Устройство для управления тиристорным преобразователем

77217 А 1 19) (1 51)5 Н 0 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ЛЬСТВ трыйчрез- надежСОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Ленинградский электротехнический институт им,В,И.Ульянова (Ленина)и Ленинградское, научно-производственное объединение "Электронмаш"(56) 1. Авторское свидетельство СССРГ 909791, кл. Н 02 М 7/12, 1981.2,Авторское свидетельство СССРУ 1019573, кл. Н 02 М 7/12, 1982.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИ"РИСТОРНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ Изобретение относится к электро, технике и может быть использовано в системах микропроцессорного управления тиристорными преобразователями для электроприводов постоянного тока с целью линеаризации характеристик звена тиристорный преобразователь-. двигатель в электроприводе.Известно устройство для линеари" зации характеристики ТП 1, содержащее блок синхронизации, КЗ-триггер, генератор тактовой частоты, блок кольцевых регистров, блок срав" нения и два счетчика, обеспечиваю" щее кусочно-линейную аппроксимацию нелинейной зависимости характеристикТП-нагрузка.Недостаток устройства " быс рост числа элементов схемы и ее мерное усложнение и уменьшение(57) Сущность изобретения: устройство содержит вычислитель (2), счет"чик (10), элемент задержки (4),КВ-триггер (6), элемент И (8), дешифратор (7), двухканальный коммутатор (11), управляемый инвертор кода (14) и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ(13). Цель достигается за счет вычисления кода угла управления тиристор"ным преобразователем с использованием табличных значений обратной нелинейности звена тиристорный преобразователь - нагрузка, являющейсяфункцией суммы кода задания и кодаЭДС нагрузки. 7 ил. ности при увеличении числа участков аппроксимации.Этот недостаток преодолен в устройстве-прототипе 2, которое по технической сущности наиболее близко к предлагаемому устройству. Устройство-прототип содержит простейший вычислитель, включающий блок совпадения, выходы которого соединены с входами блока памяти. Характеристика,записанная в блоке памяти вычислителя, компенсирует нелинейность эве" , на ТП-Н в области непрерывных токов(РНТ). В этом смысле устройство-прототип является частным случаем устройств управления тиристорным преобразователем и двигателем также содержащими вычислители с блоками памяти, но использующими микропро, цессоры для реализации более сложКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул арина Заказ 1126 НИИПИ Госу Тираж твенного комитет 113035, Москва, Подпи о изобретениям и 35 Раушская набных арифметических функций, Информационные входы блока совпадения в устройства-прототипе служат для за дания кода управления, а управляющий вход блока совпадения и вход элемента задержки соединены и являются входом синхронизации выход элемента задержки соединен с Б-входом КБ-триггера, К-вход которого подключен к вы ходу дешифратора, а прямой выход соединен с одним входом элемента И, другой вход которого предназначен для подачи импульсов тактовой частоты, выход элемента И соединен со счет 5 ным входом счетчика, к входам записи которого подключены выходы блока памяти, к стробирующему входу счетчика подключен выход элемента задержки, выходы счетчика связаны с входом дешифратора.Недостаток устройства-прототипа в том, что оно не обеспечивает линеаризацию характеристики ТП в области прерывистых токов, что снижает точ ность управления преобразователем, и не обеспечивает управления реверсив-/ ным ТП, это ограничивает функциональ ные возможности устройства.Целью изобретения является повы- ЗО шение точности и линейности характеристик устройства.. Эта цель достигается тем, что в устройство введены вычислитель, сумматор, управляемый инвертор кода, элемент ИСКЛОЧЯОЦЕЕ ИЛИ и двунаправленный коммутатор, выходы которого являются выходами устройства, управляющий вход коммутатора соединен со знаковым входом кода задания устрой О ства, а информационный вход " с выходом дешифратора, первый и второй входы элемента ИСКЛЮЧАОЦЕЕ ИЛИ соединены соответственно со знаковыми входами кода задания и кода ЭДС уст ройства, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с управляющим входоминвертора кода и входом переноса сумматора, информационные входы инвертора кода подключены к информационным входам кода ЭДС устройства, а выходы инвертора кода соединены с информационными входами сумматора выходы которого подключены к первой . группе 1 информационных входов вычислителя, вторая группа 1 информационных входов вычислителя под" ключена к информационным входам кода задания устройства, вход прерывания 1 ИТ вычислителя соединен с входами синхронизации устройства, магистраль адреса данных вычислителя соединена с входами-выходами элемента памяти и входами записи счетчика, причем вычислитель обеспечивает Функциональную зависимость между сигналами на информационных входах 1, 12 и сигналом ДО на входах записи счетчика, работая по алгоритму фиг.3.Ка фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - нелинейные характеристики звена ТП-Н на фиг.3 - блок-схема алгоритма, реализуемого вычислителем; на фиг.1 - структурная схема вычислителя с элементом памяти; на фиг.5 - временная диаграмма работы устройства; на фиг.б - приниципиальная схема инвертора кода и сумматора; на фиг.7- принципиальная схема двухканаЛьного коммутатора.Предлагаемое устройство содержит вычислитель 2, в состав которого входит однокристальная ЭВМ, элемент памяти 3, счетчик 10, дешифратор 7, элемент задержки 1, КБ-триггер б, элемент И 8, двухканальный коммутатор 11, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13, управляемый инвертор кода 1 ч, сумматор 15, вход 5 синхронизации устройства, вход 9 тактовой частоты, вход 12 знака кода управления, вход 16 знака кода ЭДС, информационные входы 17 абсолютной величины кода ЭДС, информационные входы 1 абсолютной величины кода управления, выходы 18 и 19 устройства, на которых появляются импульсы зажигания тиристоров.В статическом состоянии первая группа информационных входов 1 однокристальной ЭВИ 2 соединена с выходами сумматора 15, вторая группа информационных входов 1 - с информационными входами 1 абсолютной величины кода управления устройства, вход прерываний вычислителя 2 соединен с входом элемента задержки М и входом 5 синхронизации устройства, магистраль адреса данных вычислителя через порты ввода-вывода соединена с входами-выходами элемента памяти 3 и входами ДО записи счетчика 10, стробирующий вход которого соединен с Б-входом КБ-триггера 6 и выходом элемента задержки 4, выход счетчика 10 соединен с входом дешифратора 7, выход которого .соединен с информацион7217 5 177 ным входом двунаправленного коммутатора 11 и Б.-входом триггера 6, выход триггера 6 соединен с первым входом элемента И 8, второй вход которого предназначен для подачи им- . пульсов тактовой частоты с входа 9 устройства, вход знака кода управления 12 устройства соединен с управляющим входом двунаправленного коммутатора 11, вход знака кода ЭДС 16 соединен с входом элемента 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выхол которого соединен с управляющим входом управляемого инвертора кода 11 и входом переноса сумматора 15. Входы 17 абсолютной величины кода ЭДС соединены с информационными входами управляемого инвер-. тора кода 14, выходы которого соединены с информационными входами сумматора 15.(За) Устройство компенсирует нелинейность звена ТП-Д, которая в режине непрерывного тока (РНТ) определяется зависимостью Я .здп " здп Ит+ - -)-Е,)и в а в режиме прерывистого тока (РПТ) гзависимостью:з 1 п д=- з,п(О + ) где 1 = К 1/Е - относительноесреднее значениетока звена ТП-Н;Й = Е),/Е- относительноезначение ЭДС нагрузки;" угловая длитель-,ность импульсатока.Если принять естественное допущение, что максимальное значение тока с 1) макс может иметь место приЛвч и с = 0, то мин 2 з) Для получения линейной зависимос- . ти 1 с = К;И, где И) - код управления в устройстве, необходимо реализовать обратную нелинейностьлф 9 . И +ИеК---- з 1.сз 1 п - "1: К д - код угла управления ТП;Кс Е, - код ЭДС нагГ зки;Ь 1 с - масштабные коэффициенты.15 Нелинейная зависимость (3) является функцией суммы двух аргументовИ и И, Вид этой зависимости приведен на фиг.2. Точная граница между РНТ и РПТ определяется пунктирной 20 линией на фиг,2. При компенсациистатической нелинейности эа границурежимов РНТ и РПТ можно принять горизонтальную прямую И г (э) (фиг.2),ордината которой соответствует точ ной границе при Е = О. Из фиг.2 видно, что в РПТ при И гс И (о) значение кода угла И 1 отлйчается отзначения И,9, определенного для РНТв вУпри том же значении аргумента, на 30 величину поправки ЬИ.Поправка бИ вычисляется по таблично-заданной кривой, как и самозначение Ир, вычисляемое по табличнозаданной зависимости (3), Однако, если зависимость (3) кодаугла И 1 о от кодов И ч и И Е вы"ражается явно формулой (3), товычисление поправки 6 И более сложно.4 О Зависимость между током со ТП,ЭДСнагрузкй и углом управленияРПТ задается системой трансцендентных уравнений со в в 1 в вв (Ю + в - в ) - П в в и Вв+ ь(о) - о;1777217 8) 55 Т - электромагнит 6ная постояннаязвена ТП-Д;4 - угловая частотасети,Система уравнений (За) не имеетаналитического решения, поэтому нельзя в явной форме получить зависимость 1 У = Г(дс , с ) или подобную ейв масштабе зависимость М у = Е (М,М),Эта зависимость в табличной фор,ме получается с помощью вычислительной программы, которая вычисляетзначение 9 из второго уравнения- вычисляет значениепо значесрниям О, , ;- строит таблицу зависимости О- вычисляют поправку М 1,= М- М = Й (Ф М)25 Глг 1где М = Кэ= ъ щМ+М- атсяп -" в - - значение коКда угла,со- ответствующее РНТ,Программа, производящая указанныевычисления, написана на Фортране ивыполняется на машине СИ, В предлагаемом устройстве используется толькозависимость 6 М =Ф,М)Вообще говоря 6 М,1, зависит отМ у и М , однако на практике влиянием М можно пренебречь и опреде40лять 6 М р из однопараметрическойтабличной зависимостиМ= йМ(о) - Мч 1, при М = О.При задании аргумента в виде М г(о)-М"обеспечивается гладкая стыковка45нелинейности в РНТ и РПТ, что даетвыигрыш в точности, значительно превышающий уменьшение точности, вызванное неучетом зависимости 6 М от М,Таким образом в памяти вычислителя 3 заносятся две зависимости Мдгде М= М + М, М - коэффициентыполинома Чебышева, которыми аппроксимируется табличная зависимость функции поправки. Первая зависимостьиспользуется как в РНТ,так и в РПТ,Адрес Формируется с использованиемэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13, управляемого инвертора 1 Й и сумматора 15.Алгоритм формирования адреса можнопредставить выражением Мд = М + Я, Мя1 при яцп М= ядп М где с 5 - 1 при ядп Мяоп М ЗначениЮ 1 = 1 соответствует логический "О" на выходе элемента 13, а цв = -1 - логическая "1" на этом выходе. Такое формирование адреса повышает точность реализации функции арксинуса при неизменном объеме памяти устройстваКонстанты М = К-) ил 11ЪН Ю ш М(О) записаны в ячейки элемента памяти 3, М = 2 "- нормирующий множитель; и - число разрядов машинного слова без знака. Табличные зависимости агсядп М/М, и аппроксимированной полиномом зависимости поправки Г М, (О)-М хранятся в элементе памяти 3.Адреса обращения к Этим зависимос гям формируются вычислителем 2 в соответствии с программой работы устройства, хранящейся в элементе памяти 3.Устройство работает следующим образом.Выпрямительный или инверторный режим работы ТП определяется с помощью элемента ИСКЛОЧАЮЦЕЕ ИЛИ 13 на входы 12 и 16 которого поданы знак кода задания Му и знак кода МЕ ЭДС нагрузки. Элементы 13 - 15 формируют слагаемое цМЕ кода адреса вЛ машинном Формате. Если знаки кодов М ч и Мна входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 совпадают (Ч, =), тона выходе элемента 13 устанавливает"ся уровень логического нуля и.код абсолютной величины ЭДСМ , поступающий с входов 17 устройства, проходит без изменений через управляе,9мый инвертор кода 14 на вход сумматора 15 и далее без изменений - на выход сумматора 15, так как на вход переноса сумматора поступает логический 0 с выхода элемента 13,Сказанное соответствует формированию кода адреса в ОЭВИ 2и= 1(и(- ч,м( =( ++ (при с = 1.Если знаки кодов И и Х на входах элемента 13 не совпадают Ц = = -1), то на выходе элемента 13 ус" танавливается уровень лог.1 и код ( И( преобразуется инвертором кода 14 в обратный код. Пусть, например, на входах 17 имеет место код (Б( =00100110, на выходах элемента 14 будет обратный код (Ие( = 11011001, на выходах сумматора 15 - дополнительный код (И( = ( ХД+ 1 = 11011010, так как к входу переноса сумматора 15 поступает лог.1 с вы" хода 13. Теперь ОЭВИ 2 сформирует код адреса1 А - 1(+ Ч(Ъ(1: 1( +1% при Ч так как сложение с дополнительным кодом и вычитание - эквивалентные операции в машинном формате.На фиг.б приведена схема, реализующая это преобразование и состоящая из инвертора кода 14 на микросхеме К 155 ЛП 5 и сумматора 15 на мик"росхеме К 155 ИИ 3., Если на выходеэлемента 13 имеет место логическая"1", что соответствует несовпадениюзнаков Ми м, то код ( Х( преобразуется инвертором кода 14 в обратный код и поступает на сумматор 15,где по входу переноса к нему добавляется "1" и с выходов 20 на входы1 вычислителя поступает значениеИ в дополнительном коде.Алгоритм работы вычислителя при"веден на Фиг.3. В блоке 1 алгоритмаопрашиваются группы Еи Е входоввычислителя и формируются коды (Е = Ч ("Е( 3 (1) = (И(, в блоке 2определяется режим тока и для РПТ формируется адрес АР таблицы полиномиальной функции поправки в блоке 3,а в блоке 4 из таблицы поправкираз," 72171 Омещенной в элементе памяти 3 извлекается значение поправки, Следует подчеркнуть, что поправку можно как вычислять из формулы (4), так и определять по таблице, хотя на практикепринят последний способ для экономиипроцессорного времени, Далее определяется в блоке 5 адрес таблицы арк О синуса для РНТ в блоке 6 вычисляется значение кода угла Х 1 у с использованием таблицы арксинуса, размещенной в элементе памяти 3, а в блоке 7 оно передается на входы ДО запи си счетчика 10. Таким образом вычислитель 2 обеспечивает требуемую Функциональную зависимость между кодомугла И 1 и кодом задания И, Из-заограниченного быстродействия вычис лителя код угла Н 1 формируется с некоторой задержкой относительно начала программы вычислителя, определяемого импульсами синхронизации с входа 5, формирующимися при переходе 25 напряжения сети через ноль и гоступа"ющими на вход прерывания вычислите"ля, Для исключения возможного дополнительного запаздывания на периодпрерывания в устройстве предусмотрен ЗО элемент 4 задержки, который задерживает импульсы с входа 5 на время0 (см.фиг.5 г), превышающее времявыполнения программы вычислителя.Благодаря этому в каждом цикле рабо=ты устройства используется значение,вычисленное в этом же цикле. Код Исвязанный пропорциональной зависимостью с углом управления, являетсясигналом управления преобраэовате- О лемЭтот сигнал подается на преобразователь код-временной интервал, реализованный на счетчике 10, дешифраторе 7, триггере 6 и элементе И 8.Преобразователь код-временной интервал осуществляет преобразованиекода М управления преобразователемв Фазовый сдвиг импульсов управленияВП следующим образом.Импульсами с выхода элемента 4 задержки код И с выхода блока 3 вычислителя записывается в счетчик 10, иодновременно устанавливается триггер 6. Тем самым разрешается поступ- % ление импульсов тактовой частоты свхода 9 (см.фиг.5,д) через элементИ 8 на вычитающий вход счетчика 10.Содержимое последнего начинает ступенчато-линейно уменьшаться (см.Фиг,5,з), т.к. код М, записанный всчетчик 10, через равные промежуткивремени, определяемые периодом тактовой частоты, уменьшается на единицу и сравнивается с состоянием ноль.При достижении счетчиком этого состояния, т.е. состояния, при которомна всех его выходах присутствуетуровень лог.0, на выходе дешифратора 107 в момент времени с (см.фиг.5 з)появляется выходной импульс, которыйсбрасывает триггер 6, запрещая темсамым поступление импульсов тактовойчастоты на счетчик 10. Состояние пос" 15леднего Фиксируется на уровне О.Чем больше будет значение кода М,р,тем больше будет в результате Фазовыйсдвиг импульсов управления ВП, Иаксимальное значение кода М на выходе 0блока 3 вычислителя 2" , где и -разрядность кода М и счетчика 1 О.Выходной импульс дешифратора 7 черездвухканальный коммутатор 11, в завр 1 симости от знака кода задания М,подается либо на выпрямительную группу ВП через выход 16 (см.фиг.5,е),либо на инверторную группу ВП черезвыход 17 (см.фиг.5,ж),На фиг.5 проиллюстрирована также 30работа устройства при разлицных значениях кода задания в выпрямительном и инверторном режимах.Для наглядности допустим, цтоЭДС нагрузки с.О имеет постоянноезначение (см.фиг,5,а). Предположим,цто в период времени е- е кодзадания МО, Та к как зна к кодазадания и ЭДС нагрузки совпадают, тоимпульсы зажигания подаются на группу тиристоров, работающую при данном знаке ЭДС в выпрямительном режиме, Допустим, цто принятому значению ЭДС нагрузкиЯ ) 0 соответствует кривая 1 Фиг,5 и значение. кода4управления .М 1Этому значению кодауправления соответствует код углаМ, который определит угол управления 01 и, следовательно, ток ТП1, (см,фиг.5,б).50При изменении знака кода заданияМ на обратный (период временисм е Фиг е 5) знд к ЭДС нд груз кии кода задания не будут совпадать.Импульсы зажигания при этом будут подаваться на другую группу тиристо"ров, которая при принятом значенииЭДС нагрузки будет работать в инверторном режиме. В этом случае получим новые значения кода угла упраления Ми угла управления ОТак как в блоке памяти вычислителязанесена зависимость М,1 р =- Р Ь,М ),обратная зависимости тока ТП от углауправления и ЭДС нагрузки= Р (6,Я ), то среднее знаценйе токав этом случае будет сохранено, Ибопосле линеариэации нелинейной двухпараметрической зависимостир == Р(Ф,Е) при любом значении ЭДС нагрузки сохраняется соотношение дК,М ,На Фиг,й показан пример реализации вычислителя, в состав котороговходят однокристальная ЭВИ 2 серииКР 1816 ВЕ 51 и элемент памяти назапоминающем устройстве КР 537 РУ 8.двухканальный коммутатор (см,фиг.7)состоит из логических элементов ИНЕ, общий вход которых является входом двунаправленного коммутатора,стробирующий. вход одного из элементов И-НЕ подключен прямо к входууправления 12 двухканального коммута"тора, а стробирующий вход второгологицеского элемента подключен к нему через инвертор. Двухканальный коммутатор 11 пропускает импульсы управления ТП, поступающие на его входс выхода дешифратора 7, на один извыходов 18 или 19 в зависимости отсигнала на входе 12,Остальные блоки предлагаемогоустройства реализованы на следующихэлементах: суммирующий счетчик 10 идешифратор 7 на микросхемах К 155ИЕ 7, причем выходом дешифратора является выход переноса счетчика, находящегося в старшей позиции; КБ-триггер К 155 ТИ 2; элемент 8 И - К 155 ЛАЗ;элемент задержки 4 - К 155 АГЗ,Технический эффект от внедренияпредлагаемого изобретения состоитв том, что заявляемое устройство.обеспечивает получение линейной ста-тической характеристики ТП как в области непрерывных, так и в областипрерывистых токов, в отличие от прототипа, обеспечивающего линеаризациютолько в области непрерывного тока.К тому же точность линеаризации характеристик ТП у заявляемого устройства выше, цем у прототипа, поскольку в заявляемом устройстве учитывается зависимость тока преобразователяот двух переменных - угла управления и ЭДС нагрузки, у прототипаиспользуется зависимость от однойпеременной - угла управления. Приэтом максимально достижимое увеличе- .ние точности линеаризации при большом диапазоне изменения ЭДС составляет около 504. Точность линеаризации ограничивается .лищь приемлемымобъемом блока памяти и при данномобъеме ПЗУ, равном 1 Кх 8, не ниже 2,Все это позволяет увеличить полосупропускания и улучшить динамическиехарактеристики привода, а при использовании на базовом объеме позволяет повысить производительность 35станка,формула изобретенияУстройство для управления тиристорным преобразователем, содержащее 20 элемент памяти, счетчик, выход которого соединен с входом дешифратора, элемент задержки, вход которогосоединен с входом синхронизации устройства, а выход - со стробирующимвходом счетчика и Б-входом КЯ-триггера, К-вход которого соединен с выходом дешифратора, элемент И, первый вход которого соединен с прямым выходом КБ-триггера, второй вход - с 30 тактовым входом устройства. и выход - со счетным входом счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и линейнос" ти характеристики устройства в Раз-. 35 личных режимах работы, в него введе-ны вычислитель, сумматор,управляемый инвертор кода, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и двунаправленный коммутатор, выходы которого являются вы"ходами устройства,. управляющий входкоммутатора соединен со знаковым входом кода задания устройства, а инфор.мационный вход - с выходом дешифра"тора, первый и ьторой элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно со знаковыми входами кода задания и кода ЭД 0 устройства, выходэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединенс управляющим входом инвертора кодаи входом переноса сумматора, информационные входы инвертора кода подключены к информационным входам кода ЭД 0 устройства, а выходы инвертора кода соединены с информационнымивходами сумматора, выходы которогоподключены к первой группе 1 инФормационных входов вычислителя, вторая группа 1 информационных входоввычислителя подключена к информационтным входам кода задания устройства, .вход прерывания 1 ИТ вычислителясоединен с входом синхронизации устройства, магистраль адреса-данныхвычислителя соединена с входами-выходами элемента памяти и входами запи -си ПО-счетчика, прицем вычислительобеспечивает пропорциональную функциональную зависимость между сигналом на информационном входе 1 и током тиристорного преобразователя,