УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ Российский патент 1996 года по МПК H02M7/12 H02M7/48 

Изобретение относится к области преобразовательной техники, а именно к фазовому управлению вентильными преобразователями, работающими от сети переменного тока, с использованием методов цифровой обработки информации, и может быть применено в регулируемом реверсивном электроприводе постоянного тока.

Известно устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее генератор тактовых импульсов, нуль-органы, счетчики тактовых импульсов, преобразователи аналогового сигнала в код, логические блоки и схемы сравнения кодов и выдачи сигналов на включение вентилей в момент равенства кодов (а.с. СССР N 641604, кл. Н 02 М 1/08, 1977).

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

Также известно устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее 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, блок нуль-органов и регистратора полярностей фаз трехфазной питающей сети, два вычитающих счетчика тактовых импульсов, блок управления и блок определения приоритетов упомянутых счетчиков, причем выходы блока распределения отпирающих импульсов подключены к управляющим электродам вентилей преобразователя, а входы подключены к выходам первого блока вывода информации, входы блока нуль-органов и регистратора полярностей фаз подключены к питающей сети, а шестибитный информационный выход подключен к информационному входу блока ввода информаций, управляющий выход которого подключен к входу управления блока нуль-органов и регистратора полярности фаз, импульсный выход которого подключен через блок ввода информации к первому входу прерываний микропроцессора для запуска подпрограммы обслуживания прерываний от нуль-органов, два информационных выхода второго блока параллельного вывода подключены к кодовым входам соответствующих вычитающих счетчиков, а управляющий выход через блок управления подключен к входам записи кода, сброса и разрешения счета упомянутых счетчиков, выход задающего генератора подключен к счетным входам вычитающих счетчиков, выходы которых подключены к соответствующим входам блока определения приоритетов счетчиков, выход блока определения приоритетов подключен ко второму входу прерываний микропроцессора для запуска подпрограммы обслуживания прерываний от вычитающих счетчиков тактовых импульсов (а.с. СССР N 1146781, кл. Н 02 Р 11/00, 1985).

Недостатком известного устройства является невозможность формирования углов отпирания вентилями больших 120 электрических градусов, что обуславливает невозможность использования данного устройства для управления реверсивными вентильными преобразователями с полным диапазоном регулирования напряжения в инверторном режиме.

Прототипом предлагаемого устройства является последнее устройство.

Цель изобретения расширение области применения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее 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, блок нуль-органов и регистратора полярностей фаз трехфазной питающей сети, первый и второй вычитающие счетчики тактовых импульсов, причем выходы блока распределения отпирающих импульсов подключены к управляющим электродам вентилей преобразователя, а входы подключены к выходам первого блока вывода информации, входы блока нуль-органов и регистратора полярностей фаз подключены к питающей сети, а шестибитный информационный выход подключен к информационному входу блока ввода информации, управляющий выход которого подключен к входу управления блока нуль-органов и регистратора полярностей фаз, импульсный выход которого подключен через блок ввода информации к первому входу прерываний микропроцессора для запуска подпрограммы обслуживания прерываний от нуль-органов, информационный выход второго блока вывода информации подсоединен к кодовым входам первого вычитающего счетчика, выход задающего генератора тактовых импульсов подключен к счетному входу второго вычитающего счетчика, снабжено блоком измерения периода напряжения сети, причем управляющий выход второго блока вывода информации подсоединен к входам записи кода, сброса и разрешения счета первого вычитающего счетчика, вход тактирования блока измерения подключен к выходу задающего генератора тактовых импульсов, вход измеряемого интервала подключен к импульсному выходу блока нуль-органов и регистратора полярностей фаз, а информационный выход блока измерения подключен к кодовым входам второго вычитающего счетчика, выход которого подключен к собственному входу записи кода и к счетному входу первого вычитающего счетчика, выход которого подключен к второму входу прерываний микропроцессора для запуска подпрограммы обслуживания прерываний от первого вычитающего счетчика тактовых импульсов.

Также цель достигается тем, что блок измерения периода напряжения сети может содержать схему задержки, суммирующий счетчик тактовых импульсов, делитель частоты тактовых импульсов, регистр хранения информации, причем выход схемы задержки подключен к входу сброса суммирующего счетчика, счетный вход которого подключен к выходу делителя частоты, кодовые выходы суммирующего счетчика соединены с информационным входом регистра, вход схемы задержки и вход записи информации регистра подключены к входу измеряемого интервала, вход делителя частоты подключен к входу тактирования, а выход регистра подключен к информационному выходу блока измерения периода напряжения сети.

Заявителю не известно устройство, содержащее блок измерения периода напряжения сети и два вычитающих счетчика, причем информационные выходы блока измерения периода напряжения сети соединены с кодовыми входами вычитающего счетчика тактовых импульсов, импульсный выход которого соединен с собственным входом записи кода и с тактовым входом другого вычитающего счетчика, предназначенного для отсчета временных интервалов. Поэтому предлагаемое устройство для управления вентильным преобразователей обладает существенными отличиями.

На фиг. 1. приведена функциональная схема устройства, управляющего, в качестве примера, трехфазным мостовым вентильным преобразователем; на фиг.2
функциональная схема блока измерения периода напряжения сети; 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 (см. фиг. 1) содержит блок определения полярности фаз трехфазной питающей сети БОПФ 1; микропроцессорный вычислительный блок МВБ - 2; программно-задающий блок ПЗБ 3; микропроцессор МП 4; блок параллельного ввода информации БВВ 5; блоки параллельного вывода информации БВЫВ1, БВЫВ2 - 6, 7; шину управления ШУ 8; шину адреса ША 9; шину данных ЩД 10; арифметико-логическое устройство микропроцессора АЛУ 11; устройство управляющей памяти микропроцессора УУП 12; устройство управления выполнением операций микропроцессора УУВ 13; интерфейс микропроцессора И 14; вход 15 прерывания микропроцессора от БОПФ; вход 16 прерывания микропроцессора от первого вычитающего счетчика тактовых импульсов ВС1 17; задающий генератор тактовых импульсов 3Г 18; второй вычитающий счетчик тактовых импульсов ВС2 - 19; блок измерения периода напряжения сети БИП 20; информационный 21 и управляющий 22 выходы блока 7 параллельного вывода; информационный выход 23 блока 20 измерения периода напряжения сети; блок распределения отпирающих импульсов РИ 24; канал 25 для ввода дискретной информации о заданном значении угла отпирания вентилей; канал 26 для ввода дискретной информации о сигнале обратной связи; синхронизирующий выход 27 блока 1; выход 28 прерывания блока 5 ввода параллельной информации; информационный выход 29 блока БНО и РПФ; управляющий вход 30 блока БНО и РПФ. Предлагаемое устройство предназначено для управления вентильным преобразователем ВП 31.

Выходы блока 24 распределения отпирающих импульсов подключены к управляющим электродам вентилей преобразователя, а входы подключены к выходам блока 6 вывода информации. Входы блока 1 подключены к питающей сети, шестибитный информационный выход 29 подключен к информационному входу блока 5 ввода параллельной информации, а синхронизирующий выход 27 подключен одновременно к входу измеряемого интервала блока 20 измерения периода напряжения сети и к импульсному входу блока 5 ввода. Управляющий выход блока 5 ввода параллельной информации подключен к входу управления блока 1 нуль-органов и регистратора полярностей фаз, а импульсный выход подключен к первому входу 15 прерываний микропроцессора 4 для запуска подпрограммы обслуживания прерываний от нуль-органов. Информационный 21 и управляющий 22 выходы второго блока 7 вывода параллельной информации подсоединены соответственно к кодовым входам и к входам записи кода, сброса и разрешения счета первого вычитающего счетчика 17. Выход задающего генератора 18 тактовых импульсов подключен к входу тактирования блока 20 измерения периода напряжения сети и к счетному входу второго вычитающего счетчика 19, кодовые входы которого подключены к информационному выходу 23 блока 20 измерения периода напряжения сети, а выход подключен к собственному входу записи кода и к счетному входу первого вычитающего счетчика 17. Выход счетчика 17 подключен к второму входу 16 прерывания микропроцессора 4 для запуска подпрограммы обслуживания прерываний от первого вычитающего счетчика 17 тактовых импульсов.

Блок 20 измерения периода напряжения сети (см. фиг.2) содержит схему задержки СЗ 32, суммирующий счетчик тактовых импульсов СС 33, регистр хранения информации Р 34, делитель частоты тактовых импульсов ДЧ 35.

Выход схемы задержки 32 подключен к входу сброса суммирующего счетчика 33, счетный вход которого подключен к выходу делителя частоты 35. Кодовые выходы суммирующего счетчика 33 соединены с информационным входом регистра 34 хранения информации. Вход схемы задержки 31 и вход записи информации регистра 33 подключены к входу измеряемого интервала, вход делителя частоты подключен к входу тактирования, а выход регистра 34 подключен к информационному выходу 23 блока 20 измерения периода напряжения сети.

Устройство предназначено для микропроцессорного управления вентильным преобразователем. Работа предлагаемого устройства рассматривается на примере управления трехфазным выпрямительным мостом, состоящим из шести управляемых вентилей, например тиристоров (см. фиг.1). Зажимы переменного тока моста подключены к трехфазной сети. Выпрямительный мост питает в общем случае активно-индуктивную и противо-ЭДС нагрузку. Так как все вентили моста управляемые, мост является полностью управляемым и симметричным. Управляющие электроды тиристоров присоединены к соответствующим выходам блока 24 распределения отпирающих импульсов предлагаемого устройства.

Входной информацией для предлагаемого устройства служат линейные напряжения трехфазной питающей сети U_АВ, U_BC, U_CA и их инверсии U_BA, U_CB, U_AC (см. фиг.3). Каждому из этих шести напряжений соответствует свой нуль-орган, которые объединены в блок 1. Входы нуль-органов связаны с соответствующими фазами трехфазной питающей сети, а выходы через специальные формирующие и логические схемы подключены к входу устройства 5 ввода микропроцессорного вычислительного устройства 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 управления, 9 адреса, 10 данных. В качестве такого вычислительного блока может быть использована миниатюрная вычислительная машина (микроЭВМ, микрокомпьютер), выполненная на основе какого-либо конкретного микропроцессорного набора БИС (например К581, К580).

Программно-задающий блок 3 представляет собой сочетание перепрограммируемого и оперативного запоминающих устройств 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, БИС управления выполнением операций 13 и интерфейса 14 (согласующего устройства) для связи микропроцессора с шинами адреса, данных и управления. В состав БИС управления 13 входит система прерываний микропроцессора, которая имеет два входа 15 и 16 в виде отдельных линий связи. Работа сановной программы устройства может быть прервана либо от воздействия блока 1 (от нуль-органов) по входу 15 прерывания, либо от счетчика 17 по входу 16 прерывания. При этом микропроцессор 4 переходит на соответствующую подпрограмму обслуживания прерывания.

Первый вычитающий счетчик 17 тактовых импульсов служит для отсчета временных интервалов, по окончании которых в устройстве формируются импульсы отпирания вентилей, причем вентилей как катодной, так и анодной групп выпрямительного моста. Счетчик 17 может загружаться двоичными кодами и управляться программно по шинам адреса 9, данных 10 и управления 8 через блок 7 параллельного вывода информации. Для этого информационный выход 21 блока 7 подсоединен к кодовым входам, а управляющий выход 23 связан с входами записи кода, сброса и разрешения счета счетчика 17. Последний снабжен триггером окончания счета, выход которого подсоединен к входу 16 прерывания. Счетчик 17 ведет счет импульсов, поступающих через элемент разрешения счета от второго вычитающего счетчика 19 тактовых импульсов, который работает в режиме программируемого делителя частоты. Для этого импульсный выход второго счетчика 19 соединен с собственным входом записи кода. Таким образом, импульс с выхода счетчика 19, поступая на счетный вход первого счетчика 17, уменьшает его выходной код на единицу младшего разряда и одновременно записывает новую информацию, поступающую с выхода блока 20 измерения периода напряжения сети, в вычитающий счетчик 19.

Оба вычитающих счетчика работают следующим образом. После записи в них исходного двоичного числа с каждым приходящим тактовым импульсом состояние счетчиков уменьшается на единицу младшего разряда. После того, как состояние всех разрядов стало равно нулю, на импульсном выходе упомянутых счетчиков появляется сигнал, говорящий о том, что счетчик обнулен. Если при этом тактовые импульсы больше не приходят, то счетчики остаются в нулевом состоянии до записи в них очередного двоичного числа (в этом случае импульсный выход меняет свое состояние на противоположное). Таким образом, в вычитающих счетчиках длительность интервала от записи двоичного числа до перехода в нулевое состояние, при условии, что тактовые импульсы поступают на счетчики сразу же после записи, можно определить следующим образом:
t_u Т_т•N
где N исходное двоичное число;
Т_т период входных тактовых импульсов.

Для счетчика 19, т.к. он работает непрерывно, приведенное выражение можно переписать иначе:
Т_вых Т_т•N или
f_вых f_т/N
где N будет уже выполнять роль коэффициента деления программируемого делителя частоты.

Блок 24 служит для окончательного формирования, усиления и распределения отпирающих импульсов по вентилям преобразователя. Для этого выход микропроцессора 4 связан шинами 8-10 с входом блока 23 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 29 для ввода дискретной информации от регистра полярностей фаз блока 1, канал 25 для ввода информации о заданном значении угла отпирания, канал 26 для ввода дискретного сигнала обратной связи по току или напряжению вентильного преобразователя и т.д. Блок 5 имеет также вход 27 и выход 28 для передачи импульсного сигнала прерывания, выработанного каким-либо внешним блоком. В предлагаемом устройстве прерывание программы осуществляется при наступлении момента перехода через ноль какого либо линейного напряжения трехфазной питающей сети от импульса, который формируется нуль-органами блока 1. Для итого импульсный выход блока 1 подключен к входу 15 устройства 13 управления микропроцессора через вход 27 и выход 28 по прерыванию блока 5 ввода. Канал 30, соединяющий блоки 1 и 5, служит для передачи сигналов управления " ВВОД" микропроцессорного вычислительного блока 2 в блок 1.

Микропроцессор 4 может быть, например, выполнен на однокристальной микропроцессорной БИС К580ИК80. Программно-задающий блок 3 должен быть выполнен на двух типах запоминающих БИС: перепрограммируемых, например, К573РФ2 и оперативных, например, К541РУ2. Блок 5 ввода и блоки 6,7 вывода параллельной информации могут быть, например, выполнены на БИС К580ИК55 - параллельном двунаправленном интерфейсе. (Указанные выше БИС рассмотрены в источнике: Хвощ С. Т. Варлинский Н.Н. Попов Е.А. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления: Справочник. -Л. "Машиностроение", 1987, с. 65, 474, 433, 85).

Счетчики 17, 19, 33 могут быть, например, выполнены на реверсивных счетчиках типа К155ИЕ7. Триггер окончания счета вычитающего счетчика 17 может быть, например, выполнен на Д-триггере типа К155ТМ2, а схема разрешения счета на любом двухвходовом логическом элементе, например, И, И-НЕ, ИЛИ и т. д. Задающий генератор тактовых импульсов 18 может быть выполнен, например, на логических схемах типа К155ЛН1 с времязадающими RC-связями. Регистр хранения информации 34 может быть, например, выполнен на микросхемах Н155ТМ8. Делитель частоты 35 может быть, например, выполнен на микросхеме К155ИЕ8. Схема задержки 32 может быть выполнена, например, на основе последовательно соединенных простейших логических элементов любого типа И, ИЛИ, НЕ. (Указанные выше цифровые микросхемы рассмотрены в источнике: Е.А.Зельдин Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре.-Л. Энергоатомиздат, 1986,с. 217, 189, 30, 273, 187, 220). Блок 1 нуль-органов и регистратора полярностей фаз может быть, например, выполнен так же, как в устройстве прототипе. Блок 24 распределения отпирающих импульсов может быть выполнен, например, на базе импульсных транзисторных усилителей с трансформатором (для гальванической развязки с вентильным преобразователем) в цепи нагрузки (Импульсные элементы автоматики и вычислительной техники. Учебное пособие для вузов. Л.Энергия, 1977, с. 37).

Точность регулирования угла отпирания зависит от разрядности первого вычитающего счетчика 17. Чем больше разрядность, тем более точно можно устанавливать угол отпирания и тем более плавно можно его регулировать. Число двоичных разрядов счетчика обычно колеблется от 8 до 12. Например, если число разрядов равно 8, то наименьшая различимая величина угла управления (при 180-м диапазоне регулирования) будет соответствовать 0,7^o. Разрядность первого вычитающего счетчика 17, в свою очередь, определяет частоту его входных импульсов. Причем частота выражается следующим образом.

f_т 2ⁿ⁺¹•f_c (1)
где f_c частота напряжения питающей сети;
n разрядность первого вычитающего счетчика. Но выражение (1) справедливо, если частота сети стабильна. В случае изменения частоты сети выражение (1) нарушается и при формировании углов отпирания вентилей могут возникать ошибки, которые способны накапливаться и в конечном итоге привести к срыву работы всего устройства. Во избежание этого необходимо подстраивать частоту f_т в соответствии с частотой сети. Для этого служат второй вычитающий счетчик 19 и блок 20 измерения периода напряжения сети. Первый из них работает в режиме программируемого делителя частоты. Для этого выход второго вычитающего счетчика 19 соединен с собственным входом записи кода - коэффициента деления. Блок 20 измерения формирует на выходе двоичный код, который пропорционален периоду напряжения сети и является коэффициентом деления второго вычитающего счетчика 19.

Степень пропорциональности частоты выходных импульсов второго вычитающего счетчика 19 частоте напряжения питающей сети также определяется разрядностью 1 счетчика 19 и соответственно блока 20 измерения. Зная разрядность 1, можно определить частоту импульсов задающего генератора 18. Обозначим ее f_o, тогда
f_o2^l•2_n+1•f_c 2^l+n+1•f_c (2)
Если принять l=n=8, f_c=50 Гц, то получим:

Выражение (2) справедливо в первом приближении, т.к. в нем не учтен возможный разброс частоты питающей сети.

Блок 20 измерения периода напряжения сети работает следующим образом. В качестве измеряемого интервала используется одна шестая периода напряжения сети, границами которой являются импульсы, поступающие с импульсного выхода 27 блока 1. Указанные короткие импульсы поступают на вход записи кода регистра 34. По фронту входного импульса в регистр записывается текущий двоичный код с выхода суммирующего счетчика 33. Одновременно импульсы измеряемого интервала через схему 32 задержки поступают на вход обнуления счетчика 33 и тем самым подготавливают его к новому циклу измерения. С приходом каждого импульса, поступающего на счетный вход, состояние счетчика 33 увеличивается. Так продолжается до прихода нового импульса измеряемого интервала. При этом новое текущее состояние счетчика 33 записывается в регистр 34 хранения информации, а счетчик 33 устанавливается в нулевое состояние. Схема 32 задержки определяет последовательность работы в блоке измерения с приходом каждого импульса измеряемого интервала: сначала в регистр 34 записывается текущее состояние счетчика 33, затем последний обнуляется. В качестве измерительных импульсов на счетный вход счетчика 33 поступают импульсы с выхода задающего генератора тактовых импульсов 18, поделенные в фиксированное число раз делителем частоты 35. Последний необходим для приведения в соответствие частоты задающего генератора 18 с разрядностью счетчика 33 и величиной измеряемого интервала.

Опишем работу блока 20 измерения периода сетевого напряжения совместно с вторым вычитающим счетчиком 19. Обозначим: f₁ частота импульсов с импульсного выхода блока 1 (f₁ 6•f_c), f₂ частота выходных импульсов задающего генератора 18, f_з частота выходных импульсов счетчика 19 тактовых импульсов, К коэффициент деления делителя 34 частоты (величина постоянная), N число, формируемое блоком 20 измерения периода сетевого напряжения (в общем случае изменяемая величина). Тогда можно получить
N T₁/KT₂ (3)
F₃ f₂/N 1/T₂N (4)
Подставив выражение (3) в (4), получим
f₃=kf₁=6kf_с≡ f_с (5)
Таким образом, частота выходных импульсов счетчика 19 тактовых импульсов пропорциональна частоте сетевого напряжения, что и необходимо для работы предлагаемого устройства.

Устройство для управления вентильным преобразователем работает следующим образом.

После включения электропитание микропроцессор 4 запускает программу, хранящуюся в программно-задающем блоке 3, выполняет первоначальный сброс и установку всех внешних устройств и блоков, записывает в регистры исходную информацию, необходимую для начального пуска устройства, включает систему прерываний. Через блок 5 параллельного ввода по каналу 25 микропроцессор считывает в двоичном коде заданное значение угла управления, корректирует его в соответствии с сигналом обратной связи, вводимым по каналу 26, согласно принятому закону управления и подготавливает к выдаче на кодовые входы программно управляемого счетчика (ПУС) 17 через информационный выход 21 блока 7 параллельного вывода. Вычисление двоичного числа, пересылаемого затем в ПУС и необходимого для формирования импульсов отпирания вентилей преобразователя, является основной задачей, которую микропроцессор непрерывно решает.

Выполнение микропроцессором основной программы прерывается двумя типами импульсных сигналов: от блока 1 входу 15 прерывания и от ПУС по входу 16 прерывания (на фиг.2 они обозначены соответственно U_бно, U_пус).

Блок 1 на своем выходе 27 вырабатывает после каждого перехода одного из линейных напряжений сети через нулевой уровень узкий импульс. Эти импульсы совпадают с моментами естественного отпирания вентилей моста и выполняют в устройстве три функции: во-первых, осуществляют синхронизацию работы устройства с переменными напряжениями питающей сети при первом, начальном пуске, во-вторых, определяют длительность интервала, пропорционального периоду напряжения питающей сети и измеряемого в блоке 20 измерения, в-третьих, вызывают останов работы процессора по основной программе и переход к выполнению подпрограммы обслуживания прерывания по входу 15 прерывания. Основная цель данной подпрограммы определить состояние питающей сети по полярности фаз ее напряжений в каждой зоне.

Весь период изменения питающего напряжения импульсами синхронизации разбивается на шесть интервалов зон сетевого напряжения. Каждая зона характеризуется определенным кодом на выходе блока I. В течение длительности одной зоны значение кода остается неизменным. Если бы полупроводниковый силовой мост вентильного преобразователя был неуправляемым, то есть выполнен на диодах, а не на тиристорах, то с наступлением каждой зоны вступал бы в проводящее состояние очередной вентиль. Из этого следует, что зоны сетевого напряжения можно пронумеровать в порядке очередности включения вентилей диодного моста.

В любой момент времени в блоке I хранится информация о текущем состоянии полярностей фаз линейных напряжений. Эта информация считывается микропроцессором в 6-битном параллельном коде по каналу 29 через устройство 5 ввода путем подачи сигнала "ВВОД" в управляющий канал 30. Разрядам этого кода соответствуют следующие линейные напряжения (см. табл.1). Единица в разряде соответствует положительной, а нуль отрицательной полуволне соответствующего напряжения. По коду, получаемому от РПФ, микропроцессор определяет номер зоны сетевого напряжения (номер включаемого вентиля) в соответствии с таблицей 2 и запоминает его в соответствующей ячейке памяти. В процессе работы по каждому импульсу синхронизации, микропроцессор, перейдя на выполнение соответствующей подпрограммы, анализирует состояние питающей сети, определяет номер зоны сетевого напряжения и номер вентиля моста (анодной и катодной группы), который бы включался естественным образом, если бы вместо тиристоров использовались диоды. Однозначное соответствие выходному коду РПФ номера включаемого вентиля, означает исправность питающей сети. В противном случае микропроцессором отрабатывается аварийная ситуация. Самого включения тиристоров в подпрограмме прерывания от импульсов синхронизации (по входу 15 прерывания) в текущем режиме микропроцессор не производит. Это происходит только один раз при первоначальном пуске. В этом случае в соответствии с табл. 2. микропроцессор формирует шестибитный выходной код, который также запоминается в соответствующей ячейке памяти. В выходном коде (см.табл. 2), в частности, отражено следующее. При включении очередного вентиля предыдущий вентиль продолжает проводить ток, а вентиль, предшествовавший предыдущему, выходит из состояния проводимости. Для обеспечения надежной работы моста в режиме прерывистых токов наряду с очередным тиристором необходимо подать импульс управления (дублирующий) на предыдущий тиристор. На фиг. 3 изображены интервалы проводимости вентилей анодной группы i_ва и катодной группы i_вк моста. Из табл. 2 следует, что единичному состоянию бита выходного кода соответствует высокий уровень напряжения на управляющем электроде тиристора, нулевому состоянию отсутствие напряжения.

Таким образом, сформировав при первоначальном пуске 6-битный выходной код, микропроцессор подготовил информацию на включение вентилей (очередного и предыдущего) моста. После чего микропроцессор запускает ПУС 17, послав в него через блок 7 вывода информацию о начальном значении угла управления вентилями (подробнее о посылаемых в ПУС 17 величинах см. ниже).

Помимо импульсов синхронизации прерывание основной программы осуществляется выходными импульсами ПУС, подаваемыми на вход 16 прерывания.

Первой отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что ПУС 17 используется для формирования углов отпирания всеми шестью вентилями моста. Значения углов управления, в отличие от прототипа, лежат в пределах от 0 до 180°. Для этого в ПУС 17 информация записывается не в моменты естественного отпирания вентилей, а в моменты окончания работы упомянутого счетчика, т.е. с приходом соответствующего импульса на вход 16 прерывания микропроцессора.

Второй отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что значение записываемой в ПУС информации соответствует не величине требуемого угла отпирания α_i, а интервалу времени между предыдущим и последующим импульсами управления тиристорами, т.е. межкоммутационному интервалу λ_i (см. фиг. 3). Выразим значение λ_i в общем случае. Если известно предыдущее значение угла управления α_i-1, отсчитываемое от соответствующей точки естественного отпирания вентилей, то величину следующего угла управления α_i, отсчитываемую от той же (предыдущей) точки естественного отпирания, α_i/i-1, можно выразить следующим образом:

где m_э эквивалентная фазность вентильного преобразователя (в нашем случае m_э 6). Тогда величину межкоммутационного интервала можно выразить

(6)
Алгоритм (6) и реализуется в основной программе предлагаемого устройства для формирования углов отпирания вентилями моста.

Для того, чтобы выражение (6) было справедливо и при первоначальном пуске, в ячейку памяти, где хранится значение предыдущего угла управления α_i-1, предварительно необходимо занести число . Тогда получим:
(7)
Третьей отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что оно, а также рассмотренный алгоритм позволяют управлять любым вентильным преобразователем. Это хорошо видно из выражения (1), которое (с точностью до константы) не зависит от эквивалентной фазности m_э вентильного преобразователя.

Таким образом, с приходом импульса на вход 16 прерывания микропроцессор переходит к выполнению соответствующей подпрограммы обслуживания. При этом микропроцессор сбрасывает триггер окончания счета ПУС 17 и включает очередной и предыдущий вентили, послав соответствующий выходной 6-битный код, сформированный ранее при отработке предыдущего сигнала прерывания от ПУС 17 или при отработке сигнала прерывания от блока I (при первоначальном пуске), через блок 6 вывода на блок 24 распределения отпирающих импульсов. После чего микропроцессор формирует новый 6-битный выходной код для включения очередного и предыдущего вентилей. Принцип распределения импульсов в данной подпрограмме остался прежним, соответствующим табл.2. Но в отличие от устройства - прототипа исходными данными для его реализации не являются данные от РПФ. Т. к. аварийного останова не произошло, то последовательность включения вентилей моста осталась прежней: В1, В2.В6, В1, В2. (см. фиг.1,3). Поэтому после первоначального включения (см. выше) номер зоны сетевого напряжения и соответственно включаемого вентиля определяется прибавлением единицы к предыдущему номеру, хранящемуся в специальной ячейке памяти счетчике, состояние которого циклически меняется от 1 до 6.

Далее микропроцессор снова запускает ПУС 17, послав в него через блок 6 вывода, новое, сформированное к началу данной подпрограммы, значение межкоммутационного интервала λ_i.

После отработки сигнала прерывания по выходу 16 микропроцессор снова возвращается к определению следующего межкоммутационного интервала.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод: предлагаемое устройство по структуре и принципу действия является одноканальным и асинхронным. В силу последнего обстоятельства в устройство введен блок 20 измерения периода сетевого напряжения, с помощью которого (и также второго вычитающего счетчика 19) формируются высокочастотные импульсы, частота которых пропорциональна частоте сетевого напряжения. Наличие данного блока измерения позволяет, особенно в разомкнутых системах управления, исключать накапливание ошибок при формировании углов отпирания вентилей. Работа блока измерения описана выше. Необходимо только сказать следующее. Блок 20 измерения периода сетевого напряжения начинает работать сразу же после включения питания и при наличии импульсов с выхода 27 блока 1 нуль-органов и регистратора полярностей фаз. Программно блок измерения не управляется, следовательно уже к моменту пуска устройства частота высокочастотных импульсов, поступающих на ПУС 17, пропорциональна частоте сетевого напряжения.

Микропроцессорный модуль 2 работает в течение всего времени функционирования предлагаемого устройства управления вентильным преобразователем 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 функционирования устройства состоит из трех частей, которые соответствуют основной программе и двум подпрограммам прерывания. Основной программе соответствуют блоки А1-А5 блок-схемы алгоритма. Подпрограмме прерывания от нуль-органов соответствуют блоки А6-А13, подпрограмме прерывания от программно-управляемого счетчика 17 блоки А14-А18.

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

Блок А1 "Начало".

Этому блоку соответствует запуск основной части управляющей программы.

Блок А2 "Инициализация".

В этом блоке микропроцессорный модуль 2 выполняет первоначальные сброс и установку в исходное состояние всех внешних устройств и блоков, записывает в регистры исходную информацию, необходимую для начального пуска устройства, а также устанавливает признак начального пуска единицу в каком-либо разряде (например, нулевом) в ячейке памяти с именем, например COO.

Блок АЗ "Определение начального значения межкоммутационного интервала".

Заданное начальное значение U_2зад например, в двоичном коде считывается микропроцессором 4 через устройство 5 ввода по каналу 25. Начальное значение λ_нач определяется по выражению (7), причем

где К_сх коэффициент преобразования вентильного преобразователя по напряжению и определяется схемой ВП (в нашем случае ;
U₁ действующее значение напряжения сети, подлежащего выпрямлению (в зависимости от схемы и числа фаз это может быть действующее значение фазного или линейного напряжения сети);
Далее λ_нач умножается на соответствующий масштабный коэффициент и подготавливается к выдаче на информационный вход ПУС 17. После чего включается система прерываний.

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 25 считывается заданное значение выходного напряжения ВП U_2зад. По каналу 26 считывается сигнал обратной связи о выходном напряжении U_2i.

Блок А5 "Расчет межкоммутационного интервала".

По известным U_2зад и U_2i рассчитывается в соответствии с выбранным законом регулирования значение угла α_i отпирания следующего вентиля. Примем, что устройство работает с разомкнутой обратной связью, т.е. К_ос 0. Тогда:

Затем значение межкоммутационного интервала λ_i умножается на коэффициент пересчета в код временного интервала, выдаваемого на информационный вход ПУС 17, и запоминается в ячейке памяти с именем, например, ДОО. После этого микропроцессор выполняет команду: вернуться к блоку А4.

Таким образом, последние два блока выполняются циклически, друг за другом, без каких-либо пауз между ними, что повышает быстродействие устройства по отработке сигналов задания и обратной связи (в отличие от устройства прототипа).

Блок 6 "Прерывание от нуль-органов".

При достижении каким-либо линейным напряжением питающей сети нулевого уровня блок 1 нуль-органов и регистратора полярностей фаз вырабатывает узкий импульс на своем выходе 27, чем воздействует через блок 5 параллельного обмена на вход 15 системы прерываний микропроцессора 4. Начинается выполнение подпрограммы " Прерывание от нуль-органов".

Блок А7 "Прием кода от РПФ".

Микропроцессор осуществляет прием цифрового 6-разрядного кода от регистратора полярностей фаз блока 1 по каналу 24 через устройство 5 ввода.

Блок А8 "Зона вентилей ВП".

Микропроцессор анализирует код состояния полярностей фаз и по нему определяет, зона какого вентиля имеет место в данный момент времени. Если номер зоны, а значит и номер очередного включаемого вентиля, в соответствии с табл. 1, табл.2 идентифицированы, то программа переходит к блоку 10, в противном случае к блоку А9.

Блок А9 "Аварийный останов".

Так как микропроцессором не была идентифицирована зона ни одного из вентилей, это означает, что имеются нарушения в работе аппаратуры или питающей сети. Возможность выхода программы на блок А9 позволяет организовать программно следующие функции устройства: диагностику состояния тракта входных сигналов (питающая сеть, блоки 1,5); автоматически поиск неисправного узла; выдачу на печать или экран дисплея сообщения оператору; выполнение переключений, аварийное отключение, включение сигнализации, аварийный останов. В приведенном примере предусмотрен только "Аварийный останов".

Блок А10 "Начальный пуск".

Микропроцессор проверяет состояние разряда признака начального пуска. Если в нем установлена "I", то программа переходит к блоку А11, если "0", то к блоку А13.

Блок А11 "Запуск ПУС".

В ячейку памяти с именем, например, С01 записывается номер зоны вентиля, который ранее был определен по информации полученной из РПФ. В ячейку памяти с именем, например С02 записывается выходной 6-битный код, соответствующий табл. 2, на включение вентилей после отработки λ_нач. Затем в канал 21 микропроцессором выдается двоичный код временного интервала λ_нач. Одновременно по каналу 22 выдается сигнал "ВЫВОД", после получения которого входная информация записывается в ПУС 17 и он запускается.

Блок А12 "Сброс признака начального пуска".

Так как начальный пуск вентильного преобразователя произведен, то микропроцессор сбрасывает признак начального пуска устанавливает 0 в нулевом разряде ячейки памяти с именем СОО.

Блок А13 "Выход из прерывания".

Осуществляется выход микропроцессора из режима прерывания от нуль-органов и переход к выполнению прерванной основной программы к расчету следующего значения межкоммутационного интервала.

Блок А14 "Прерывание от ПУС".

После запуска программно-управляемой счетчик 17 начинает вычитать из записанного начального кода по единице с приходом каждого тактового импульса от счетчика 19 и после уменьшения кода до нуля воздействует своим выходным импульсом через триггер окончания счета по входу 16 на систему прерывания микропроцессора 4. Процессор прерывает свою работу и переходит на подпрограмму " Прерывание от ПУС".

Блок А15 "Сброс ПУС".

Первой же операцией подпрограммы прерывания от счетчика 17 является сброс триггера окончания счета. Сброс осуществляется по сигналу "ВВОД", выдаваемому микропроцессором через устройство 7 по каналу 22.

Блок А16 "Включение вентиля".

Из ячейки с именем С02 микропроцессор извлекает 6-битный выходной код и выдает его через блок 6 вывода данных в блок 23 распределения отпирающих импульсов, где формируются напряжения на управляющие электроды включаемого вентиля и предыдущего, включенного вентиля для подтверждения проводящего состояния последнего.

Блок А17 "Запуск ПУС".

Анализируется номер зоны вентиля, хранящийся в ячейке памяти с именем С01. Если номер меньше шести, то к нему прибавляется единица, если номер равен шести, то ему присваивается единичное значение. В обоих случаях новый номер записывается в ту же ячейку CО1. В соответствии с новым значением номера зоны вентиля и в соответствии с табл.2 формируется новый выходной 6-битный код, который записывается в ячейку памяти с именем СО2. Затем по каналу 21 микропроцессором выдается двоичный код временного интервала λ_i, хранящийся в ячейке памяти ДОО. Одновременно по каналу 22 выдается сигнал "ВЫВОД", после получения которого входная информация записывается в ПУС 17 и он запускается.

Блок А18 "Выход из прерывания".

Микропроцессор осуществляет снятие импульсов отпирания вентилей путем подачи через блок 6 вывода в блок 23 6-битный код с нулями во всех разрядах и переходит из режима прерывания от нульорганов к выполнению основной программы программы расчета следующего межкоммутационного интервала.

В заключении отметим, что в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом имеется всего один программно-управляемый счетчик для формирования углов отпирания вентилей преобразовательного моста, т.е. система управления является одноканальной. Программируемый счетчик запускается двояким образом: первоначально в точке естественного отпирания вентилей (т.е. синхронно), во всех последующих случаях после отсчета этим же счетчиком предыдущего временного интервала (т.е. асинхронно). Использование асинхронного способа запуска упомянутого счетчика, а также отработка им не угла отпирания вентилей, а межкоммутационного интервала (кроме первоначального пуска) позволили использовать всего один счетчик для формирования углов отпирания всеми вентилями ВП независимо от величины этого угла и фазности преобразователя.

Таким образом, предлагаемое изобретение расширяет область применения устройства: возможно управление ВП любой фазности, возможно управление преобразователем как в выпрямительном, так и в инверторном режиме, что необходимо для работы реверсивных ВП. ТТТ2

Устройство содержит задающий генератор (18), микропроцессорный вычислительный блок (2), блок распределения отпирающих импульсов (24), блок определения полярности фаз питающей сети (1), первый (17) и второй (19) вычитающие счетчики, блок (20) измерения периода напряжения сети. Микропроцессор работает в соответствии с программой, которая состоит из З-х частей: основной программы и двух подпрограмм обслуживания прерываний. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее задающий генератор тактовых импульсов, блок задания фазового сдвига на базе микропроцессорного вычислительного блока, содержащий два входа прерывания, два выхода управления, вход параллельной информации и два выхода параллельной информации, блок распределения отпирающих импульсов, блок определения полярности фаз питающей сети, первый и второй вычитающие счетчики тактовых импульсов, выходы блока распределения отпирающих импульсов предназначены для подключения к управляющим электродам вентилей преобразователя, входы подключены к первому выходу параллельной информации вычислительного блока, входы блока определения полярности фаз питающей сети предназначены для подключения к питающей сети, информационный выход подключен к входу параллельной информации микропроцессорного вычислительного блока, первый управляющий выход которого подключен к входу управления блока определения полярности фаз питающей сети, синхронизирующий выход которого подключен к первому входу прерываний микропроцессорного вычислительного блока, второй выход параллельной информации микропроцессорного вычислительного блока подсоединен к кодовым входам первого вычитающего счетчика, выход задающего генератора тактовых импульсов подключен к счетному входу второго вычитающего счетчика, отличающееся тем, что оно снабжено блоком измерения периода напряжения сети, причем второй управляющий выход микропроцессорного вычислительного блока подсоединен к входам записи кода, сброса и разрешения счета первого вычитающего счетчика, вход тактирования блока измерения периода напряжения сети подключен к выходу задающего генератора тактовых импульсов, вход измеряемого интервала подключен к синхронизирующему выходу блока определения полярности фаз питающей сети, информационный выход блока измерения периода напряжения сети подключен к кодовым входам второго вычитающего счетчика, выход которого подключен к собственному входу записи кода и к счетному входу первого вычитающего счетчика, выход которого подключен к второму входу прерываний микропроцессорного вычислительного блока. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок измерения периода напряжения сети содержит схему задержки, суммирующий счетчик тактовых импульсов, делитель частоты тактовых импульсов, регистр хранения информации, причем выход схемы задержки подключен к входу сброса суммирующего счетчика, счетный вход которого подключен к выходу делителя частоты, кодовые выходы суммирующего счетчика соединены с информационным входом регистра хранения информации, вход схемы задержки и вход записи информации регистра хранения информации подключены к входу измеряемого интервала, вход делителя частоты использован как вход тактирования блока, а выход регистра хранения информации как выход блока.