Электропривод постоянного тока Советский патент 1993 года по МПК H02P5/06 

XJ ю

00

00

00

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования положения, скорости и тока электродвигателей постоянного тока.

Целью изобретения является повышение точности регулирования и упрощение электропривода постоянного тока.

Предлагаемое устройство представлено на фиг.1, ... :

Двигатель 1 подключен через тиристор- ный преобразователь 2 к питающей сети, Блок управления 3 своими входами подключен к датчику тока 4, датчику скорости 5, датчику положения 6, зэдатчику (тока, скорости или положения) 7, информационным выходам программируемого таймера 8 и регистра внешнего события 9, выходу переполнения таймера 8, а своими выходами - к буферному регистру 10 и к информационным входам программируемого таймера 8. Датчик синхронизации 11 своим входом подключен к питающей сети, а выходом - к синхровходу регистра внешнего события 9. Генератор импульсов 12 своим выходом подключен К счетному входу таймера 8.

Устройство работает следующим обра- зом. . .- :л / .; . .-

С валом двигателя 1 механически связа ны датчик скорости 5 и датчик положения б, осуществляющие преобразование механических величин в электрические в виде ана логового сигнала или цифрового кода. В якорную цепь двигателя 1 установлен шунт, падение напряжения с которого подается на вход датчика тока 4, который вырабатывает нормированный аналоговый сигнал .или цифровой,код. Информацию вышеперечисленных, датчиков,; а также блока задания 7 вводят в:блок управления 3, содержащий в себе вычислитель, например, на базе микропроцессора. Датчик синхронизации 11 содержит фильтр, выделяющий гармонику напряжения сети, и нуль-орган, кото-, рый выдает импульсы, соответствующие моменту естественной коммутации тирието- ра тиристорного преобразователя 2, условно названного нулевым Этот импульс воздействует на синхровход регистра внешнего события 9, который запоминает состояние выходных информационных сигналов программируемого таймера.8 в момент появления импульса датчика синхронизации 11.

На фиг. 1 представлена функциональная схема программируемого таймера 8. Таймер состоит из двух счетчиков. Оба счетчика считают импульсы, подаваемые на вход С, Первый (верхний на фиг.2) счетчик - декре- ментный и работает в ждущем режиме. Блок управления выставляет входные для таймера данные DT и записывает их в первый счетчик сигналом записи W. Первый счетчик отсчитывает записанное число импульсов и затормаживается, вырабатывая при этом

сигнал переполнения V, который снимается в момент очередной записи. Второй счетчик, например, инкрементный, работает в режиме счета непрерывно. Разрядность счетчиков равна R, DO-выхбдные данные

таймера 8, т.е. второго счетчика.

Алгоритм работы блока управления 3 описан ниже.

При подаче напряжения питания блок управления 3 выполняет программу нэчальной установки и начальной синхронизации с сетью, после чего входит в установившийся циклический режим работы. Начало цикла определяет момент формирования очередного импульса отпирания тиристорного преобразователя. В каждом цикле блок управления 3 последовательно выполняет следующие вычислительные процедуры: регулятора положения, в результате определяется заданное значение скорости; регулятора скорости, в результате определяется заданное значение тока; регулятора тока, в результате определяется заданное значе- .ние угла управления тиристорным преобразователем; обработки угла управления, в

результате определяется номер отпираемо готиристЬра и момент времени отпирания; ожидание формирования отпирающего импульса или выполнение других задач со входами.в начало очередного цикла по прерыванию от отпирающего импульса.

В соответствии с вычисленным значением угла управления блок 3, выполняя про- грамму синхронной; одноканальной .системы импульсно-фазовогб управления,

определяет номер отпираемого тиристора, записывает соответствующий код отпирающих импульсов в буферный регистр 10, вы- числяет задержку отпирания этого тирйстора от текущего момента времени до

требуемого и записывает её в программируемый таймер 8. Таймер 8 отсчитывает заданную задержку и сигналом с выхода перепЬлнения воздействует на буферный регистр 10, разрешая прохождение отпирающих импульсов на тиристорный преобразователь 2. Длительность управляющего импульса формируется либо аппаратно, например дифференцирующей цепочкой в буферном регистре 10, либо программно в

блоке управления 3.

Номер отпираемого тирйстора К определяется по формуле

„Гп-ч Г К(п -1) +1, еслиКГп -1) т- 1 к(п) -1 Qv g. К(п 1) г

где п - номер цикла;

m - число фаз питающей сети;

К(п-1) - номер предыдущего тиристора.

Код отпирающих импульсов, соответствующий данному тиристору, выбирается из таблицы, хранящейся в постоянной памяти. Время наступления точки естественной коммутации (по таймеру) 0-го тиристора Ео считывается из регистра внешнего события 9 и хранится в памяти блока 3. Период сети Т вычисляется каждый раз после выявления изменения содержимого регистра внешнего события 9, опрос которого производится в каждом цикле, по формуле:

Т Ео (п) - Ео (п-1).

Точка естественной-коммутации К го тиристора:

Ek Ео + KxT/m E(k-1) + Т/т.

Число N записывается блоком 3 в таймер 8 для включения К-го тиристора:

+ N D1,

где требуемый угол управления в дискретах таймера;

D1 - содержимое таймера 8, считанное блоком 3 непосредственно перед записью.

Для того, чтобы точность отработки за- ,данного угла управления не зависела от дрейфа частоты сети и частоты генератора импульсов 12: N aT/360.

где а угол управления в электрических градусах.

Емкость таймера 8 (разрядность R) выбирается большей периода сети Т. Перепол- нение второго счетчика таймера 8 не оказывает влияния, т.к. .в числе N при его записи старшие разряды нбмером больше R (если таковые есть) не используются. В случае применения в блоке 3 процессора ма- лой вычислительной мощности допустимо производить расчеты регуляторов скорости и положения не каждый цикл, а через М циклов в свободное от процедур регулятора тока и отработки угла управления процес- сорное время. При М 3 динамические показатели качества регулирования удовлетворяют требованиям для большинства электроприводов.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известным прототипом видны из сопоставительного анализа.

В устройстве-прототипе имеет место погрешность отработки углов управления. тиристорным преобразователем для по крайней мере одного тиристора, когда этот угол близок к кратному дискрете преобразователя значению вследствие наложения во

времени требований прерываний от датчика синхронизации и от таймера перед выдачей отпирающих тиристоры импульсов. Если приоритет прерывания от таймера выше, чем от датчика синхронизации, тозадержка обработки прерываний от датчика синхронизации, величина которой не определена от 0 до какого-то конечного значения А, вызовет ошибку в вычислении точек естественной коммутации всех тиристоров, В противном случае ошибка будет из-за задержки выдачи кода отпирающих импульсов в буферный регистр. При оптимальной программе, которую не всегда возможно реализовать, величина А будет равна сумме времен: длительности выполнения самой продолжительной команды; процедуры прерывания; команды выдачи кода отпирающих импульсов в буферный регистр (или считывания таймера); команды управления приоритетами прерываний или возврата из прерывания.

Для микропроцессора, например К1801ВМ2, с тактовой частотой 7 МГц это время без учета инерционности блока прерываний и буферного регистра составит соответственно 20+15+10+7 52 мкс: Кроме этого, например, многие контроллеры цифровых датчиков скорости и положения в процессе программной обработки их показаний требуют следования двух и более команд процессора без временного разрыва (из-за прерываний) между ними. Чтобы выполнить эти требования, необходим запрет прерываний, а значит, возможна дополнительная погрешность в отработке угла управления.

Предлагаемое устройство проще и имеет большую точность за счет введения регистра внешнего события и стробирования буферного регистра импульсом переполнения программируемого таймера, С помощью регистра внешнего события запоминается момент времени прихода синхронизирующего сигнала, и эта информация обрабатывается блоком управления тиристорами в удобное для него время без прерывания его управляющей программы. Запись кода отпирающих импульсов в буферный регистр производится блоком управления сразу после вычисления этого кода и угла управления, а выдача их на управляющие переходы тиристоров производится в момент переполнения программируемого таймера без необходимости прерывания вычислителя блока управления. Устройство-прототип требует немедленной реакции вычислителя блока управления (с помощью прерываний) на эти события и, поскольку эта реакция занимает конечное

время, при этом ухудшается точность отработки углов управления тиристорным преобразователем, з также наличия блока приоритетных прерываний и еще двух таймеров, что ведет к усложнению устройства,

Предлагаемое устройство для своей.работы по отработке углов управления не требует прерываний благодаря введению аппаратной поддержки процесса синхронизации с сетью в виде регистра внешнего события и процесса формирования отпирающих импульсов путем стробирования буферного регистра импульсом переполнения программируемого таймера,

В результате точность отработки углов управления одинакова во всем их диапазоне, не зависит от быстродействия вычислителя блока управления тиристорами, при этом не накладываются жесткие требования реального времени к управляющим про- граммам и эта точность определяется лишь дискретностью программируемого таймера. Например, если .принять разрядность программируемого таймера и вычислителя блока управления равной 16 двоичных раз- рядов, а полную емкость этого таймера-два периода сети, т.е. 40 мс, то погрешность составит не более 1,25 мкс (две дискреты таймера), т.е. имеется многократный запас по требуемой точности.

Предлагаемое устройство проще прототипа в изготовлении, и Ha Jiafl KevraK как имеет меньшее количество элементов; а именно: один программируемый таймер и регистр внешнего события предлагаемого устройст- ва против трех программируемых таймеров прототипа, причем регистр существенно проще таймера, а программируемые таймеры предлагаемого и сопоставляемого устройства примерно равны по сложности, Кроме того, в устройстве-прототипе более

сложный блок управления тиристорами, т.к. имеет в своем составе достаточно сложный блок приоритетных прерываний по четырем независимым запросам, а предлагаемое устройство может работать без прерывания или с более простым блоком прерываний с одним входом запроса

Фор мула изобретения Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого подключена к тиристорному преобразователю с блоком управления, входы обратных связей и задания блока управления соединены с датчиком тока, скбрости, положения и задатчиком режима работы, программируемый таймер, счетный вход которого подключен к генератору импульсов, а информационные входы и выходы, а также выход переполнения этого таймера подключены к соответствующим входам и выходам блока управления тиристорами, датчик синхронизации, вход которого предназначен для соединения с питающей сетью, управляющий вход тири- сторного преобразователя через буферный регистр соединен с управляющими выходами блока управления тиристорами, о тли-, чаю щи и с я тем, что, с целью повышения точности регулирования и упрощения него введен регистр внешнего события, синхров- ход которого подключен к датчику синхронизации, информационные входы этого регистра соединены с информационными выходами программируемого таймера, информационные выходы регистра внешнего события подключены к соответствующим входам блока управления тиристорами, а выход переполнения программируемого таймера соединен с разрешающим входом буферного регистра.

(BUS. 2

Использование: может быть использовано для регулирования положения, скорости и тока электродвигателей постоянного тока. Сущность изобретения: двигатель 1 подключен через тиристорный преобразователь 2 к питающей сети. Блок 3 управления тиристорами своими входами подключен к датчику А тока, датчику 5 скорости, датчику 6 положения, зздатчику 7 (тока, скорости или положения), информационным выходам программируемого таймера 8 и регистра 9 внешнего события, выходу переполнения таймера 8, а своими выходами - к буферному р егистру 10 и к информационным входам программируемого таймера 8. Датчик 11 синхронизации своим входом подключен к питающей сети, а выходом - к синхровходу регистра 9 внешнего события. Генератор 12 импульсов своим выходом подключен к счетному входу таймера 8. В устройстве точность отработки углов управления одинакова во всем их диапазоне, не зависит от быстродействия вычислителя блока управления тиристорами. 2 ил. ел с