Устройство для управления вентильным преобразователем Советский патент 1991 года по МПК H02M7/12 

1

(21)4612529/07

(22)05.12.88

(46)15.09.91. Бюл. №34

(72) A.M. Тащилин, В.И. Благинин, А.К. Ерохов и В.Е. Каменцев

(53)621.314.27(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР

№ 1146781, кл. Н 02 М 7/12, 1980.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (57). Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления вентильными преобразователями с использованием методов цифровой обработки информации/Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия. Устройство для управления вентильным преобразователем содержит микрокомпрессорный блок 2 вычисления угла управления, кольцевой распределитель 19, блок 1 нуль-органов. Устройство снабжено программируемым таймером 17, кольцевым распределителем 19, блоком 20 управления режимами, программно-задающим блоком 21, знало о-цифро- вым преобразователем 22, аналоговым задатчиком 23 управления угла управления. Это позволяет обеспечить регулирование как с помощью вычисления требуемо о угла управления, так и путем задания величины этого угла. 3 ил.

Изобретение относится к электротехни- ке и может быть использовано для управления вентильными преобразователями, работающими от сети переменного тока, с использованием методов цифровой обра- боткитанфррмации.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для управления вентильным преобразователем; на фиг. 2 - схема блока управления режимами; на фиг. 3 - временные диаграммы работы блока управления режимами.

Устройство для управления вентильным преобразователем содержит блок 1 нуль-органов, микропроцессорный блок 2 вычисления микроЭВМ угла управления, который включает в себя блок 3 памяти, микропроцессор 4 с системой прерывании, блок 5 параллельного ввода информации, блоки б и 7 параллельного вывода информации, магистрали, 8, 9, 10 управления, адреса шины данных, арифметикологическии блок 11 микропроцессора, блок 12 управляющей памяти микропроцессора, блок 13 управления выполнением операций микропроцессора, интерфейс 14 микропроцессора, входы 15 и 16 прерывания микропроцессора от внешних устройств. Устройство содержит также программируемый таймер 17, генератор 18 тактовых импульсов, кольцевой распределитель 19, блок 20 управления режимами, программно-задающий блок 21, аналого- цифровой преобразователь 22, аналоговый задатчик 23 угла управления, блок 24 распределения отпирающих импульсов. Блок 20 содержит элементы ИЛИ 25 и 26, элементы ИЛИ-НЕ 27, 28, 29 и 30, элементы НЕ 31,

О

ч

ч 00 °&

ю

32, 33 и 34, элемент И-НЕ 35, переключатель 36 режимов, цепь задержки, состоящую из резистора 37 и конденсатора 38.

Устройство предназначено для цифрового микропроцессорного управления вен- тильным преобразователем. Силовая часть вентильного преобразователя представляет собой выпрямительный шестивентиль- ный мост, состоящий из анодной и катодной групп управляемых вентилей,

Входной информацией для устройства служат линейные напряжения трехфазной питающей сети. Каждому из этих напряжений соответствуют свои нуль-органы, которые объединены в блок 1. Входы нуль-органов связаны с соответствующими фазами трехфазной питающей сети, а выходы через специальные формирующие и логические элементы подключены к входам пуска каналов таймера 17 и фазирующим входам блока 24.

Микропроцессорный блок 2 представляет собой программируемое, управляющее в реальном масштабе времени специализированное вычислительное уст- ройство, в состав которого входят блок 3, микропроцессор 4 с системой прерывания, блок 5 ввода и блоки 6 и 7 вывода информации, связанные между собой магистралями 8, 9 и 10. Кроме того, с блоком 2 через магистрали 8, 9 и 10 связаны блок 20 и таймер 17.

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 стандар- тных узлов: арифметикологического блока 11, блока 12 управляющей памяти, блока 13 управления выполнением операций и интерфейса 14 для связи микропроцессора 4 с магистралями 9, 10. Система прерываний микропроцессора имеет два входа 15 и 16. Работа основной программы может быть прервана от воздействия какого-либо внешнего устройства. При этом микропроцессор переходит на соответствующую предпрограм му обслуживания прерывания.

Программируемый таймер 17 представляет собой стандартную микросхему, предназначенную для задания временных интервалов в микропроцессорных системах.

8 состав таймера 17 входят три независимых канала, состоящих из счетчиков, работающих на вычитание. На тактовые входы счетчиков СО, С1, С2 поступают импульсы с генератора 18. Прием этих импуль-

сов разрешается сигналами пуска (ст роби- рования) СТРО, СТР1, СТР2, поступающих с блока 1.

При равенстве содержимого какого-либо счетчика нулю вырабатывается один из сигналов КНО, КН1, КН2, которые поступают на соответствующие входы блока 24.

Сигналы КО, КН1 или КН2 вырабатываются после поступления на вход счетчика СО, С1 или С2п+1 импульса, где п-начальное содержимое счетчика, т.е. используется так называемый режим 1, в котором счетчик работает как программируемый одновибра- тор с аппаратным запуском.

Счетчики каналов таймера 17 служат для отсчета временных интервалов, соответствующих заданным или рассчитанным значениям угла о. управления вентилями. Счетчик СО служат для отсчета углов отпирания для фазы А, счетчик СГ1-для фазы В, счетчик С2 - для фазы С.

Устройство для управления вентильным преобразователем работает следующим образом.

На выходах регистрации нулей блока 1 формируется серия коротких импульсов, частота которых равна двукратной частоте питающей сети. Для каждой фазы формируются сигналы СТРО, СТР1, НСТР2 соответственно, характеризующие момент перехода напряжения через нуль по каждой фазе трехфазной питающей сети. Сигналы полярности характеризуют полярность напряжения каждой фазы трехфазной питающей сети. В любой момент времени на выходе блока 1 имеется информация о текущем состоянии полярностей фаз линейных напряжений. Сигналы СТРО, СТРГ, СТР2 поступают на входы программируемого таймера 17. Фронт этих сигналов инициирует начало отсчета длительности угла о. Таймер 17 и блок 1 связаны с управляющими электродами вентилей силового моста через блок 24. В интервале каждого из полупериодов сетевого напряжения может быть произведено включение только одного очередного вентиля моста, при этом предыдущий продолжает проводить ток, а вентиль, предшествующий предыдущему, выходит из состояния проводимости.

С таймера 17 на входы блока 24 поступают импульсы в моменты, соответствующие углам а, а с блока 1 поступают сигналы, соответствующие полярности фаз питающей сети. В результате блок 24 выбирает, на какой из тиристоров соответствующей фазы следует подать управляющий импульс.

При этом микропроцессор 4 не загружен работой по обработке соответствующей информации и выбору вентилей, а также по обслуживанию прерываний. Выбор вентилей определен структурой устройства. Задача микропроцессора - только вычисления угла по заданному алгоритму, храняще- муся в блоке 3. Работа микропроцессора в данном случае не требует синхронизации с сетью электропитания, и информация в таймер может выдаваться в любой момент времени независимо от состояния трехфазной питающей электросети.

Это приводит к повышению быстродействия устройства.

Для расширения функциональных возможностей устройство для управления вен- тильным преобразователем снабжено распределителем 19, блоками 20 и 21, преобразователем 22 и задатчиком 23.

Первый вход блока 20 ЗГГ (запись) соединен со входом элемента 25, выход кото- рого является первым выходом блока 20 ЗП (запись).

Вход элемента И-Н Е 35 соединен с тактовым входом распределителя 19, другой вход элемента И-НЕ 35 соединен с пере- ключателем 36, а выход через цепь задержки на резисторе 37 и конденсаторе 38 - с соответствующим входом элемента 25. Второй вход блока 20 ВМ (выбор микросхемы) соединен с одним из входов элемента 26, выход которого является вторым выходом блока 20 ВМ, другие входы элемента 26 соединены соответственно с выходами элементов 29 и 30, а также со входами элементов 27 и 28, выходы которых являются третьим и четвертым (адресными) выходами блока 20 АО и А1 соответственно, другие входы элементов 27 и 28 соединены с выходами элементов 31 и 32. которые соединены с третьим и четвертым (адресными) входами АО и А1 блока 20, и выходами элементов 33 и 34, входы которых соединены с выходами распределителя 19. Первый вход элемен- та 29 соединен с первым выходом распределителя 19 и адресным входом А1 блока 21, второй вход элемента 29 соединен с третьим выходом распределителя 19 и адресным входом А2 блока 21, третий вход элемента 29 соединен с пятым выходом распределителя 19 и адресным входом A3 блока 21. Входы элемента 30 соединены со вторым, четвертым и шестым выходами распределителя 19. Выход элемента 29 соединен с управляющим входом блока 21, а выход элемента 30 соединен с управляю- щим входом преобразователя 22.

Выходы блока 21 и преобразователя 22 соединены с магистралью 10, имеют выход с тремя состояниями, в случае, если на управляющий вход подан сигнал логической

Г, выходы блока 21 и преобразователя 22 находятся в высокоимпедансном состоянии.

Блок 20 содержит переключатель 36. В одном положении переключателя 36 управление осуществляется микропроцессорным блоком 2, а в другом положении - работа в автономном режиме управления от задатчи- ка23.

Блок 21 предназначен для формирования восьмибитовых слов управления работой программируемого таймера 17 при работе устройства в автономном режиме. Адресные входы блока 21 АГ, А2, A3 подключены к распределителю 19, а вход управления подключен к выходу блока 20. В случае работы устройства от микропроцес-. сорного блока 2 на вход управления блока 21 приходит сигнал запрета и выходы блока 21 отключаются от магистрали 10.

При работе устройства в автономном режиме на вход управления блока 21 приходит сигнал разрешения.

Сигналы с выходов распределителя 19 поступают на входы А1, А2, A3 блока 21. Наличие одного из трех сигналов на этих входах приводит к появлению на выходе блока 21 одного из слов управления работой программируемого таймера 17 (см. фиг. 3).

Устройство для управления вентильным преобразователем имеет возможность реализации двух режимов работы: автоматического и автономного (ручного). Автоматический режим работы при управлении от микропроцессорного блока позволяет реализовать все преимущества высокопроизводительной автоматической системы управления, а именно:

- реализовать возможность сложных законов регулирования с высокой степенью точности;

-реализовать возможность получения очень малого шага дискретности при регулировании, что позволяет приближаться к аналоговой форме регулирования:

-реализовать возможность осуществления высокоэффективных обратных связей по току, напряжению и мощности;

-реализовать возможность использования в составе полностью автоматизированных систем со сложным алгоритмом взаимодействия составных частей данных систем.

Автономный (ручной) режим при управлении от аналогового задатчика позволяет использовать устройство в многофункциональных контрольно измерительных системах, требующих активного участия оператора на различных стадиях работы, проводить пуско-наладочные и экспериментальные работы до отладки программного обеспечения в автоматическом режиме, что особенно важно при реализации многофункциональных систем, оперативное проведение простых операций по регулированию при проведении экспериментальных и контрольных операций.

Формула изобретения Устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее генератор тактовых импульсов, микропроцессорный блок вычисления угла управления с магистралями данных, адреса и управления, блок распределения импульсов управления с фазирующими входами и выходами импульсов управления, выходы которого используются в качестве выходов устройства, блок нуль- органов с выходами регистрации нулей и полярности фазных напряжений, входы которого используются для подключения к фазам питающей сети, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения быстродействия, оно снабжено трехканальным программируемым таймером, каждый канал которого используется в режиме одновиб- ратора с внешним запуском, кольцевым распределителем, программозадающим блоком с управляющим Vn и тремя адресными входами А1, А2, A3 и восемью выходами DI, работа которого при описывается уравнениями Д1 , V A3, VA2, при все выходы находятся в высокоимпедансном состоянии, аналого-цифровым преобразователем, аналоговым задатчиком угла управления и блоком управления режимами, содержащим переключатель режимов, цепь задержки, элемент И-НЕ, два элемента ИЛИ, четыре элемента ИЛИ-НЕ и четыре элемента НЕ, причем первый вход элемента И-НЕ используется как тактовый вход блока управления режимами,второй вход соединен с переключателем режимов; который формирует 1 или О при аналоговом или цифровом задании углов управления выход элемента И-НЕ соединен через цепь задержки с вторым входом первого элемента ИЛИ, первый вход которого используется в качестве первого входа блока управления режимами, в качестве второго, третьего и четвертого входов блока управления режимами используются первый вход второго элемента ИЛИ и входы первого и второго элементов НЕ соответственно, выходы первого и второго элементов НЕ соединены с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ-НЕ, входы третьего элемента ИЛИ-НЕ используются в качестве пятого,

шестого и седьмого входов блока управления режимами, входы четвертого элемента ИЛИ-НЕ - в качестве восьмого, девятого и десятого входов блока управления режимами, выходы первого и второго элементов ИЛИ, первого, второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ используются в качестве первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого выходов блока управления

0 режимами, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ-НЕ, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ-НЕ подключены соответственно через третий и четвертый

5 элементы НЕ к третьему и второму входам четвертого элемента ИЛИ-НЕ, третьи входы второго элемента ИЛИ, первого и второго элементов ИЛИ-НЕ соединены с выходом третьего элемента ИЛИ-НЕ, первый и вто0 рой входы блока управления режимами соединены с линиями записи и выбора канала магистрали управления блока вычисления угла управления, третий и четвертый входы - с младшими разрядами магистрали адреса

5 блока вычисления угла управления, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы кольцевого распределителя подключены соответственно к пятому, восьмому, шестому, девятому, седьмому и

0 десятому входам блока управления режимами, вход сброса кольцевого распределителя соединен с переключателем режимов блока управления режимами, который формирует 1 или О при цифровом или анало5 говом задании углов управления, тактовые входы блока управления режимами, кольцевого распределителя и всех каналов программируемого таймера соединены с выходом генератора тактовых импульсов,

0 входы записи выбора и адресов программируемого таймера подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам блока управления режимами, пятый и шестой выходы которого соединены с уп5 равляющими входами программозадающего блока и аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу аналогового за датчика угла управления, первый, третий и пятый выходы кольцевого распределителя

0 соединены с адресными входами программозадающего блока, выходы которого, выходы аналого-цифрового преобразователя и информационные входы программируемого таймера подключены к соответствующим

5 линиям магистрали данных блока вычисления угла управления, входы пуска каналов программируемого таймера соединены с выходами регистрации нулей блока нуль-органов, выходы полярности фазных напряжений которого подключены к фазирующим

входам блока распределения импульсов уп- торого подключены к выходам каналов про- равления, входы импульсов управления ко- граммируемого таймера.

Г fa