Устройство для управления вентильным преобразователем

 

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ, содержа щее задающий генератор тактовых импульсов , микропроцессорный вычисйительный блок, включающий в себя микропроцессор с двумя входами прерьшания , праграммно-задающий блок, блок параллельного ввода и два блока параллельного вывода информации, блок распределения отпираюп1их импульсов, выходы которого предназначены для подключения к управляющим электродам вентилей преобразователя, а входы подключены к выходам первого блока выв.ода информации, блок нуль-органов и регистратора полярностей фаз трехфазной питающей сети, входы которого : подсоединены к питающей ceTij, содержащий шестибитный информационный и импульсный выходы, отличающ е ее я тем, что, с, целью расширения функциональньк возможностей устройства путем сокращения машинного времени, затрачиваемого микропроцессором на управление углом отпирания вентилей, оно снабжено блоком счетчиков тактовых импульсов с входом тактирования, импульсным , выходом, двумя информахщонными и одним управляющим входами, блок нульорганов и регистратора полярностей фаз снабжен входом управления, nprfчем шестибитный информа1щонный выход блока нуль-органов и регистратора полярностей фаз подключен к информационному входу блока ввода информации , управляющий выход которого подсоединен к входу управления блока нуль-органов и регистратора полярностей фаз, импульсный выход которого , (О подключен через блок ввода информас: ции к первому ВХОГ1У прерываний микропроцессора для запуска подпрограммы обслуживания прерываний от «ynj -opraнов , информационные и управляющие вы ходы второго блока вывода инЛоомации подсоединены соответственно к первому и второму информационным и управляющим входам блока счетчиков, О) вход тактирования которого подключен, к выходу задающего генератора такто00 вых импульсов, а импульсный выход к второму входу прерываний микропроцессора для запуска, подпрограммы обслуживания прерываний от счетчиков тактовых импульсов. 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок нуль-органов и регистратора полярностей фаз содержит шесть каналов преобразования информации о состоянии полярностей фаз напряжений трехфазной питающей сети с последовательно соединен

„„SU„„1146 1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ,ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) Н 02 Р 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

l10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AS rOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-й й"й

Д (21) 3219730/24-07

1 (22) 23. 12. 80 (46) 23.,03.85. Бюл. Р 11 (72) В.П.Погорелов и В.А.Чекалов (71) Комсомольский-на-Амуре политехнический институт (53) 621.316.727 (088.8) (56) 1.Авторское .свидетельство СССР

В 641604. кл. Н 02 И 1/08, 1977.

2.Cerard Rooy and Abas Оышашаг

Direct Digita1 Contro1 by Microprocessor of а Рыа1 АС/DC Thyristor Converter. — "5-th IYCI Annu. Conf. Prod

Ind. and Contr. Арр1. Microprocessor, Phi1ade1phia, Ра,. 1979", New Vork, : 1979, х. 8-13. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИ, содержа щее задающий генератор тактовых импульсов, микропроцессорный вычислительный блок, включающий в себя микропроцессор с двумя входами прерывания, программно-задающий блок, блок ! параллельного ввода и два блока параллельного вывода информации, блок распределения отпирающих импульсов, выходй которого предназначены для подключения к управдяющим электродам вентилей преобразователя, а входы подключены,к выходам первого блока вывода информации, блок нуль-органов и регистратора полярностей фаз трехфаэной питающей сети, входы которого подсоединены к питающей сети, содержащий шестибитный информационный и импульсный выходы, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с, целью расши-рения функциональных возможностей устройства путем сокращения машинного времени, затрачиваемого микропроцессором на управление углом от- пирания вентилей, оно снабжено блоком счетчиков тактовых импульсов . с входом тактирования, импульсным выходом, двумя информационными и одним управлякяцим входами, блок нульорганов и регистратора полярностей фаз снабжен .входом управления, прйчем шестибитный информационный выход блока нуль-органов и регистратора полярностей фаз подключен к информационному входу блока ввода информации, управляющий выход которого подсоединен к входу управления блока

I нуль-органов и регистратора полярнос З тей фаз, импульсный выход которого подключен через блок ввода информации к первому sxoqy прерываний микропроцессора для запуска подпрограммы обслуживания прерываний от нуль-органов, информационные и управляющие вы ходы второго: блока вывода информа ции подсоединены соответственно к первому и второму информационным и управляющим входам блока счетчиков, вход тактирования которого подключен, к выходу задающего генератора тактовых импульсов, а импульсный выход — ® к второму входу прерываний микропроцессора для запуска, подпрограммы обслуживания прерываний от счетчиков тактовых импульсов.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а- Д Ь ю щ е е с я тем, что блок нуль-органов и регистратора полярностей Aas содержит несть каналов преобразования информации о состоянии полярностей фаз напряжений трехфазной питающей сети с последовательно соединен1146781

15

25 ными нуль-органом и формирователем импульсов синхронизации в каждом из каналов,,разделительный трансформатор, первичные фазные обмотки которого соединены в треугольник и подключены К.питающей сети, а вторичные соединены в звезду и подключены к соответствующим парам нуль-органов, одного для положительных, а другого для отрицательных значений соответствующего линейного напряжения питающей сети в каждой паре, управляемый шестибитный регистр на шести элементах 2И с шестибитными информационными входом и выходом и входом .управления к шестибитному: элемент 6И-НЕ, причем выходы нуль-оганов подключены к шестивходовый информационному входу управляемого регистра, выход которого подсоединен к информационному выходу блока, вход управления которого соединен с входом управления регистра, при этом выходы, нуль-органов через соответствующие формирователи

Импульсов синхронизации связаны с

Изобретение относится к электротех нике, а именно к управлению вентильными преобразователями, работающими от сети переменного тока„ с использованием методов цифровой обработки информации, и может быть применено в регулируемом электроприводе постоянного тока.

Известно устройство для управления тиристорным преобразователем, содержащее генератор тактовых импульсов, нуль-органы, счетчики тактовых импульсов, преобразователи входного аналогового сигнала в код, логические блоки и схемы сравнения кодов и выдачи сигналов на включение вентилей в момент равенства кодов (11

Недостатками этого устройства являются наличие преобразователей аналогового сигнала в код и электронная перестройка частоты генератора тактовых импульсов, что снижает его точность

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для прямого цифрового управвходами элемента 6И-НЕ, выход которо. го подсоединен к импульсному выходу блока.

3. Устройство по пп.1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что блок счетчиков тактовых импульсов содержит два нереверсивных вычитающих счетчика тактовых импульсов анодной и катодной групп мостового вентильного преобразователя соответственно, блок управления счетчиками и блок определения приоритета счетчиков, причем вход тактирования блока подсоединен к счетным входам счетчиков, кодовые входы которых подключены соответственно к первому и второму информационным входам блока счетчиков, управляющий вход которого связан через блок управления счетчиками с входами записи кода, сброса и разрешения счета счетчиков, выходы которых подключены к соответствующим входам блока определения приоритета счетчиков, выход которого подсоединен к импульсному выходу блока счетчиков.

2 ленин с помощью микропроцессора дуальным тиристорным преобразователем переменного тока в постоянный, содержащее микропроцессор, программнозадающее устройство, внешние часы, датчик нуля тока, устройство ввода для синхронизации с сетью трехфазного тока, устройство вывода для управления тиристорами, моностабильный селектор"и блок усиления и распределения отпирающих импульсов P2$.

Недостатком известного устройства является наличие моностабильного селектора и внешних часов, используемых для организации опроса микропроцессором устройства ввода с некоторой достаточно высокой частотой, что приводит к снижению точности регулирования напряжения и тока вентильного преобразователя. Другим недостатком является использование одного из внутренних регистров микропроцессора в качестве счетчика для отсчета углов отпирания вентилей тиристорного моста.

Это приводит к загрузке микропроцессора непроизводительной работой в

1146 качестве счетчика импульсов и, следовательно, сужает возможности использования микропроцессора для расчета, выбора и реализации различных законов управления вентильным преобразователем. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства путем сокращения машинного времени

r затрачиваемого микропроцессором

10 на упавление углом отпирания вентилей.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления вен тильным преобразователем, содержа- 15 щее задающий генератор тактовых импульсов, микропроцессорный вычислительный блок, включакяций в себя микропроцессор с двумя входами прерывания, программно-задающий блок, блок 20 параллельно".о ввода и два блока параллельного вывода информации, блок распределения отпирающих.импульсов, выходы которого предназначены для подключения к управляющим электродам вентилей преобразователя, а входы под. ключены к выходам первого блока вывода информации, блок нуль-органов и регистратора полярностей Ааз трехАаэ-ной питающей сети, входы которого под30 соединены к питающей сети, содержащий шестибитйый информационный и импульсный выходы, снабжено блоком счетчиков тактовых импульсов с. входом тактирова ния р импульсным Выходом двумя ннАор 35 мационными и одним управляющим входами, блок нуль-органов и регистратора полярностей фаз снабжен входом управления, причем шестибитный инАормационный выход йтока нуль-органов и ре- 40 гистратора полярностей фаз подключен к информационному входу блока ввода информации, управлякяций выход которого подсоединен к входу управления блока нуль-органов и регистратора полярностей фаз,импульсный выход ко- торого подключен через блок ввода информации к первому входу прерываний микропроцессора для запуска подпрограммы обслуживания прерываний gp от нуль-органов, информационные и управляющий выходы второго блока вывода информации подсоединены соответственно к первому и второму информационным и управляющему входам блока счетчиков, вход тактирования которого подключен к выходу задающего генератора тактовых импульсов, а импульс781 4 ный выход - к второму входу прерываний микропроцессора для запуска подпрограммы обслуживания прерываний от счетчиков тактовых импульсов.

Блок нуль-органов и регистратора полярностей фаз содержит шесть каналов преобразования информации о состоянии полярностей Ааэ напряжений трехфазной питающей сети с последовательно соединенными нуль-органом и формирователем импульсов синхронизации в каждом из каналов, разделительный трансАорматор, первичные фазные обмотки которого соединены в треугольник и подключены к питающей сети, а вторичные соединены в звезду и подключены к соответствующнм парам нуль-органов, одного для положительных, а другого для отрицательных значений соответствующего линейного напряжения питающей сети в каждой паре, управляемьй шестибитный регистр на шести элементах 2И с шестибитными информационными входом и выходом управления и шестивходовый элемент 6ИНЕ, причем выходы нуль-органов подклю чены к шестибитному инАормационному входу управляемого регистра, выход которого подсоединен к информационному выходу блока, вход управления которого соединен с входом управления регистра, при этом выходы нуль-органов через соответствукицие формирователи импульсов синхронизации связаны с входами элемента БИ-НЕ, выход которого подсоединен к импульсному выходу блока.

Блок счетчиков тактовых импульсов содержит два нереверсивных вычитающих счетчика тактовых импульсов анодной и катодной групп мостового вентильного преобразователя соответственно, блок управления счетчиками и блок определения приоритета счетчиков, причем вход тактирования блока подсоединен к счетным входам счетчиков, кодовые входы которых подключены соответственно к первому и второму информационным входам блока счетчиков, управляющий вход которого связан через блок управления счетчиками с входами записи кода, сброса и разрешения сче-

1 та счетчиков, выходы которых подключены к соответствующим входам блока определения приоритета счетчиков, выход которого подсоединен к импульсному выходу блока счетчиков.

1146781

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для управления трехфазным мостовым вентильным преобразователем; на фиг. 2 — принципиальная схема блока нуль-органов 5 и регистратора полярностей фаз; на фиг, 3 — временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 — структурные схемы алгоритмов основной части управляющей программы и подпрограмм обслуживания прерываний.

Устройство содержит блок 1 нульорганов и регистратора полярностей фаз трехфазной питающей сети, микро- 15 процессорный вычислительный блок 2 (управляющая микро-ЭВМ, микрокомпьютер), программно-задающий блок 3, микропроцессор 4 с системой прерываний, блок 5 параллельного ввода ин- 20 формации, блоки 6 и 7 параллельного вывода информации, шины 8 управления шины 9 адреса, шины 10 данных, арифметико-логическое устройство 11 микропроцессора, устройство 12 управля25 ющей памяти микропроцессора, устройство 13 управления выполнением операций микропроцессора, интерфейс 14 микропроцессора, вход 15 прерывания микропроцессора от блока нуль-органов и регистратора полярностей фаз, вход 16 прерывания микропроцессора от блока счетчиков, блок 17 счетчиков тактовых импульсов, задающий reнератор 18 тактовых импульсов, счет- 35 чики 19 и 20 тактовых импульсов катодной и анодной групп вентильного преобразователя соответственно, блок

21 управления счетчиками, блок 22 определения приоритета счетчиков, 40 информационные входы 23 и 24 блока счетчиков, управляющий вход 25 бло. ка счетчиков, блох 26 распределения отпирающих импульсов, информационный выход 27 блока нуль-органов и регист-45 ратора полярностей фаз, канал 28 для ввода информации о заданном значении угла отпирания, канал 29 для ввода дискретного сигнала обратной связи, импульсный выход 30 блока SO нуль-органов и регистратора полярностей фаз, выход 31 прерывания блока параллельного ввода информации, управляющий вход 32 блока нуль-органов и регистратора полярностей фаз, 55 разделительный трансформатор 33, каналы 34-39 преобразования информации о состоянии полярностей фаз напряжений трехфаэной питающей сети, шестивходовый логический элемент 6ИНЕ 40, управляемый регистр 4 1, разделительный диод 42, резисторы 43 и 44, опорный диод 45, базовый 46 и коллекторный 48 резисторы усилителя-нормализатора, резистор 47 смещения усилителя-нормалиэатора, транзисторы 49, конденсатор 50, резистор 51 дифференцирующей цепи, разделительный диод

52, базовый 53 и коллекторный 54 резисторы, транзистор 55, вход 56 управ ления регистром 41, нуль-орган 57 с усилителем, формирователь 58 импульсов синхронизации.

Устройство предназначено для цифрового микропроцессорного управления вентильным преобразователем. Силовая часть вентильного преобразователя представляет собой выпрямительный шестивентильный мост, состоящий из анодной и катодной групп управляемых вентилей, например тиристоров (фиг.1)

Зажимы переменного тока моста подключены к трехфазной сети. Выпрямительный мост питает в общем случае активно-индуктивную с противо-ЭДС нагрузку. Так как все вентили моста управляемые, мост является полностью управляемым и симметричным. Управляющие электроды тиристоров присоедине ны к соответствующим выходам блока распределения отпирающих импульсов

I предлагаемого устройства.

Входной информацией для предлагаемого устройства служат линейные напряжения трехфазной питающей сети .

У„, . Каждому из этих шести напряжений соответствует свой нуль-орган, которые объединены в блок 1 нульорганов и регистратора полярностей фаз (фиг, 2). Входы нуль-органов связаны 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 представляет собой программируемое, управляющее в реальном масштабе времени специализированное вычислительное устройство, в состав которого входят программно-задающий блок 3, микропроцессор 4, блок 5 ввода и блоки 6 и 7 вывода информации, связанные между собой шинами 8

1146781

10 управления, адреса 9 и шинами 20 данных. В качестве такого вычислителЬного блока может быть также использована миниатюрная вычислительная машина (микро-ЭВМ, микрокомпью- 5 тер), выполненная на основе какого" либо кбнкретного микропроцессорного набора.

Программно-задающий блок 3 представляет собой сочетание перепрограммируемого запоминающего устройства и оперативного запоминающего устройства и служит для хранения программы работы, констант и переменных данных, получаемых от внешних устройств и в результате вычислений.

Микропроцессор 4 состоит из стандартных узлов: БИС регистрового арифметико-логического устройства 11, устройства 12 управляющей памяти, БИС20

У управления выполнейием операций 13 и интерфейса 14 (согласующего устройства) для связи микропроцессора с каналом шин адреса, данных и управления. В состав БИС управления выполне-25 кием операций 13 входит система пре- ° рываний микропроцессора, которая имеет два входа 15 и 16 в виде отдельных шин. Работа основной программы устройства может быть прервана либо 30 от воздействия блока 1 (от нуль-органов) по входу 15, либо от блока 17 программно-управляемых счетчиков по входу,16. При этом микропроцессор переходит на соответствующую подпро- З 5 грамму обслуживания прерывания.

Блок 17 счетчиков тактовых импульсов содержит два двоичнык нереверсив ных вычитающих счетчика 19 и 20 тактовых импульсов, блок 21 управления 40 счетчиками и блок 22 определения приоритета счетчиков. Счетчики 19 и 20 могут загружаться двоичными кодами и управляться программно Ilo шинам адреса 9, данных 10 и управления 8 41 через блок 7 параллельного вывода информации. Для этого информационные выходы блока 7,подсоединены к информационным входам 23 и 24 счетчиков, а управляющий выход — к входу 25 у блока 21 управления счетчиками. Счетчики 19 и 20 служат для отсчета временных интервалов, соответствующих заданным или рассчитанным значениям . угла -.Ы, отпирания вентилей. Счетчик

19 служит для отсчета углов отпирания вентилей катодной группы моста, а счетчик 20 — анодной группы. Счетчики 19 и 20 ведут счет тактовых импульсов от задающего высокочастотного генератора 18 тактовых импульсов, выход которого связан со счетными входами счетчиков. Выходы счетчиков подключены к входам блока 22 определения приоритета счетчиков, выход которого образует импульсный выход блока 17, который в свою очередь подсоединен к входу прерываний микропро- . цессора 4 для запуска подпрограммы обслуживания прерываний вычислительного блока 2 от счетчиков 19 и 20 тактовых импульсов.

Каждый из счетчиков 19 и 20 является нереверсивным, синхронным и снабжен триггером окончания счета.

Счетные входы счетчиков 19 и 20 объединены и связаны через элемент разрешения счета с входом тактирования блока 17 Информационные входы отдельных триггеров каждого из счетчиков 19 и 20 отбразуют информационный параллельный кодовый вход для sarpys . ки начального кода отмеряемого угла отпирания. Кодовые входы счетчиков

19 и 20 подключены соответственно k информационным входам 23 и 24 блока

17.управляющий вход 25 блока 17 связан через блок 21 управления счетчиками с входами записи (установочньм), сброса и разрешения счета счетчиков 19 и 20. Выходы триггеров окончания счета счетчиков 19 и 20.подключены к соответствующим входам блока 22 определения приоритета счетчиков, а выход последнего подсоединен. к"импульсному выходу блока 17. Блок 22 определения приоритета счетчиков может иметь различную конструкцию и может быть выполнен, например, по стандартной логи:еской схеме разделения 2ИЛИ. В этом случае он осуществляет равный приоритет счетчиков 19 и 20 тактовых импульсов.

Точность регулирования угла отпирания зависит от выходнои частоты генератора тактовых импульсов, которая выбирается в пределах от 1 до,.

100 кГц,. и от числа двоичнык разрядов счетчика, которое колеблется от

8 до 12.

Блок 26 служит для окончательного формирования, усиления и распределения отпирающих импульсов по вентилям преобразователя. Для этого информационный выход микропроцессора 4 связан шинами 8-10 с входом блока 26

9, 1 146 распределения импульсов, через блок

6 параллельного вывода дискретной информации.

Блок 5 параллельного ввода служит для ввода в микропроцессорный модуль дискретной информации и имеет несколько входов (каналов ввода), задаваемых их адресами: канал 27 для ввода дискретной информации от регистратора полярностей фаз блока 1, канал 28 для ввода информации о заданном значении угла отпирания, канал 29 для ввода дискретного сигнала обратной связи по току или напряжению вентильного преобразователя и 15 т.п. Блок 5 ввода имеет также вход

30 и выход 3 1 для передачи импульсного сигнала прерывания, выработанного каким-либо внешним блоком. В предлагаемом устройстве прерывание 20 программы осуществляется при наступ. ленни момента перехода через нуль какого-либо линейного напряжения трехфазной питающей сети от импульса, который формируется нуль-органа- 25 ми блока 1. Для этого импульсный выход блока 1 подключен к входу 15 устройства 13 управления микропроцессора через вход 30 и выход 3 1 по прерыванию блока 5 ввода. Канал 32, соединяющий блоки 1 и 5, служит для передачи сигналов управления "ввод" микропроцессорного вычислительного блока 2 в блок 1.

Блок 1 нуль органов и регистрато З5 ра полярностей фаз содержит (фиг.2) разделительный согласующий трансформатор 33, шесть каналов 34-39 преобразования информации о состоянии полярностей фаз напряжений пи- 4О тающей сети с последовательно соединенными нуль-органом 57 и Формирователем 58 импульсов синхронизации, в каждом из каналов, управляемый шестибитный регистр 4 1 на шести логических элементах 2И с шестибитными информационными входом и выходом 27 и входом 56 управления и шестивходовый логический элемент 6И-НЕ 40. Первичные обмотки Фаз разделительного тран- о сформатора 33 соединены в стандартную схему треугольника и подключены к трехфазной питающей сети, а вторичные соединены в звезду и подключены к входным зажимам нуль-органов. у

Иэ шести нуль-органов блока 1 три, принадлежащие каналам с номерами 34, 36 и 38, регистрируют переход питаю781

10 щих линейных напряжений от отрицательных значений к положительным, а остальные три, принадлежащие каналам с номерами 35, 37 и 39 — от положительных значений к отрицательным.

Выходы нуль-органов связаны через транзисторные формирователи импульсов с соответствующими входами шестивходового логического элемента 40, осуществляющего логику 6И-HE. Выход этого элемента является импульсным выходом 30 блока 1 и присоединен к входу по прерыванию устройства 5 ввода.

Внутреннее устройство каналов 3439 преобразования информации о состоянии полярностей фаз напряжений питающей сети и входящих в них нульорганов и Формирователей импульсов синхронизации может быть различным.

На Фиг. 2 представлен один из самых простых вариантов выполнения нульорганов и формирователей.

Нуль-орган любого из каналов 3439 преобразования информации о состоянии полярностей фаз напряжений питающей сети содержит в свою очередь входную цепь и транзисторный усилитель-нормализатор. Например, нульорган 57 канала 35 содержит разделительный диод 42 с токоограничивающим резистором 43, опорный диод 45 с токоограничивающим резистором 44 и усилитель на транзисторе 49. Цепочка последовательно соединенных разделительного диода 42 и резистора

43 включена между началом обмотки соответствующей фазы и общей точкой звезды Фаз вторичной обмотки трансФорматора 33. Цепочка последовательно "соединенных резистора 44 и опорного диода 45 подключена параллельно резистору 43.

Входная цепь предназначена для согласования величины входного переменного напряжения с уровнем входных сигналов транзисторного усилителянормалиэатора и ТТЛ-логики и для формирования сигнала логической "1" в течение первого или второго полупериода переменного напряжения, т.е. для выбора нужного полупериода. На выходе этой цепи, т.е. на опорном диоде 45, проводящем ток в прямом направлении, получается прямоугольный импульс той или другой полярности в зависимости от выбранного полупериода.

1l 1146781 12

Транзисторный усилитель-нормали, ненных конденсатора 50 и резистора затор содержит транзистор 49 п-р-п- 51, подключена между выходом нультипа, базовый 46 и коллекторный 48 органа 57 (коллектор транзистора 49) резисторы, а также резистор 47 .смеще- и "общим" проводом. Она служит для ния. Вход усилителя-нормализатора 5 Формирования узких импульсов напряжеподключен параллельно диоду 45. Уси- ния в момент перехода линейного налитель-нормализатор служит для усиле- пряжения U через нулевое значение. ния и ограничения импульсов, подавае- Выходной транзисторный усилитель мых от входной цепи, а также приведе- выполнен по схеме с общим эмиттером ния их к уровням логической " 1" и 1О и содержит транзистор 55, базовый 53 логического "0". Схема усилителя- и коллекторный 54 резисторы. Вход нормализатора меняется в зависимости транзистора усилителя через раэделиот того, .в каком полупериоде входно- тельный диод 52 подключен параллель- го переменного напряжения он формиру-,,но резистору 51 дифференцирующей ет сигнал логической "1". Если он 15 цепи. Разделительный диод 52 служит формирует сигнал логической " 1" в для "блокирования" отрицательного первом полупериоде, а сигнал логичес- импульса, сформированного дифференкого "0" во втором, он выполняется цирующей цепью. Транзистор 55 открыло схеме эмиттерного повторителя. вается только в те промежутки времеПри этом он не имеет резистора сме- о ни, когда. от последней приходят пощения, а резистор 48 нагрузки стоит ложительные узкие импульсы. Соответв цепи эмиттера. По такой схеме вы- ственно в эти же промежутки времени полнены нуль-органы каналов 34, 36, на выходе усилителя, т.е. на коллеки 38. торе транзистора 55, вырабатываются

Если он формирует сигнал логичес- 5 узкие импульсы напряжения, инверти11 1Ф кой 1:во втором; полупериоде, а рованные относительно положительного сигнал логической "0" в первом, он уровня напряжения питания +5В. выполнен по схеме с общим эмиттером, - Устройство остальных каналов *реПри этом он снабжен резистором 47 образования информации о состоянии смещения, который включен между плю- 30 полярностей фаз напряжений питающей I совой шиной источника и базой, а на- ; сети аналогично, отличия заключаются грузочный резистор 48 включен в цепи лишь в точке подключения входной цеколлектора трацзистора 49. По такой пи, направлении проводимости раздели-. схеме выполнены нуль-органы каналов тельного 42 и опорного 45 диодов и

35, 37 и 39. конфигурации схемы усилителя-нормалиСовокупность шести нуль-органов затора. образует шестиканальный регистратор . Выходы формирователей импульсов полярностей фаз напряжений питающей всех шести каналов 34-39 преобраэовасети, имеющий шестибитный выход. ° ния информации подсоединены к соотНапряжение на выходе любого усили- 4О ветствующим входам шестивходового теля- нормализатора является информа- логического элемента 6И-НЕ 40 котоЭ . ционным выходным сигналом для сост- рый осуществляет логику ИДИ для ин ветствующего канала регистратора по- версных значений сигналов на его вхо- лярностей фаэ, поэтому для передачи дах. Следовательно на выходе элеменэтого сигнала выход любого усилителя-45 та 40 вырабатывается серия узких имнормализатора соединен с информацпон- пульсов положительной полярности

У ным входом соответствующего двухвхо-. частота которых равна шестикратной дового элемента 2И управляемого ре- частоте питающей сети. Каждый из гистра 41 передачи информации. этих импульсов появляется в момейт .

В состав любого из каналов 34-39 gp перехода какого-либо из линейных преобразования информации 34 входит напряжений сети через нуль. Выход формирователь-импульсов синхрониза- элемента 6И-HE 40 образует импульсции. Например, формирователь 58 им- ный выход 30 блока 1, который в свою пульсов синхронизации, входящий в очередь подключен к импульсному вход состав канала 35, содержит дгАферен- 55 блока 5 ввода информации, выход 31 цирующую цепь и выходной транзистор- которого подсоединен к входу 15 преI ный усилитель. Дифференцирующая цепь, рываний микропроцессора 4. При гго:состоящая из последовательно соеди- ступлении импульса синхронизации с

13 1146781 14 выхода -30 блока t наступает прерывание основной программы процессора и запускается подпрограмма обслуживания прерываний от нуль-органов.

Управляемый регистр 41 передачи 5 информации выполнен на шести двухвходовых Йогических элементах 2И.

Первые входы этих элементов образуют информационный вход регистра 41 и подсоединены к выходам соответствующих нуль-органов каналов 34-39. Вторые входы этих элементов объединены

1 к шине 56 управления регистра 41 канала 32 управления блока 1, по которой передается управляющий сиг- 15 нал "Ввод" от блока 3 параллельного ввода информации..Шестибитный выход управляемого регистра 41 является информационным выходом 27 блока 1 нуль-органов и регистратора поляр- 20 ностей фаз, который подключен к информационному входу блока 5 ввода информации.

Устройство для управления вентильным преобразователем работает следу- 25 ющим образом.

После включения электропитания и запуска программы программнозадающий блок 3 микропроцессорного вычислительного блока 2 выполняет . 3p первоначальные сброс и установку всех внешних устройств и блоков, включает систему прерываний микропроцессора 4 и вырабатывает определенный закон управления. Заданное значение угла отпирания, например, в двоичном коде считывается микропроцессором через блок 5 ввода по каналу 28, корректируется в соответствии с сигналом обратной связи, 40 вводимым по каналу 29, согласно выработанному закону управления и подготавливается к выдаче его на информационные входы 23 и 24 программноуправляемых счетчиков 19 и.ZO. 4>

Блок 2 нуль-оргайов и регистратора полярностей фаз на своем выходе

30 вырабатывает после каждого момента перехода одного из линейных напряжений сети через нулевой уровень узкий импульс, поступающий через устройство 5 ввода на вход 15 систе..мы прерываний микропроцессора 4.

Так как временная задержка появления этих импульсов после соответствующих моментов перехода через нулевой уровень незначительна, то практически эти импульсы можно считать совпадающими с моментами естественного отпирания вентилей. Импульсы, генерируемые блоком 1, играют роль импульсов синхронизации работы устройства с переменными напряжениями питающей сети.

Весь период изменения каждого питающего напряжения импульсами синхронизации разбивается на шесть интервалов — зон сетевого напряжения.

Каждая зона характеризуется определенным кодом на выходе регистратора полярностей фаз (РПФ) блока 1. В интервале длительности одной зоны значение этого кода остается неизменным.

Если бы полупроводниковый силовой мост вентильного преобразователя (ВП) был неуправляемым, т.е. выполнен не на тиристорах, а на диодах, то с наступлением каждой очередной зоны вступал бы в проводящее состояние очередной вентиль. Из этого следует, что эоны сетевого напряжения можно пронумеровать в порядке очередности включения вступления в проводящее состояние вентилей диодного моста.

В любой момент времени на входах регистра. 41 имеется информация о текущем состоянии полярностей фаэ линейных напряжений. Эта информация считывается микропроцессором 6-бит" ным параллельным кодом по каналу 27 через устройство 5 ввода путем подачи сигнала логической "1" (сигнал

"Ввод" ) на управляющий вход 56 регистра 4 1 (фиг. 2). Разрядам этого кода соответствуют следующие нульорганы и линейные напряжения (см. табл, 1).

Устройство 6 вывода данных связано с управляющими электродами вентилей силового моста через фор мирователи блока 26 распределения отпирающих импульсов таким образом, что каждому разряду (биту) выводимого байта информации соответствует определенный вентиль моста. Соответ.. ствие битов кода, выдаваемого микро. процессорным модулем 2 через устрой. ство 6 вывода и блок 25, .Управляемым вентилям моста устанавливается табл. 2 °

В интервале каждой из зон сетевого напряжения может быть произведено включение только одного, очередного, вентиля моста, при этом предыдущий

1146781

16 вентиль продолжает проводить ток, а вентиль, предшествовавший предыдущему, выходит из состояния проводимости. В табл. 3 указано, по какому коду байта входной информации соответствует код байта выходной информации, т.е; такие вентили могут быть включены в той или иной зоне.

Из табл. 3 следует, что единичному состоянию бита выходного кода соответствует высокий уровень напряже-, ния на управляющем электроде тиристора, нулевому состоянию — отсутствие напряжения. 15

Выдавая в определенные моменты времени единичные коды через устройство 6 вывода и затем снимая их, микропроцессор в последовательности, задаваемой программой, и в соответ- 20 ствии с входными воздействиями осуществляет включение выбранных вентилей, т.е. управление вентильным преобразователем.

Микропроцессорный модуль 2 работает в течение всего времени функционирования предлагаемого устройства для управления вентильным преобразо1 вателем с момента включения его электропитания по программе, хранящейся в его запоминающем устройстве, в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг. 4..

Как следует из фиг. 4, алгоритм

1 функционирования устройства состоит 35 из трех частей, которые соответствуют основной программе и двум подпрограммам прерывания. Основной програм;ме соответствуют блоки А1-Аб блок,схемь алгоритма. Подпрограмме преры- 40 вания от нуль-органов соответствуют блоки А7 А14, подпрограмме прерыва.ния от программно-управляемых счетчиков (ПУС) — блоки.А15-А18.

Программа работает циклически, 45 по тактам, начало каждого такта соответствует переднему фронту импульса синхронизации (фиг. 3). Каждая зона сетевого напряжения соответст= вует одному такту управления, в кото-.И ром производится расчет значения угла Й ;отпирания, определение и выдача

",соответствующего выходного кода на отпирание вентилей. Импульсами син-! хрониеации, приходящими от нуль-opra.55

I нов блока 1, осуществляется .прерыва ние основной программы шесть раз sa период. В каждом такте микропроцес<Нацих

352 U с „„ч are c os

Далее умножается на соответствуюирай масштабный коэффициент и подготавли ® вается к выдаче его на информационсор считывает системную информацию, например по каналу 28 — заданное значение выходной координаты (напряжения илн тока на выходе ВП), код режима работы и др.

Пусть для определенности вентильный преобраэозатель работает в режиме регулирования напряжения Ug постоянного тока на активно-индуктивной нагрузке. В этом случае по каналу 28 считывается в двоичном коде заданное значение выходного напряженйя Ucf9и*

По каналу 29 с датчика считывается в двоичном коде значение сигнала обратной связи, т.е. технологическая информация о контролируемом параметре. В нашем случае таким параметром является фактическое значение выход.ного напряжения Ug

Примем, что устройство управления

ВП работает с разомкнутой обратной связью (К =0), а закон управления соответству т отработке ступенчатого входного сигнала постоянного значения бесконечной длительности, поданного на вход 28 в момент времени

Ниже приведено описание блоков алгоритма, соответствующее блок-схеме на фиг. 4.

Блок А1 "Начало".

Этому блоку соответствует запуск основной части управляющей программые

Блок А2 "Инициализация".

В этом блоке микропроцессорный модуль 2 выполняет первоначальные сброс, установку *и исходное состояние всех внешних устройств и блоков и подготовку рабочих ячеек памяти, включает систему прерываний микропроцессора 4 и включает в нее блоки

1 и 17, способные вызвать прерывания.

Блок АЗ "Определение начального значения угла отпирания".

Заданное начальное значение U дsolg например, в двоичном коде считывается микропроцессором 4 через устройство

5 ввода по каналу 28. Начальное значение угла отпирания вычисляется по формуле

1146781

18 ный вход программно-управляемого счетчика 19 блока 17.

Блок А4 "Прием входной информации".

Этот блок и все. последующие принадлежат циклически повторяющейся части программы в отличие от блоков

А1-АЗ, характеризующих начальный ее участок. По каналу 28 считывается заданное значение выходного напряже- 10 ния ВП U .„ . По каналу 29 считывается сигнал обратной связи, т.е. технологическая информация о контролиру. емом.параметре. В нашем случае таким параметром является фактическое зна- 15 чение выходного напряжения Ug;, Блок А5 "Расчет следующего значеIl ния угла отпирания

Но известным 0,1 „ и Ug< рассчитывается в соответствии с выбранным рр законом регулирования значение угла отпирания для следующего вентиля.

1 . Так как К с.=0, то К Ug; =0 и

d ац с(, агссоз 25

3 2 где Uä — линейное напряжение сети. .Затем текущее .значение угла al; умножается на коэффициент пересчета в код временного интервала, выдаваемый на информационный вход счетчиков

19 или 20.

Блок А6 "Ожидание прерывания".

Так как все расчетные и подготовительные операции выполнены, то дается команда разрешить прерывания микропроцессора 4 и затем вновь перейти к блоку 6, т.е. ожидать прерывания.

Блок А7 "Прерывание от нуль-органов".

При достижении каким-либо линейным напряжением питающей сети нулевого уровня блок 1 нуль-органов и ре- 45 гистратора полярностей фаз вырабатывает узкий импульс на своем выходе

30, чем воздействует через блок 5 параллельного обмена на вход 15 системы прерывания микропроцессора 4. N

Начинается выполнение подпрограммы

"Прерывание от нуль-органов".

Блок А8 "Прием кода от РПФ".

Микрбпроцессор осуществляет прием цифрового 6-разрядного кода от ре- 55 гистратора полярностей фаз блока 1 по каналу 22 через устройство 5 ввода. !

Блок А9 "Зона вентилей катодной группы" .

Микропроцессор анализирует код состояния полярностей фаз и по нему определяет, эона какого вентиля имеет место в данный момент времени.

Если идет зона вентиля катодной группы (с нечетным номером), то программа переходит к блоку А12, если нет, то к блоку А10 °

Блок А10 "Зона вентилей анодной группы".

Микропроцессор анализирует код состояния полярностей фаз и по нему определяет, идет ли в данный момент зона вентиля анодной группы (с четным номером). Если идет зона четного вентиля, то программа переходит к блоку А13, если же ни одна из зон не идентифицирована, то к блоку А11.

Блок А11 "Аварийный останов".

Так как микропроцессором не была идентифицирована зона ни одного из вентилей, это означает, что пятый код от РПФ не.совпадает с эталонными кодами зон и, следовательно, имеются нарушения в работе аппаратуры.

Возможность выхода программы на блок А11 позволяет организовать программно следующие функции устройства: диагностику состояния тракта входных сигналов (питающая сеть, блоки 1 и 5); автоматический поиск неисправного узла; выдачу на печать или экран дисплея сообщения обслуживающему персоналу; выполнение переключений, аварийное отключение; включение сигнализации, аварийный останов..

В приведенном примере предусмотрен только "Аварийный останов".

Блок А12 "Выбор очередного вентиля катодной группы. Запуск ПУС1".

Блок работает, если имеет место эона 1, 3 или 5. В ячейку памяти выдаваемого на управляющие электроды тиристоров кода с именем С01 записывается код из табл. 3 соответственно

1, 3 или 5 вентиля, подлежащего включению после отработки с ;=-Wt .Затем формируется и по каналу 23 выдается код управления, содержащий адрес(бит

15) и двоичный код временного интервала в младших битах программноуправляемого счетчика 19 (ПУС 1).

Одновременно по каналу 25 выдается сигнал Вывод", после получения которого ПУС1 запускается.

1146781

БЛок А13 "Выбор очередного вентиля анодной группы. Запуск ПУС2".

Блок работает, если имеет место зона 2, 4 или 6 ° В ячейку памяти выдаваемого на управляющий электроды 5 тиристоров кода с именем С01 записывается код из табл. 3 соответственно

2, 4 или 6 вентиля, подлежащего включению в данной зоне. Затем формируется и выдается по каналу 24 код управ- !О ления, содержащий адрес (бит 15) и двоичный код временного интервала в младших битах программно-управляемого счетчика 20 (ПУС2). Одновременнв по каналу 25 выдается. сигнал "Вывод", после получения которого ПУС2 запускается. .Блок-А14 "Выход из прерывания на расчет угла отпирания". осуществляется выход микропроцессо20 ра из режима прерывания от нуль-органа, и программа переходит к блоку 4, т.е. на прием входной информации и затем расчет следующего значения угла отпирания. 25

Блок А15 "Прерывание от ПУС1 или

ПУС2".

После запуска выбранный счетчик

19 или 20 начинает вычитать из записанного начального кода по единице 30 с приходом каждого тактового импульса от генератора 18 и после отсчета интервала времени, соответствующего рассчитанному углу отпирания в момент обнуления воздействует через схему 221 приоритета (схему монтажное ИЛИ) и вход 16 на систему прерываний микропроцессора 4. Процессор прерывает свою работу и переходит на подпрограмму Прерывание от ПУС1 или ПУС2" 4р (блока А15) .

Блок А16 "Сброс ПУС1 или ПУС2".

Первой же операцией подпрограммы прерывания от счетчиков является сброс триггеров прерывания ПУС1 или ПУС2, на- 45 ходящихся в блоке 21 управления счетчиками.Сброс этих триггеров осуществляется по сигналу "Ввод", выдаваемому микропроцессором через устройство вывода 7 в блок 21 по каналу 25. gp

Блок А17 "Включение выбранного, вентиля".

В соответствии. с кодом выбранно. го ранее в блоках А12 или А13 вентиля, микропроцессор выдает через 55 устройство 6 вывода данных в блок

26 распределения отатирающих импульсов сигнал напряжения на управляющие электроды включаемого вентиля .и предыдущего, включенного вентиля дл подтверждения -проводящего состояния последнего.

Блок А18 "Выход из прерывания".

Происходит выход микропроцессора из режима прерывания от блока 17 программно-управляющих счетчиков, и программа вновь возвращается к той команде, перед которой произошло прерывание.

С приходом импульса прерывания от следующего, очередного, нульоргана блока 1 весь цикл работы повторяется согласно блок-схеме алгоритма от блока Аб через подпрограмму прерывания от нуль-органов (блоки

А7-А14), блоки А4, А5, А6 и подпрограмму прерывания от ПУС! или ПУС2 для зоны следующего включаемого вентиля.

В предлагаемом устройстве по сравнению с известным имеются два счетчика для отсчета углов отпирания шести вентилей преобразовательного моста, одного для катодной группы, другого для анодной группы вентилей. Счетчики запускаются в моменты естественного отпирания поочередно, что при наличии программного контроля очередности повышает надежность работы устройства и вентильного преобразователя.

Достоинством устройства является возможность изменения закона управления углом отпирания вентилей по определенной наперед заданной или корректирующейся в процессе управления программе, что является залогом построения адаптивных или самонастраивающихся систем на его основе. Возможность работы по изменяемой, корректирующейся программе, повьш ает гибкость. управ. лення вентильным преобразователем и, следовательйо, расширяет функциональные возможности управления.

Преимуществом предлагаемого устройства является освобождение микропроцессора от элементарной функции отсчета временных интервалов, занимающей большую часть (до 987) машинного времени и резко снижающей эффективность использования процессорного элемента в устройстве. Эта функция счета количества тактовых импульсов для "отмеривания" ин-.ервала задержки включения выбранного вентиля возложена в устройстве на обычные

21

1146781

Разряд кода (бит) 05

03

01

АВ

СВ СА

ВА

АС

ВС

Номер нуль-органа (фиг. 2) 34

39 38

37

Н05 Н04 НОЗ Диаграмма (фиг. 3)

Линейное напряжение

Н06

Н01

Н02

АВ

СА

СВ

ВА

АС

ВС

Таблица 2

00

03

01

В2

В4

В6

В5

ВЗ

В1 внешние двоичные счетчики тактовых

l. импульсов. На процессор возложена функция более высокого уровня— функция управления углом отпирания вентилей преобразователя, которая 5 состоит из следующих более мелких функций: Ф1 — управление работой системы прерываний самого процессора„ Ф2 — прием заданного значения, угла отпирания или заданного закона

его изменения, а также информации о значении сигнала обратной связи;

ФЗ вЂ” управление приемом информации о состоянии напряжений питающей сети; Ф4 — анализ входной информации и выбор следующего отпираемого вентиля; Ф5 — расчет необходимого угла отпирания для выбранного вентиля; Ф6 управление работой внешних счетчиков тактовых импульсов, в том числе: 20

Ф6.1 — выбор соответствующего счетчика, Ф6.2 — занесение кода угла отпирания в выбранный счетчик, Ф6,3 — запуск выбранного счетчика, 5

Ф6.4 — прием прерывания (т.е. сигнала о том что заданный интервал времени уже отсчитан), ф6.5 — сброс сигнала прерывания сработавшего счетчика, 30

/. Логическая переменная на входах регистра 41

Разряд(бит) выводимого кода

Номер включаемого вентиля ф7 — выдача сигнала на включение выбранного вентиля.

Здесь перечислены функции процессора, а именно только те, которые необходимы для выполнения основного назначения устройства — управления вентильным преобразователем. При реализации описанного алгоритма управления, основанного на использовании средств прерывакня, эти функции занимают всего лишь около 2,5Х машинного времени процессора. При этом внешний блок счетчиков, выполняя функцию сче" та тактовых импульсов внешнего задающего генератора, работает непрерывно и параллельно с процессором. В резуль. тате такой организации аппаратных и программных средств на процессор можно дополнительно возложить функции диагностики технического состоян Фя, текущего контроля параметров технологического процесса, сигнализации, выдачи сообщений обслуживающему персоналу, поиска оптимального режима и др. Это приводит к расширению функциональных воэможностей устройства путем сокращения машинного времени, затрачиваемого микропроцессором на управление углом отпирания вентилей, Таблица 1

1146731

Таблида 3

I (Входной двоичный код в разрядах

Зона

05

03 02 01 00 (АВ

СА . ВА ВС АС

В!

1 1 0 0 0 1 1 S!

О. О О 1 1 2 В2

0 О

0 0

0 1

0 0

О 1

1 !

1 1

Включаемый вентиль

1 1 3 ВЗ

1 0 4 В4

0 0,5 85

0 0 6 Вб

Входной двоичный код в разрядах

05 04 03 02 01

В6 В5 В4 ВЗ В2

1 0 D 0 0 1

0 0 0 0 1

0 0 0 1 1 0

1, 0 0

1 0 О О

0 0 О 0

1146781

Фиг.2

114б781. "счк

1146781

Составитель В.Бунаков

Редактор Н.Данкулйч Техред M.Êóçüìà Корр тор Е.Рошко

Заказ 1378/42 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óærîðîä, ул.Проектная,4