|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Регулятори потужності мікроконтролера. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Регулятори потужності, термометри, термостабілізатори У статті описано два тиристорні регулятори потужності для інерційного навантаження. Застосування мікроконтролерів дозволяє використовувати спеціальний алгоритм рівномірного розподілу імпульсів струму в навантаженні та отримати високу частоту комутації навіть при кроці регулювання потужності 1%. Перший пристрій призначений для регулювання потужності навантаження, розрахованої на мережеву напругу. Друге працює з низьковольтним навантаженням, яке гальванічно не пов'язане з мережею. Крім того, цей регулятор забезпечує стабілізацію потужності в навантаженні при коливаннях напруги. Для управління інерційним навантаженням застосовують тиристорні регулятори потужності, що працюють за принципом подачі на навантаження кількох напівперіодів напруги з наступною паузою. Перевага таких пристроїв полягає в тому, що моменти комутації тиристорів збігаються з моментами переходу напруги через нуль, тому рівень радіоперешкод різко знижений. Крім того, такий прилад, на відміну від регулятора з фазовим керуванням, не містить аналогових порогових елементів, що збільшує стабільність роботи та спрощує налагодження. Оскільки комутація відбувається тільки під час переходу напруги через нуль, мінімальна порція енергії, що надходить у навантаження, дорівнює енергії, споживаної навантаженням за один напівперіод. Тому для зменшення кроку регулювання потужності доводиться подовжувати послідовність напівперіодів, що повторюється. Наприклад, щоб отримати крок у 10%, необхідна послідовність із десяти напівперіодів. На рис. 1,а показана послідовність імпульсів на керуючому електроді тиристора для потужності в навантаженні 30%.
Як видно, тиристор відкритий протягом перших трьох напівперіодів, а семи наступних закритий. Далі ця послідовність повторюється. Частота комутації такого регулятора для будь-якої потужності, меншої 100 %, дорівнює 1/10 частоти проходження напівперіодів. Набагато логічніше було б розподілити напівперіоди, протягом яких тиристор відкритий по можливості рівномірно по всій послідовності [1]. У випадку завдання рівномірного розподілу будь-якого числа імпульсів N у послідовності довжиною М (при N, меншому чи рівному М) вирішує алгоритм Брезенхема. який зазвичай використовують у растрової графіці для побудови похилих відрізків. Цей алгоритм реалізується за допомогою цілісної арифметики, що спрощує його програмування. На рис. 1,6 показана послідовність тієї ж потужності в 30 %. але із застосуванням алгоритму Брезенхема. В останньому випадку частота комутації втричі вища. Слід зазначити, що виграш помітніший при малому кроці регулювання потужності. Основа регулятора потужності (рис. 2) – мікроконтролер DD1 АТ89С2051 фірми ATMEL [2]. Для живлення використано малопотужний трансформатор ТТ. що разом із застосуванням оптотиристорів забезпечує гальванічну розв'язку від мережі. Це робить пристрій більш електробезпечним. Ще одна корисна властивість регулятора - його можна використовувати з навантаженнями, розрахованими на різну робочу напругу. Для цього достатньо подати на тиристори необхідну напругу додаткового трансформатора. Можна, наприклад, живити паяльник низьковольтний. Необхідно лише, щоб напруга та струм не перевищували максимально допустимих значень у застосованих тиристорів.
Регулюють потужність навантаження кнопками SB1 і SB2. Короткий натиск на одну з кнопок збільшить її або зменшить на один крок, а при утриманні кнопки відбувається монотонна зміна потужності. Одночасне натискання двох кнопок призводить до вимкнення навантаження, якщо до цього воно було включене або включає максимальну потужність, якщо навантаження було вимкнено. Значення потужності навантаження виводять на світлодіодні семіелементні індикатори HG1-HG3. Для зменшення кількості елементів застосовано динамічну індикацію, реалізовану програмно. Катоди індикаторів підключені до портів мікроконтролера, аноди включають транзистори VT3 та VT4. якими керують сигнали сканування індикаторів. У старшому розряді можливе індикування лише одиниці, тому елементи і С через резистори підключені до одного порту, а аноди індикаторів HG1 і HG2 об'єднані. Імпульсний струм елементів обмежений резисторами R10-R18 на рівні приблизно 15мА, що менше максимально допустимого струму для портів (20 мА). але достатньо отримання необхідної яскравості. Вбудований в мікроконтролер аналоговий компаратор здійснює прив'язку до моментів переходу напруги через нуль. На його входи через обмежувачі VD5R2 та VD6R3 надходить змінна напруга з вторинної обмотки трансформатора живлення. Роль обмежувача для негативного напівперіоду напруги мережі виконують діоди випрямного моста. Перемикання компаратора відбувається в моменти переходу напруги через нуль. Вихід компаратора опитується програмно, і як тільки буде виявлено зміну його стану, на виході керування тиристорами (порт мікроконтролера Р3.2) з'являється сигнал, що управляє, на їх включення. У разі коли поточний напівперіод підлягає пропуску, цього сигналу не буде. Потім на 4 мс вмикається індикатор HG3. Саме тоді відбувається перевірка замкнутого стану кнопок и. якщо потрібно, змінюється значення поточної потужності. Після цього знімають напругу, що управляє, з тиристорів і на 4 мс включають індикатори HG1 і HG2. Далі протягом 4 мс очікується нова зміна стану компаратора. Сигнал з порту Р3.2 надходить на комутатор, виконаний на транзисторах VT1 і VT2, який служить для управління діодами випромінюючими оптотиристорів. Для комутації навантаження використовуються два оптотиристори, включені зустрічно-паралельно. Їхні випромінюючі діоди з'єднані послідовно. Струм випромінюючих діодів приблизно 100 мА - задає резистор R1. Регулятор може працювати у двох режимах із різним кроком регулювання потужності. Режим роботи вибирають запаюваною перемичкою S1. Її положення мікроконтролер опитує відразу після скидання. У положенні 1, показаному на схемі, крок регулювання потужності - 1%. При цьому на індикаторі відображаються числа від 0 (0 %) до 100 (100 %). У положенні 2 крок дорівнює 10%. На індикатор відображаються числа від 0 (0 %) до 10 (100 %). Вибір десяти градацій як 2 обумовлений тем. що у деяких випадках (наприклад, керування електроплитою) малий крок регулювання потужності не потрібен. Якщо регулятор планують використовувати лише в такому режимі, індикатор HG1 та резистори R17, R18 можна не встановлювати. Власне кажучи, пристрій дозволяє довільно задати кількість градацій потужності кожного режиму. Необхідно лише в код програми за адресою 0005Н занести бажане значення градацій для режиму 1. а за адресою 000ВН – для режиму 2. Потрібно лише пам'ятати, що максимальна кількість градацій у режимі 1 має бути не більше 127, а в режимі 2 – не більше 99 , оскільки у цьому режимі індикація сотень неможлива. Якщо струм навантаження не перевищує 2 А. оптотиристор можна використовувати без тепловідводів. При більшому струмі їх встановлюють тепловідведення площею 50...80 см'. Коли навантаження живлять напругою менше 50 В. оптотиристор може бути будь-якого класу (за напругою). При роботі з мережевою напругою клас оптотиристорів повинен бути не нижче 6. Трансформатор живлення - будь-який малопотужний з напругою на вторинній обмотці 8...10 В і допустимим струмом не менше 200 мА. Діоди FR157 (VD1-VD4) заміняються на КД208 КД209 або випрямний міст КЦ405 з будь-яким буквеним індексом. Мікросхема стабілізатора DA1 7805 (вітчизняний аналог КР142ЕН5А, КР1180ЕН5) додаткового тепловідведення не вимагає. Транзистори VT2-VT4 – будь-які малопотужні структури pn-р. Замість VT1 застосовуються транзистори КТ815, КТ817 з будь-яким буквеним індексом. Однак, при цьому необхідно підібрати резистор R5. Діоди VD5. VD6 - будь-які кремнієві малопотужні, наприклад КД521, КД522. Кнопки SB1 та SB2 – будь-які малогабаритні без фіксації, наприклад, ПКн-159. Індикатори HG1 - HG3 -будь-які семіелементні із загальним анодом, необхідної яскравості світіння. Конденсатори С1. C3, С6 – будь-які оксидні, інші – керамічні. Резистор R1 - МЛТ-0,5, решта -МЛТ-0.125. Ще зручніше застосувати резистори для поверхневого монтажу, наприклад. РН1-12. Регулятор налагодження не потребує, якщо зібраний із свідомо справних деталей, а мікроконтролер запрограмований без помилок. Бажано все ж таки перевірити правильність прив'язки до частоти мережної напруги. Для цього слід засинхронізувати осцилограф мережевою напругою та переконатися, що імпульси сканування дисплея (сигнали RXD та ТХО мікроконтролера) синхронні з мережею та мають подвоєну мережеву частоту. Буває, що при підключенні навантаження через перешкоди синхронність порушується. У цьому випадку необхідно між входами компаратора (висновки 12, мікроконтролера 13) включити конденсатор ємністю 1000-4700 пф. Коди програми мікроконтролера наведено у табл. 1.
При кроці регулювання 1% нестабільність напруги є основним джерелом похибки установки потужності. Якщо навантаження гальванічно не пов'язане з мережею, нескладно виміряти середнє значення прикладеного до навантаження напруги та за допомогою ланцюга зворотного зв'язку підтримувати його постійним. Цей принцип і реалізовано у другому регуляторі. Функціональна схема пристрою наведено на рис. 3.
Для роботи в режимі автоматичного регулювання використовують два Брезенхемівські модулятори (Мод. 1 і Мод. 2), які реалізовані програмно. На вхід першого надходить код необхідної потужності, який задають кнопками управління. На виході формується імпульсна послідовність, яку через фільтр нижніх частот (Z1) подають на інвертуючий вхід компаратора. На його неінвертуючий вхід після фільтра нижніх частот (Z2) надходить напруга, що знімається з навантаження. З виходу компаратора однобітний сигнал помилки подають на вхід мікроконтролера, де його цифрові фільтрації. Оскільки цифровий фільтр (ЦФ) працює синхронно з модуляторами, забезпечується ефективне придушення пульсацій на частоті повторення вихідних імпульсних послідовностей та її гармоніках. З виходу цифрового фільтра восьмибітний сигнал помилки надходить на регулятор, що інтегрує (ІР). Для підвищення точності інтегруючий регулятор працює у шістнадцятирозрядній сітці. Молодші вісім біт вихідного коду регулятора надходять на вхід Модулятор Мод. 2, на виході якого формується імпульсна послідовність, що надходить на керування тиристорами. Такий регулятор схемотехнічно дуже нагадує описаний вище, тому має сенс зупинитися лише з його відмінностях. На рис. 4 показана частина схеми, що відрізняється. Інші висновки мікроконтролера DD1 на схемі не показані. Вони підключені так само. як на рис. 2.
Оскільки наявних портів введення-виведення мікроконтролера виявилося недостатньо, довелося відмовитися від використання вбудованого компаратора. Замість нього в регуляторі застосовано здвоєний компаратор DA2. На одному (DA2.1) зібрано вузол прив'язки до моментів переходу через нуль напруги. Через особливості мікросхеми LM393 до цього вузол довелося додати резистор R19, який з резисторами R2 і R3 (див. рис. 2) утворює дільник напруги, що зменшує напругу негативної полярності на входах компаратора. Сигнал (меандр мережевої частоти) з виходу компаратора надходить на вхід Р3.2 мікроконтролера. Другий компаратор (DA2.2) застосовується в ланцюзі зворотного зв'язку. Однобітний сигнал помилки надходить на вхід мікроконтролера Р3.5. На входах компаратора встановлено ФНЧ. утворені елементами R23, С7 та R24, С8. Сигнал із виходу модулятора (виведення порту Р3.4 мікроконтролера) надходить на вхід ФНЧ через дільник R22R26. який необхідний тому, що компаратор не може працювати з вхідною напругою, близькою до напруги живлення. Амплітуда імпульсів після дільника – близько 3,5 В. Стабільність амплітуди визначається стабільністю напруги живлення +5 В, яка використана як зразкова. Напруга, що знімається з навантаження, надходить на вхід іншого ФНЧ через дільник R20R21. Його обирають так. щоб при номінальній напрузі мережі та потужності у навантаженні 100% напруга на виході ФНЧ становила 3,5 В. Сигнал з виходу мікроконтролера РЗ.З подають на транзисторний комутатор, що керує оптотиристорами. Мережевий трансформатор має додаткову обмотку (111), до якої підключений випрямляч, що керується, утворений оптотиристорами VS1. VS2 та діодною збіркою VD7. від якого живлять навантаження. Кнопки керування для економії портів мікроконтролера підключені інакше, ніж у попередньому пристрої. У циклі роботи регулятора є проміжок, коли індикатори вимкнені. В цей час виявилося можливим провести сканування кнопок по лініях керування індикаторами. Таким чином, три кнопки використовують додатково лише одну лінію: це лінія повернення, підключена до виведення порту Р3.7. Третя кнопка знадобилася для режиму "Автомат". Відразу після увімкнення пристрій знаходиться в режимі ручного керування, тобто функціонально відповідає регулятору, описаному вище. Для ввімкнення автоматичного регулювання потрібно одночасно натиснути на кнопки "Автомат" та "+". При цьому спалахує світлодіод HL1 "Автомат". У такому режимі регулятор автоматично підтримує встановлену потужність. Якщо тепер натиснути та утримувати кнопку "Автомат", то на індикаторах можна переглянути поточний стан регулятора. Коли мережна напруга зменшилася настільки, що підтримувати потужність немає можливості, світлодіод "Автомат" починає блимати. Вимкнути режим автоматичного регулювання можна одночасним натисканням на кнопки "Автомат" та "-". Коди прошивки програми мікроконтролера цього регулятора наведено у табл. 2.
При струмі навантаження більше 2 А оптотирори слід встановити на тепловідведення. Тепловідвідна пластина корпусу оптотиристора з'єднана з анодом, тому в пристрої можна монтувати прилади на один телотвод. На місці VD7 бажано застосувати складання діодів Шоттки (або два окремі діоди Шоттки. наприклад. КД2998А). В крайньому випадку можна використовувати звичайні діоди, розраховані на необхідний струм навантаження. Хороші результати можна отримати із діодами серій КД2997. КД2999. КД213. Компаратор LM393 випускає ПЗ "Інтеграл" під позначенням IL393. Можна застосувати і два окремі компаратори, наприклад, LM311. Замість транзистора КП505А можна застосувати біполярний транзистор серій КТ815, КТ817, включивши в ланцюг колектора транзистора VT2 резистор опором 1 кОм. До решти деталей вимоги ті самі. що й для регулятора, описаного вище. При налагодженні регулятора до нього підключають навантаження і подають номінальну напругу мережі (наприклад, за допомогою ЛАТРа). Потім встановлюючи максимальну потужність (100%). Підстроювальним резистором R21 домагаються, щоб різниця напруги на входах компаратора 0А2.2 була близька до нуля. Після цього зменшують потужність до 90% та включають режим "Автомат". Підстроюванням резистора R21 домагаються збіги (з точністю ± 1) встановленої потужності та показань індикаторів у режимі контролю стану регулятора (при натиснутій кнопці "Автомат"). література
Автор: Л.Рідіко, м.Мінськ, Білорусь
Застигання сипких речовин
30.04.2024 Імплантований стимулятор мозку
30.04.2024 Сприйняття часу залежить від того, на що людина дивиться
29.04.2024
▪ Вуличні ліхтарі Тайбея оснастять розумними світлодіодними лампами ▪ Швидкий SSD SanDisk з інтерфейсом USB 3.1 Type-C ▪ Озеленення міст захистить від глобального потепління ▪ Зайняті жінки зберігають своє здоров'я
▪ Розділ сайту Електромонтажні роботи. Добірка статей ▪ стаття Жа Жа Габор. Знамениті афоризми ▪ стаття Коли швидше росте волосся? Детальна відповідь ▪ стаття Обмотувач елементів електричних машин. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Папір. Прості рецепти та поради ▪ стаття КВ конвертор для УКХ приймача Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page