Способ управления тиристорным преобразователем

(54) СП 11 РЕОВРА (57) Из ОСОВ УПРАВЛЕНИЯЗОВАТЕЛЕИобретение примавления тиристями с предельннтура тока нах средств. Це систе няетс орными пре м быстрод базе микро ль изобрет р мах уп с зов ятел Вием ко ро ния -ессорн ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГННТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Госуцярствеццыц научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт цо автоматизации угольной цромыылеццостп(5 б) ояйцытейц. 1.Г., Фяйнытейн З,Г.Иикроцропессоргпе системы уцрявленитиристорцыми электроцривоцами./Подрец. О,В.Слежяцовского, И.; Энергоятомиэцят, 198 б, с, 175,Ллексяццров 1.Н., Лцисимов 111 ирюков Л,В 1:озырев С.Кя 1гин А,Сле жан овский О, В.,Хуторепкий В.11, Ускорение отработкизадания тока тиристорного иреобразователя. - Автоматизированный электроцривоц, силовые полупроводниковыеприборы, преобразовательная техникаАктуальные проблемы и задачи. И.:Энергоатомизцят, 1983, с. 197. 51) 5 Н 02 И 7/155 7/5 2упрощение. Согласно способу измеряют атактический ток нагрузки и определяют момент подачи очередных импульсов управления таким образом, чтобы атактический ток нагрузки достиг заданного значения за один интервал дискретности без церерегулирования.Затем определяют интервал дискретности через пересечение гладкой составляющей напряжения 1с очередной синусоидой, Определяют зависимость гладкой составляющей напряжения 11 от времени ца предстоящий интервал дискретности, По известной 11и состоянию сети определяют очередную синусоиду напряжения сети, которая должна поцключаться к нагрузке в предстоящем интервале дискретности, Определяют значение интеграла от разности очередной синусоиды напряжения сети и 11 в пределах от текущего момента до конца интервала дискретности. Измеряют напряжение тиристорного преобразователя и определяют значение интеграла от разности Пи напряжения тиристорного преобразователя в пределах от начала интервала дискретности цо текущего момента времени. При равенстве указанных инте гралов выдают импульсы на те тиристоры, которые подключают очередную синусоиду напряжения сети к нагрузке, В конце текущего интервала дискретцос ти повторяют действия по расчету пред стоящего интервала, 5 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано дляуправления тиристорным преобразователем с предельным быстродействием раф 5ботающим на активно-индуктивную нагрузку с противоЭДС, например наякорную цепь двигателя постоянноготока.Цель изобретения - упрощение сио- Осбба.На фиг. 1 показана блок-схема уст, ройства для осуществления предлагаемого способа управления; на фиг. 2блок-схема датчика состояния сети; 5на фиг, 3 - циаграммя, поясняющая определение состояния сети; на Фиг.4диаграмма напряжений на нагрузке приработе согласно ирецлагаемом 5 способу тиристорного преобразователя с силовой цепью, собранной ио трехфазноймостовой схеме; ня фиг. 5 - блок-схема алгоритма работы устройства.Устройство (фиг. 1) содержит решающий блок 1, датчик 2 состояния 25сети, задатчик 3 тока, датчик 4 тока,датчик 5 напряжения, датчик 6 ЭДСдвигателя, таймер 7, распределитель 8импульсов и блок 9 памяти. Все элементы объединены шинами данных, адреса и управления,Решающий блок 1 состоит из процессора и постоянного запоминающего устройства, в котором записана программавыполнения вычислений.Датчик 2 состояния сети (фиг. 2)35построен с использованием фильтров 10,компараторов 11, дешифратора 12, генератора 13 импульсов и счетчика 14,На вход фильтров 10 подано трехфаз 40ное сетевое напряжение Б,Ц,0 . Компараторы 11 меняют свое состояниепри переходе через ноль напряженийна входах фильтров 10. Выходы компаратора 11 образуют трехразрядиое двоичное число, меняющееся шесть раз запериод сетевого напряжения. Это двоичное число является входным для дешифратора 12. Дешифратор 12 имеетна выходе шины 15-21, состояние которых меняется в соответствии с входным50двоичным трехразрядным числом. Диаграммы изменения состояния шин 15-21приведены на фиг. 3. Входная Фазировка и инерционность фильтров 10 датчика состояния сети подобраны такими, чтобы изменения состояния шин15-21 дешифратора 12 происходили одновременно с моментами выдачи импульсов управления в крайнем инверторномрежиме, Так, появление единичногосигнала на шине 16 при наличии единичного сигнала ня ыине 15 и нулевыхсигналов ня шинах 17-20 соответствуетвключению тиристоров Р 1 и Р 2 в мосту и подключению к нагрузке линейнойсинусоицы АС в крайнем инверторномрежиме. Состояние шин 5-20 являетсявыходным сигналом датчика состояниясети и в дальнейшем называется кодомфазы. Ня шине 21 цешифрятора 12 формируются шесть раз зя период узкиеимпульсы, передний фронт которых совпадает с моментом изменения состояния шин 15-20 и устанавливает счетчик 14 Б исходное состояние. Послеустановки в исходное состояние счетчик 14 считает импульсы от генератора 13 и ня выходе представляет результат счета в вице восьмиразрядногодвоичного числя, который в дальнейшемназывается коцом угла, тяк как в некотором мясытябе Отражает текущеезначение аргумента - угла синусоидылинейного напряжения с выбранным кодом фазы,Таким образом, датчик состояниясети имеет цвя выходя. я нервомвыходе формируется код фазы - условный номер той синусоида линейногонапряжения питающей сети, которая наданном ыестицесятигрядусном интервале между соседними импульсами ыины 21, во-первых, спадает и, во-вторых, имеет меньшие мгновенные значения. Ня втором выходе датчика состояния сети, являющемся ио сути счетчиком реального времени, формируетсякод угла.Задатчик 3 тока формирует на выходе сигнал заданного значения тока нагрузки 1 и является регулятором3внеынего контура (например, скоростив электроприводе по схеме с подчиненным регулированием).Датчик 4 тока формирует на выходесигнал, пропорциональный токунагрузки.1Датчик 5 напряжения формирует навыходе сигнал, пропорциональный напряжениюна нагрузке.Датчик 6 ЭДС двигателя вычисляеттекущее значение ЭЛС Е двигателя,используя значение токаи напряженния Ц на нагрузке.Таймер 7 программируется решающимблоком 1 для отсчета времени до конца"1. 13причем рРыРНИР выполцяРтся в обратном напрявлРции по времени (отрица- тРльноР время), я в качестве начального значения тока принимаРтся вРличина 3. с выходя зяцятчикя 3 тока. ЗДС Е принимаРтся постоянной и равной тРкущРму значению З 11 С ня выходе датчика 6 ЭЦС. ЭначРциР постоянной врРмРци Т нагрузки хранится в ПЗУ блока 9 памяти. Вячяльное значение(точка 1, на кривой ня фиг. 4)глпРицимаРтсЯ Равным Бг, и РассчитывяРтся по выражению (1), В процессР реыРния урявнРция (2) Бполучает црирящРниР Ь 1ня каждом шагР вычислРний, равном шагу записи образцовой синусоиды в 11 ЗУ. БРличиня Ь 11 глзаписана в 113 У блока 9 памяти. 1:аж- доР новое значение 11 зяпись 1 ваРтся в ячейку ОЗУ с яцресом, ня единицУ меньшим ацрРся ячейки с прР 3 ы 3 тщизначением 11, Тяк, Рс 3 ш 133 гл.Ст =гл 0глзаписяцо в ячейке ОЗУ с адресом 111, то 11; буцРт записано в ячейкР ОЗУ с яцрРсом(3)Запись 1. с постоянным приращРлниРм на ЬБг, СООтветстнУРТ отРезкУ1;В ня кривой Ьгл (фиг. 4) .Вг время рРыения диффРренциального уравнения (2) рРыяющий блок 1 сравниваРт зцачРния тока 3. с текущей вРличиной тока на выходе датчика 4 тока и значение Б с максимальной величиглной напРЯЖРИНЯ Ь г (БРличина игл.мас записана в 11 ЗУ блока 9 памяти) . 11 ри выполнении условия 11 глЪ , Бгмакс (точка В ня кривой 11 гл . фиг. 4) прекрящаРтся пошаговоР прира- ЩРНИР Бг И В ДаЛЬНЕйШЕМ ПРИНИМаЕтСЯ П =игл.макс =сопзг. (Отрезок ВА на кригл.максвой 11 , фиг, 4), а при достижениигл1прекращяРтся рРыениР диффРрРнциального уравнения (2) и запоминается адрес ячейки ОЗУ 11 к, в которую записано последнРР значРИИР гладкой составляющРй напряжения Б(точка Ана кривой цгл, фиг. 4).Таким образом, в ОЗУ блока 9 памяти в ячейках памяти с адресами От 1 до 11 записываРтся кусочно-линейная гладкая составляющая напряжения Пг (кривая АВС, фиг. 4), которая удовлетворяет следующему условию: н 5 СОИ 3 ы 3 ИНРЙНОго ц,п 13 ЯжРННЯназывяРмой в 313 ьцРием ОбразцовойСИНУСОИЦОЙ. 1, УЯРСТВУРТ СООТ 13 РТСТВИРмРжцу яцрРсями ячеек памяти ПЗУ, вкоторых хранится Обрязцовяя синусоида, и коцом у 311, формируемого ца выходР датчик 2 состояния сети. Еслиобратиться в 113 У блока 9 памяти поа 31 ресу, равному НО 3 у угля, то полуЧРнцОР цвоичцОР число будет в принятом мясштябР соотцс тствовать мгновРццому знячецию 3 ицейцого цапряжРциясети с 3 яццым кО 3 Ом фазы. В 11 ЗУ блока 9 памяти записаны тякжР константы,35ИСПОЛЬЗУРМЫР В ВЫЧИСЛЕНИЯХ,Устройство работает слРцующим образом.1 ри вк ючРНИИ тиристорного прРоб 40 разовятР 3 я, что соответствует началу пРрвого ицтРрвя 3 а дискретности, в ОЗУ блока 9 памяти записываРтся гладкая составляющая напряжения 13тиристорного преобразователя на предстоящей интервал дискретности. Для этого в ячейку ОЗУ с адресом 1 записывается значение Ьгл для установившегося режима с заданным значением тока нагрузки 11 гл. 3 ст Е+3 ъ 1 н (1) где Е - тРкуцРР значение ЗДС двигаТРЛЯ ,3. - заданное значение тока;К - активное сопротивление нагрузки, записанноР в ПЗУ блока 9 памяти.После этого решающий блок 1 в ускоренном масытабе времени осуществля 5 153993 интРрвя 31 3 искрРзцоси. В конце ицтРрвяля 3 ИскрРтцости таймер выдает сигнал прРрывяция, 1 ю которому решающий блок 1 НРрРхоцит к началу выЧИС 3 РНИЙ 5РяспрР 3 Р 3 ИтР 31 ь 8 импульсов получаня вхо 3 Р ко 3 ОЧРрР 3 НО 3 сиц 5 соиды и 1 ю комяццР рРыающРго блока подаРт импульсы ца тР цвя тиристоря из ыес 10 ти, которые НО 3 к 3 ю ают к на 1 рузкР ОЧРрР 3 юю ц текущий интРрвя 3 дискрРт" ности сицусоицу лицРЙного напряжения.Ьлок 9 памяти состоит из ОНРративИО 1 О зацОмицяюгР 3 О 5 ст 13 ОЙствя (ОЗУ)15 и 1 юстгяццого запоминающего устройства (113 У). ОЗУ служит цля записи рР- зу 3 Нтятоц промежуточных Вычис 3 Рний при выпо 3 НРНИИ ОцисывяРмого алгоритма, Ь 113 У с 3 Остаточно мя 3 ым шагомо(НР более 1 ) и в НРкотором мясыта- бР записаны мгцовеццыР значения си 1539934ири напряжении на нагрузке Ц=Ггток нагрузки изменяется от текущегозначения н до заданного значения 15за минимально возможное время, Этогарантируется, во-первых, решениемдифференциального уравнения нагрузки (2), во-вторых, ограничением Ьдда 5 РовнЕ 11 Г макс ф в-ТРетьнхф теддфчто крутизна наклона участка СВ,фиг. 4, выбирается близкой к максимальной крутизне синусоиды линейногонапряжения.После определения Цвыбираюточередную синусоиду напряжения сети. Для этого решающий блок 1 обращается в 11 ЗУ блока 9 памяти ио адресу, равному коду угла с выхода датчика 2 состояния сети. Полученное "мгновенное" значение образцовой синусоиды решающий блок 1 сравнивает со значением д д из ячейки с адресом Л ОЗУ,г.кЕсли значение 11 меньше мгновенногл. яго значения образцовой синусоиды, то в качестве кода Очередной синусоиды 25 принимается код фазы, сформированный на первом выходе датчика состояния сети, т.е. в качестве очередной принимается та синусоида линейного напряжения, которая на данном шестидесятиградусном интервале спадает и имеет при этом меньшие мгновенные зна. чения.Если значение Б больше "мгногь,Авенного значения образцовой синусои 35 ды, то реыающий блок 1 вычитает из кода угла число, соответствующее 60 и обрацается в ПЗУ блока 9 памяти Ио новому адресу, равному полученной разности. При этом извлекается мгновенное значение следуюгей по порядк 5 работы мостового тиристорного преобразователя синусоиды линейного напряжения и повторяются действия, начиная с операции сравнения значенияс "мгновенным" значением спедующе Й син 5 соиды до тех пор дока мгно венное" значение какой-либо из них не окажется больые значения 11 г При этом данная синусоида принимается50 в качестве очерецной.Реыаюгий блок 1 записывает в ОЗУ блока 9 памяти соответствующий началу интервала дискретности код 5 гла очередной синусоидьд и коц фазы очередной синусоиды. Последний вычисляется из55 кода фазы, получаемого с выхода датчика 2 состояния сети, путем сдвига на число разрядов п, равное копичеств 5 вычитаний ио 60 из коца 5 гла дляполучения кода угла очередной синусоиды. На этом определение очереднойсинусоиды линейного напряжения сетизакачивяется.После выбора очередной синусоидырешающий блок 1 вычисляет и записывает в ОЗУ блока 9 памяти значения рязностного сигнала ЬБ . Значения 5+фрешающий блок получает путем вычитания из мгновенных значений очереднойсинусоиды соответствующих значенийгладкой составпяюцей надряженияСуммируя все значения Мф в ячейкеОЗУ блока 9 памяти с адресом И получаем в этой ячейке интеграл Ь . Заиись и суммирование значений Црешающий блок 1 осуществляет цо получения дервого отрицательного ,илинулевого) значения 11, что являетсяпризнаком пересечения гладкой составпяюцеЙ напряжения Г и очередноЙгл,нусоиды и, .Но оддрецеддеддпо, соответстВ 5 ет концу интедвя 11 я дискретности еК этому моменту в ячейке ОЗУ с адресом 1, окязываетсн зяддисанным значение интервала Ы+ от разности мгновенных значений очередной синусоидыддинеЙнодо надряжения сети и д ддядкойсоставляющей 13 в пределах от начала до конца иредстоярего интерваладискретности.После фиксации конца предстоящегоинтервала дискретности реыающий блок1 вычисляет разность адресов ячеек,в которых записаны Б , соответствующие началу и концу интервала. Г 1 ол 5 ченное число, пропорциональное длительности ирецстояцего интервала дискретности, решающий блок 1 используетдпя программирования таймера 7, который с этого момента начинает отсчитывать время до конца интервала дисКРЕТНОСТИ.Приведенная часть алгоритма 5 правления, включающая определение 11 ,выбор очередной синусоиды напряжения сети, определение конца интерваладискретности, запись 1+ и Ы , является подготовительной и осуществляется в ускоренном масштабе времени сиспользованием предельных возмоидостей решающего блока 1 по быстродействию,Дальнейыая отработка алгоритма происходит в реальном масштабе времени и представляет собой выполнение циклической программы, по времени точ 15 399 4 10(4) 10 ги н 35 но соответствуюгяее 1 шагу записи образцовой синусоиды н ПЗУ блока 9 памяти. В каждом цикле решающий блок 1 выбирает из ЙЗУ блока 9 памяти очередное5 значение Ц, воспринимает текущее значение напряжения 1 на нагрузке.с датчика 5 напряжения и вычисляет значение разности Каждое очередное значение о,Б решающий б 1 Ок 1 суммирует с содержимым одной из ячеек ПЗУ блока 9 Ямяти, где формируется, таким образом, текущее значение интеграла Б . После этого из содержимого ячейки с адресом 1 ОЗУ блока 9 вычитается очередное значение 611 , и в ячейке с яцреЕсом 1 Б таким образом, формируется текущее значение инте гря 1 я ,;яРР решающий б 11 оксравнивает Б и В При Бе) Ы Цикл повторяется. При Б (Ы выдаются имЕУ 11 ьсы через ряспре,ЕЕРПИТР 3 Ь 8. 25После выдачи им 1 У 1 СОВ, цо срябатываеия таймера 7, решающий блок 1 свободен от нычеС 1 Рни 1 о О 1151 сыняемому алгоритму и может быгь испопьзовя- НО НЕ 111 РИМРР 11 Я 1 Е 11 НОСТИЧРСКИХ 30 операций.В конЦР интРрн я 1 ДискрРтносте 1 тяй мер 7 Выдает сигняй рерыняния, по которому решающий б 1 Ок 1 начиняет подготовитееную чясть работы д 11 я спецуоще го ие 1 тернля цеСкре е ности.Таким Образом, ряботя системы упран 1 Рни 51 тирист Орным реобрязонятепем по 1 ре 1 ыгяЕяемому сОсобу ня каждом интервале цискрнтности интерня 1 ы 1, 11,111 по фиг. 4) разбивается ня три части; под 1 отовите 1 Ьняя часе ь в начале интервя.я, основная часть - от конца 1 Оц.Отоне 1 те 1 Ьной до выдачи ими льсОВ 11 яу 3 с 1 От Выдачи имидж 31 ь со в 45 до коеца еентгрвя 1 я цискрРтности.Блок-схема а 1 горитма, рея 11 изуюцего способ, показана на фиг, 5. 1 лавное отличие предлагаемого способа от известного состоит в том, что реые 50 ние дифференциального уравнееИя нагрузкии о суще ствпяе тся т олько в подготовительной части алгоритма. Длительность подготовительной части может составлять 3-5 эл,град. При выполнении основной части алгоритма в каж 55 дом цикле осуществляется только вы+ числение текущих значений Ы и Б и сравнение их между собой, Программа такого объема выполняется решающимблоком среднего быстродействия завремя, не превышаюгее 50 мкс, т.е.не более 1 эл,гряд.1 реимущество предлагаемого способасостоит в том, что имеется пауза отмомента выдачи импульсов до концаинтервала дискретности, Этя паузаможет быть использована для выно 11 нения диагностических подпрограмм и корректируюцИх операций ня предстоящий интервал дискретности.11 ростотя работы системы управления при выполнении основной части алгоритма и наличие паузы существенно сникают требования к быстродействее 1 о системы управления и дают возможнось создать микропроцРссоре 1 ую систему прямого цифрового управления током нагрузки тиристорного преобразователя с предельным быстродействием. Формула из О бре те нил,пособ урявпения тире 1 сторпЕм преобрязовяте;ем, зяктлочяющийся в том, что задают ток ня рузки, измеряют д 1 11 к т н ч Р с к и и т О к и Е 1 р у 3 к 11и 3 и Р р 5 по т ротеВОЭПе: ня 1 рузки и Определяют мо- МРНТ 1 ОЦЯЧИ ОЧРРР 11 НЫХ ИМПУ 31 ЬСОВ УП- равпения ня тиристоры на каждом ин- ТРРНЯ 31 Р ЕИСКРР 1 НОСТИ О Т 1 Е 1 Ч Я 1 О щ е 1 Й с я тем что с цРлью упрощения способа, принимают за начя:О первого интервала дискретности моментнк 1 яочения тиристорного преобрязонятеля, я каждого 1 оспедующего - конец прелыУце го интервала дискретности, задают н начя:е каждого интервал дискретности зависимость гладкой составляющей напряжения на нагрузке 3; на прецстоящем интервале дискретности От времени ня трех участках, ня участке максимальной гладкой составляющей напряжения 1ня някпонгл макс ном участке с крутизной, равной мак-. симальной крутизне синусоиды напряжения сети, и ня участке гладкой составляюцей напряжения 1,ст, соответствующего установившемуся режиму с заданным током, причем время установления заданного значения тока нагрузки и начальное значение гладкой составляющей напряжения на на-. грузке Бн ч опрРдРляют рРНРниРм дифференциального уравнения на- грузкис 1 . .гл -Е Т+ д= -нс = т где Тн - постоянная времени нагрузки; Р 1 - активное сопротивлениенагрузки; 1 - ток нагрузки; Е - противоЭЛС нагрузки, в обратном направлении по времени, начиная от установивыегося режима с заданным значением тока и кончая измеренным Фактическим значением тока нагрузки, измеряют текущие угловой аргумент и значениесинусоиды сетевого напряжения, прикладываемой к нагрузке в крайнем инверторном режиме, после чего определяют номера тиристоров, обеспечивающих подключе, ние этой синусоиды к нагрузке, сравнивают значение Б с начальным значением напряжения г , при гл нвн С выбирают эту синусоиду сетевого напряжения в качестве 1 оцключаемой к нагрузке на предстоящем интервд 1 е ДИСКРЕТНОСТИ, а ПРИ агляБПОгл нц с . мн следовательно выбирают, давая угловому аргументу синусоиды сетевого напряжения приращения, соответствующие 2 Я 1, и изменяя номера тиристоров нд единицу в сторону увеличения, следующие по порякт работы тиристорного преобразователя синусоиды сетевого напряжения, сравнивают кджды разтекущее значение синусоид У с Пглнрч при достижении неравенства г свыбирают синусоиду сетевого напряжения, текущее значение которой больше гл нц , в качестве подключаемой к нагрузке на престав 1 яю 1 ем интервале дискретности, определяют зависимость разности р подключаемойР+синусоиды сетевоо напряжения и глад кой составляющей напряжения Бгл на предстоящем интервале дискретности от времени, определяют конец интервала дискретности кдк момент измененияРзнака разности с, определяют значение интеграла Б от разностив пределах от текущего момента времени до конца интервала дискретности, измеряют напряжение на нагрузке в текущий момент времени, ОпределяютО щ разность б гладкой состдвляюкей напряжения Б и напряжения на нагрузгл ке в текущий момент времени, определяют здчение интеграла Ь от раз 2 О ности б в 1 рецелдх От начала, интервала дискретности по текущего момента времени, вычисляют разность Ь Б=Ы-Ы , при Ы)О повторяют действия, начиная с орецеления интеграла 2 Ы цо получения Ь ЫО, а при 5О подают им 1 у.ьсы нд те тиристоры, которые 10 кючдют ыбрднну 10 синусоиду сетевого напряжения сети к нагрузке, Опреце 11 яют интервал времени от момента подачи импульсов цо конца интерва 1 д дискретности как разность длительности интервала дискретности и времени, прощецщего от начала интервала дискретности цо момента подачи импучьсов, Отсчитдают время до конца интервд 1 и;Искретности и в конце интервала дискретности повторяют действия, начиная с задания зависимости гладкой составляющей напряжения 40 на нагрузке Б От времени.ГИ1539934 ль О,ПарфеноваХоданич Корректор С,Черн Состав едактор А,йгар Рхред М раж 492 аказ 227 В Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 осударственного комитета по изобретен 113035, Москва, Ж, Раушска Подписноем и открытиям при ГКНТ СССнаб д, 4/5