Источник: Вісник кафедри «Електротехніка» за підсумками наукової діяльності студентів. – Донецьк, ДонНТУ, 2005, стр. 94-95.

 

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МНОГОУРОВНЕВЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ

 

Ульянов Е., студент; Шавелкин А.А., доц., к.т.н.

(Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, Украина)

 

В настоящее время практически все системы управления преобразователями частоты выполняются на основе различных типов микропроцессоров, как правило, это специализированные DSP микроконтроллеры.

 

В данной работе рассмотрен вариант реализации системы управления для одной фазы многоуровневого преобразователя частоты (МПЧ) на микроконтроллере типа PIC16F877, остальные фазы выполняются идентично.

 

Схема фазы МПЧ включает в себя три изолированных источника постоянного напряжения и восемь ключей на полевых транзисторах, при этом каждому значению выходного напряжения соответствует определенная комбинация включенных транзи­сторов.

 

Для построения системы управления МПЧ используется принцип квантования по уровню, при этом заданное синусоидальное напряжение регулируемой амплитуды и частоты сравнивается по уровню с пороговым Ui (U₁= Um/6, U₂= 3Um/6, U₃= 5Um/6). Если U_зад >Ui - осуществляется переход на следующий уровень напряжения - вклю­чается соответствующая комбинация ключей. Для исключения возможности возникно­вения к.з. при переключении ключей соединяющих соседние источники переход осу­ществляется в два этапа - используется промежуточная комбинация на интервале времени 1мкс, полученная из предыдущей комбинации путем подачи сигнала 0 в раз­рядах, управляющих выходящими из работы ключами. Только после этого подается комбинация включения следующей ступени напряжения.

 

Микроконтроллер типа PIC16F877 имеет восьмиразрядную шину данных, десятиразрядный встроенный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и несколько 8-ми разрядных портов ввода - вывода. Порт А используется как аналоговый для ввода сигналов задания амплитуды и частоты выходного напряжения. При этом для того, чтобы ограничить преобразование восьмью разрядами, на входах АЦП предусмотрены делители напряжения 1:4. Для формирования сигналов управления ключами МПЧ ис­пользуются остальные порты. Тактовая частота генератора 20МГц.

 

Упрощенная структура алгоритма управления МПЧ приведена на рис.1

 

Рисунок 1 - Упрощенная структура алгоритма управления

 

При запуске системы поочередно осуществляется АЦП преобразование сигна­лов задания амплитуды Um и частоты f₂ выходного напряжения с сохранением резуль­тата в соответствующих регистрах.

 

Синусоидальное задающее напряжение формируется с дискретностью х= 1град. с использованием табличной формы задания функции sinx (каждому значению х от 0 до 180град. задается двоичный код 0 - 255). Все табличные функции размещаются в памя­ти программ микроконтроллера. Амплитуда задающего напряжения Um и значение функции sinx перемножаются - старшие, и младшие 8 разрядов результата сохраняют­ся в соответствующих регистрах.

 

Алгоритм работы для положительного и отрицательного полупериодов выход­ного напряжения различается комбинациями используемых ключей. Для разделения полупериодов синусоиды введена вспомогательная переменная i, при этом положи­тельной полуволне соответствует i=1, а отрицательной i=0.

 

Для измерения задающих напряжений амплитуды Um и частоты f2 поочередно (через 1 град.) используется один АЦП при соответствующем изменении входов. Для этого введена вспомогательная переменная i, принимающая два значения 1 или 0.