Контроль напряжения 220 avr

AVR: мониторинг напряжения питания

Ibrahim Kamal (IKALOGIC)

Примечание. Выборки исходного кода, размещенные в тексте описания, использовать в своих проектах не рекомендуется. В конце описания имеется ссылка на архив с полным исходным кодом к проекту.

Данная статья преследует учебные цели. Мы рассмотрим аппаратное решение и программную реализацию в задаче измерения уровня напряжения батареи (аккумулятора) с помощью микроконтроллера, который питается от этого же источника. Предполагается, что пользователи знакомы с программированием микроконтроллеров AVR и имеют базовые знания языка Си. Используемый компилятор – WinAVR.

AVR: мониторинг напряжения питания

Очевидно, будучи очень простой, задача измерения напряжение питания микроконтроллера может быть очень важной и серьезной, особенно в устройствах и приложениях с батарейным питанием.

Существует множество способов и решений для отслеживания уровня напряжения батареи питания, многие из них требуют использования внешних компонентов и узлов. Рассматриваемое нами решение не требует внешних компонентов, мы будем использовать лишь ресурсы и периферию микроконтроллера – встроенный АЦП.

Использовать будем микроконтроллер компании Atmel ATMEGA48, но программный код полностью совместим с микроконтроллерами ATMEGA88, ATMEGA168, ATMEGA328. Кроме того, немного исправив исходный код, можно применить данное решение для микроконтроллеров AVR со встроенным АЦП.

Пользователи, наверное задаются вопросом: «Неужели настолько сложен процесс измерения напряжения питания микроконтроллера?» Для решения этой задачи у нас есть микроконтроллер, и нам необходимо преобразовать аналоговую величину напряжения в цифровое значение, которое может использоваться микроконтроллером для дальнейших вычислений и действий.

Вы, наверное, скажете: «Так в чем же дело. Мы подключим положительный вывод батареи, от которой питается микроконтроллер, к входу АЦП и преобразуем величину напряжения в цифровое значение!».

Однако в этом случае вы будете не правы, это не так просто. Проблема в том, что источник напряжения используется для питания самого микроконтроллера (Vcc), а также в качестве источника опорного напряжения АЦП.

Если рассмотреть данную проблему с математической точки зрения, если вы понимаете проблему. В общем случае соотношение между измеренным напряжением и величиной в цифровой форме, преобразованной 8-разрядным АЦП, следующее:

ADC_VALUE = V_measure * 255/V_REF ,

где ADC_VALUE – значение полученное при аналого-цифровом преобразовании,
V_measure – измеренная величина напряжения, V_REF – опорное напряжение для АЦП.

Теперь, по условиям нашей задачи, мы знаем что V_measure = V_REF = Vcc и в итоге результатом уравнения всегда будет значение равное 255 и оно не будет изменяться при изменении напряжения батареи. Такая ситуация всегда будет иметь место при измерении напряжение батареи, которое также используется в качестве источника опорного напряжения.

Для решения задачи без использования каких-либо внешних компонентов, AVR микроконтроллер имеет очень полезный встроенный узел, называемый внутренний Band Gap источник опорного напряжения (Band Gap Reference Voltage). Выходное напряжение этого источника около 1.1 В, и оно остается неизменным при изменении температуры и напряжения питания микроконтроллера. Это напряжение может подаваться на вход АЦП, как и любое внешнее напряжение, с единственным исключением, что делается это программно, без включения дополнительных внешних компонентов.

Хотя данный узел не был разработан для нашей определенной цели, мы будем использовать его в нашей задаче по измерению напряжения питания микроконтроллера.

Рассмотрим наше уравнение

ADC_VALUE = V_measure * 255/V_REF ,

Но, решая измерить опорное напряжение V_BG, мы получим следующее выражение

ADC_VALUE = V_BG * 255/V_REF

И так как в нашем случае опорное напряжение АЦП равно Vcc (основной момент нашей задачи), то уравнение примет вид

ADC_VALUE = V_BG * 255/Vcc

Зная, что V_BG=1.1 В, из уравнения мы можем вычислить напряжение питания микроконтроллера

Vcc = 1.1 * 255/ADC_VALUE

Благодаря последнему выражению вы сможете вычислить фактическую величину напряжения источника питания вашего устройства на микроконтроллере без использования каких-либо внешних компонентов.

Рассмотрим пример реализации.

Принципиальная схема

AVR: мониторинг напряжения питания, принципиальная схема

Мы используем три NiCad аккумулятора для питания микроконтроллера. Напряжение питания, при полностью заряженных аккумуляторах, составит 4.2 В. Нам необходимо включить светодиод, подключенный к порту PB0, если напряжение будет ниже 3.2 В.

Листинг

Следует учитывать, что напряжение V_BG будет разное у разных микроконтроллеров, особенно из разных партий, и может находиться в пределах 1.01 В – 1.2 В, следовательно необходима будет калибровка. Таким образом, если вычисленное значение Vcc с использованием данного кода неправильное, необходимо проделать следующие действия: измерить вольтметром напряжение питания Vсс и, используя уравнение ниже и зная значение ADC_VALUE, вычислить значение V_BG

ADC_VALUE = V_BG * 255/Vcc

И затем в исходном коде изменить значение напряжения V_BG «1.1» на вычисленное вами значение.

Загрузки

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

Источник

Автоматические регуляторы напряжения AVR

Внимание! Акция!

Автоматические регуляторы напряжения AVR26.09.2020

Автоматические регуляторы напряжения AVR

Автоматические регуляторы напряжения AVR
В настоящее время во многих дизель-генераторных установках большой мощности используются синхронные генераторы бесщеточного типа. Технической и конструктивной особенностью таких генераторов является отсутствие коллекторно-щеточного узла, а обмотка возбуждения располагается во вращающемся роторе. Для обеспечения работы генератора нужно, чтобы индуцированный и протекающий по обмотке возбуждения ток имел необходимую амплитуду и полярность.

Чтобы выпрямить наведенное напряжение, обмотка возбуждения выполняется из двух частей, которые соединены через диод, а амплитуда индуцированного ЭДС зависит от взаимодействия магнитных полей основной и дополнительной обмоток статора. Регулируя наведенную ЭДС в обмотке возбуждения, можно гибко управлять работой генератора. Этот принцип лег в основу создания специальных управляющих электронных устройств, которые стали неотъемлемой частью современных синхронных генераторов (СГ).

Чтобы запитать обмотку возбуждения и стабилизировать вырабатываемое генератором напряжение, используются различные способы и устройства, но наибольшее распространение получили микропроцессорные автоматические регуляторы напряжения AVR. Устройство AVR – своеобразное «сердце» системы возбуждения синхронного генератора. Адаптивно регулируя ток, наведенный в обмотку возбуждения, регулятор напряжения осуществляет стабилизацию параметров на выходе СГ.

Таким же способом удается обеспечить защиту от перегрузок, которые очень опасны для всех типов генераторов, а также защиту от критичного снижения частоты. Электронный корректор напряжения запитан от одной из трехфазных обмоток статора, являющего выходом синхронного генератора, параметры которого устройство контролирует. При помощи автоматического регулятора AVR удается управлять работой генераторной станции в переходном и аварийном режиме.

Кроме того, электронный регулятор напряжения AVR способен поддерживать совместную работу нескольких СГ сходной мощности, подключенных параллельно. От настройки и точности регулировки этого устройства зависят параметры работы всей дизель-генераторной станции.

Принцип работы регуляторов AVR

Стабилизация выходного напряжения до заданного номинального значения производится посредством соответствующего увеличения или уменьшения тока в обмотке возбуждения. Таким же образом удается минимизировать колебания напряжения генератора в процессе работы, а также обеспечить быстрое достижение заданных параметров после запуска станции, необходимых для подключения и энергоснабжения потребителей.

Чтобы вовремя распознать опасность и предупредить аварию генератора, устройство контролирует изменения частоты выходного напряжения, и в случае ее критичного снижения может оперативно уменьшить, либо вообще отключить подачу напряжения на обмотку возбуждения. Эти же действия производятся при плановой или аварийной остановке двигателя. Порог частоты, при котором происходит отключение обмотки возбуждения, обычно установлен в заводских настойках на уровне 45 Гц.

Техническая реализация

Внешний вид и схемное решение устройств AVR, выпущенных различными компаниями для совместной работы с определенными моделями генераторов, могут значительно отличаться, но основные принципы их построения одинаковы. На начальном этапе создания подобных приборов типичный регулятор напряжения AVR выполнялся в виде отдельного устройства, помещенного в специальный металлический «шкаф». Сегодня в основном используются автоматические регуляторы напряжения AVR, представляющие собой небольшую плату, которая монтируется в блок возбуждения синхронного генератора.

Источник

Стабилизатор напряжения (система AVR) в генераторе – принцип работы и особенности

Мы привыкли к тому, что везде используется сеть в 220 В. Именно эта величина является приемлемой для стабильной работы любых электрических приборов. Однако, многие сети уже безнадежно устарели и ослабели. Реконструкцией сетей, конечно же, никто заниматься не хочет. Посему всевозможные скачки и отклонения от нормы – дело обычное. Но данная проблема исчезает, если приобрести генератор напряжения.

Напряжение, который выдает генератор колеблется в широком диапазоне. А причиной тому выступает высокая нагрузка на резервную сеть и конструктивные особенности аппарата. И, как правило, чем ниже стоимость, тем хуже генератор, а, следовательно, больше угрозы для дорогостоящих электроприборов, которые будут к нему подключены. Таким образом, дабы избежать неприятностей, лучше сразу приобрести генератор стабильного напряжения.

Все о стабильности напряжения

Стабильность напряжения или частот оценивается измеренными отклонениями напряжения от номинального за определенное время. Данный термин является ничем иным, как показателем качества электрической сети.

Для чего нужна стабильность напряжения?

Стабильным принято считать напряжение в 220 В. Однако, это всеобщее заблуждение, которое мы постараемся развеять в данной статье.

Существуют допустимые нормы отклонения напряжения. Скажем, у вас есть эталон – идеальный образец качества и нормы. Его величина, допустим, 10. Но идеальным результат не может быть, посему у эталона есть показатели допустимого отклонения, например, — 2 и +2, то есть, если при измерении, вы получили результат в 8 или 12, то это допустимый результат и имеет место быть он.

Таким образом, любой производитель, создавая электрические приборы, допускает их к использованию от электросети диапазоном от 200 до 240 Вольт. Это называется стандартным отклонением до 10%. Но, ни в коем случае, не больше.

Такой перепад допускается только в случае плавного и постепенного возрастания напряжения. А если генератор, внезапно, решил выдать незапланированный скачок, то «прощай, мой холодильник!». Никаких защитных функций генератора не хватит, чтобы защитить технику от разрушительной силы скачков напряжения.

Закон Ома гласит «сила тока всегда прямо пропорциональна напряжению», другими словами, если напряжение вернулось к исходному состоянию, а после резко повысилось, то и сила тока также резко пойдет вверх. В результате, электроны сходят с ума, а температура проводников и полупроводников преодолевает все допустимые нормы.

Вывод: скачки напряжения – это стопроцентный риск остаться без электрических приборов, причем, совершенно неожиданно, а это повлечет за собой незапланированные затраты личных денег на приобретение новой техники. Именно поэтому, стоит задуматься о том, что гораздо выгоднее купить генератор AVR и оставаться спокойным за свою технику.

Факторы, влияющие на стабильность напряжения

Дабы уклониться от неприятных ситуаций, рекомендуется устанавливать генераторный аппарат на специальное реле напряжения. Но такое реле не будет стабилизировать напряжение, а только являть его величину в критическом состоянии сети. Поэтому, более целесообразно приобрести бензиновый генератор с функцией стабилизации.

На стабильность выдаваемого напряжения влияет несколько следующих факторов:

1. Класс двигателя. Качество двигателя и его сборки важный критерий для генератора, а соответственно, стабильности напряжения сети. Именно качество влияет на возможности двигателя поддерживать 3000 об/мин в постоянном темпе. Данное число неизменно даже во время смены нагрузки и потребления тока, подключенной техникой.

2. Тип альтернатора. Выделяют их всего два: синхронный и асинхронный. Синхронный или же щеточный имеет более сложную конструкцию со стартером, ротором и угольными щетками. Стартер и ротор имеют обмотку. Желательно, если обмотка будет медной. Таким образом, синхронный альтернатор влияет на стабильность напряжения, для которого скачки и отклонения от эталона не будут характерными. Асинхронный же альтернатор обладает своими плюсами, однако, в их числе нет качественного тока.

3. Технология. Имеется в виду современная инверторная технология. Инверторные генераторные аппараты могут выдавать качественный и чистый ток с прекрасной геометрической синусоидой. Такое возможно благодаря двойному преобразованию переменного тока в постоянный, а следом обратно в переменный лучшего качества. Отклонение от эталона в генераторе инверторного типа составляет всего 2, 5%. Неплохо, да?

4. AVR. Генераторы инверторные с AVR – идеальны, если пользователь желает сохранить свою технику от перебоев в сети. Данная технология (AVR) держит выходное напряжение на одном уровне, совершенно, исключая отклонения и скачки. Они, просто-напросто, не могут появиться.

Электроника, которая не может обойтись без стабильного напряжения

Существует большое количество электрических приборов, которые не долго «проживут» без стабильного напряжения. Это, как правило, тяжелая и ответственная техника. Наподобие медицинского оборудования. Представьте, что случиться с пациентом, если аппарат жизнеобеспечения выйдет из строя, хотя бы на минуту.

Также, лабораторное оборудование требует наличия стабильного напряжения. Например, сверхточный и жутко чувствительный pH-метр. Стоит току проявиться в скачке, так аппарат, если и не сломается вовсе, то потребует перенастройки, а дело это нудное.

Естественно, бытовую технику мы тоже стороной не обойдем. Компьютеры и модемы требуют наличие стабильного напряжения. Стиральные и посудомоечные машины тоже можно добавить в список. Особенно, боится скачков котел. Одного маленького скачка достаточно, чтобы остаться зимой без отопления. А детали на котлы очень дорогие и без него не обойтись, как допустим, без компьютера или посудомойки.

Из мелкой техники, можно отметить, что современные смартфоны очень полезны и функциональны, но скачков боятся, как огня. То же самое можно сказать и о других гаджетах.

Отсюда, можно сделать умозаключение, что генератор стабильного напряжения – не лишняя трата денег, а необходимость, которая защищает электроприборы от скачков напряжения, а пользователя от холода, голода и социальной изоляции.

Так же у нас на сайте Вы сможете найти большой выбор двухтопливные генераторы или Дизельный генератор Forte.

Источник

Поделиться с друзьями
Электрика и электроника
Adblock
detector