Сүлжээний зангиа хувиргагч: 10 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:01

Энэ бол махлаг төсөл тул тэврээрэй!

Сүлжээний уяачид нь хүчийг сүлжээнд залгах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь гайхалтай чадвар юм. Тэдний дизайнд ажилладаг цахилгаан электроник ба хяналтын системүүд надад сонирхолтой санагдаж, би өөрөө бүтээсэн. Энэхүү тайлан нь миний сурч мэдсэн зүйлээ хуваалцаж, хэрхэн яаж хийснээ баримтжуулсан болно. Таны өгсөн сэтгэгдлийг сонирхож үзэх болно (цахилгааны сүлжээнд гэмтэл учруулахаас бусад).

Бүх ойлголтыг өргөтгөх боломжтой боловч шүүлтүүр индукторууд ханахаас өмнө энэ тохиргоо нь хамгийн ихдээ 40 ватт гаралттай байсан. Гаралтын гүйдэл нь THD <5%-тай синусоид хэлбэртэй байв.

Миний GitHub дээрх програм хангамжийг үзнэ үү

Хангамж

• Би STM32F407 хөгжлийн самбарыг ашигласан. Энэ нь 168MHz давтамжтай ажилладаг бөгөөд тус бүр нь 2.4MSPS (секундэд сая дээж) гаруй 12bit нарийвчлалтай ажиллах боломжтой 3 ADC-тэй. Энэ бол галзуу юм!
• Би DRV8301 хөгжлийн самбарыг ашигласан. Энэ нь 60в H-гүүрийг шаардлагатай хаалганы драйвер, одоогийн шунт, одоогийн шунт өсгөгчтэй хамт байрлуулдаг. Супер гоё!
• Би 2 гаралтын цорго бүхий 230-25в хүчдэлтэй тороид трансформаторыг ашигласан. Энэ нь би шууд сүлжээний хүчдэл гаргах шаардлагагүй, харин 40 вольтын оргил хүчдэлтэй ажиллах боломжтой гэсэн үг юм. Илүү аюулгүй!
• Шүүлтүүрт шаардлагатай L ба C утгыг авахын тулд би индуктор ба конденсаторыг холбосон.
• Осциллограф ба дифференциал датчик нь ийм төслийн гол түлхүүр юм. Би пикоскоптой

Алхам 1: Үндсэн хүч гэж юу вэ?

Цахилгаан залгуураас (Их Британид) авах зүйл бол 50Hz 230V RMS синусоид дохио бөгөөд маш бага эсэргүүцэлтэй байдаг. Энэ талаар хэлэх хэдэн зүйл:

50 Гц - Сүлжээний давтамжийг 50 Гц дээр маш нарийн хадгалдаг. Энэ нь бага зэрэг өөрчлөгддөг боловч 90% нь 49.9-50.1 Гц хооронд хэлбэлздэг. Эндээс үзнэ үү. Цахилгаан станцууд дахь бүх асар том генераторууд нэг дор эргэлдэж байгааг төсөөлж болно. Тэд синхрон хэлбэртэй эргэлдэж, 50 Гц синусоид дохио өгдөг. Тэдний нэгтгэсэн асар том эргэлтийн инерци нь удаашруулах эсвэл хурдасгахад цаг хугацаа шаардагддаг.

Онолын хувьд хэрэв сүлжээнд асар их ачаалал хавсарсан бол энэ нь тус улсын генераторыг удаашруулж эхэлнэ. Гэсэн хэдий ч үүний хариуд Үндэсний сүлжээний хяналтын албаны залуус цахилгаан станцуудаас бойлероо асааж, дулааныг нь асааж, генераторуудыг эрэлт хэрэгцээг нь хангахад улам хүчээр шаардах болно. Тиймээс эрэлт нийлүүлэлт нь хоорондоо тасралтгүй бүжиглэдэг.

50 Гц дохионы талаар бас нэг зүйлийг хэлье. Хэдийгээр энэ нь 50Гц -ийн талаар бага зэрэг өөрчлөгддөг ч, залуус өдрийн дундаж давтамж яг 50Гц байгаа эсэхийг шалгаарай. Хэрэв сүлжээ 10 минутын турш 49.95 Гц давтамжтай байвал тэд дараа нь 50.05 Гц давтамжтайгаар ажиллаж, мөчлөгийн тоог 50 Гц х 60 секунд секундэд 60 минут х 24 цаг = 4, 320, 000/өдөр болгох болно. Тэд үүнийг Олон улсын атомын цагийг ашиглан хийдэг. Өрх, оффис, үйлдвэрийн цахилгаан хэрэгсэл нь сүлжээний давтамжийг ашиглан цаг хэмнэх боломжтой. Үүнийг ихэвчлэн механик залгуур таймер ашиглан хийдэг.

230v - Энэ бол 50Hz дохионы RMS (Root дундаж квадрат) хүчдэл юм. Бодит дохио нь 325V оргил хүртэл хэлбэлздэг. Үүнийг мэдэх нь маш чухал юм, учир нь хэрэв та инвертер барьж байгаа бол залгуурт ямар нэгэн гүйдэл орох гэж байгаа бол ийм өндөр хүчдэл гаргах шаардлагатай болно.

Бодит байдал дээр танай байшингийн залгуурт үзүүлсэн хүчдэл нь нэлээд хувьсах шинж чанартай байдаг. Энэ нь утас, холбогч, гал хамгаалагч, трансформатор гэх мэт эсэргүүцлийн хүчдэл буурсантай холбоотой юм. Хэрэв та цахилгаан шүршүүрийг асаахад 11 кВт (энэ нь ~ 50Ампс) юм бол 0.2 ом эсэргүүцэл ч гэсэн 10 вольт буурах болно. Гэрэл бага зэрэг буурч байгааг та харж болно. Том оврын моторууд, тухайлбал гогцоотой хүмүүс асар их гүйдэл авдаг бол мотор хурдтай болдог. Тиймээс та гэрэл асаахад бага зэрэг анивчдаг.

Миний хэлэх гэсэн зүйл бол сүлжээний хүчдэл илүү хувьсах шинж чанартай байдаг. Энд Их Британид 230 вольт байх ёстой бөгөөд +10%/-6% -ийн хүлцэл. Ойролцоох том ачааг асаах/унтраах үед та гэнэтийн өөрчлөлт, хэлбэлзлийг харах болно. Хуурай хатаагч, данх, зуух, гогцоо гэх мэтийг бодоорой.

Синусоид - Дохио нь цэвэрхэн синус долгион байх ёстой боловч бодит байдал дээр зарим шугаман бус төхөөрөмжүүд синус долгионы мөчлөгийн тодорхой цэгүүдээс хүчээ сордог. Энэ нь гажуудлыг бий болгодог тул дохио нь төгс синус долгион биш юм. Шугаман бус ачаалалд ихэвчлэн компьютерийн цахилгаан хангамж, флюресцент гэрэл, цэнэглэгч, зурагт гэх мэт орно.

Нийт гармоник гажуудал (THD) нь үүнийг долгионы хэлбэрээр илэрхийлдэг. Инвертерийн гаралт хэр цэвэр байх ёстой гэсэн дүрэм журам байдаг. Хэрэв энэ нь хангалттай цэвэр дохио өгөх боломжгүй бол түүнийг борлуулахыг зөвшөөрөхгүй. Энэ нь сүлжээнд байгаа гармоник агуулга нь түүнтэй холбогдсон зарим төхөөрөмжүүдийн (ялангуяа сондгой гармоник) үр ашгийг бууруулдаг тул энэ нь чухал юм. Хамгийн их зөвшөөрөгдсөн THD нь 8% байна гэж би бодож байна

Бага эсэргүүцэл - Сүлжээний холбогчийг бодохдоо үүнийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Цахилгаан сүлжээнд бүх төрлийн ачаалал орно, үүнд индуктив, эсэргүүцэл, заримдаа багтаамжийн ачаалал орно. Тиймээс эсэргүүцэл нь үл мэдэгдэх бөгөөд өөрчлөгдөж байна. Эсэргүүцэл нь маш бага утгатай бөгөөд хэрэв та өндөр гүйдлийн ачааллыг холбовол хүчдэл огт буурахгүй болно.

Алхам 2: Эрчим хүчийг сүлжээнд хэрхэн оруулах вэ

Цахилгаан эрчим хүчийг сүлжээнд оруулахын тулд бид сүлжээний давтамж, фазтай яг таарч байгаа боловч арай өндөр хүчдэлтэй дохиог нэгтгэх хэрэгтэй.

Сүлжээний эсэргүүцэл багатай тул энэ хүчдэлийг хэр өндөр болгохыг яг таг хэлэхэд хэцүү байдаг. RMS хүчдэл хэлбэлзэж байгаа тул бид түүнтэй хамт хэлбэлзэж байгаа эсэхийг баталгаажуулах ёстой. Сүлжээний хүчдэлээс арай өндөр тогтмол 50 Гц хүчдэлийн дохио өгөх нь ажиллахгүй болно!

PI Гаралтын гүйдлийн хяналт

Бидэнд сүлжээнд оруулах гэж байгаа агшин зуурын гүйдлийг хэмжиж, хүссэн гүйдлээ гаргахын тулд гаралтын хүчдэлээ автоматаар тохируулдаг хяналтын хэлхээ хэрэгтэй байна. Энэ нь бидний гаралтыг бага эсэргүүцэл жолоодоход илүү тохиромжтой одоогийн эх үүсвэр (хүчдэлийн эх үүсвэр биш) болгон үр дүнтэй өөрчлөх болно. Бид PI (пропорциональ интеграл) хяналтын гогцоог ашиглан үүнд хүрч чадна.

PI хяналтын гогцоо нь гайхалтай юм! Тэдэнд 3 хэсэг байдаг:

• Хэмжсэн утга - Бидний сүлжээнд оруулж буй гүйдэл
• Тодорхой цэг - Бидний хүсч буй гүйдэл
• Гаралт - Үүсгэх дохионы хүчдэл

PID алгоритмыг дуудах бүрт бид хамгийн сүүлийн үеийн хэмжилт, хүссэн цэгийг дамжуулдаг. Энэ нь дурын тоог буцааж өгөх болно (үүсгэх гаралтын хүчдэлтэй пропорциональ).

Бидний PID хяналтын алгоритм нь хүссэн үедээ хүссэн гаралтын гүйдлийг сонгох боломжийг олгодог. 50 Гц синусоид гаралтын гүйдэл үйлдвэрлэхийн тулд бид хүссэн урсгалаа синусоид хэлбэрээр тасралтгүй өөрчлөх хэрэгтэй.

PID алгоритмыг 100us тутамд дууддаг (50 Гц мөчлөгт 200 удаа). Үүнийг дуудах бүрт гаралтын хүчдэлд шууд тохируулга хийх боломжтой бөгөөд ингэснээр гаралтын гүйдлийг шууд бусаар тохируулж чаддаг. Үүний үр дүнд бид зураг дээр үзүүлсэнтэй адил шаталсан гүйдэл гаргадаг бөгөөд алхам бүр 100us тутамд тохиолддог. Энэ нь хангалттай нарийвчлалыг өгдөг.

Дамжуулах хяналт

Бид тэжээл дамжуулах хянагч нэмж оруулснаар PI хянагчийн ажлын ачааллыг ихээхэн хэмжээгээр бууруулах боломжтой. Энэ амархан! Бид үүсгэх шаардлагатай гаралтын ойролцоогоор хүчдэлийг (агшин зуурын сүлжээний хүчдэлтэй адил) мэддэг. Дараа нь гаралтын гүйдлийг жолоодоход шаардлагатай жижиг хүчдэлийг нэмэхийн тулд PI хянагчийг үлдээж болно.

Тэжээлийн дамжуулагч нь өөрөө инвертерийн гаралтын хүчдэлийг сүлжээний хүчдэлтэй тааруулдаг. Хэрэв бид хангалттай сайн таарч байвал ямар ч гүйдэл урсах ёсгүй. Тэжээл дамжуулах хяналт нь гаралтын хяналтын 99% -ийг гүйцэтгэдэг.

Сүлжээний эсэргүүцэл багатай тул манай FF гаралтын хүчдэл ба сүлжээний хүчдэлийн ялгаа нь том гүйдэлд хүргэх болно. Тиймээс би инвертор ба сүлжээний хооронд 1 Ом буфер эсэргүүцлийг нэмсэн. Энэ нь алдагдлыг авчирдаг боловч том схемийн хувьд тэдгээр нь маш бага юм.

Алхам 3: ХБХ ашиглан гаралтын хүчдэлийг үйлдвэрлэх

Хэдийгээр бид гаралтын гүйдлийг шууд бусаар хянаж байгаа боловч энэ нь ямар ч үед бидний гаргаж буй гаралтын хүчдэл юм. Бид гаралтын хүчдэлээ үйлдвэрлэхийн тулд PWM (Pulse Width Modulation) ашигладаг. ХОУХД-ийн дохиог микроконтроллер хялбархан үйлдвэрлэх боломжтой бөгөөд тэдгээрийг H-Bridge ашиглан нэмэгдүүлэх боломжтой. Эдгээр нь долгионы энгийн хэлбэр бөгөөд 2 параметр, F давтамж, D ажлын мөчлөгөөр тодорхойлогддог.

ХОУХ -ны долгионы хэлбэр нь 2 хүчдэлийн хооронд шилждэг, бидний хувьд 0v ба Vsupply

• D = 1.0 бол ХОУХ -ны долгионы хэлбэр нь Vsupply дээр зүгээр л DC байдаг
• D = 0.5 -ийн тусламжтайгаар бид дунджаар 0.5 х V хүчдэлтэй дөрвөлжин долгион авдаг (өөрөөр хэлбэл D x V хангамж)
• D = 0.1 -ийн тусламжтайгаар бид 0.1х V -ийн нийлүүлэлтийн дундаж хугацааны импульсийн долгионы хэлбэрийг авдаг
• D = 0.0 -ийн хувьд гаралт нь хавтгай шугам (DC -д 0v)

Дундаж хүчдэл бол гол зүйл юм. Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн тусламжтайгаар бид DC дундаж бүрэлдэхүүн хэсгээс бусад бүх зүйлийг устгах боломжтой. Тиймээс ХОУХ -ны үүргийн мөчлөг D -ийг өөрчилснөөр бид хүссэн DC хүчдэлийг хүссэн хэмжээгээр хийх боломжтой болно. Хөөрхөн!

H-Bridge-ийг ажиллуулж байна

H-Bridge нь 4 шилжүүлэгч элементээс бүрдэнэ. Эдгээр нь BJTs, MOSFETs эсвэл IGBTs байж болно. Синус долгионы эхний хагасыг (0 - 180 градус) үйлдвэрлэхийн тулд бид Q3 үеийг унтраах ба Q4 -ийг асаах замаар B үе шатыг хамгийн бага түвшинд тавина (өөрөөр хэлбэл ХОУХД -ийг D = 0 -ээр ашиглах). Дараа нь бид ХОУХ -ийг A үе шатанд гүйцэтгэдэг. Хоёрдугаар хагаст, VAB сөрөг байвал бид А үе шатыг доод түвшинд тавьж, ХБХ -ийг В үе шатанд хэрэглэнэ. Үүнийг хоёр туйлт шилжих гэж нэрлэдэг.

H-гүүрэн дээрх MOSFET-ийг хаалганы жолооч жолоодох ёстой. Энэ бол өөрийн гэсэн сэдэв боловч энгийн чип үүнийг зохицуулж чадна. DRV8301 dev самбар нь H-Bridge, хаалганы драйверууд болон одоогийн шунтуудыг тохь тухтай байрлуулдаг бөгөөд энэ төслийг маш хялбар болгодог.

Алхам 4: Гүйдлийг хэмжих

H-Bridge-ийн хөл бүр нь шунт эсэргүүцэл, дифференциал өсгөгчтэй. Манай шунт нь 0.01 ом бөгөөд өсгөгч нь 40 -өөс дээш байхаар тохируулагдсан байдаг. Тиймээс 1 ампер нь 10 мВ -ийн шугамын дагуу хөгжиж, дараа нь 400 мВ хүртэл нэмэгдүүлдэг.

Шунт өсгөгчийн гаралтыг тасралтгүй хөрвүүлэх горимд ажиллаж байгаа STM32F407 дээрх 12bit ADCs уншдаг. ADCs нь shunt тус бүрийг 110KSPS дээр дээж авахаар тохируулсан бөгөөд DMA хянагч нь хөрвүүлэлтийг RAM дээр 11 үгтэй дугуй буферт автоматаар бичдэг. Одоогийн хэмжилт хийх шаардлагатай бол бид энэ 11 үгийн буферийн дундаж утгыг буцаах функцийг нэрлэдэг.

Бид PID давталт бүрийг (10 кГц) одоогийн хэмжилт хийхийг шаардаж байгаа боловч 11 үгт ADC буферуудаа 110 кГц -ийн хурдаар дүүргэж байгаа тул бид PID давталт бүрт цоо шинэ мэдээлэл авах ёстой. Дундаж шүүлтүүрийг ашиглах болсон шалтгаан нь ХОУХ -ны шилжүүлэлт нь хольцонд үсрэлт үүсгэж, медиан шүүлтүүр нь ADC -ийн хуурамч дээжийг маш үр дүнтэй устгадагтай холбоотой юм.

Энд нэг чухал зүйлийг дурдах нь зүйтэй: Бид H-Bridge-ийн аль хөлийг одоогийн хэмжилтэд ашигладаг вэ? Энэ нь одоогоор бидний аль хөл ХОУХД байгаа, аль нь доогуур байгаагаас хамаарна. Доод хөл нь бидний гүйдлийг хэмжихийг хүсч буй хөл юм, учир нь гүйдэл нь тэр талын шунт резистороор үргэлж дамждаг. Үүнтэй харьцуулахад PWMed-ийн талаас, дээд талын MOSFET асаалттай, доод тал нь унтарсан үед доод талын шунтнаас гүйдэл гүйдэггүй. Тиймээс, бид инвертерийн гаралтын туйлшралыг үндэслэн гүйдэл хэмжих хөлөө өөрчилдөг. Та үүнийг тодорхой хугацаанд шунт өсгөгчийн аль нэгний гаралтыг харуулсан зураг дээрээс харж болно. Мэдээжийн хэрэг, бид гөлгөр үед уншихыг хүсч байна.

Бидний одоогийн уншилтыг дибаг хийхэд туслах зорилгоор. Би STM32F407 дээр дижитал-аналог хөрвүүлэгчийг тохируулсан. Би одоо уншиж буй уншилтуудыг бичиж, гаралтын хэмжээг тодорхойлсон. Та үүнийг эцсийн зургаас харж болно, цэнхэр нь гаралтын буфер эсэргүүцэл дээрх хүчдэл (өөрөөр хэлбэл гаралтын гүйдэл/1.1 Ом), улаан дохио нь бидний DAC гаралт юм.

Алхам 5: Үр дүнг шүүх

Гаралтын шүүлтүүр нь дизайны гол хэсэг юм. Бидэнд үүнээс дараах шинж чанарууд хэрэгтэй байна.

1. Бүх өндөр давтамжийн шилжүүлэлтийг блоклох боловч 50 Гц дохиог дамжуулна уу
2. Бага алдагдал
3. Цуурайтахгүйн тулд!
4. Холбогдох гүйдэл ба хүчдэлийг даван туулах

0 - V тэжээлийн вольтын хооронд F давтамжийн PWM дохионы дөрвөн өөр хувиргалт нь:

Энэ бол гайхалтай! Хэрэв бид ХОУХШ -ийн дохиог ХОУХ -ны суурь болон дээрх бүх зүйлийг хаадаг бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрээр дамжуулж байвал энэ нь гэсэн үг юм. Бидэнд DC хүчдэлийн нэр томъёо л үлдлээ. Ажлын мөчлөгийг өөрчилснөөр бид тайлбарласны дагуу 0 - Vsupply хооронд хүссэн хүчдэлээ амархан гаргаж чадна.

Дээр дурдсан хүссэн шинж чанарууд дээр үндэслэн бид гаралтын шүүлтүүрийг зохион бүтээж болно. Алдагдал гаргахгүйн тулд хамгийн бага эсэргүүцэлтэй хийсэн бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр хэрэгтэй. Тиймээс бид зөвхөн индуктор ба конденсаторыг ашигладаг. Хэрэв бид 1-2 кГц -ийн хооронд резонансын давтамжийг сонговол энэ давтамжийн ойролцоо ямар ч дохио оруулдаггүй тул резонансаас зайлсхийх болно. Энд бидний шүүлтүүрийн загвар байна. Бид гаралтыг C1 дээрх хүчдэл болгон авдаг.

L1 = L2 = 440uH, C1 = 8.4uF -ийг сонгосноор 1.85 кГц давтамжтай давтамжийг тооцоолно. Эдгээр нь бас бодит бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн үнэ цэнэ юм.

Манай индукторууд бидний хүлээж буй урсгалаар ханахгүй байх нь чухал юм. Миний ашиглаж байсан индукторууд нь 3А ханалтын гүйдэлтэй байдаг. Энэ нь манай хэлхээний гаралтын чадлыг хязгаарлах хүчин зүйл болно. Конденсаторын хүчдэлийн түвшинг бас анхаарч үзэх хэрэгтэй. Би 450 вольт керамик ашиглаж байгаа бөгөөд энэ тохиолдолд хэт их ачаалал өгч байна!

Bode диаграмыг (арай өөр L/C утгуудын хувьд) LTspice ашиглан үүсгэсэн. Энэ нь янз бүрийн оролтын давтамжид нөлөөлж буй бууралтыг харуулдаг. Бид 1.8 кГц давтамжтай давтамжийг тодорхой харж чадна. Энэ нь 50 Гц давтамжтай дохио бараг хольцгүй байгааг харуулж байна, харин 45 кГц -ийн дохио 54 дБ -аар буурдаг гэж би хэлж чадна.

Тиймээс манай ХОУХ -ны дамжуулагчийн давтамжийг ~ 45KHz байхаар сонгоё. ХОУХ -ны илүү өндөр давтамжийг сонгосноор шүүлтүүрийн давтамжийг өндөр болгож болно. Энэ нь сайн, учир нь энэ нь L ба C утгыг багасгадаг. Энэ нь жижиг, хямд бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хэлнэ. Сул тал нь ХОУХ -ны шилжих давтамж өндөр байх нь транзисторын унтраалгад илүү их алдагдал авчирдаг.

Алхам 6: Үе ба давтамжийг синхрончлох

Сүлжээний фаз ба давтамжтай синхрончлох нь сүлжээний холбогчийг хувиргадаг. Бид сүлжээний дохиог фазын нарийвчлалтай хянах зорилгоор PLL (Phase Locked Loop) дижитал хэрэгжилтийг ашигладаг. Бид үүнийг дараах байдлаар хийдэг.

1. Сүлжээний хүчдэлийн дээж авах
2. Орон нутгийн 50 Гц синусоид дохиог бид өөрсдөө үйлдвэрлэж байна
3. Манай орон нутгийн болон сүлжээний дохионы хоорондох үе шатыг харьцуулж үзье
4. 2 дохионы фазын зөрүү тэг болтол орон нутгийн дохионы давтамжийг тохируулах

1) Сүлжээний хүчдэлээс дээж авах

Бид шугамын хүчдэлийг уншихын тулд ADC -ийн 3 -р сувгийг тохируулдаг. Үүнийг үзүүлсэн шиг трансформаторын цоргыг хуваах хүчдэлээр олж авна. Энэ нь сүлжээний хүчдэлийг яг илэрхийлж буй 1.65v орчим хэмжээтэй масштабтай хүчдэлийг өгдөг.

2) Орон нутгийн 50 Гц синусоид дохиог үйлдвэрлэх Өөрийн орон нутгийн 50 Гц синус долгионыг үйлдвэрлэхэд хялбар байдаг. Бид 256 синус утгын хайлтын хүснэгтийг хадгалдаг. Бидний хиймэл синусын утгыг хүснэгтээр аажмаар эргэлддэг хайлтын индекс ашиглан хялбархан олж авдаг.

50 Гц дохио авахын тулд бид индексээ яг зөв хурдаар нэмэгдүүлэх ёстой. Тухайлбал 256 x 50Hz = 12, 800/s. Бид үүнийг 168MHz давтамжтай timer9 ашиглан хийдэг. 168MHz/12800 = 13125 цаг тэмдэглэхийг хүлээснээр бид индексээ зохих хэмжээгээр нэмэгдүүлэх болно.

3) Манай орон нутгийн дохио ба цахилгаан дохионы хоорондох үе шатыг харьцуулж үзэхэд энэ бол гайхалтай хэсэг юм! Хэрэв та cos (wt) x sin (wt) -ийн бүтээгдэхүүнийг 1 хугацаанд нэгтгэвэл үр дүн нь тэг болно. Хэрэв фазын ялгаа 90 градусаас өөр байвал та тэгээс өөр дугаар авна. Математикийн хувьд:

Интеграл [Asin (t) x Bsin (t + φ)] = Ccos (φ)

Энэ үнэхээр сайхан! Энэ нь үндсэн дохио, sin (ωt) -ийг манай орон нутгийн дохио, sin (⍵t + φ) -тэй харьцуулж, утгыг олж авах боломжийг олгодог.

Гэсэн хэдий ч шийдвэрлэх шаардлагатай асуудал байна: Хэрэв бид дохиогоо үе шаттай байлгахыг хүсч байвал Ccos (φ) хугацааг хамгийн дээд хэмжээнд байлгахын тулд орон нутгийнхаа давтамжийг тохируулах хэрэгтэй. Энэ нь тийм ч сайн ажиллахгүй бөгөөд бид фазын хяналтыг муу авах болно. Учир нь ɑcos (φ) -ийн d/dφ нь is = 0 үед 0 байна. Энэ нь фазын өөрчлөлтөд Ccos (φ) нэр томъёо тийм ч их өөрчлөгдөхгүй гэсэн үг юм. Тэр ойлгомжтой байна уу?

Сүлжээний дээжийг 90 градусаар үе шаттайгаар шилжүүлэх нь илүү дээр байх болно, ингэснээр cos (ωt + φ) болно. Дараа нь бидэнд ийм зүйл байна:

Интеграл [Asin (t) Bcos (t + φ)] = Csin (φ)

90 градусын фазын шилжилтийг нэвтрүүлэх нь маш энгийн, бид зөвхөн ADC хүчдэлийн дээжийг буферийн нэг үзүүрт оруулаад 90 градусын фазын ээлжинд харгалзах хэд хэдэн дээжийг дараа нь гаргаж авдаг. Сүлжээний давтамж нь 50 Гц -ээс бараг өөрчлөгддөггүй тул хойшлуулах энгийн арга нь гайхалтай ажилладаг.

Одоо бид 90 градусын фазын шилжүүлсэн сүлжээний дохиог орон нутгийн дохиогоор үржүүлж, бүтээгдэхүүний салшгүй хэсгийг сүүлийн хугацаанд (өөрөөр хэлбэл сүүлийн 256 утгаас дээш) хадгалж байна.

Хэрэв 2 дохиог 90 градусын зөрүүтэй байлгах юм бол бидний мэдэх үр дүн тэг болно. Энэ бол гайхалтай зүйл, учир нь энэ нь бидний дөнгөж сүлжээнд өгсөн фазын шилжилтийг арилгадаг. Тодруулахын тулд салшгүй нэр томъёог нэмэгдүүлэхийн оронд бид үүнийг тэг байлгахыг оролдож, сүлжээнийхээ дохиог үе шаттайгаар сольж байна. Эдгээр 2 өөрчлөлтөөс үүдэлтэй 90 градусын фазын өөрчлөлт нь бие биенээ цуцалдаг.

Тиймээс хэрэв Integral_Result <0 бол бид орон нутгийн осцилляторын давтамжийг нэмэгдүүлэх шаардлагатай бөгөөд үүнийг сүлжээнд холбож өгөх ёстой.

4) Орон нутгийн дохионы давтамжийг тохируулах Энэ бит нь хялбар байдаг. Бид зүгээр л индексээ өсгөх хоорондох хугацааг тохируулдаг. Хуурамч хорхойтнуудыг шүүж, фазын ялгааг хэр хурдан засч залруулахыг бид хязгаарладаг. Бид үүнийг маш бага I хугацаатай PI хянагч ашиглан хийдэг.

Тэгээд л боллоо. Бид орон нутгийн синус долгионы осцилляторыг (гаралтын гүйдлийн тохируулгын цэгийг тохируулдаг) сүлжээний хүчдэлийн фазтай байхаар түгжсэн. Бид PLL алгоритмыг хэрэгжүүлсэн бөгөөд энэ нь зүүд шиг ажилладаг!

Манай орон нутгийн осцилляторын давтамж нэмэгдэх нь сүлжээний дохионы фазын шилжилтийг бууруулдаг. Бид давтамжийн тохируулгыг +/- 131 хачигт (+/- ~ 1%) хязгаарлаж байгаа тул фазын шилжилтэнд хамгийн ихдээ +/- 1 ° нөлөөлнө. Үе шатуудыг синхрончлох үед энэ нь огт хамаагүй болно.

Онолын хувьд хэрэв сүлжээний давтамж 0.5 Гц -ээс их хазайсан бол бид фазын түгжээгээ алдах болно. Энэ нь бидний орон нутгийн осцилляторын давтамжийг хэр зэрэг тохируулах боломжтой гэсэн бидний хязгаарлалттай холбоотой юм. Гэхдээ сүлжээ тасрахгүй бол энэ нь болохгүй. Манай арлын эсрэг хамгаалалт энэ үед ямар ч байсан эхэлнэ.

Бид дохиоллыг офсетээс үе шаттайгаар эхлүүлэхийн тулд чадах бүхнээ хийх зорилгоор эхнээс нь тэг огтлолцлын илрүүлэлтийг хийдэг.

Алхам 7: Арлын эсрэг

Википедиад арлын болон арлын эсрэг техникүүдийн тухай гайхалтай нийтлэл бий. Энэ нь энэ сэдвийг хөндөхдөө хүмүүс шаардлагатай хэмжээнээс илүү их шүгэлдэж, алгадах болно гэсэн үг юм. "Өө, та өөрөө сүлжээний инвертер барьж чадахгүй, та хэн нэгнийг алах гэх мэт."

Википедиа нийтлэлд илүү сайн тайлбарласнаар бид аюулгүй байдлыг хангах хэд хэдэн арга хэмжээг ашигладаг бөгөөд энэ нь хамтдаа зохих хамгаалалтыг өгдөг (миний бодлоор):

1. Бага/хэт хүчдэл
2. Доод/хэт давтамж

Бид дээж авсан сүлжээний хүчдэлдээ дүн шинжилгээ хийх замаар эдгээр нөхцөл байдлыг илрүүлж чадна. Хэрэв ямар нэгэн зүйл тохиолдвол H-гүүрийг идэвхгүй болгож, бүх зүйл хэвийн байдалдаа орох хүртэл хүлээнэ үү.