mocy w obciążeniu przy wahaniach napięcia sieciowego. Do sterowania obciążeniami bezwładnościowymi stosuje się tyrystorowe regulatory mocy, które działają na zasadzie zasilania obciążenia kilkoma półcyklami napięcia sieciowego, po których następuje przerwa. Zaletą takich urządzeń jest to, że momenty przełączania tyrystorów pokrywają się z momentami, w których napięcie sieciowe przekracza zero, dzięki czemu poziom zakłóceń radiowych jest znacznie zmniejszony. Ponadto takie urządzenie w odróżnieniu od regulatora sterowanego fazowo nie zawiera analogowych elementów progowych, co zwiększa stabilność pracy i upraszcza konfigurację. Ponieważ przełączanie następuje tylko podczas przejścia napięcia sieciowego przez zero, minimalna część energii dostarczanej do obciążenia jest równa energii zużywanej przez obciążenie w jednym półcyklu. Dlatego, aby zmniejszyć krok regulacji mocy, konieczne jest wydłużenie powtarzającej się sekwencji półcykli. Na przykład, aby uzyskać krok 10%, wymagana jest sekwencja dziesięciu półcykli. Na ryc. Rysunek 1a przedstawia sekwencję impulsów na elektrodzie sterującej tyrystora dla obciążenia mocy 30%.
Jak widać, tyrystor jest otwarty przez pierwsze trzy półcykle i zamknięty przez następne siedem. Następnie sekwencja ta jest powtarzana. Częstotliwość przełączania takiego regulatora dla dowolnej mocy mniejszej niż 100% jest równa 1/10 częstotliwości półcyklu. Dużo bardziej logiczne byłoby rozłożenie półcykli, podczas których tyrystor jest otwarty, w miarę możliwości równomiernie w całej sekwencji [1]. W ogólnym przypadku problem równomiernego rozkładu dowolnej liczby impulsów N w sekwencji o długości M (dla N mniejszego lub równego M) rozwiązuje się za pomocą algorytmu Bresenhama. który jest zwykle używany w grafice rastrowej do konstruowania nachylonych segmentów. Algorytm ten jest realizowany przy użyciu arytmetyki liczb całkowitych, co znacznie upraszcza jego programowanie. Na ryc. 1,6 pokazuje sekwencję dla tej samej mocy 30%. ale przy użyciu algorytmu Bresenhama. W tym drugim przypadku częstotliwość przełączania jest trzykrotnie większa. Należy zauważyć, że wzmocnienie jest bardziej zauważalne przy małym kroku regulacji mocy. Podstawą sterownika mocy (rys. 2) jest mikrokontroler DD1 AT89C2051 firmy ATMEL [2]. Do zasilania zastosowano transformator TT małej mocy. co wraz z zastosowaniem optotyrystorów zapewnia izolację galwaniczną od sieci. Dzięki temu urządzenie jest bezpieczniejsze pod względem elektrycznym. Kolejną przydatną właściwością regulatora jest to, że można go stosować z obciążeniami zaprojektowanymi dla różnych napięć roboczych. Aby to zrobić, wystarczy dostarczyć tyrystorom wymagane napięcie z dodatkowego transformatora. Można na przykład zasilać lutownicę niskonapięciową. Konieczne jest jedynie, aby napięcie i prąd nie przekraczały maksymalnych dopuszczalnych wartości dla zastosowanych tyrystorów.
Dostosuj moc obciążenia za pomocą przycisków SB1 i SB2. Krótkie naciśnięcie jednego z przycisków zwiększy lub zmniejszy go o jeden stopień, natomiast przytrzymanie przycisku powoduje monotonną zmianę mocy. Jednoczesne naciśnięcie dwóch przycisków wyłącza obciążenie, jeśli było wcześniej włączone lub włącza maksymalną moc, jeśli obciążenie było wyłączone. Wartość mocy obciążenia wyświetlana jest na siedmioelementowych wskaźnikach LED HG1-HG3. Aby zmniejszyć liczbę elementów, zastosowano zaimplementowany w oprogramowaniu dynamiczny wyświetlacz. Katody wskaźnikowe są podłączone do portów mikrokontrolera, anody obejmują tranzystory VT3 i VT4. które są kontrolowane przez sygnały skanujące wskaźników. W najbardziej znaczącej cyfrze można wskazać tylko jedną, więc elementy B i C są połączone przez rezystory z jednym portem, a anody wskaźników HG1 i HG2 są połączone. Prąd impulsowy elementów ograniczony jest przez rezystory R10-R18 do wartości około 15 mA, czyli mniej niż maksymalny dopuszczalny prąd dla portów (20 mA). ale wystarczające do uzyskania wymaganej jasności. Komparator analogowy wbudowany w mikrokontroler liczy momenty, w których napięcie sieciowe przekracza zero. Jego wejścia poprzez ograniczniki VD5R2 i VD6R3 odbierają napięcie przemienne z uzwojenia wtórnego transformatora mocy. Rolę ogranicznika ujemnego półcyklu napięcia sieciowego pełnią diody mostka prostowniczego. Komparator przełącza się, gdy napięcie sieciowe przekroczy zero. Wyjście komparatora jest odpytywane programowo i gdy tylko wykryta zostanie zmiana jego stanu, na wyjściu sterującym tyrystora (port mikrokontrolera P3.2) pojawia się sygnał sterujący ich włączeniem. W przypadku, gdy bieżący półcykl ulegnie pominięciu, sygnał ten nie pojawi się. Następnie wskaźnik HG4 włącza się na 3 ms. W tym momencie sprawdzany jest stan zamknięcia przycisków i . w razie potrzeby zmieniana jest wartość aktualnej mocy. Następnie napięcie sterujące jest usuwane z tyrystorów, a wskaźniki HG4 i HG1 włączają się na 2 ms. Następnie w ciągu 4 ms oczekiwana jest ponowna zmiana stanu komparatora. Sygnał z portu P3.2 przesyłany jest do przełącznika wykonanego z tranzystorów VT1 i VT2, który służy do sterowania diodami elektroluminescencyjnymi optotyrystorów. Do przełączania obciążenia stosuje się dwa optotyrystory, połączone tyłem do siebie. Ich diody emitujące są połączone szeregowo. Prąd diod emitujących - około 100 mA - ustawiany jest przez rezystor R1. Regulator może pracować w dwóch trybach z różnym stopniem regulacji mocy. Wybór trybu pracy odbywa się za pomocą lutowanej zworki S1. Mikrokontroler odpytuje swoją pozycję natychmiast po resecie. W pozycji 1 pokazanej na schemacie krok regulacji mocy wynosi 1%. W tym przypadku wskaźnik wyświetla liczby od 0 (0%) do 100 (100%). W pozycji 2 krok wynosi 10%. Wskaźnik wyświetla liczby od 0 (0%) do 10 (100%). Wybór dziesięciu gradacji w trybie 2 wynika z faktu. że w niektórych przypadkach (na przykład sterowanie kuchenką elektryczną) nie jest potrzebny niewielki krok regulacji mocy. Jeżeli regulator ma pracować wyłącznie w tym trybie, nie ma konieczności instalowania wskaźnika HG1 i rezystorów R17, R18. Ogólnie rzecz biorąc, urządzenie pozwala na dowolne ustawienie liczby poziomów mocy dla każdego trybu. Wystarczy wpisać żądaną wartość gradacji dla trybu 0005 do kodu programu pod adresem 1Н, a pod adresem 000ВН - dla trybu 2. Należy tylko pamiętać, że maksymalna liczba gradacji w trybie 1 nie powinna przekraczać 127, a w trybie 2 - nie więcej niż 99, ponieważ w tym trybie nie jest możliwe wyświetlanie setek. Jeżeli prąd obciążenia nie przekracza 2 A, można zastosować optotyrystory bez radiatorów. Przy większych prądach montuje się je na radiatorach o powierzchni 50...80 cm'. Gdy obciążenie jest zasilane napięciem mniejszym niż 50 V, optotyrystory mogą mieć dowolną klasę (napięcie). Podczas pracy z napięciem sieciowym klasa optotyrystorów musi wynosić co najmniej 6. Transformatorem mocy jest dowolny transformator małej mocy o napięciu na uzwojeniu wtórnym 8... 10 V i dopuszczalnym prądzie co najmniej 200 mA. Diody FR157 (VD1-VD4) można zastąpić KD208 KD209 lub mostkiem prostowniczym KTs405 o dowolnym indeksie literowym. Układ stabilizujący DA1 7805 (krajowy odpowiednik KR142EN5A, KR1180EN5) nie wymaga dodatkowego odprowadzania ciepła. Tranzystory VT2-VT4 - dowolne konstrukcje pn-p małej mocy. Zamiast VT1 zastosowanie mają tranzystory KT815, KT817 z dowolnym indeksem literowym. Należy jednak dobrać rezystor R5. Diody VD5. VD6 - dowolny krzem małej mocy, na przykład KD521, KD522. Przyciski SB1 i SB2 - dowolne małe bez blokady, np. PKN-159. Wskaźniki HG1 - HG3 - dowolne siedmioelementowe ze wspólną anodą, wymagana jasność. Kondensatory C1. C3, C6 - dowolny tlenek, reszta - ceramika. Rezystor R1 to MLT-0,5, reszta to MLT-0.125. Jeszcze wygodniej jest zastosować rezystory np. do montażu powierzchniowego. RN1-12. Regulator nie wymaga regulacji, jeśli jest złożony ze znanych, dobrych części, a mikrokontroler jest zaprogramowany bez błędów. Nadal wskazane jest sprawdzenie poprawności podłączenia do częstotliwości napięcia sieciowego. W tym celu należy zsynchronizować oscyloskop z napięciem sieciowym i upewnić się, że impulsy skanujące wyświetlacz (sygnały RXD i TXO mikrokontrolera) są zsynchronizowane z siecią i mają dwukrotnie większą częstotliwość sieci. Zdarza się, że po podłączeniu obciążenia synchronizacja zostaje zakłócona z powodu zakłóceń. W takim przypadku konieczne jest podłączenie kondensatora o pojemności 12-13 pF pomiędzy wejściami komparatora (piny 1000, 4700 mikrokontrolera). Kody programów mikrokontrolera podano w tabeli. jeden.
Przy stopniu regulacji wynoszącym 1% niestabilność napięcia sieciowego jest głównym źródłem błędu ustawienia mocy. Jeśli obciążenie nie jest galwanicznie połączone z siecią, łatwo jest zmierzyć średnią wartość napięcia przyłożonego do obciążenia i zastosować obwód sprzężenia zwrotnego, aby utrzymać go na stałym poziomie. Zasada ta jest realizowana w drugim regulatorze. Schemat funkcjonalny urządzenia pokazano na rys. 3.
Do pracy w trybie sterowania automatycznego wykorzystywane są dwa modulatory Bresenhama (Mod. 1 i Mod. 2), które są zaimplementowane programowo. Wejście pierwszego otrzymuje wymagany kod mocy, który ustawia się za pomocą przycisków sterujących. Na jego wyjściu tworzona jest sekwencja impulsów, która jest podawana przez filtr dolnoprzepustowy (Z1) na wejście odwracające komparatora. Na jego wejście nieodwracające, za filtrem dolnoprzepustowym (Z2), pobierane jest napięcie usunięte z obciążenia. Z wyjścia komparatora jednobitowy sygnał błędu podawany jest na wejście mikrokontrolera, gdzie poddawany jest cyfrowej filtracji. Ponieważ filtr cyfrowy (DF) działa synchronicznie z modulatorami, zapewnione jest skuteczne tłumienie tętnień przy częstotliwości powtarzania sekwencji impulsów wyjściowych i ich harmonicznych. Z wyjścia filtra cyfrowego ośmiobitowy sygnał błędu jest wysyłany do regulatora całkującego (IR). Aby poprawić dokładność, kontroler całkujący działa w oparciu o szesnastobitową siatkę. Osiem dolnych bitów kodu wyjściowego sterownika przesyłane jest na wejście modulatora Mod. 2, na wyjściu którego tworzona jest sekwencja impulsów, dostarczana do sterowania tyrystorami. Ten regulator ma bardzo podobny obwód do opisanego powyżej, dlatego warto rozwodzić się tylko nad jego różnicami. Na ryc. 4 pokazuje inną część obwodu. Pozostałe piny mikrokontrolera DD1 nie są pokazane na schemacie. Są podłączone w ten sam sposób. jak na rys. 2.
Ponieważ dostępne porty I/O mikrokontrolera były niewystarczające, musieliśmy zrezygnować z zastosowania wbudowanego komparatora. Zamiast tego regulator wykorzystuje podwójny komparator DA2. Na jednym (DA2.1) zamontowany jest zespół do wiązania momentów przejścia napięcia sieciowego przez zero. Ze względu na cechy mikroukładu LM393 konieczne było dodanie do tego węzła rezystora R19, który wraz z rezystorami R2 i R3 (patrz rys. 2) tworzy dzielnik napięcia, który zmniejsza napięcie o ujemnej polaryzacji na wejściach komparatora. Sygnał (fala prostokątna częstotliwości sieci) z wyjścia komparatora podawany jest na wejście mikrokontrolera P3.2. Drugi komparator (DA2.2) jest stosowany w obwodzie sprzężenia zwrotnego. Na wejście mikrokontrolera P3.5 wysyłany jest jednobitowy sygnał błędu. Na wejściach komparatora zamontowane są filtry dolnoprzepustowe. utworzone przez elementy R23, C7 i R24, C8. Sygnał z wyjścia modulatora (pin portu P3.4 mikrokontrolera) podawany jest na wejście filtra dolnoprzepustowego poprzez dzielnik R22R26. co jest konieczne, ponieważ komparator nie może pracować przy napięciu wejściowym zbliżonym do napięcia zasilania. Amplituda impulsów za dzielnikiem wynosi około 3,5 V. O stabilności amplitudy decyduje stabilność napięcia zasilania +5 V, które służy jako napięcie odniesienia. Napięcie usunięte z obciążenia podawane jest na wejście kolejnego filtra dolnoprzepustowego, także poprzez dzielnik R20R21. W ten sposób jest wybierany. tak, że przy znamionowym napięciu sieci i 100% mocy obciążenia napięcie na wyjściu filtra dolnoprzepustowego wynosi 3,5 V. Sygnał z wyjścia mikrokontrolera RZ.Z podawany jest na przełącznik tranzystorowy sterujący optotyrystorami. Transformator sieciowy posiada dodatkowe uzwojenie (111), do którego podłączony jest sterowany prostownik utworzony z optotyrystorów VS1. VS2 i zespół diod VD7. z którego dostarczają ładunek. Aby zaoszczędzić porty mikrokontrolera, przyciski sterujące połączono inaczej niż w poprzednim urządzeniu. Gdy wskaźniki są wyłączone, występuje przerwa w cyklu pracy regulatora. W tym momencie okazało się, że możliwe jest skanowanie przycisków wzdłuż linii kontrolnych wskaźników. Zatem te trzy przyciski dodatkowo wykorzystują tylko jedną linię: jest to linia powrotna podłączona do pinu portu P3.7. Trzeci przycisk był potrzebny do trybu „Automatycznego”. Zaraz po włączeniu urządzenie znajduje się w trybie sterowania ręcznego, czyli funkcjonalnie odpowiada opisanemu powyżej sterownikowi. Aby włączyć sterowanie automatyczne, należy jednocześnie nacisnąć przyciski „Automatyczny” i „+”. Jednocześnie zapala się dioda LED HL1 „Automatic”. W tym trybie regulator automatycznie utrzymuje ustawioną moc. Jeśli teraz naciśniesz i przytrzymasz przycisk „Automatyczny”, możesz zobaczyć aktualny stan regulatora na wskaźnikach. Gdy napięcie sieciowe spadnie tak bardzo, że podtrzymanie zasilania nie będzie już możliwe, dioda LED „Automatyczny” zacznie migać. Tryb sterowania automatycznego można wyłączyć poprzez jednoczesne naciśnięcie przycisków „Automatyczny” i „-”. Kody oprogramowania układowego programu mikrokontrolera tego regulatora podano w tabeli. 2.
Gdy prąd obciążenia jest większy niż 2 A, optotyrystory należy zainstalować na radiatorze. Płytka radiatora korpusu optotyrystora jest połączona z anodą, dzięki czemu urządzenia w urządzeniu można zamontować na jednym radiatorze. Zamiast VD7 wskazane jest zastosowanie zestawu diod Schottky'ego (lub dwóch oddzielnych diod Schottky'ego, np. KD2998A). W ostateczności można zastosować konwencjonalne diody zaprojektowane na wymagany prąd obciążenia. Dobre wyniki można uzyskać stosując diody serii KD2997. KD2999. KD213. Komparator LM393 jest produkowany przez firmę Integral pod oznaczeniem IL393. Można też zastosować dwa osobne komparatory, np. LM311. Zamiast tranzystora KP505A dopuszczalne jest zastosowanie tranzystora bipolarnego serii KT815, KT817 poprzez podłączenie rezystora 2 kOhm do obwodu kolektora tranzystora VT1. Wymagania dla pozostałych części są takie same. jak w przypadku regulatora opisanego powyżej. Podczas konfigurowania regulatora podłącza się do niego obciążenie i dostarczane jest znamionowe napięcie sieciowe (na przykład za pomocą LATR). Następnie ustawienie mocy maksymalnej (100%). Rezystor dostrajający R21 służy do zapewnienia, że różnica napięć na wejściach komparatora 0A2.2 jest bliska zeru. Następnie zmniejsz moc do 90% i włącz tryb „Automatyczny”. Dostosowując rezystor R21, uzyskujemy zgodność (z dokładnością ± 1) pomiędzy mocą zadaną a odczytami wskaźników w trybie monitorowania stanu regulatora (przy wciśniętym przycisku „Automatyczny”). literatura
Autor: L.Ridiko, Mińsk, Białoruś
Sztuczna skóra do emulacji dotyku
15.04.2024 Żwirek dla kota Petgugu Global
15.04.2024 Atrakcyjność troskliwych mężczyzn
14.04.2024
▪ Router ASUS RT-AC3200 3200 Mb/s
▪ sekcja witryny Medycyna. Wybór artykułu ▪ artykuł Taśma klejąca nie zwija się. Wskazówki dla mistrza domu ▪ artykuł Dlaczego nie wszystkie chmury to deszcz? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Estragon. Legendy, uprawa, metody aplikacji
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony