SU1206951A2 - Устройство дл управлени мостовым вентильным преобразователем - Google Patents

Description

1 1

Изобретение  вл етс  дополнительным к основному по авт.св. К- 114678 н ( Одержит задающий генератор тактовых импульсов, микропроцессорный вычислительный блок, включаюпшй микропроцессор с двум  входами прерывани , программно-задающий блок ОЗУ и ПЗУ, блок параллельного ввода и два блока параллельного вывода информации , блок распределени  отпирающих импульсов, выходы которого предназна чены дл  подк.шочени  к управл ющим электродам вентилей преобразовател , а входы подключены к выходам первого блока вывода информации, блок нуль- органов и регистратора пол рностей фаз трехфазной питаюп1ей сети, входы которого подсоединены к питающей сети, содержащий шестибитный информационный и импульсный выходы. Это устройство снабжено блоком счетчиков тактовых и пyльcoв с входами тактиро вани , импульсным выходом, двум  информационными и одним управл ющим входами, блок .нуль-органов и регистратора пол рностей фаз снабжен вхо дом управлени , причем шестибитный информационный выход блока нуль-орга нов и регистратора пол рностей фаз подключен к информационному входу блока ввода информации, управл ющий выход которого подсоединен к входу управлени  блока нуль-органов и регистратора пол рностей фаз, импульсный выход которого подключен через блок ввода информации к первому входу прерываний микропроцессора дл  за пуска подпрограммы обслуживани  прерываний от нуль-органов, информационные и управл ющий выходы второго блока вывода информации подсоединены соответственно к первому и второму информационньтм и управл ющему входам блока счетчиков, вход тактировани  которого подключен к выходу задающего генератора тактовых импульсов , а импульсный выход - к второму входу прерываний микропроцессора дл  запуска подпрограммы обслуживани  прерываний от счетчиков тактовых импульсов.

Блок нуль-органов и регистратора пол рносте : фаз содержит шесть ка- налор преобразовани  информации о состо нии пол рностей фаз напр жений трехфазной питающей сети с последо- ратрльпо соединенными нуль-органом и формирователем импул1 сов синхрони- ч пии и K,(7i,OM из каналов J раздели0695

тельный трансформатор, первые фазные обмотки которого соединены в треугольник и подключены к питающей сети , а вторичные - соедиттены в звез5 дочку и подключены к соответств утощ1гм парам нуль-органов, одного дл  поло- жительныхд а другого дл  отрицательных значений соответствующего линейного напр жени  питающей сети в каж10 дои паре, управл емый шестибитный регистр на шести элементах И с шестибитными информационными входом и выходом и входом управлени  и шес- тивходовый элемент И-НЕ, причем

15 выходы нуль-органов подключены к шестибитному информационному входу управл емого регистра, выход которого подсоединен к и 1формационному выходу блока, вход управлени  кото20 рого соединен с входом управлени  регистра, при этом выходы нуль-органов одновременно через соответствующие формирователи импульсов синхронизации св заны с входами элемента

25 И-ЯЕ, выход которого подсоединен к импульсному выходу блока.

Блок счетчиков тактовых импульсов содержит два нереверсивных вычитающих счетчика тактовых импульсов анод30 ной и катодной групп мостового вентильного преобразовател  соответственно „ блок управлени  счетчиками и блок определени  приоритета счетчиков , причем вход тактировани  блока

подсоединен к счетным входам счетчиков , кодовые входы которых подключены соответственно к первому и второму информационным входам блока счетчиков, управл ющий вход которого

св зан через блок управлени  счетчиками с входами записи кода, сброса и разрешени  счета счетчиков, выходы которых подключены к соответствующим входам блока определени  приоритета

счетчиков, выход которого подсоединен к импульсному выходу блока.

Однако известное устройство не обеспечивает возможности управлени  двухмостовым вентильным преобразова- телем с встречно параллельным соединением мостов и раздельным управлением мостами, работающим, например, в режиме циклоконвертора.

Целью изобретени   вл етс  расши- рение области применени  устройства.

Цель достигаетс  тем, что устройство дл  управлени  мостовым вентильным преобразователем снабжено блоком регистрации нул  и пол рности тока нагрузки с п тью входами и выходами логических сигналов Ток нагрузки , Адрес включаемого моста и импульсного сигнала Нуль тока нагруз- j ки, блок нуль-органов и регистратора пол рностей фаз снабжен дополнительным входом прерывани , а блок счетчиков снабжен дополнительным счетчиком тактовым импульсов, причем ю информационный и управл ющий входы последнего св заны через блок управлени  счетчиками соответственно с информационным и управл ющим входами блока счетчиков, счетный вход св - 5 зам с выходом задающего генератора тактовых импульсов, а импульсный выход подключен к дополнительному входу блока определени  приоритета счетчиков , первые три входа блока реги- 20 страции нул  и пол рностей тока нагрузки подключены к соответствующим лини м питающей трехфазной сети, а два других предназначены дл  подключени  к клеммам нагрузки, выходы ло-25 гических сигналов Ток нагрузки и Адрес включаемого моста блока страции нул  и пол рности тока нагрузки присоединены к соответствующим входам блока ввода информации, а ,« выход импульсного сигнала Нуль тока нагрузки подключен к дополнительному входу нуль-органов и регистратора пол рностей фаз.

л

Блок регистрации нул  и пол рности 35 тока нагрузки содержит две группы по шесть датчиков состо ни  вентилей, два шёстибитных инверторных регистра, два шестивходовых элемента И-НЕ,

ному входу этого же триггера, вход формировател  импульсов прерьшанн  подключен к выходу двухвходового элемента ИЛИ, а выход - к выходу импульсного сигнала Нуль тока нагрузки блока.

На фиг,1 приведена функциональна  схема микропроцессорного устройства дл  управлени  вентильным преобразователем - циклоконверторам; на фиг.2 - принципиальна  схема блока нуль-органов и регистратора пол рностей фаз: на фиг. 3 - принципиальна  схема блока регистрации нул  и пол рности тока нагрузки; на фиг,4.- временные диаграммы напр жений и токов, по сн ющие работу устройства; на фиг.5 - структурные схемы алгоритмов основной части управл ющей программы и подпрограмм обслуживани  прерываний.

Предлагаемое устройство предназначено дл  цифрового микропроцессорного управлени  вентильным преобразователем частоты - циклоконверто- ром. Силова  часть циклоконвертора |(фиг.1) содержит два щестивентильных моста ( комплекта ) Ml и М2, включенных встречно-параллельно нагрузке через защитные токоограничивающие реакторы. Циклоконвертор питает в общем случае активно-индуктивную с противо- ЭДС нагрузку, преобразу  энергию трехфазной сети переменного напр жени  Vti с частотой f . в напр жение

- иг j: частотой fi.

Управл ющие электроды вентилей (тиристоров) присоединены к соответствующим выходам блока распределе- двухвходовьй элемент ИЛИ, Б -триггер, 40 ни  отпирающих импульсов предлагаемого устройства.

Входной информацией дл  предлагаемого устройства служат линейные напр жени  .трехфазной питающей сети , UBC UCP, и их инверсии ИБ ,

инвертор и формирователь импульсов прерывани , причем выходы щести датчиков состо ни  вентилей первого моста и других шести датчиков состо ни  вентилей второго моста через соот- 45 ветственно первый и второй шестибитные инверторные регистры присоединены соответственно к входам первого и второго шестивходовых элементов И-НЕ, выходы которых подключены к 50 входам двухвходового элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к выходу логического сигнала Ток нагрузки блока и через инвертор - к входу синхронизации 5 -триггера, инверсный 55 выход которого подключен к выходу логического сигнала Адрес включаемого моста блока и к информационUCB Каждому из этих шести напр жений соответствует свой нуль- орган, которые объединены в блок 1 нуль-органов и регистратора пол рностей фаз С фиг.2). Входы нуль-органов св заны с соответствующими фазами трехфазной питающей сети, а выходы - через специальные формирующие и логические схемы подключены к входу устройства ввода микропроцессорного вычислительного блока 2.

Микропроцессорный вычислительный блок 2 представл ет собой програмному входу этого же триггера, вход формировател  импульсов прерьшанн  подключен к выходу двухвходового элемента ИЛИ, а выход - к выходу импульсного сигнала Нуль тока нагрузки блока.

На фиг,1 приведена функциональна  схема микропроцессорного устройства дл  управлени  вентильным преобразователем - циклоконверторам; на фиг.2 - принципиальна  схема блока нуль-органов и регистратора пол рностей фаз: на фиг. 3 - принципиальна  схема блока регистрации нул  и пол рности тока нагрузки; на фиг,4.- временные диаграммы напр жений и токов, по сн ющие работу устройства; на фиг.5 - структурные схемы алгоритмов основной части управл ющей программы и подпрограмм обслуживани  прерываний.

Предлагаемое устройство предназначено дл  цифрового микропроцессорного управлени  вентильным преобразователем частоты - циклоконверто- ром. Силова  часть циклоконвертора |(фиг.1) содержит два щестивентильных моста ( комплекта ) Ml и М2, включенных встречно-параллельно нагрузке через защитные токоограничивающие реакторы. Циклоконвертор питает в общем случае активно-индуктивную с противо- ЭДС нагрузку, преобразу  энергию трехфазной сети переменного напр жени  Vti с частотой f . в напр жение

- иг j: частотой fi.

UCB Каждому из этих шести напр жений соответствует свой нуль- орган, которые объединены в блок 1 нуль-органов и регистратора пол рностей фаз С фиг.2). Входы нуль-органов св заны с соответствующими фазами трехфазной питающей сети, а выходы - через специальные формирующие и логические схемы подключены к входу устройства ввода микропроцессорного вычислительного блока 2.

Микропроцессорный вычислительный блок 2 представл ет собой программируемое , управл ющее в реальном масштабе времени, специализированное вычислительное устройство, в состав которого вход т программно-задающий блок ОЗУ и ПЗУ 3, микропроцессор А, блоки параллельного ввода 5 и выводы 6 и 7 информации, св занные между собой шинами 8 управлени , шинами 9 адреса и шинами 10 данных, В качестве такого вычислительного блока может быть также использована миниатюрна  вычислительна  машина ( микро- ЭВМ, микрокомпьютер , выполненный на основе какого-либо конкретного микропроцессорного набора.

Программно-задающий блок 3 представл ет собой сочетание перепрограммируемого запоминающего устройства ГЗУ) и оперативного запоминающего устройства (ОЗУ ) и служит дл  хранени  программы работы, констант и переменных данных, получаемых от внешних устройств и в результате вычислений ,

Микропроцессор А (например, типа К581 ) состоит из стандартных узлов: БИС регистрового арифметико-логического устройства П, устройства 12 управл ющей пам ти,БИС управлени  выполнением операций 13 и интерфейса 1 i. (согласующего устройства) дл  св  зк микропроцессора с каналом шин адреса,, данных и управлени , В состав ЕИС управлени  выполнением операций 13 входит система прерываний микропроцессора, котора  имеет два входа 15 и 16 в виде отдельных шин, Работа основной программы устройства может быть прервана либо от воздействи  блока 1 (от нуль-органов ) по входу 15, либо от блока 17 программно-управл емых счетчиков, по входу 1(3, При этом микропроцессор переходит на соответствующую подпрограмму обслуживани  прерывани .

Блок 17 счетчиков тактовых импульсов , поступающих от генератора 18, содержит три двоичных нереверсивных вычитающих счетчика 19 - 21 тактовых 1шпульсов, блок 22 управлени  счетчиками и блок 23 определени  . Приоритета счетчиков, Счетчики 19 - 21 могут загружатьс  двоичными кодами и управл тьс  программно по шинам адреса 9, данных: 10 и управлени  8 через блок 7 параллельного вывода информации, Лл  этого информационный ныход блока 7 подсоединен к информационному входу 24, а управл ющий выход - к входу 25 блока 22 управлени  счетчиками. Счетчики 19-21 слу- , жат дл  отмеривани  временных интервалов , соответствующих заданным или рассчитанным значени м угла отпирани  оСв ентилей. Счетчики 19 - 21 ведут счет тактовых импульсов от зада10 ющего высокочастотного генератора 18 тактовых импульсов, выход которого .св зан со счетными входами счетчиков Выходы счетчиков подключены к входам блока 23 определени  приоритета счет 5чиков , выход которого образует импульсный выход блока 17, который в свою очередь подсоединен к входу 16 прерываний микропроцессора 4 дл  запуска подпрограммы обслуживани  пре2орьшаний вычислительного блока,2 от счетчиков 19-21 тактовых импульсов ,

Блок 26 служит дл  окончательного 25 формировани , усилини  и распределени  отпирающих импульсов по вентил м мостов Ml и М2 преобразовател . Дл  этого информационный выход микропро- . цессора 4 св зан шинами 8 - 10 с вхо 30 дом блока 26 распределени  импульсов через блок 6 параллельного вывода дискретной информации.

Блок 5 параллельного ввода слу- жит дл  ввода в микропроцессорный вычислительный блок 2 дискретной информации и имеет несколько входов (каналов ввода), задаваемых их адресами: канал 27 дл  ввода дискретной информации от регистратора пол рностей фаз блока 1, канал 28 дл  ввода информации о заданном значении угла отпирани , канал 29 дл  ввода через аналого-цифровой преобразователь (А1Щ ) дискретного сигнала обратной св зи по току или напр жению вентильного преобразовател  и т,п, Блок 5 ввода имеет также вход 31 и выход 15 дл  передачи импульсного сигнала прерывани , выработанного каким-либо внешним блоком, Шина 32, соедин юща  блоки 1 и 5, служит дл  передачи сигнала управлени  Ввод из микропроцессорного вычислительного блока 2 в блок 1 ,

АЦП 30 с коммутатором и оптронной разв зкой используетс  дл  преобразовани  в цифровой двоичный код сигналов обратной св зи, пропорциональ

ных выходному ij частоты f процессорное вход Aim 30

напр жению U или току I, . и ввода их в микро- . устройство. Дл  этого подключен параллельно

нагрузке, а выход - к информационнму каналу 29, передаюшему полученную от датчиков информацию в дискретном виде в блок 5 ввода информации ,

Дл  реализации алгоритма раздельного управлени  мостами Ml и М2 циклоконвертора в устройство введен дополнительно блок 33 регистрации нул  и пол рности тока нагрузки, который имеет п ть входов и три выхода . Первые три входа блока 33 подключены к соответствующим лини м питающей трехфазной сети, а два других - предназначены дл  подключени  к клеммам нагрузки. Выход 34 импульсного сигнала Нуль тока нагрузки подключен к дополнительному входу блока 1 нуль-органов и регистратора пол рностей фаз, а выходы 35 и 36 логических сигналов Ток нагрузки и Адрес включаемого моста присоединены к соответствующим входам блока 5 ввода информации.

Блок 1 нуль-органов и регистратора пол рностей фаз содержит (фиг,2 разделительный согласующий трансформатор 37, шесть каналов 38 - 43 преобразовани  информации о состо нии пол рностей фаз напр жений питающей сети с последовательно соединенными нуль-органом 44 и й ормирователем 45 импульсов синхронизации в каждом из каналов,элемент 7И-НЕ 46 с дополнительным входом 47, управл емый шестибитны регистр 48 на шести логических элементах 2И с шестибитными информационными входами и выходами 27 и входом 49 управлени . Вход 49 управлени  регистра 48 подсоединен к входу 32 управлени  блока 1, Первичные обмотки фаз разделительного трансформатора 37 соединены в стандартную схему треугольника и подключены к трехфазной питающей сети, а вторичные - соединены в звезду и подключены к входным зажимам нуль-органов. Из шести нуль-органов блока I три, принадлежащие каналам с номерами 38, 40 и 42, регистрируют переход питающих линейных напр жений от отрицательных значений к положительным, а остальные три, принадлежащие каналам с номерами 39, 41 и 43 - от положи

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тельных значений к отрицательным. Выходы нуль-органов св заны через транзисторные формирователи импульсов с соответствующими щестью входами семивходово го логического элемента 46, осуществл ющего логику 7И-НЕ, Выход этого элемента  вл етс  импульсным выходом 31 блока 1 и присоединен к входу по прерыванию устройст- ства ввода 5. Дополнительный вход 34 прерывани  блока 1 подключен к дополнительному входу 47 логического элемента 46 и служит дл  осуществлени  прерываний в момент времени, в которые ток нагрузки становитс  равным нулю.

Работа двух антипараллельно соединенных мостов циклоконвертора основана на раздельном управлении мостами . Создание бестоковой паузы между интервалами проводимости мостов Ml и М2 обеспечиваетс  за счет обработки микропроцессором логических сигналов, вырабатываемых блоком 33 регистрации нул  и пол рности тока нагрузки. В данном устройстве предусматриваетс  контроль наличи  тока в каждом из мостов Ml и М2 в отдельности , что необходимо при наличии в силовой цепи реакторов. Последние могут быть включены в силовую часть схемы как средства защиты - например , дл  ограничени  случайных аварийных режимов одновременной проводимости антипараллельно соединенных мостов,

Блок 33 (фиг,3) содержит два датчика состо ни  вентильных мостов Ml и М2, каждый из которых  вл етс  регистратором наличи  тока, протекающего по мосту, и узел обработки логических сигналов. Каждый из датчиков состо ни  вентильных мостов Ml и и М2, например моста Ml, содержит щесть датчиков 50 - 55 состо ни  вентилей по числу вентилей моста Ml, щестибитный инверторный регистр 56 и щестивходовый элемент 6И-НЕ 57, суммирующий логические сигналы состо ни  отдельных вентилей моста и синтезирующий логический сигнал Ток моста Ml, Аналогичные узлы и элементы содержит датчик состо ни  моста М2, отличие состоит только в том, что его выходной логический сигнал Ток моста М2 вырабатываетс  на выходе щестивходового элемента 6И-НЕ 58. Узел обработки логических сигналов блока 33 содержит-двухвходовый логический элемента 2ИЛИ 59, на выходе 35 которого синтезируетс  логический сигнал ЬС Ток нагрузки,, 0-триггер 60, на инверсном выходе 36 которого вырабатьтаетс  логический ,. сигнал AM Адрес включаемого моста, инвертор 61 и формирователь 62 импульсов , на выходе 34 которого вырабатываетс  импульсньш сигнал Нуль тока нагрузки,

В данном устройстве, непрерывно контролирующем состо ние каждого вентил  моста, применены датчики состо 

I

ВИЯ вентилей, регистрирующие провод щее и непровод щее состо ни  по величине падени  напр жени  на контролируемом вентиле в этих состо ни х . Эти датчики могут быть выполнены по различным схемам. В простей- шем случае каждый датчик состо ни  отдельного вентил , например датчик 50, содержит однофазный выпр мительный мост 63, подключенный клеммами переменного тока параллельно контролируемому вентилю, ограничивающий резистор 6Д, полупроводниковый стабилитрон 65 и оптрон f оптронный тиристор ) 66, Цепочка из последовательно включенных ограничивающего ре зистора 64 и стабилитрона 65, под- ключенна  параллельно выходу выпр мительного моста 63, служит дл  ограничени  тока и напр жени  во входной цепи оптрона 66, котора , в свою очередь, присоединена параллельно к вьгоодам стабилитрона 65. Выход оптрона 66 подключен к входу соответствующего инвертора регистра 56. Таким образом, выходы шести датчиков 50 - 55 состо ни  вентилей моста Ml через шестибитный инверторный регистр 56 присоединены к входам шестивходового элемента бИ-НЕ 57. Аналогично выполнен регистратор наличи  тока моста М2 (не показано), выходом его  вл етс  выход шестивходового элемента 6И-НЕ 58. Выходы элементов 6И-НЕ 57 и 58 подключены к входам двухвходо- вого элемента 2ИЛИ 59, выход которог подсоединен к выходу 35 логического сигнала Ток нагрузки блока и через инвертор 61 - к входу синхронизации (С-входу) 5 -триггера 60. Инверсный выход триггера 60 подключен к выхо- ду 36 логического сигнала Адрес включаемого моста и к информационному входу (Б Входу)этого же триг

гера, Вход формировател  62 импульсов прерывани  подключен к выходу двухвходового элемента ИЛИ 59, а выход - к выходу 34 импульсного сигнала Нуль тока нагрузки блока 33, Формирователь 62 содержит дифференцирую- гаий конденсатор 67, делитель напр жени  пи«гани  +Е„ логических элементов на резисторах 68 и 69 и ограничительный полупроводниковый диод 70.

Работа любого из датчиков 50 - 55 состо ни  вентилей блока 33 регистрации нул  и пол рности тока нагрузки (фиг.З) основана на том, чтор когда тиристор заперт, к нему приложено значительное пр мое или обратное напр жение , а когда он открыт, напр жение на нем близко к нулю. Например, в датчике состо ни  вентил  В4 напр жение , снимаемое с вентил  выпр мительным мостом 63, выпр мл етс , ограничиваетс  до -некоторого значени  с помощью резистора 64 и стабилитрона 65 и в виде пр моугольных импульсов подаетс  на вход оптрона 66. Если вентиль В4 закрыт, то светодиод оптрона 66 проводит ток, засвечивает фототиристор оптрона, и на выходе оптрона по вл етс  низкий уровень напр жени  - Логический О, соответствующий отсутствию тока через контролируемый вентиль. Если вентиль открыт, напр жение на нем близко к нулю, светодиод оптрона не засвечивает фототиристор, и на выходе оптрона будет высокий уровень - Логическа  , соответствующа  наличию тока в вентиле. Таким образом, на выходе любого датчика состо ни  вентил  вырабатываетс  логический сигнал Ток вентил , который имеет . низкий уро вень, когда вентиль закрыт и высокий уровень, когда вентиль открыт,

Логические сигналы наличи  токов отдельн1)1х вентилей объедин ютс  по ИЛИ на тестивходовом элементе 57 путем объединени  их низких уровней, полученных с выходов соответствующих инверторов регистра 56, В результате на выходе элемента 57 формируетс  логический сигнал Ток моста Ml. Аналогично описанному на выходе щес- тивходового элемента 58 вырабатываетс  логический сигнал Ток моста М2. Выходные логические сигналы элементов 57 и 58 объедин ютс  по ИЛИ высокими уровн ми на элементе 59, на

выходе 35 которого вырабатываетс  логический сигнал L С - Ток нагрузки , равный Логической I, когда в любом из мостов протекает ток, равный Логическому О, когда в обоих мостах ток отсутствует.

Сигнал ЬС.поступает на вход формирователи 62, который дифференцирует его с помощью КС-цепи, состо щей из конденсатора 67 и резисторов 68 и 69, и ограничивает верхний уровень полученных импульсов с помошью диода 70, так что на выходе 34 формировател  получаютс  узкие импульсы Нуль тока нагрузки низкого уровн  в моменты по влени  спадающего фронта сигнала LC, Эти импульсы проход т на вход 47 семивходового элемента 46 блока I (фиг,2| и вызывают прерывание основной программы в моменты прохождени  тока нагрузки через нулевое значение. Кроме того, сигнал (iC инвертируетс  элементом 61 и пос тупает на вход синхронизации гера 60, на инверсном выходе которог вырабатываетс  логический сигнал AM Адрес включаемого моста. Сигнал AM О, когда должны включатьс  вентили моста К1, и AM 1, когда должны включатьс  вентили моста М2.

Устройство дл  управлени  вентильным преобразователем работает следующим образом.

После включени  электропитани  и запуска программы программно-задающий блок ОЗУ и ПЗУ 3 микропроцессорного вычислительного блока 2 выполн ет первоначальные сброс и установку всех внешних устройств и бло- ков, включает систему прерываний мик процессора 4 и вырабатывает определенный закон управлени . Заданное значение выходной частоты г. и кратности выходного напр жени  S , нап- ример, в двоичном коде считываетс  микропроцессором через блок 5 ввода по каналу 28, корректируетс  в соответствии с сигналом обратной св зи, вводимым с выхода АЦП 30 по каналу 29 согласно выработанному закону управлени . Затем программой расчитываетс  необходима  последовательность изменени  во времени угла отпирани  oL вентилей цйклоконвертора, и первое значение угла dC, в двоичном коде подготавливаетс  к выдаче его на информационный вход соответствую

щего счетчика 19, 20 или 21 импульсов ,

Дл  управлени  тиристорным цикло- конвертором могут быть применены самые разнообразные алгоритмы генерировани  отпирающих вентили импульсов,

Работа устройства при реализации алгоритмов раздельного управлени  мостами, соответствующего синхронному многоканальному способу управлени  или как его еще назьгоают, методу абсолютных углов отпирани ,происходит следующим образом,

Алгоритм обеспечивает сн тие отпирающих импульсов с моста, закончив- щего проводить ток, и подачу импульсов через некоторый интервал, задержки (паузы) на мост, вступающий в работу, при линейном законе изменени  углов отпирани  вентилей в течение полупериода выходного напр жени  цйклоконвертора (треугольный закон),

На текущем К-м интервале синхронизации осзпцествл етс  вычисление s:-. . значени  угла отпирани  дл  следующего (К + 1)-го интервала синхронизации . Вычисление выполн етс  по формуле

(,,,:,u.A.5ienDK, C-f)

где ct - значение угла отпирани  . дл  следующего интервала; значение угла отпирани  дл  текущего интервала; текущее приращение угла

отпирани ;

Вц- разность текущего и пре- дьщущего К-1 значений угла отпирани ,

, (2)

{+ 1 при D ; О - 1 при D, . О (3)

Из Формулы (1) следует, что частота fg и напр жение Uj, на выходе цйклоконвертора могут регулироватьс  и измен тьс , начина  с любого интервала синхронизации путем дискретного изменени  во времени прираще- ни  угла АоСк, , которое св зано с f и Uj следующим образом

&J(,

f

i

(А)

MK

NH - текущее отнощение частот на выходе f/| и на выходе fg цйклоконвертора

N т

to,.

г. (5)

текущее значение кратности регулировани  выходного напр жени , т.е. отношение амплитудного значени  выходного напр жени  к значению входного U,

12069511

по формуле () с этими новыми начальными услови ми.

Если имеет место режим увеличени  .угласт , т.е. , то сравнение оС(,г1 осуществл ют с cjCrp.g . В случае , если выполнитс  неравенство

. ,

(10)

то измен ют начальные услови  в формуле (1), принимают ,р.| О и повтор ют в этом же интервале синхронизации вычисление i по формуле И) с новыми начальными услови ми.

g ifsni i- т

(6)

В формуле (6) обычно и у, 1 .

Кз формулы (1) и (4) можно заклю чить, что при выбранном неизменном отношении преобразовани  частоты N, изменение выходного напр жени  осуществл етс  путем изменени  угла отпирани  dL в пределах от Д дискретностью . Величины oL и определ ютс  из услови  безопасного инвертировани  при индуктивных нагрузках цик- локонвертора и равенства амплитуд гладкой составл ющей в положительном и .отрицательном полупериодах выходного напр жени .

Регулирование выходного напр жени  осуществл етс  следующим обра- зом.

Дл  заданной кратности регулировани  N) вычисл ют граничное нижнее значение угла отпирани 

1Г

гр.()

fn

И граничное верхнее значение угла отпирани 

г,.4( «

С которым в каждом интервале синхронизации сравнивают текущее значение угла отпирани .

На каждом такте синхронизации осу- 01ествл ют сравнение рассчитанного оСц, с одним из граничных значений угла.

Если имеет место режим уменьшени  угла dL , т.е. П i-О, то сравнение осуществл ют с с.р,ц „ В случае , если выполнитс  неравенство

-Акм .н,

то измен ют начальные услови  в Фор- муле (1), принимают .н Пц О и повтор ют в этом же интервале С1п1хронизапиии вычисление ,

. ,

(10)

10

20 23

35

40

55

50

то измен ют начальные услови  в формуле (1), принимают ,р.| О и повтор ют в этом же интервале синхронизации вычисление i по формуле И) с новыми начальными услови ми.

При дальнейшем изложении используетс  пон тие зоны сетевого напр жени  дл  К-го вентил  моста. Распознавание текущего номера зоны осуществл етс  с помош.ью блока 1 нуль- органов и регистратора пол рностей фаз трехфазной питающей сети, электрическа  схема и принцип действи  которого известны. В двухмостовом преобразователе зона сетевого напр жени  идентифицируетс  относительно вентилей моста Ml, который принимаетс  за основной или ведуший, Работа устройства по сн етс  временными диаграммами, приведенными на фиг,4,

В любой момент времени на выходах регистра 48 имеетс  информаци  о текущем состо нии пол рностей фаз линейных напр жений. Эта информаци  считываетс  микропроцессором 6-бит ым параллельным кодом по каналу 27 через устройство 5 ввода путем подачи сигнала логической 1 (сигнал Ввод rja управл ющий вход 49 регистра 48 (.Z). Разр дам этого кода соответствуют нуль-органы и линейные напр жени  ;, указанные в табл.1.

Вырабатываемые блоком 33 регистрации нул  и пол рности тока нагрузки логические сигналы AM и LC передаютс  по соответств тощим пшнам с выхода 36 и 35 в блок 5 ввода информации , в седьмой и восьмой триггеры (биты 06 и 07) его входного буферного регистра. Эти сигналы вместе с сигналами о состо нии пол рностей фаз, поступающими с выхода 27 блока 1 , образуют бойт входной технологической информации устройства, который имеет формат, приведенныр в табл.2.

Устройство 6 вывода данных св зано с управл ющими электродами вентилей силовых мостов Ml и М2 через

формирователи блока 26 распределени  отпирающих импульсов таким образом, что каждому разр ду (биту) выводимого слова информации соответствует определенный вентиль моста. Соответствие битов кода, выдаваемого микропроцессорным модулем 2 через устройство вывода 6 и блок 26, управл емым вентил м мостов Ml и М2, показано в табл.З, определ ющей формат выводимого управл ющего слова.

При условии протекани  тока по нагрузке (ЬС П в интервале каждой из зон сетевого напр жени  может быть произведено включение только одного, очередного, вентил  моста, при этом предьщущик вентиль продолжает проводить ток, а вентиль, предшествовавший предыдущему, выходит из состо ни  проводимости. В табл.4 показано как в зависимости от номера провод щего моста и номеру текущей зоны дл  каждого вентил  устройство начинает отсчет угла отпирани  и какой выведен код на включение вентилей по окончании отсчета. Единичному состо нию бита выходного кода соот- ветствует высокий уровень напр жени  на управл ющем электроде тиристора , нулевому состо нию - отсутствие напр жени .

Выдава  в определенные моменты време ни единичные коды через блок 6 вывода и затем снима  их, микропроцессор в последовательности, задаваемой программой, и в соответствии с .входными воздействи ми осуществл ет включение выбранных вентилей , т.е. управление вентильным преобразователем .

Важнейшим свойством двухмостового вентильного преобразовател   вл етс  его способность осуществл ть двухсторонний обмен энергией между питающей сетью и нагрузкой. Благодар  этому легко обеспечиваетс  работа дикло- конвертора на нагрузку с любым коэффициентом мощности. Работа на нагрузку с низким cos f обеспечиваетс  тем, что каждый из вентильных мостов Ml и М2 (фиг.и может работать как в режиме выпр млени , так и в режиме инвертировани . При этом в режиме выпр млени  энерги  передаетс  из питающей сети через циклоконвертор в нагрузку , а в режиме инвертировани  от нагрузки через циклоконвертор в сеть.

Предлагаемое микропроцессорное с устройство управлени  позвол ет осуществить все эти режимы за счет выбора соответствующего моста и выдачи отпирающих импульсов с соответствующими значени ми угла cf .

o Микропроцессорный модуль 2 работает в течение всего времени функционировани  предлагаемого устройства дл  управлени  вентильным преобразователем с момента включени  его элек5 тропитани  по программе, хран щейс  в его запоминающем устройстве 3, в соответствии с алгоритмом, приведенном на фиг.5.

Алгоритм функционировани  устрой0 ства (фиг.5) состоит из трех частей, которые соответствуют основной программе и двум подпрограммам прерывани . Основной программе соответствуют блоки В1 - BIO блок-схемы алгорит5 ма. Подпрограмме прерывани  от нуль- органов соответствуют блоки CI - С9, подпрограмме прерывани  от программно-управл емых счетчиков (ПУС) - блоки D1 - D6.

Q Программа работает циклически, по тактам, начало каждого такта соответствует переднему фронту импульса синхронизации (фиг.4), Кажда  зона сетевого напр жени  соответстf вует одному такту управлени  (интер- валу синхронизации, в котором производ тс  расчет значени  угла отпирани  4/t , определение и вьщача соответствующего выходного кода на отпи рание вентилей. Импульсами синхронизации , приход щими от нуль-органы блока 1, осуществл етс  прерывание основной программы шесть раз за период . В каждом такте микропроцессор

считывает системную информацию,

например, по каналу 28, т.е. величины . и и технологическую, т.е. информации от блоков 1, 30 и 33, содержащих регистраторы и датчики контролируемых

Q величин и параметров.

В программе, реализующей предлагаемый алгоритм управлени , используетс  динамический массив управл ющих СЛОВ, т.е. кодов, выводимых из микро- процессорного блока 2, состо ние отдельных битов которых определ ет включение, тех или иных вентилей.СЛор- мированные программой управл ющие

17;12

слова вывода записывают в зад,анный участок ОЗУ блока 3 в определенной последовательности, образу  динамический массив 16-битных слов, из которого в определенной последователь- ности эти слова извлекаютс . Массив  вл етс  упор доченным, так как за- , полн етс  с одной стороны, При этом управл ющие слова записываютс  в  чейку ОЗУ с последовательно возрас- тающими адресами, начина  с  чейки с именем СОДМ, адрес которой фиксирован и  вл етс  адресом - идентификатором массива. Массив  вл етс  динамическим , так как при записи в нег очередного слова содержимое в  чейке указател  текущего адреса массива нарап(иваетс  на 2 дл  байтовых микропроцессоров и на 1 дл  микропроцессоров , в которых идет адресаци  к 16-битному слову, при этом очередное управл ющее слово записываетс  в сле дую1гу}о  чейку. Считывание управл ющего слова с удалением из массива производитс  с другой стороны и толь ко из верхней  чейки, адрес которой фиксирован, при этом оставшиес  слова массива сдвигаютс  в соседние  чейки с меньщими адресами. Таким об разомр в используемом динамическом массиве пор док считывани  подчина- етс  правилу: первым поступил - первым обслуживаетс .

Допустим, что рассматриваемое управл ющее устройство работает с ра- зомкнутой обратной св зью, а закон управлени  соответствует формированию на выходе переменного напр жени  с параметрами N 4, А f/i и Л 1 (фиг.4), ,

Блоком алгоритма соответствуют блок-схема на Лиг.5,

Блоки R1 Начало и В2 Инициализаци  идентичны соответственно блокам А1 и А2 алгоритма известного уст- ройства,

Блок ВЗ Установка признака начального режима,

В сответствующий бит  чейки пам ти Слово состо ни  программы зано- сктс  1, что указывает на то, что идет начальный режим программы, Кроме того, устанавливаетс  в О счетчик интервалов синхронизации, т,е, К О,

Блок В4 прием системной информации ,

118

Заданные начальные значени  выходной частоты f j и кратности вы-

ходного напр жени  а считываютс  микропроцессором через устройство 5 ввода по каналу 28,

Блок В5 Определение начального значени  угла отпирани ,

ВыподЛ етс  расчет начального значени  угла отпирани  cLi, ведуще- го моста Ml дл  следующего интервала синхронизации. Принимаютс , например следующие начальные услови : начальное значение угла о(.о принимаетс  равным значению нижней границы знак разности ,, принимаетс  положительным , т.е. . По формуле (5) определ етс  N, по формуле (4) вычисл етс  йоС„ по формуле (7) рассчитываетс  оС гр. к. . Значение угла отпирани  дл  следующего интервала синхронизации определ етс  по формуле () :

оСо ucCg ,

Полученное значение угла умножаетс  на масштабный коэффициент К пересчета угла в код временного интервала и результат записываетс  в  чейку ОЗУ текущего значени  угла отпирани  с именем CALP, Этот код далее в соответствии с алгоритмом выдаетс  на информационный вход одного из программно-управл емых счетчиков 19j 20 или 2.

Блок В6 Сброс признака начального режима.

Этот блок и все последующие принадлежат циклически повтор ющемус  участку программы в отличие от блоков В - BSj характеризующих начальный ее участок. Чтобы отличить циклически повтор ющийс  участок прог- paMMEiij признак начального режима в слове состо ни  программы сбрасываетс .

Блок В7 Прием системой информации .

Этот блок идентичен блоку ВЗ, от- заключаетс  только в томд что микропроцессором считываютс  текущие заданные значени  выходной частоты и кратности выходного напр жени  ) , которые могут быть изменены оператором в любой момент времени с помощью цифровых за.датчиков,

Блок В8 Прием технологической информации.

19120695:

По каналу 29 считываютс  значени  сигналов обратной св зи от датчиков различных технологических па- раметров, которых в обш ем случае может быть несколько. В рассматриваемом случае таким пар 1Метром  вл етс  фактическое значение выходного напр жени  , ,

Елок В9 Расчет следующего значени  угла отпирани .

По прин тым текущим значени м и к, определ ют по формулам (5), (6), (4) соответственно значени 

20

Блок СЗ It

величин N, Т а

гтк, I

/Xod

к f

в соответствии с прин тым законом регулировани  рассчитывают по форму- ле (1) угол отпирани  дл  сле- дуют.его вентил  ведущего моста М, В рассматриваемом случае, так как Кос О, то Koc l aK О, и расчет выполн етс  по формуле (1). Затем полученное значение угла -ц умножаетс  на коэффициент К пересчета угла в код временного интервала и результат помешаетс  в  чейку CALP; этот код в дальнейшем выдаетс  на информационные входы программно- управл емых счетчиков (ПУС) 19, 20 или 21 Блок В 10 Ожидание прерывани  идентичен блоку А6 алгоритма известного устройства.

Блок CI Прерывание от нуль- органов.

Этот блок идентичен по вьлолн - емым функци м блоку А7 алгоритма известного устройства, Отличие его заключаетс  в том, что прерывание дополнительно может быть вызвано импульсом прерывани , сформированным блоком 33 на его выходе 34 Нуль тока нагрузки. Этот импульс проходит на вход 47 семивходового элемента 46 блока 1 (фиг,2) и вызывает прерывание основной программы в момент прин ти  током нагрузки нулевого значени , С выхода 31 блока 1 очередной импульс прерывани  поступает через блок 5 с его выхода 32 на вход 5 системы прерываний микропроцессора 4 и вызывает прерывание.

Блок С2 Прием байта входной информации ,

Микропроцессор осуществл ет прием байта входной информации от блока 1

20

Ток нагрузки равен нулю;

Анализируетс  состо ние бита 07 байта входной информации (табл. 2), 5 по которому определ етс  значение в текущий момент времени переменной ЬС, характеризующей наличие тока нагрузки. Если tjC , то ток в нагрузке протекает, и программа пере 0 ходит к блоку С6, Если , что

соответствует отсутствие тока в нагрузке , то программа переходит к блоку С4 , после чего Блок С4 Начальный режим/

5 Блок работает, если ток нагрузки равен нулю. Отсутствие тока в нагрузке может быть вызвано одной из двух причин: либо в данный момент времени имеет кесто начальный режим и преобразователь еще не включен, либо наступила пауза в св зи с тем, что ток работавшего моста снизилс  до нулевого уровн , и следует подавать импульсы отпирани  на очередной

25 мост. По состо нию признака начального режима программа анализирует имеет место начальный или циклический режим. Если в слове состо ни  программы бит начального режима установ30 лен, то программа переходит к блоку С6, если нет, то к блоку JC5,Блок С5 Корректирование значение угла отпирани .

Так как в предьщущих блоках уста35 -новлено, что имеет место циклический режим программы и ток прин л нулевое значение в св зи со сменой знака, т,е, произошло внеочередное прерывание от блока 33, то осушествл ет40 с  остановка и сброс всех ранее запущенных программно-управл емых счетчиков . Так как ток в нагрузке прекратилс , то с момента прерывани  от нуль-органа блока 33 регистрации нул 

45 и пол рности тока нагрузки началась пауза между включенными состо ни ми силовых мостов Ml и М2, Эта пауза продлитс  до включени  очередного (j+l)-ro моста после отработки оче50 редного угла отпирани 

которое произойдет в момент вьздачи кода управл ющего слова в блок 26 на включение пары вентилей. Угол отпирани  при этом вычисл етс  следующим

55 образом

по каналу 27 через блок 5 формации.

ввода ин20

Блок СЗ It

ю;

20

5

°(Jf (),

J,K

где 4.J|, 4i последнее значение угл отпирани , вычисленное на предьщущем,интервал синхронизации;

j - переменна , характери- зующа  номер очередног включаемого моста, имеет только два значени  О и 1, причем j- j + О, при j О

j + 1 К

Полученное значение умножаетс  на масштабный коэффициент К и результат записываетс  в  чейку текущего угла отпирани  с именем CALP, Одновременно измен етс  на противоположное значение величины sign D,, Затем в слове состо ни  программы устанавливаетс  признак того, что идет отработка паузы,т.е. ZC. Это нужно дл  того, чтобы при занесении внеочередного управл ющего слова в динамический массив не произвести наращивани  его указател  текущего адреса.

Таким образом, реализаци  задержки включени  очередного вступающего в работу моста осуществл етс  автоматически , При этом предусматриваетс , чтобы расчетное значение текуще- го угла отпирани  ( бьто меньп е прин того значени  угла паузы di,,

Блок С6 Работает ведущий мост;, По состо нию бита 06 байта входной . информации (табл,2) микропроцессор провер ет значение логической переменной AM, характеризующей адрес включаемого моста. Если О, то требуетс  включить ведуишй мост Ml , в этом случае программа переходит к блоку С7. Если же , то подлежит включению мост М2, и программа переходит к блоку С8.

Блок С7, Выбор вентил  моста Ml. Выбор, загрузка и запуск ПУС.

Блок работает, если необходимо включить вентили силового моста Ml, Микропроцессор анализирует код состо ни  пол рностей фаз по битам 00- 05 байта входной информации (табл.2) и по нему определ ет зона какого вен тил  имеет место в данный момент времени. Далее (табл,А) осуществл етс  выбор номеров включаемого и подтверждаемого вентил  моста Ml, т.е. определ етс , какой кол, нужно вывести из блока 2 в блок 26 после

отработки соответствуюшим cчeтчикo угла А ц , Затем в соответствии с sio- мером включаемого вентил  выбираетс  номер ПУС, подлежащего загрузке и запусуу: дл  вентилей В1 и В4 выбираетс  ПУС 19 С код 01), дл  вентилей В2 и В5 - ПУС 20 (код 10), дл  вентилей ВЗ и Б6 - ПУС 21 (код 1), Номер ПУС,, занимающий два бита 07 и 06 в 16-битном управл ютем слове вывода приформировываетс  к игестибитному коду включаемой пары вентилей (бить 00 - 05), Сформированное таким образом управл ющее слово заноситс  в  чейку динамического массива управ- л юпшх слов вывода. Перед занесением cjTOBa в массив программа провер ет состо ние признака ZC в слове состо ни  программы: если ЕС О, то содержимое ука ател  текутего адреса наращиваетс  и слово помешаетс  в следуюшук свободную  чейку пам ти; если же ZC 1, то содержимое указател  теку1гего адреса не нарашивает- с  после чего слово помещаетс  в массив в последнюю  чейку на место предьщу1дего слова, а признак 7С обнул етс ,

Далее формируетс  и по информационному каналу 24 выдаетс  код управлени  блоком 17 счетчиков, содержащий адрес выбранного ПУС в старших битах (13 и 12) и двоичный код временного интервала сА из  чейки ALC в младших битах. Одновременно по каналу 25 управлени  блоком счетчиков вьщаетс  сигнал Вывод, после получени  которого выбранный ПУС запускаетс ,

Блок С8. Выбор вентил  моста М. Выбор, загрузка и запуск ПУС.

Блок работает, если в блоке С6 было определено, что необходимо вклю- читъ вентили силового моста М2, Этот блок аналогичен блоку 07, отличие ег состоит только в том, что в соответствии с номером зоны (табл,А) осуществл етс  выбор очередной пары из группы вентилей В - В6 , код которых в управл югаем слове вывода занимает биты 08 - 13,

Блок С9 Выход из прерывани  на расчет угла отпирани .

Осуществл етс  выход микропроцессора из режима прерывани  от нуль- органа,, и программа переходит к блок В6, т,е, сбрасывает признак начального режима, а затем принимает новую

системную и технологическую информацию , в соответствии с которой выполн ет расчет следующего значени  угла отпирани ,

Блок D1 Прерывание от програм- но-управл емого счетчика.

После запуска выбранный счетчик 19, 20 или 21 начинает вычитать из записанного в него в блоках алгоритма С7 или С8 начального кода по еди- нице с приходом каждого тактового импульса от генератора 18. После отсчета соответствующего начальному коду интервала времени в момент обнулени  он воздействует через блок 23 приоритета (схему Монтажное ИЛИ) и вход 16 на систему прерываний мик-/ ропропессора А. Процессор прерывает ,свою работу и переходит на подпрограмму Прерывание от ПУС, т.е. на данный блок D1.

Блок D2 Считывание управл ющего слова из ДМ.

Микропроцессор считывает очередное управл ющее слово из  чейки с адресом CODM динамического массива.

Блок D3 Включение выбранной пары вентилей.

В соответствии с кодом в битах 00 - 05 и 08 - 13, считанного из динамического массива управл ющего елова , микропроцессор выдает через блок 6 вывода данных импульсы на отпирание выбранной пары вентилей, блок 26 распределени  отпирающих им- пульсов усиливает их и выдает сигналы напр жени  на управл ющие электроды включаемого вентил  и предьщу- щего включенного вентил  дл  подтверждени  провод шего состо ни  пос- леднего.

Блок D4 Подготовка да и сброс ПУС.

В этом блоке выполн ютс  подготовительные опера1 ,ии. Т.к. информаци  из первой  чейки ДМ с именем CODM использована, то содержимое всех последующих его- чеек, начина  со второй , переписываетс  без изменени  в соседние  чейки с меньшими номерами , т.е. осуществл етс  сдвиг мас- сива вперед на одну  чейку. После сдвига содержимое указател  текущего адреса уменьшаетс  на 1 шаг.

По информации в битах 07 и 06 выведенного управл ющего слова программа определ ет, какой из трех ПУС закончил отсчет угла и вызвал текущее прерывание, после чего выполн ет сброс триггера прерывани  этого ПУС импульсным сигналом Ввод, выдаваемым микропроцессорным блоком по каналу 251

Блок D5 Сн тие импульсов отпирани .

Так как очередна  пара вентилей включена отпирающими импульсами, выданными в блоке БЗ, то микропроцессор выдает через блок 6 вывода информации нулевой код в битах 00 - 05 08 - 13, в соответствии с которым . блок 26 снимает импульсы напр жени  с управл ющих электродов включенной пары вентилей.

Блок D6 Вьтход из прерывани .

Идентичен блоку AI8 алгоритма известного устройства.

Таким образом, введение в известное устройство блока регистрации нул  и пол рности тока нагрузки и дополнительного программно-управл емого счетчика тактовых импульсов в блок счетчиков позвол ет расщирить область применени  устройства и делает возможным осуществл ть с его помощью микропроцессорное управление двухмостовым вентильным преобразователем с встречно-параллельным соединением мостов и раздельным управлением мостами.

Предлагаемое устройство может найти применение в управлении вентильными преобразовател ми частоты и реверсивном электроприводе посто нного тока.

Показатели t

Разр д кода (бит) 04

05 I 04 I 03 I 02 J .0 1

Логическа  переменна  на входах регистра

Номер нуль-органа

Диаграмма дл  известн устройства

Линейное напр жение

ЬС

AM S

АВ

Бит выводимого кода

15 14 13 12 11 0 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00

Включаемый вентиль

X X : В6 ВЗ В6 ВЗ В2 Б1 С С В6 Б5 В4 ВЗ В2 Б1

П р и м е ч а :t и е ; Знаком (X) отмечены неиспользуемые биты

стандартного 16-битного управл ющего слова.

Разр д кода (бит) 04

I 04 I 03 I 02 J .0 1

00

SCPI 42

и

Н0(|

и

сл

6Р,

41

Hi)j

бс. 40

WOi

Чс

Sftc 39

и

KOI

JpsC

Таблица2

ел

eiv

ЙС

лс

.ТаблицаЗ

1

±г ±г 17 /

А  / S6J 4.

Ж

.ВЦ

Мг

sfl Л5б isj is/

уфуфф ф фуфуфф 2 56l 2 3 f 5 B

ТЧ

/

Bii 4.

.ВЦ

Мг

 ; isj is/

Фи1.1

J/

Фцг.2

043

.

п

Фиг.З

Фиг.