Автономные инверторы с цифровым управлением

Ващенко А.Ю., Козлитин Л.С.

АВТОНОМНЫЕ ИНВЕРТОРЫ С ЦИФРОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Инверторами напряжения называются автономные преобразователи, в которых переменное напряжение на нагрузке образуется в результате её периодического подключения с помощью ключей к источнику постоянного напряжения, причем с помощью ключей обеспечивается чередующаяся полярность импульсов напряжения на нагрузке. Коммутации вентилей в автономных инверторах осуществляются благодаря применению полностью управляемых вентилей или устройств искусственной коммутации. При этом частота напряжения на выходе автономного инвертора определяется частотой управления, а величина напряжения - параметрами нагрузки и системой регулирования.

На рисунке 1 приведена схема однофазного автономного инвертора напряжения на полностью управляемых вентилях и диаграммы напряжений и токов.

Пары транзисторов VI, У2 и УЗ, У4 образуют диагонали моста, а пары транзисторов VI, У4 и У2, УЗ образуют стойки моста. При попарном включении транзисторов VI, У2 и V3, У4 знаки напряжения на нагрузке противоположны.

В настоящее время, импульсная модуляция является самым распространенным способом регулирования напряжения на выходе автономного инвертора напряжения, а силовые транзисторы ЮВТ и МОББЕТ стали основными элементами, применяемыми в мощных импульсных преобразователях. Их уникальные статические и динамические характеристики позволяют создавать устройства, способные отдать в нагрузку десятки и даже сотни киловатт при минимальных габаритах и КПД, превышающем 95 %.

Из импульсных методов регулирования выходного напряжения наибольшее распространение получили широтно-импульсное регулирование (ШИР) и широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

Разрабатываемый стенд автономного инвертора напряжения содержит систему цифрового управления. В этой системе ШИМ реализован на микроконтроллере АТт^а8535 фирмы А1те1.

о) о

газ

УО VI,2 УО УЗА 1.2 3.4

Рис. 1. Однофазный мостовой автономный инвертор напряжения

При широтно-импульсной модуляции одновременно обеспечивается регулирование напряжения на выходе инвертора и изменение его по квазисинусоидальному закону. На рисунке 2 показан вид напряжения ин на выходе автономного инвертора напряжения, выполненного по однофазной мостовой схеме.

Рис. 2. Диаграммы напряжений на нагрузке (ин), опорного (иоп) и управляющего (иу) в однофазном мостовом инверторе напряжения при ШИМ

Регулирование напряжения осуществляется изменением длительности импульсов при сохранении закона модуляции. Здесь же показана гладкая составляющая, полученная усреднением средних значений напряжения за период несущей частоты. Она оказывается синусоидальной и повторяет форму управляющего (модулирующего) напряжения. По существу это первая гармоника напряжения.

В целом, разрабатываемый стенд, включает в себя силовой блок, блок микроконтроллера и блок питания.

Силовой блок представляет собой трехфазную мостовую схему, выполненную на полевых транзисторах с изолированным затвором. Транзисторы управляются драйверами Н12104, а драйверы в свою очередь, получают на вход импульсы с блока микроконтроллера, где реализуется ШИМ с различными способами их управления.

В зависимости от способа управления, т.е. реализации ШИМ, может быть получено напряжение ступенчатой формы, как показано на рисунке 1 и синусоидальной формы, как показано на рисунке 2. Кроме того, ШИМ может осуществлять однополярную и разнополярную модуляцию напряжения на выходе.

Лабораторный стенд автономного инвертора напряжения с цифровым управлением предназначается для использования в лаборатории кафедры АУТС.

Васинский A.A., Овчинников A.A.

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МАШИНОЙ МНОГОТОЧЕЧНОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ ОТ МИКРОКОНТРОЛЛЕРНОГО МОДУЛЯ

Целью данной работы является разработка микропроцессорной системы автоматического управления (САУ) для точечной сварочной машины типа МТМ-160. САУ позволяет работать машине в автоматическом, полуавтоматическом и ручном режимах управления, обеспечивает сварку в импульсном и непрерывном режимах, с полным или экономичным армированием, с переменным или постоянным шагом, обеспечивает гибкую настройку параметров сварочного процесса для конкретных технологических целей. Разработка состоит в том, чтобы на основе микроконтроллерного модуля и его модулей расширения фирмы "Фрактал" изготовить САУ и написать программу на языке программирования FRACTAL-BASIC. Модуль MCU42-3 представляет собой одноплатный контроллер. MCU42-3 входит в состав комплекта модульных контроллеров MCU4. Модуль предназначен для решения задач управления различными узлами электронной аппаратуры или для применения в системах на базе комплекта MCU4. Встроенный интерпретатор Fractal-BASIC позволяет быстро создавать и отлаживать программы, не заботясь об особенностях процессора и схемотехники контроллера. Конструктору для создания управляющего узла на базе MCU42-3 достаточно ознакомиться с перечнем сигналов на разъемах и несколькими специальными операторами Fractal-BASIC ориентированными на удобное сопряжение с объектом управления. Другими словами, инженер знакомый с азами программирования на Бейсике может применить MCU42-3 как микросхему со встроенным Бейсиком. Программа пишется в обычном текстовом редакторе и передается в контроллер через стандартный СОМ - порт. После подачи команды SAVE программа записывается в SEEPROM и сохраняется там при выключении питания, а после включения автоматически загружается в ОЗУ и запускается на исполнение. Перезапись может быть осуществлена не менее 100 ООО раз. Модуль обладает мощной сис-