|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Zwei Mikrocontroller-Leistungsregler. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Mikrocontroller Zur Steuerung von Trägheitslasten werden häufig Thyristor-Leistungsregler eingesetzt, die nach dem Prinzip arbeiten, die Last mit mehreren Halbwellen Netzspannung und anschließender Pause zu versorgen. Der Vorteil solcher Regler besteht darin, dass die Schaltzeitpunkte der Thyristoren mit den Zeitpunkten des Nulldurchgangs der Netzspannung zusammenfallen und so die Funkstörung stark reduziert wird. Darüber hinaus enthält ein solcher Regler im Gegensatz zu einem phasengesteuerten Regler keine analogen Schwellenwertelemente, was die Betriebsstabilität erhöht und die Konfiguration vereinfacht. Da die Lastumschaltung nur erfolgt, wenn die Netzspannung den Nulldurchgang durchläuft, entspricht der Mindestanteil der der Last zugeführten Energie der Energie, die die Last in einem Halbzyklus verbraucht. Um den Leistungssteuerungsschritt zu reduzieren, ist es daher notwendig, die sich wiederholende Folge von Halbzyklen zu verlängern. Um beispielsweise einen Schritt von 10 % zu erhalten, ist eine Wiederholungssequenzlänge von 10 Halbzyklen erforderlich. In Abb. In Abb. 1 (A) zeigt die Impulsfolge an der Steuerelektrode des Thyristors bei einer Leistungsbelastung von 30 %. Wie Sie sehen können, ist der Thyristor während der ersten drei Halbzyklen geöffnet und während der nächsten sieben geschlossen. Diese Sequenz wird dann wiederholt. Die Schaltfrequenz eines solchen Reglers beträgt für jede Leistung unter 100 % 1/10 der Halbwellenfrequenz. Viel logischer wäre es, die Halbzyklen, in denen der Thyristor geöffnet ist, gleichmäßig über die Sequenz zu verteilen. Im allgemeinen Fall wird das Problem der gleichmäßigen Verteilung einer beliebigen Anzahl von Impulsen N in einer Folge der Länge M (für N kleiner oder gleich M) durch den Bresenham-Algorithmus gelöst, der normalerweise in Rastergrafiken zur Konstruktion geneigter Segmente verwendet wird . Dieser Algorithmus wird mithilfe der Ganzzahlarithmetik implementiert, was seine Programmierung erheblich vereinfacht. In Abb. Abbildung 1 (B) zeigt die Sequenz für die gleiche Potenz von 30 %, jedoch unter Verwendung des Bresenham-Algorithmus.
Im letzteren Fall ist die Schaltfrequenz dreimal höher. Es ist zu beachten, dass die Verstärkung bei kleinen Leistungsanpassungsschritten stärker spürbar ist. Bei einem Schritt von 1 % beträgt die Verstärkung beispielsweise bei gleicher Leistung von 30 % das 30-fache.
Basis des Leistungsreglers (siehe Abb. 2) ist der U1-Mikrocontroller Typ AT89C2051 von ATMEL. Zur Stromversorgung des Reglerkreises wird ein Niederleistungstransformator T1 verwendet, der zusammen mit der Verwendung von Optothyristoren für eine galvanische Trennung vom Netz sorgt. Dadurch wird das Gerät elektrisch sicherer. Eine weitere nützliche Eigenschaft des Reglers besteht darin, dass er mit Lasten verwendet werden kann, die für unterschiedliche Betriebsspannungen ausgelegt sind. Dazu genügt es, über einen zusätzlichen Transformator die erforderliche Spannung an den Thyristoreingang anzulegen. Beispielsweise kann der Regler zur Stromversorgung eines Niederspannungs-Lötkolbens verwendet werden. Es ist lediglich erforderlich, dass Spannung und Strom die für die verwendeten Thyristoren maximal zulässigen Werte nicht überschreiten. Die Anpassung der Lastleistung erfolgt über die Tasten SB1 und SB2. Durch kurzes Drücken einer der Tasten ändert sich die Leistung um eine Stufe. Wenn Sie die Taste gedrückt halten, erfolgt eine monotone Leistungsänderung. Durch gleichzeitiges Drücken zweier Tasten wird die Last ausgeschaltet, wenn sie zuvor eingeschaltet war, oder die maximale Leistung eingeschaltet, wenn die Last ausgeschaltet war. Zur Anzeige der Leistung in der Last werden Siebensegment-LED-Anzeigen HG1 - HG3 verwendet. Um die Anzahl der Elemente zu reduzieren, wird eine dynamische Anzeige verwendet, die in Software implementiert ist. Der im Mikrocontroller eingebaute Analogkomparator bindet an die Netzspannung. Seine Eingänge erhalten über die Begrenzer R17, R18, VD1, VD2 Wechselspannung von der Sekundärwicklung des Leistungstransformators. Die Rolle eines Begrenzers für negative Polarität übernehmen Dioden der Gleichrichterbrücke. Der Komparator stellt das Vorzeichen der Netzspannung wieder her. Die Komparatorumschaltung erfolgt, wenn die Netzspannung den Nulldurchgang durchläuft. Der Komparatorausgang wird per Software abgefragt und sobald eine Zustandsänderung erkannt wird, wird ein Steuerpegel an den Thyristor-Steuerausgang (Mikrocontroller-Port INT0) ausgegeben, um die Thyristoren einzuschalten. Soll die aktuelle Halbwelle übersprungen werden, wird die Steuerstufe nicht ausgegeben. Dann leuchtet die HG4-Anzeige für 3 ms auf. Zu diesem Zeitpunkt werden die Tastendrücke überprüft und ggf. der aktuelle Leistungswert geändert. Dann wird die Steuerspannung von den Thyristoren entfernt und die Anzeigen HG4 und HG1 schalten sich für 2 ms ein. Danach wird innerhalb von 4 ms mit einer erneuten Zustandsänderung des Komparators gerechnet. Wenn keine Änderung auftritt, beginnt das System den Zyklus dennoch, ohne an das Netzwerk gebunden zu sein. Nur in diesem Fall öffnen die Thyristoren nicht. Dies geschieht, damit die Anzeige auch ohne Impulse zur Anpassung an die Netzfrequenz normal funktioniert. Dieser Betriebsalgorithmus bringt jedoch einige Einschränkungen für die Netzfrequenz mit sich: Sie darf eine Abweichung von 50 Hz von nicht mehr als 20 % aufweisen. In der Praxis ist die Netzfrequenzabweichung deutlich geringer. Das Signal vom Port INT0 geht an einen Schalter aus den Transistoren VT3 und VT4, der zur Steuerung der LEDs von Optothyristoren dient. Wenn das RESET-Signal des Mikrocontrollers aktiv ist, liegt am Port ein logischer Eins-Pegel an. Als aktives Niveau wird daher Null gewählt. Zum Schalten der Last werden zwei Optothyristoren verwendet, die Rücken an Rücken geschaltet sind. Die Optothyristor-LEDs sind in Reihe geschaltet. Der LED-Strom wird durch den Widerstand R16 eingestellt und beträgt ca. 100 mA. Der Regler kann in zwei Modi mit unterschiedlichen Leistungsanpassungsschritten arbeiten. Die Betriebsart wird über den Jumper JP1 ausgewählt. Der Status dieses Jumpers wird sofort nach dem Zurücksetzen des Mikrocontrollers abgefragt. Im Modus 1 beträgt der Leistungsanpassungsschritt 1 %. In diesem Fall zeigt der Indikator Zahlen von 0 (0 %) bis 100 (100 %) an. Im Modus 2 beträgt der Leistungsanpassungsschritt 10 %. In diesem Fall zeigt der Indikator Zahlen von 0 (0 %) bis 10 (100 %) an. Die Wahl der Abstufungszahl 10 im Modus 2 ist darauf zurückzuführen, dass in manchen Fällen (z. B. bei der Steuerung eines Elektroherds) ein kleiner Schritt der Leistungsanpassung nicht erforderlich ist. Wenn der Regler nur im Modus 2 verwendet werden soll, können die Anzeige HG1 und die Widerstände R8, R9 nicht installiert werden. Im Allgemeinen können Sie mit dem Regler die Anzahl der Leistungsstufen für jeden Modus beliebig einstellen. Dazu müssen Sie im Programmcode unter Adresse 0005H den gewünschten Wert der Abstufungen für Modus 1 und für Modus 000 unter Adresse 2BH eingeben. Sie müssen nur bedenken, dass die maximale Anzahl an Abstufungen im Modus 1 nicht mehr betragen sollte als 127 und im Modus 2 nicht mehr als 99, da in diesem Modus keine Hunderteranzeige möglich ist. Bei einem Laststrom von bis zu 2 A können Optothyristoren ohne Strahler eingesetzt werden. Bei höheren Lastströmen müssen Optothyristoren auf Kühlkörpern mit einer Fläche von 50 – 80 cm eingebaut werden2. Bei Verwendung eines Reglers mit einer Spannung von weniger als 50 V können Optothyristoren jeder Spannungsklasse angehören. Beim Betrieb mit Netzspannung muss die Klasse der Optothyristoren mindestens 6 betragen. Als Leistung kann jeder Kleinleistungstransformator mit einer Sekundärwicklungsspannung von 8 - 10 V (AC) und einem zulässigen Laststrom von mindestens 200 mA verwendet werden Transformator. Die Dioden VD3 - VD6 können durch die Dioden KD208, KD209 oder die Gleichrichterbrücke KTs405 mit einem beliebigen Buchstaben ersetzt werden. Der Stabilisatorchip U2 Typ 7805 (inländisches Analogon KR142EN5A, KR1180EN5) benötigt keinen Strahler. Transistoren VT1 - VT3 - jeder PNP mit geringer Leistung. Der Transistor VT4 kann durch die Transistoren KT815, KT817 mit einem beliebigen Buchstaben ersetzt werden. Dioden VD1, VD2 – jedes Silizium mit geringer Leistung, zum Beispiel KD521, KD522. Tasten SB1 und SB2 – alle kleinen ohne Verriegelung, zum Beispiel PKN-159. Indikatoren HG1 – HG3 – beliebige Sieben-Segment-Anzeigen mit gemeinsamer Anode. Es ist nur wünschenswert, dass sie über eine ausreichende Helligkeit verfügen. Kondensatoren C3, C4, C6 – alle Elektrolytkondensatoren. Die restlichen Kondensatoren sind aus Keramik. Widerstand R16 ist MLT-0,5, der Rest ist MLT-0,125. Noch praktischer ist die Verwendung von SMD-Widerständen, zum Beispiel P1-12. Der U1-Chip ist auf dem Sockel verbaut. Wenn der Regler aus wartungsfähigen Teilen zusammengesetzt ist und der Mikrocontroller fehlerfrei programmiert ist, muss der Regler nicht angepasst werden. Es empfiehlt sich lediglich, die Richtigkeit der Verbindung zur Netzfrequenz zu überprüfen. Dazu müssen Sie das Oszilloskop mit der Netzspannung synchronisieren und sicherstellen, dass die Anzeige-Abtastimpulse (an den RXD- und TXD-Pins des Mikrocontrollers) synchron zum Netzwerk sind und die doppelte Netzfrequenz haben. Wenn beim Anschließen einer Last die Synchronisation aufgrund von Störungen gestört wird, muss zwischen den Eingängen des Komparators (Pins 12, 13 des Mikrocontrollers) ein Kondensator mit einer Kapazität von 1 - 4,7 nf angeschlossen werden. Sie können die Software herunterladen: Die Datei pwr100.bin (366 Byte) enthält die ROM-Firmware, die Datei pwr100.asm (7,106 Byte) enthält den Quelltext. Die für die Übersetzung mit TASM 2.76 erforderlichen Bibliotheken befinden sich im lib.zip-Archiv (2,575 Byte). Bei einem Leistungsregelschritt von 1 % ist die Instabilität der Netzspannung die Hauptursache für Leistungseinstellungsfehler. Wenn die Last nicht galvanisch mit dem Netzwerk verbunden ist, ist es einfach, den Durchschnittswert der an der Last anliegenden Spannung zu messen und ihn mithilfe einer Rückkopplungsschaltung konstant zu halten. Dieses Prinzip wird im zweiten Regler umgesetzt. Das Blockschaltbild des Geräts ist in Abb. dargestellt. 3.
Für den Betrieb im automatischen Steuermodus werden zwei Bresenham-Modulatoren Br verwendet. Maud. 1 und Br. Maud. 2, die in Software implementiert sind. Am Eingang des Modulators Br. Maud. 1 wird der erforderliche Leistungscode empfangen, der über die Bedientasten eingestellt wird. Am Ausgang dieses Modulators entsteht eine Impulsfolge, die nach Filterung durch den Tiefpass 1 einem der Eingänge des Komparators zugeführt wird. Die der Last entnommene Spannung wird über den Tiefpassfilter LPF 2 dem zweiten Eingang des Komparators zugeführt. Vom Ausgang des Komparators wird ein Ein-Bit-Fehlersignal an den Eingang des Mikrocontrollers gesendet, wo es digital gefiltert wird. Da das digitale Filter DF synchron zu den Modulatoren arbeitet, ist eine wirksame Welligkeitsunterdrückung bei der Wiederholfrequenz der Ausgangsimpulsfolgen und bei den Harmonischen dieser Frequenz gewährleistet. Vom Ausgang des digitalen Filters wird ein 8-Bit-Fehlersignal an den integrierenden Regler IR gesendet. Um die Genauigkeit zu verbessern, arbeitet der integrierende Controller mit einem 16-Bit-Raster. Die unteren 8 Bits des Controller-Ausgangscodes werden an den Eingang des Br-Modulators gesendet. Maud. 2, an dessen Ausgang eine Impulsfolge zur Ansteuerung der Thyristoren entsteht. Das schematische Diagramm des zweiten Reglers ist in Abb. dargestellt. 4.
Dieser Regler ist in seiner Schaltung dem oben beschriebenen sehr ähnlich, daher ist es sinnvoll, nur auf seine Unterschiede einzugehen. Da die verfügbaren I/O-Ports des Mikrocontrollers nicht ausreichten, mussten wir auf die Verwendung des eingebauten Komparators verzichten. Der Regler verwendet einen Doppelkomparator U2 vom Typ LM393. Die erste Hälfte des Komparators dient der Anbindung an die Netzspannung. Aufgrund der Eigenschaften von LM393 war es notwendig, der Bindungsschaltung den Widerstand R27 hinzuzufügen, der zusammen mit R14, R15 einen Spannungsteiler bildet, der die negative Spannung an den Komparatoreingängen reduziert. Die Rechteckwelle der Netzfrequenz vom Ausgang des Komparators wird dem Eingang des Mikrocontrollers INT0 zugeführt. Die zweite Hälfte des Komparators wird in der Rückkopplungsschleife verwendet. Ein Ein-Bit-Fehlersignal wird an den Eingang des Mikrocontrollers T1 gesendet. An den Komparatoreingängen sind Tiefpassfilter installiert, die aus den Elementen R16, C7 und R17, C8 bestehen. Das Signal vom Ausgang des Modulators (Pin T0 des Mikrocontrollers) wird über den Teiler R18, R19 dem Eingang des Tiefpassfilters zugeführt. Der Teiler ist notwendig, da der Komparator nicht mit Eingangsspannungen nahe der Versorgungsspannung arbeiten kann. Nach dem Teiler haben die Impulse eine Amplitude von etwa 3,5 V. Die Stabilität der Amplitude wird durch die Stabilität der +5 V-Versorgungsspannung bestimmt, die als Referenz dient. Die der Last entnommene Spannung wird dem Eingang eines weiteren Tiefpassfilters zugeführt, ebenfalls über einen Teiler, der aus den Widerständen R20, R21 besteht. Dieser Teiler ist so gewählt, dass bei Nennnetzspannung und 100 % Lastleistung die Spannung am Tiefpassfilterausgang 3,5 V beträgt. Das Signal vom Ausgang des INT1-Mikrocontrollers wird über einen Transistorschalter zur Steuerung gesendet die Thyristoren. Die Optothyristoren V1 und V2 bilden zusammen mit der Diodenbaugruppe VD11 einen gesteuerten Gleichrichter, der die Last versorgt. Steuertasten sind unterschiedlich enthalten, um Mikrocontroller-Ports zu sparen. Wenn die Anzeigen ausgeschaltet sind, gibt es eine Lücke im Betriebszyklus des Reglers. Zu diesem Zeitpunkt war es möglich, die Tasten mithilfe der Linien dieser Indikatoren zu scannen. Somit nutzen die drei Tasten zusätzlich nur eine Leitung: Dies ist die Rückleitung P3.7. Die dritte Taste wurde benötigt, um den „AUTO“-Modus zu steuern. Unmittelbar nach dem Einschalten befindet sich der Regler im Handbetrieb, d.h. entspricht funktionell dem oben beschriebenen Controller. Um den automatischen Steuermodus einzuschalten, müssen Sie gleichzeitig die Tasten „AUTO“ und „UP“ drücken. Die „AUTO“-LED leuchtet. In diesem Modus hält der Regler automatisch die eingestellte Leistung aufrecht. Wenn Sie nun die „AUTO“-Taste gedrückt halten, können Sie auf den Anzeigen den aktuellen Status des Reglers sehen (der Prozentsatz der Ausgangsleistung, der sich bei Schwankungen der Netzspannung ändert, sodass die Leistung unverändert bleibt). Wenn die Netzspannung so stark abgefallen ist, dass eine Aufrechterhaltung der Stromversorgung nicht mehr möglich ist, beginnt die LED „AUTO“ zu blinken. Sie können den automatischen Steuermodus ausschalten, indem Sie gleichzeitig die Tasten „AUTO“ und „DOWN“ drücken. Bei einem Laststrom von mehr als 2 A müssen Optothyristoren auf einem Kühlkörper installiert werden. Die Sockel der Optothyristoren sind mit den Anoden verbunden, sodass die Geräte in diesem Stromkreis auf einem gemeinsamen Strahler montiert werden können, der mit dem gemeinsamen Draht des Geräts verbunden ist. Als VD11 empfiehlt es sich, eine Anordnung aus Schottky-Dioden (oder zwei separate Schottky-Dioden, zum Beispiel KD2998) zu verwenden. Als letzten Ausweg können Sie herkömmliche Dioden verwenden, die den erforderlichen Laststrom ermöglichen. Gute Ergebnisse können mit KD2997, KD2999, KD213 erzielt werden. Der Komparator LM393 wird von Integral Software unter der Bezeichnung IL393 hergestellt. Sie können auch zwei separate Komparatoren verwenden, zum Beispiel LM311 (auch bekannt als KR554CA3). Anstelle des KP505A-Transistors (hergestellt im Transistorwerk Minsk) können Sie den Bipolartransistor KT815, KT817 verwenden, indem Sie einen 1-Kom-Widerstand in Reihe zum VT3-Kollektorkreis hinzufügen. Die Anforderungen an andere Teile sind dieselben wie für den oben beschriebenen Regler. Um den Regler zu konfigurieren, müssen Sie eine Last daran anschließen und die Nennnetzspannung anlegen (z. B. mit LATR). Dann müssen Sie die maximale Leistung (100 %) einstellen. Mit dem Trimmwiderstand R21 muss eine Spannungsdifferenz an den Eingängen 5 und 6 des Komparators U2B nahe Null erreicht werden. Danach müssen Sie die Leistung auf 90 % reduzieren und den „AUTO“-Modus aktivieren. Durch die Einstellung von R21 muss eine Übereinstimmung (mit einer Genauigkeit von ±1 Einheit) der installierten Leistung und der Anzeigewerte im Steuermodus des Reglerzustands (bei gedrückter „AUTO“-Taste) erreicht werden. Sie können die Software herunterladen: Die Datei pwr100a.bin (554 Byte) enthält die ROM-Firmware, die Datei pwr100a.asm (10,083 Byte) enthält den Quelltext. Die für die Übersetzung mit TASM 2.76 erforderlichen Bibliotheken befinden sich im lib.zip-Archiv (2,575 Byte). Dateien herunterladen. Autor: Leonid Ivanovich Ridiko, wubblick@yahoo.com; Veröffentlichung: cxem.net
Eine neue Möglichkeit, optische Signale zu steuern und zu manipulieren
05.05.2024 Primium Seneca-Tastatur
05.05.2024 Das höchste astronomische Observatorium der Welt wurde eröffnet
04.05.2024
▪ Sonnenkollektoren aus pflanzlicher Biomasse ▪ Prototyp einer intelligenten Brille mit Autofokus ▪ Neuer Miniatur-PWM-Controller
▪ Site-Bereich Digitale Technologie. Artikelauswahl ▪ Artikel Wirf einen Stein. Populärer Ausdruck ▪ Artikel Welche Farbe hatten Robin Hoods Strumpfhosen? Ausführliche Antwort ▪ Artikel Physiotherapeut. Jobbeschreibung ▪ Artikel Invertzucker. Einfache Rezepte und Tipps
Startseite | Bibliothek | Artikel | Sitemap | Site-Überprüfungen
www.diagramm.com.ua |
Siehe andere Artikel Abschnitt 
Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:
Alle Sprachen dieser Seite