Описание.
Программа и схема созданы как продолжение статьи «Формирователь синусоидаль-ного сигнала для питания двигателя переменного тока с регулировкой частоты». Целью разработки было – показать принцип формирования и метод регулировки много-фазных синусоид. Очевидно, что такой генератор может пригодиться для управления трехфазными асин-хронными двигателями, эта тема весьма актуальна в настоящее время. Рассматриваемая схема пока ещё только задающий генератор, но в дальнейшем пла-нируется сделать выходные мощные усилители, реверс, защиту по току и так далее. Синусоидальное напряжение формируется микроконтроллерами, как правило, с по-мощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Сложность при этом состоит в том, что плавную регулировку частоты осуществить довольно проблематично. Но если вспомнить, что новые контроллеры AVR имеют возможность программно менять тактовую частоту, то проблема упрощается. Если микроконтроллер сконфигурирован на работу от внутреннего генератора, то его тактовую частоту определяет число, находящееся в регистре OSCCAL. Для того, чтобы плавно регулировать тактовую частоту, достаточно измерять напряжение внутренним АЦП на движке потенциометра, который включен между «землей» и напряжением пита-ния, а потом записывать полученное значение в этот самый регистр. Это и сделано на приведенной на рис. 1 принципиальной схеме.
Рис. 1.
Контроллер ATmega48 выбран не случайно, он содержит три таймера с ШИМ и восьмиканальный АЦП. Таким образом, всё необходимое имеется «на борту», для задающего генератора нужно только несколько пассивных элементов.
Таймеры работают в режиме (Phase Correct PWM Mode). Этот режим оказался намного более приемлемый для формирования синусоидального напряжения, чем Fast PWM Mode, применяемый в предыдущей статье.
Для полуволны синусоиды составлена таблица из 24-х значений.
Каждый таймер генерирует последовательность (PWM_0, PWM_1, PWM_2) по этой таблице, но со сдвигом фазы – 120 градусов. Для коммутации положительной и отрицательной полуволн генерируются по два противофазных меандра (F_0P, F_0N), (F_1P, F_1N), (F_2P, F_2N) с частотой синусоиды. Инвертировать сигнал отрицательной полуволны не имеет смысла, так как мощных высоковольтных транзисторов с Р каналом нету.
Для наглядности приведем осциллограмму работы схемы рис. 2.
Рис. 2.
Верхняя осциллограмма – напряжение F_0P, коммутирующее положительную полуволну фазы А. Ниже – сигнал PWM_0 (некоммутированные полуволны фазы А). Под ним – сигнал, формирующий положительную полуволну фазы А. И последняя осциллограмма – это положительная полуволна фазы В. Как видно из рисунка каждая «пачка» состоит из двадцати четырех импульсов – по количеству цифр в таблице.
На рис. 1 находятся три иерархических блока – это высоковольтные усилители. Их схемное решение – просто пример, приводится на рис. 3.
Рис. 3
Оптроны использованы быстродействующие, элементы И-НЕ – с открытым коллектором, в качестве составных транзисторов подойдут КТ972. Транзисторы Q3, Q6 служат для ускорения закрывания полевых транзисторов Q2, Q5.
Данная статья не последняя, следующий этап – выходные усилители и опторазвязка, а также реверс вращения.
Файлы программы и прошивки в архиве: 3fase.rar