[1]Полезная модель относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использована в системах управления трехфазными тиристорными выпрямителями.
[2]Основными задачами системы импульсно-фазового управления (СИФУ) являются формирование управляющих прямоугольных импульсов на тиристорах и регулирование выходного напряжения тиристорного управляемого выпрямителя с заданной точностью путем изменения фазы управляющих импульсов. Применение микропроцессоров в качестве основы для построения систем управления преобразовательными устройствами, в частности тиристорными выпрямителями, позволяет существенно расширить возможности системы управления как в части реализации алгоритмов работы и математических операций, так и в части обработки, передачи и вывода информации. Но, несмотря на большое количество преимуществ микропроцессорных систем управления перед аналоговыми, к сожалению, у всех микропроцессорных систем есть и недостатки, связанные с дискретностью, приводящие к снижению точности регулирования.
[3]Основой всех СИФУ является фазосдвигающее устройство (ФСУ), принцип работы ФСУ одинаков как для цифровых, так и аналоговых СИФУ: на один из входов компаратора сигналов подается задание, на второй вход подается пилообразный сигнал. Отличием аналоговой СИФУ от цифровой является то, что источником пилообразного сигнала в цифровом ФСУ является таймер или какой-либо счетчик. Точность регулирования цифровой и аналоговой СИФУ, зависит от точности измерения и синхронизации с сетью, кроме того, точность цифровой СИФУ зависит также и от дискретности работы таймера или счетчика микроконтроллера, то есть от их разрядности.
[4]Известна микропроцессорная СИФУ [1], построенная на основе восьмиразрядного однокристального микроконтроллера. Данная СИФУ содержит однокристальный микроконтроллер, компараторы, десятиразрядный аналогово-цифровой преобразователь, масштабирующее устройство, устройство согласования и стабилизатор. Компараторы необходимы для синхронизации с входной сетью, угол отпирания определяется уровнем напряжения, которое поступает через масштабирующее устройство на аналогово-цифровой преобразователь и в цифровом коде передается в однокристальный микроконтроллер, устройство согласования представляет собой формирователь импульсов для отпирания тиристоров. Данная система построена на основе морально устаревшего однокристального микроконтроллера и имеет ряд недостатков, приводящие к низкой точности управления в целом:
[5]- малая разрядность микроконтроллера приводит к низкой дискретности регулирования;
[6]- малая разрядность аналогово-цифрового преобразователя в составе устройства приводит к снижению точности измерения;
[7]- низкая тактовая частота микроконтроллера и оперативная память не позволяют осуществить более сложные математические алгоритмы фильтрации и обработки данных.
[8]Наиболее близкой по технической сущности является микропроцессорная СИФУ [2], построенная на основе восьмиразрядного микроконтроллера RISC архитектуры. В состав приведенной цифровой СИФУ входят блоки формирования синхроимпульсов, блок задания, блоки и цепи защиты, блоки формирования выходного импульса. Блоки формирования синхроимпульсов формируют импульсы, синхронизированные с входным напряжением сети, которые поступают на шесть входов внешних прерываний. Вызов внешних прерываний приводит к обнулению и запуску соответствующих шестнадцатиразрядных таймеров для отсчета интервала времени выдачи импульса управления. Сигналы с блока защит и задания также вызывают внешние прерывания микроконтроллера, напряжение управления поступает на вход встроенного десятиразрядного аналогово-цифрового преобразователя. Данная система управления также имеет ограничения по точности управления, связанные с разрядностью таймеров формирования управляющих импульсов и разрядностью встроенного аналого-цифрового преобразователя. Кроме того, при реализации на базе подобной микропроцессорной СИФУ дополнительных функций, связанных с обменом данными с дополнительными периферийными устройствами: дисплеи, система управления верхнего уровня, дополнительная память, клавиатура и т.п., увеличивается количество прерываний микроконтроллера, что приводит к необходимости настройки вызова прерываний по приоритету. Это, в свою очередь, приводит к смещению вызова менее приоритетных прерываний по времени, ошибкам и потери точности измерения и регулирования. Кроме того, снижается допустимое процессорное время на обработку более сложных алгоритмов управления и математической обработки, что приводит к невозможности их реализации.
[9]Основной целью полезной модели является обеспечение высокой точности работы микропроцессорной СИФУ тиристорного выпрямителя за счет увеличения дискретности задания угла регулирования тиристорами путем значительного увеличения количества разрядов таймеров отсчета интервалов времени в составе ФСУ СИФУ. Следует отметить, что дискретность задания угла регулирования цифровой СИФУ на микроконтроллере ограничена разрядностью таймера или счетчика в составе микроконтроллера. Технический результат достигается за счет реализации СИФУ не на микроконтроллере, а с помощью программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС). Разрядность таймеров СИФУ на основе ПЛИС ограничивается только количеством логических вентилей в составе ПЛИС и может в десятки раз превышать разрядность таймеров СИФУ на микроконтроллере.
[10]На Фиг. 1 показана микропроцессорная СИФУ с применением ПЛИС. В состав устройства входят: микроконтроллер 1 со встроенным блоком АЦП 4, блоком обмена с периферийными устройствами 5, блоком расчета угла управления 6, блоком последовательного приема и передачи данных 7, ПЛИС 2 с блоком последовательного приема и передачи данных 8, ФСУ 9, блок защиты 3.
[11]Устройство работает следующим образом. Микроконтроллер 1 с помощью встроенного блока АЦП 4 осуществляет измерения всех необходимых измеряемых сигналов выпрямителя (входные и выходной токи и напряжения, обороты электродвигателя или какой-либо другой технологический параметр и т.п.). С помощью программно реализованного блока 5 осуществляется обмен со всеми подключенными к устройству периферийными устройствами (дисплеи, клавиатура, система или пульт управления верхнего уровня и т.п.), на которые при необходимости отправляются данные о состоянии выпрямителя, измеренные значениях входных сигналов, а также принимаются команды управления. В блок 6 поступают все необходимые измеренные величины, а также задание для выпрямителя и производится расчет угла управления с помощью пропорционально-интегрально-дифференциального закона регулирования. Полученный угол управления с помощью встроенного блока последовательного приема и передачи данных SPI 7 передается в ПЛИС 2 на блок последовательного приема и передачи данных 8, с выхода которого поступает в ФСУ 9. Сформированные ФСУ 9 сигналы управления подаются в блок формирования импульсов управления 10. Для быстрой реакции всей системы на аварийные ситуации предусмотрен блок защиты 3, по сигналу от которого происходит блокировка работы ФСУ 9, а также информация об аварии передается блоком 5 в систему или пульт управления верхнего уровня.
[12]В этом случае микроконтроллер осуществляет обмен с периферийными устройствами, измерение, математическую обработку данных и расчет угла управления, реализует основной алгоритм управления и не учувствует в процессе формирования фазы управляющих импульсов. Таким образом, события, вызывающие внешние и внутренние прерывания микроконтроллера, не влияют на точность работы все СИФУ в целом. Кроме того, ПЛИС позволяет реализовать ФСУ с более высокой разрядностью и повысить дискретность формирования управляющих импульсов.
[13]Источники информации:
[14]1. Ставицкий В.Н., Ставицкий Вл.Н. Микропроцессорная система импульсно-фазового управления тиристорным регулятором напряжения. - г. Донецк, 2012 г. Донецкий национальный технический университет.http://ea.donntu.edu.Ua/bitstream/123456789/10063/1/136.pdf
[15]2. Кадыров И.Ш., Борукеев Т.С, Матекова Г.Д. Микропроцессорная система импульсно-фазового управления тиристорного преобразователя // Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова. - 2017 г. 1-1 (41). - С. 36-43.
