РЕАЛИЗАЦИЯ СЕТЕВОГО РЕГУЛЯТОРА МОЩНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ AVR МК НА ОСНОВЕ ФАЗОВОГО МЕТОДА И МЕТОДА БРЕЗЕНХЕМА Черных А.А.

НИ Томский политехнический университет


Номер: 8-1
Год: 2014
Страницы: 17-20
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

симистор, оптосимистор, оптрон, микроконтроллер, triac, optosimistor, optocoupler, microcontroller

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Статья посвящена реализации сетевого регулятора мощности под микроконтроллерным управлением, и написания программ для апробации прибора с применением фазового метода управления и метода Брезенхема. Применение данного устройства с реализованными методами регулировки возможно в производстве и бытовых приборах.

Текст научной статьи

Введение На производстве (в системах автоматизированного управления), в быту зачастую необходимо использовать регулировку мощности, подаваемую на нагрузку. Как правило, нагрузка работает от сети переменного тока. Поэтому задача несколько усложняется, в сравнении с регулировкой мощности нагрузки, работающей на постоянном напряжении. В случае работы нагрузки на постоянном напряжении применяют широтноимпульсную модуляцию (ШИМ), и изменяя скважность соответственно изменяется и мощность, подаваемая на нагрузку. Если использовать управление с помощью ШИМ для регулировки мощности в сети переменного тока, ключ через который регулируем сигнал (например, симистор) будет открываться и пропускать в нагрузку части синусоиды, имеющие разную мощность. Элементная база и сборка регулятора Рис.1. Электрическая принципиальная схема регулятора Для реализации данного проекта были использованы: Pinboard на AVR микроконтроллере ATmega16, симистор Philips BT138 12А, диодный мост DB105, оптосимистор MOC3022, оптопара PC817, сопротивления 220 Ом - 10 кОм, потенциометр 5 кОм. Подключение элементов показано на рис.1. Принцип работы устройства Данный регулятор предназначен для работы с активной нагрузкой, подключаемой к сети напряжением 220 В. Для определения начало каждой полуволны используется оптопара. Таким образом, на выходе детектора нуля получаем короткие положительные импульсы в момент, когда напряжение в сети проходит через 0. Сигнал с детектора нуля подключен на вход внешнего прерывания МК, чтобы определять начало новой полуволны и открывать симистор на необходимое время или на определенное количество полупериодов. Для отпирания симистора на его управляющий электрод подаётся напряжение через оптосимистор относительно условного катода. Фазовый метод При фазовом методе, изменяя значение задержки таймера посредством АЦП микроконтроллера (в нашем случае потенциометром), соответственно изменяем задержку открытия симистора после начала полуволны. Чем больше задержка, тем меньшая часть полуволны будет пропущена на нагрузку и соответственно получаем меньшую мощность, и наоборот. Зная частоту тактирования микроконтроллера, рассчитана задержка. При частоте сетевого напряжения 50 Гц время полупериода составит 0,01 секунды. То есть, если симистор открыт через 0,003 сек, будет пропущено приблизительно 2/3 полуволны, и мощность составит 70%. Если симистор будет открыт без задержки, то пропущена вся полуволна, и выходная мощность составит 100%. Была реализована программа с применением фазового метода управления нагрузкой. Программирование осуществлялось на языке С++ в среде CodeVisionAVR. Показания с осциллографа на нагрузке приведены на рисунке 2. Рис.2. Регулировка мощности фазовым методом Расчет задержки на открытие симистора Так как функция напряжения не линейная, то есть площадь под синусоидой при одном и том же интервале времени будет разной, соответственно и мощность будет разная. Поэтому задержка была рассчитана с учетом нелинейности напряжения. На рисунке 3 показана синусоида сети и интервалы задержки, рассчитанные в таблице 1. Показаны первые пять из ста (в процентах) значений задержки. Рис.3. Регулировка фазовым методом Таблица 1 Расчет задержек на открытие симистора Номер точки полуволны Время в микросекундах Синус точки 0 0 0 1 638 0,199 2 903 0,279 3 1108 0,341 4 1282 0,391 5 1436 0,435 Метод Брезенхема Существует также метод регулировки мощности, основанный на принципе подачи на нагрузку нескольких полупериодов сетевого напряжения с последующей паузой (Рис.4). Моменты коммутации симистора совпадают с моментами перехода сетевого напряжения через ноль, поэтому уровень радиопомех резко снижен. Применение микроконтроллера позволило использовать для равномерного распределения импульсов алгоритм Брезенхема. Однако наблюдается пониженная частота коммутации тока в нагрузке в сравнении с фазовым управлением. Предпочтителен для управления нагрузкой большой мощности (от 1 кВт). Была реализована программа, и также как и в фазовом методе по АЦП изменялось количество пропущенных полупериодов. Был выбран диапазон пропускание от каждой полуволны до пропускания одной полуволны к десяти. На рисунке 4 показаны изображения с осциллографа реализации регулятора методом Брезенхема. Рис.4. Регулировка мощности методом Брезенхема Заключение Регулятор универсален, что дает возможность применить его как в быту, так и в промышленности. Наличие микроконтроллерного управления позволяет быстро перенастроить систему, что обуславливает гибкость устройства. Два алгоритма управления позволят применять регулятор в широких диапазонах мощностей.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.