CS268285B1

CS268285B1 - Connection of microcomputer's peripheral circuits for thyristor converters' direct digital control

Info

Publication number: CS268285B1
Application number: CS875632A
Authority: CS
Inventors: Karel Dvorak
Original assignee: Karel Dvorak
Priority date: 1987-07-27
Filing date: 1987-07-27
Publication date: 1990-03-14
Also published as: CS563287A1

Abstract

Zapojení spadá do oboru tyristorových měničů. Řeší se fázová řízení měničů proudu na bázi tyriatorů. Vý hodnost řeieného zapojení spočívá v tom, ie je velmi jednoduché, přičemi lze jedním mikropočítačem provádět jak regulaci měničů, tak i přímo generování zapalovacích impulsů. Z první vstupní svorkovnice je přiváděno synchronizační napětí přes galvanický oddělovač, součtový obvod, fázový detektor, napětím řízenému oscilátoru, jehoi výstup je zapojen na první vstup děliče frekvence, na druhý vstup čí tače a hodinové vstupy prvních časových obvodů. Výstup děliče frekvence Je připojen na druhý vstup fázového detektoru. Na interní sběrnici mikropočítače Je zapojen vícevatupový analogo-číslicový převodník skutečné hodnoty proudu měniče, dále dělič frekvence, čítač, první časovači obvody s výstupy zapalovacích impulsů.The wiring is in the thyristor range converters. Phase proceedings are being addressed thyristor-based current converters. Vý the rank of engagement involved rests in that it is very simple, though one microcomputer can perform as drive control, as well as directly generating ignition pulses. First the input terminal block is supplied synchronizing voltage over galvanic separator, sum circuit, phase detector a voltage controlled oscillator its output is connected to the first input frequency dividers, on the second input or and time inputs of the first timers circuits. Frequency divider output It is connected to the second phase input detector. On the microcomputer's internal bus A multi-stage analog-to-digital is connected real converter the inverter current value, the divider frequency, counter, first timing circuits with ignition pulse outputs.

Description

Vynález se týká zapojení periferních obvodů mikropočítače pro přímé číslicové řízení tyristorových měničů.The invention relates to the connection of peripheral circuits of a microcomputer for direct digital control of thyristor converters.

Dosud používaná zapojení řídicích obvodů a mikropočítači pro fázové řízení měničů proudu s polovodičovými ventily používají obvykle pro každý impulsní výstup oddělené časovači obvody. Při složitější struktuře měniče to přináší velké množství součástek, a tím i sníženou spolehlivost. Proudová smyčka jo často řešena analogově a přibývají zbytečné konverze řídicích veličin. Rovněž není uspokojivě řešena filtrace synchronizačního signálu, zejména při přechodových stavech v síti, vedoucí mnohdy k nevysvětlitelným poruchám v provozu.Previously used control circuit connections and microcomputers for phase control of current converters with semiconductor valves usually use separate timing circuits for each pulse output. With a more complex drive structure, this brings a large number of components, and thus reduced reliability. The current loop is often solved in analog and unnecessary conversions of control variables are added. Also, the filtering of the synchronization signal is not satisfactorily solved, especially in the case of transient states in the network, which often leads to unexplained faults in operation.

Uvedené nevýhody odstraňuje zapojení periferních obvodů mikropočítače pro přímé číslicové řízení tyristorových měničů podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že na první vstupní svorkovnici pro synchronizační napětí je svým vstupem připojen galvanický oddělovač, jehož první výstup je připojen na vatup prvního tvarovacího obvodu. Jeho výstup je připojen na vstup filtru, jehož výstup je připojen na vstup druhého tvarovacího obvodu. Jeho výatup je připojen na první nastavovací vstup čítače. Druhý výstup galvanického oddělovače je připojen na první vstup fázového detektoru, jehož výstup je připojen na vatup napětím řízeného oscilátoru. Jeho výstup je připojen jednak na druhý vstup čítače, jednak na hodinové vstupy prvních časovačích obvodů a jednak na první vatup děliče frekvence. Jeho výstup je připojen na druhý vstup fázového detektoru, přičemž na druhou vstupní svorku pro skutečnou hodnotu proudu měniče je připojen vícevstupový analogo-čísllcový převodník. Jeho výstup jo připojen na Interní sběrnici mikropočítače, na kterou je dále obousměrně připojen čítač, dělič frekvence, *prvijíml vetupy první časovači obvody, řídicí obvod, vícenásobný bránový obvod a druhé časovači obvody. Jejich výstupy jsou připojeny na druhé vstupy hradel, jejichž první vstupy jsou připojeny na výstup vícenásobného bránového obvodu. Výstupy prvních časovačích obvodů jsou připojeny na řídicí obvod a výstupy hradel jsou připojeny na výkonové zesilovače zapalovacích impulsů řízených tyrietorů měničů.The above-mentioned disadvantages are eliminated by the connection of the peripheral circuits of the microcomputer for the direct digital control of the thyristor converters according to the invention. Its essence lies in the fact that a galvanic separator is connected by its input to the first input terminal block for synchronization voltage, the first output of which is connected to the input of the first shaping circuit. Its output is connected to the input of a filter, the output of which is connected to the input of the second shaping circuit. Its output is connected to the first setting input of the counter. The second output of the galvanic isolator is connected to the first input of the phase detector, the output of which is connected to the input voltage-controlled oscillator. Its output is connected to the second input of the counter, to the clock inputs of the first timing circuits and to the first input of the frequency divider. Its output is connected to the second input of the phase detector, while a multi-input analog-to-digital converter is connected to the second input terminal for the actual value of the inverter current. Its output is connected to the internal bus of the microcomputer, to which a counter, a frequency divider are connected in both directions, the first timing circuits, the control circuit, the multiple gate circuit and the second timing circuits. Their outputs are connected to second gate inputs, the first inputs of which are connected to the output of a multiple gate circuit. The outputs of the first timing circuits are connected to the control circuit and the outputs of the gates are connected to the power amplifiers of the ignition pulses of the controlled thyretors of the converters.

Alternativní provedení spočívá v tom, že na výstup galvanického oddělovače je zapojen vstup součtového obvodu, jehož výatup je připojen na vstup fázového detektoru.An alternative embodiment consists in that the input of the summing circuit is connected to the output of the galvanic separator, the output of which is connected to the input of the phase detector.

Výhodnost řešení podle vynálezu spočívá v tom, že jedním mikropočítačem je možná nejen regulace měničů, ale i přímé generování zapalovacích impulsů, a to i pro několik nezávislých smyček. Odpadají i komplikace s komunikací mezi jednotlivými funkčními bloky a lze též enadno aplikovat vlečné regulace či adaptivní řízení. Výhody zapojení vyniknou zejména při použití mikroprocesorů ae zvýěeným hodinovým kmitočtem. Zapojení neobsahuje nastavovací prvky a jakákoliv změna funkce ee dosáhne pouze změnou programu. Správnost funkce lze ověřit jednoduchým testovacím programem, takže zapojení jo výhodné pro vývoj, výrobu i provoz. Konstrukčně je možno - umístit všechny součástky na jedinou desku,, snadno výměnnou při poruše.The advantage of the solution according to the invention lies in the fact that one microcomputer is possible not only for the control of converters, but also for the direct generation of ignition pulses, even for several independent loops. There are also no complications with communication between the individual function blocks and traction control or adaptive control can also be easily applied. The advantages of the connection stand out especially when using microprocessors and with an increased clock frequency. The connection does not contain setting elements and any change in the ee function is achieved only by changing the program. The correctness of the function can be verified by a simple test program, so the connection is advantageous for development, production and operation. It is structurally possible to place all components on a single board, easily replaceable in the event of a failure.

Vynález bude v dalším textu blíže objasněn na příkladu provedení, jehož schéma zapojení je znázorněno na připojeném výkresu.The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment, the circuit diagram of which is shown in the accompanying drawing.

Na první vstupní svorkovnici V pro synchronizační napětí s počtem N fází a frekvencí F, které jsou shodné s napájecí soustavou tyristorových měničů, je připojen stejným počtem vodičů, jako je počet fází, vstup galvanického oddělovače 1_. Galvanický oddělovač. může být realizován pomocí optoelektronické vazby, nebo transformátorů apod. První výatup galvanického oddělovače 1. je jednovodičový a je připojen na vstup prvního tvarovacího obvodu £· První tvarovací obvod £ může být tvořen komparátorem. Výstup prvního tvarovacího obvodu £ je připojen na vstup filtru 2» který je tvořen dolní propustí konstantním zpožděním. Výstup filtru 2 připojen ne vstup druhého tvarovacího obvodu 8 s hyeterezí a zvýieným prahem. Tento druhý tvarovací obvod může být opět tvořen komparátorera. Výstup druhého tvarovacího obvodu .8 je připojen na první nastavovací vstup Čítače χ. Druhý výstup galvanického oddělovače 1_ je připojen na vstup součtového obvodu 2. pomocí takového počtu vodičů, který je rovný počtu N tÁií. Součtový obvod χ ®ůže být tvořen odporovým součtovým členem. Při počtu N » 1 fází součtový člen χ odpadá. Výstup součtového členu χ je připojen na vstup fázového detektoru 2· Výstup fázového detektoru 2 je připojen na vstup napětím řízeného oscilátoru £. Fázový detektor 3 a napětím řízený oscilátor 4 jsou tvořeny v konkrétním provedení speciálním integrovaným obvodem. Výstup napětím řízeného oscilátoru £ je připojen jednak na druhý vstup čítače 2, jednak na hodinové vstupy prvních časovačích obvodů 10.1 až 10_xn a jednak na první vstup děliče χ frekvence. První časovači obvody 10.1 až lO.n mohou být tvořeny integrovanými obvody. Dělič £ frekvence je rovněž tvořen Integrovaným obvodem. Výstup děliče 2 frekvence je připojen na druhý vstup fázového detektoru 2· Na druhou vstupní svorkovnici X pro skutečné hodnoty proudů měničů je připojen vícevstupový analogo-číslícový převodník 16 vybavený analogovým pamítovým obvodem, tvořeným např. RC-členem. Jeho výstup je připojen na interní sběrnici mikropočítače 1§, na kterou je dále obousměrně připojen čítač 2» dělič 2 frekvence, prvními vstupy první časovači obvody 10.1 až 10.n_L řídicí obvod 11, vícebránový obvod 12 a druhá časovači obvody lízl *1 li-Dz Výstupy prvních časovačích obvodů 10_tl až 10.n jsou připojeny na vstupy řídicího obvodu 11. Výstupy druhých časovačích obvodů IJ^l až IJ.n jsou připojeny na druhá vstupy hradel 14_rl až 14.n, jejichž první vstupy jsou připojeny na výstup vícenásobného bránového obvodu 12. Výstupy I_±1 až I.n hradel 14.1 až 14.n jsou připojeny na výkonové zesilovače zapalovacích impulsů řízených tyristorových měničů, které nejsou znázorněny. Vícenásobný bránový obvod 1^ je tvořen integrovaným obvodem. Řídicí obvod 11 je vytvořen na bázi tranzistorů. Druhé časovači obvody 13^1 až 13·η a hradla 14.1 až 14_Λη jsou tvořeny Integrovanými obvody.The input of the galvanic isolator 7 is connected to the first input terminal block V for a synchronizing voltage with a number of N phases and a frequency F, which are identical to the supply system of the thyristor converters. Galvanic separator. it can be realized by means of an optoelectronic coupling, or transformers, etc. The first output of the galvanic separator 1 is single-conductor and is connected to the input of the first shaping circuit £ · The first shaping circuit £ can be formed by a comparator. The output of the first shaping circuit 6 is connected to the input of the filter 2, which is formed by a low-pass filter with a constant delay. The output of the filter 2 is connected to the input of the second shaping circuit 8 with a hyeteresis and a raised threshold. This second shaping circuit can again be formed by a comparator. The output of the second shaping circuit .8 is connected to the first setting input of the Counter χ. The second output of the galvanic separator 7 is connected to the input of the summing circuit 2 by means of a number of conductors which is equal to the number N of parts. The sum circuit χ ® can be formed by a resistive sum element. With the number N »1 phases, the sum term χ is omitted. The output of the summing element χ is connected to the input of the phase detector 2 · The output of the phase detector 2 is connected to the input of the voltage controlled oscillator £. The phase detector 3 and the voltage-controlled oscillator 4 are formed in a specific embodiment by a special integrated circuit. The output of the voltage-controlled oscillator £ is connected to the second input of the counter 2 and to the clock inputs of the first timing circuits 10.1 to 10 _x to the first input of the frequency divider χ. The first timing circuits 10.1 to 10.n may be formed by integrated circuits. The frequency divider is also formed by an integrated circuit. The output of the frequency divider 2 is connected to the second input of the phase detector 2. A multi-input analog-to-digital converter 16 equipped with an analog memory circuit, e.g. formed by an RC member, is connected to the second input terminal block X for the actual values of the inverter currents. Its output is connected to the internal bus of the microcomputer 1§, to which a counter 2 »frequency divider 2 is connected in both directions, the first inputs of the first timing circuits 10.1 to 10.n _L control circuit 11, multi-gate circuit 12 and the second timing circuits lizl * 1 li -Dz The outputs of the first timing circuits 10 _t1 to 10.n are connected to the inputs of the control circuit 11. The outputs of the second timing circuits Ij1 to In.n are connected to the second inputs of the gates 14 _r1 to 14.n, the first inputs of which are connected to the output of the multiple gate circuit 12. The outputs I _± 1 to In of gates 14.1 to 14.n are connected to the power amplifiers of the ignition pulses of the controlled thyristor converters, which are not shown. The multiple gate circuit 11 is an integrated circuit. The control circuit 11 is formed on the basis of transistors. The second timing circuits 13 ^ 1 to 13 · η and the gates 14.1 to 14 _Λ η are formed by integrated circuits.

Funkce zapojení je následující.The connection function is as follows.

Synchronizační napětí, s počtem N fází a frekvencí F, shodnými β napájecí soustavou měničů, je přivedeno z první vstupní svorkovnice £ na vstup galvanického oddělovače z něhož se přivádí signál vztažné ráze na vstup prvního tvarovacího obvodu £, z jehož výstupu se vede jako obdélníkové napětí na filtr £. Filtrované napětí je dále přivedeno na vstup druhého tvarovacího obvodu 2· íYvní hrana obdélníkového napětí na výstupu druhého tvarovacího obvodu 8, která nastavuje čítač 2, “á malé zpoždění, aby příliě neovlivnilo fázovou chybu při změně frekvence synchronizačního napětí. Druhá, neúčinná hrana obdélníkového napětí má podstatně větSÍ zpoždění, aby nikdy nedoělo nedokonalou filtrací k nastavení čítače 2 ^T protifázl. První tvarovací obvod 2« filtr £ a druhý tvarovací obvod 8 účinně potlačují zákmity, vyiSÍ harmonické a zejména kolísání amplitudy synchronizačního napětí.The synchronization voltage, with the number N of phases and frequency F, identical to the β supply system of the converters, is fed from the first input terminal block £ to the input of the galvanic isolator from which the reference shock signal is fed to the input of the first shaping circuit £. and filter £. The filtered voltage is further applied to the input of the second shaping circuit 2. The edge of the rectangular voltage at the output of the second shaping circuit 8, which sets the counter 2, has a small delay so as not to greatly affect the phase error when changing the frequency of the synchronizing voltage. The second, ineffective edge of the rectangular voltage has a significantly greater delay, so that the 2 ^T antiphase counter is never set by imperfect filtering. The first shaping circuit 2, the filter 6 and the second shaping circuit 8 effectively suppress oscillations, higher harmonics and in particular fluctuations in the amplitude of the synchronizing voltage.

• Synchronizační napětí, přivedené z druhého výstupu galvanického oddělovače £ na vstup součtového obvodu χ, es na jeho výstupu objeví jako obdélníkové výstupní napětí s frekvencí K.F, přičemž F je frekvence shodná s frekvenci napájecí soustavy měničů. Výstup fázového detektoru 2 říší kmitočet napětím řízeného oscilátoru £, který je k-násobken frekvence N.F a jeho perioda určuje časový krok čítače 2 » prvních časovačích obvodů 10.1 až 10.n, na jejichž hodinové vstupy je přiveden. K je dělicí konstanta děliče 2 frekvence. Čítač 2 traéněuje svůj obsah synchronně a kmitočtem P sítě, a je nastavován na počáteční hodnotu v intervalech odvozených od periody sítě. Jeho číselný obsah slouží k výpočtu relativního časového odstupu, který má uplynout od okamžiku tohoto výpočtu, až k okamžiku generování Impulsní kombinace přísluSné fáze, podle žádaného úhlu otevření měniče. Napětí, přivedená z výstupu• The synchronizing voltage applied from the second output of the galvanic isolator £ to the input of the summing circuit χ, es appears at its output as a rectangular output voltage with frequency K.F, where F is the frequency equal to the frequency of the inverter supply system. The output of the phase detector 2 controls the frequency of the voltage-controlled oscillator 6, which is k-multiplied by the frequency N.F, and its period determines the time step of the counter 2 of the first timing circuits 10.1 to 10.n, to whose clock inputs it is applied. K is the division constant of the 2 frequency divider. Counter 2 tracks its content synchronously and at the frequency P of the network, and is set to an initial value at intervals derived from the period of the network. Its numerical content is used to calculate the relative time interval to elapse from the moment of this calculation to the moment of generating the pulse combination of the respective phase, according to the desired angle of opening of the converter. Voltage supplied from the output

CS napětím řízeného oscilátoru £ na první hodinový vstup děliče £ frekvence, Je děleno konstantou X a je přivedeno z děliče £ frekvence na druhý vstup fázového detektoru £. Fázový detektor £, napětím řízený oscilátor £ a dělič £ frekvence tvoří fázový závěs. Správnou funkci synchronizačních obvodů neovlivní ani značné odchylky sítové frekvence. Mikropočítač 2£ vypočítává ze zadaného úhlu otevření a z příslušného stavu čítače £ relativní zpoždění zapalovacích impulsů tyristorů měniče a naplní jejich hodnotou první časovači obvody 10.1 až 10.n. Po uplynutí nastavené doby vyvolají tyto první časovači obvody 10.1 až 10.n přes bezprioritní řídicí obvod 11 přerušení běhu programu mikropočítače 15· Obslužný podprogram mikropočítače 1£ vyvolá nejprve sejmutí skutečné hodnoty proudu ze druhé vstupní svorkovnice X vícevstupového analogo-číslicového převodníku 16, a vyšle potom na příslušný výstup vícenásobného bránového obvodu 12 příslušnou kódovou kombinaci. Následuje aktivace příslušného druhého časovacího obvodu 13.1 až 13·η, který otevře příslušné hradlo 14.1 až 14.n na dobu, potřebnou pro otevření výkonových ventilů, tvořených tyriatory. Z výstupů 1.1 až I.n hradel 14.1 až 14.n jsou Impulsy přivedeny k zesílení ne znázorněným výkonovým zesilovačům.CS by the voltage controlled oscillator £ to the first clock input of the frequency divider £, is divided by the constant X and is fed from the frequency divider £ to the second input of the phase detector £. The phase detector £, the voltage controlled oscillator £ and the frequency divider £ form a phase lock. The correct function of the synchronization circuits will not be affected by significant deviations of the mains frequency. The microcomputer 2E calculates from the entered opening angle and from the respective state of the counter £ the relative delay of the ignition pulses of the thyristors of the converter and fills the first timing circuits 10.1 to 10.n with their value. After the set time has elapsed, these first timing circuits 10.1 to 10.n cause the microcomputer program 15 to be interrupted via the non-priority control circuit 11. then to the respective output of the multiple gate circuit 12 the respective code combination. This is followed by the activation of the respective second timing circuit 13.1 to 13 · η, which opens the respective gate 14.1 to 14.n for the time required to open the power valves formed by the tyriators. From the outputs 1.1 to I.n of gates 14.1 to 14.n, the pulses are fed to an amplifier (not shown).

Zapojením podle vynálszu lze výhodně řídit několik nezávislých měničů proudu, např. bloku cukrovarnických odstředivek.By connecting according to the invention, it is possible to control several independent current converters, for example a sugar centrifuge block.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

1. Connection of peripheral circuits of a microcomputer for direct control of thyristor converters, characterized in that a galvanic isolator / 1 / is connected by its input to the first input terminal block / Y / for synchronization voltage, the first output of which is connected to the input of the first shaping circuit / 6 / , the output of which is connected to the input of the filter / 7 /, the output of which is connected to the input of the second shaping circuit / 8 /, the output of which is connected to the first setting input of the counter / 9 /, the second output of the galvanic separator / 1 / is connected to the first input phase detector / 3 /, the output of which is connected to the input of a voltage-controlled oscillator / 4 /, the output of which is connected to the second input of the counter / 9 /, to the clock inputs of the first timing circuits /10.1 to 10.n / and to the first input of a frequency divider / 5 /, the output of which is connected to the second input of the phase detector / 3 /, while a multi-input analog-to-digital converter / 16 / is connected to the second input terminal block / X / for the actual value of the inverter current, the output is connected to the internal bus of the microcomputer / 15 /, to which the counter / 9 /, the frequency divider / 9 /, the first timing circuits of the first timing circuits /10.1 to 10.n /, the control circuit / 11 / are connected in both directions, multiple gate circuit / 12 / and second timing circuits /13.1 to 13.n /, the outputs of which are connected to the second gate inputs /14.1 to 14.n /, the first inputs of which are connected to the output of the multiple barrier circuit / 12 /, the outputs of the first padding circuits /10.1 to 10.n / Jbou are connected to the control circuit / 11 / and the outputs /1.1 to In / gates /14.1 to 14 ^ n / are connected to the power amplifiers of the ignition pulses.

2. Connection according to item 1, characterized in that the input of the summing circuit / 2 / is connected to the output of the galvanic separator / 1 /, the output of which is connected to the input of the phase detector / 3 /.