Entwicklung der Steuereinheit eines einphasigen Frequenzumrichters (PDF)

Inhaltsangabe:Problemstellung:
Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll eine Steuereinheit, basierend auf einem Mikrocontroller und einem programmierbaren Logikbaustein, zur Ansteuerung und Überwachung der Leistungsschalter eines einphasigen Frequenzumrichters entwickelt werden.
Ein Frequenzumrichter dient zur Frequenzumformung von Wechselspannungen. Er enthält Ventile, die in genau definierter Abfolge geschaltet werden müssen. Die Signale für diese Ventile sind in ihrer Form vordefiniert und enthalten variable Parameter.
Ziel dieser Arbeit war es, eine Steuereinheit zur Ansteuerung und Überwachung der Leistungsschalter eines einphasigen Frequenzumrichters zu entwickeln.
Erst wurde die synchrone serielle Kommunikation zwischen CPU und CPLD verifiziert. Es hat sich herausgestellt, daß eine schnelle Synchronisation nur über die Verwendung des CLK-Pins am CPLD möglich ist. Dann können Informationen mit akzeptabler Geschwindigkeit zwischen CPU und CPLD ausgetauscht werden.
Im CPLD wurden zwei Vollbrückenansteuerungen untergebracht, wobei die eine nur als Halbbrückenansteuerung verwendet wird. Somit kann ein B6 Ventilbrückenmodul komplett angesteuert werden.
Die Form des Steuersignals kann in einer Stufung von einem Grad variiert werden. Zwischen Halb- und Vollbrücke kann eine Phasenverschiebung von 0 bis 180 Grad, ebenfalls in einer Stufung von einem Grad, eingestellt werden. Außerdem ist ein Parameter vorhanden, über welchen Gleichspannungsanteile der Last kompensiert werden können.
Die Einstellung der Frequenz übernimmt ein DDS-IC mit theoretisch 2 hoch 27 Frequenzstufen. Die CPU kann ihm diese Genauigkeit nicht übermitteln. Daher kann die Frequenz bei manueller Eingabe nur in 0.625Hz Stufen im Bereich von 0.625Hz bis 10.24kHz eingegeben werden. Die Frequenz kann auch über einen externen Frequenzgenerator mit derselben Genauigkeit von 112.5Hz bis 10.24kHz eingespeist werden.
Alle Parameter sowie die Frequenz können auf einem LCD-Display angezeigt werden.
In einer Fortführung des Projektes muß untersucht werden, welche Auswirkung Parameteränderungen auf die Wirkleistung in der Last haben. Dann kann man ein Regelsystem aufbauen, das die maximal mögliche Wirkleistung in der Last hervorruft. Die Wirkleistung ist also die Regelgröße. Nun muß man noch diese Regelgröße erfassen und einem Regler zuführen, der die optimalen Stellgrößen (a,b,c) berechnet und diese der CPU übermittelt. Die CPU wurde bereits so ausgelegt, daß die Stellgrößen über eine zweite [...]