Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

И.А. Баховцев

Микропроцессорные системы управления устройствами

силовой электроники

Часть 1

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

НОВОСИБИРСК 2006

УДК 621.314.6(075.8)

   Б 305

Рецензенты: д-р тех. наук, проф. Г.С. Зиновьев;          

канд. техн. наук, доц. Б.М. Боченков

Работа подготовлена на кафедре промышленной электроники

Баховцев, И. А.

Б 305      Микропроцессорные системы управления устройствами силовой электроники : учеб. пособие / И.А. Баховцев. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. – В 2 ч. Ч. 1. – 72 с.

ISBN 5-7782-0645-3

Излагаются основные характеристики и особенности информационно-управляющих микропроцессорных систем, принципы построения микропроцессорных систем управления вентильными преобразователями с естественной коммутацией и способы микропроцессорной реализации алгоритмов управления указанными преобразователями.

Учебное пособие предназначено для студентов 5-го курса факультета РЭФ, изучающих дисциплину «Микропроцессорные системы силовой электроники» (специальность 210106 и направление 210100). Оно может быть полезно специалистам в области управления устройствами силовой электроники.

УДК 621.314.6(075.8)

ISBN 5-7782-0645-3  И.А. Баховцев, 2006                       

Новосибирский государственный технический университет, 2006   

Двумя самыми важными технологиями сверхавтома­тизи­рованного 21-го века будут: компьютеры – «разум» и силовая электроника – «мускулы». Professor j. Bose предисловИе

В настоящее время стало нормой использование в промышленном вентильном преобразователе (ВП) микропроцессорной техники (МПТ), которая по сравнению с «устройствами жесткой логики» качественно улучшила его характеристики [1–4]. Следовательно, нормой также должны стать знание специалистами в области силовой электроники микропроцессорных средств и умение использовать эти средства для управления вентильным преобразователем и всей системой, в которой этот преобразователь используется, например электроприводом.

Качественное проектирование сложных микропроцессорных систем, к которым можно отнести и микропроцессорную систему управления (МПСУ) вентильным преобразователем, возможно лишь на основе всестороннего, целостного рассмотрения разрабатываемой системы с точки зрения ее как внутреннего функционирования, так и взаимодействия с объектом управления. Вентильный преобразователь как объект управления имеет свои особенности, не учитывать которые разработчик не имеет право. Автор придерживается выверенного практикой принципа: «нельзя разработать оптимальную микропроцессорную систему управления каким-либо объектом, не зная, как этот объект функционирует». Этот тезис, думается, будет полезен и инженерам промышленной электроники. Кстати, в этом плане они находятся в выгодном положении. Для разработки оптимальной МПСУ вентильным преобразователем у них есть все возможности, так как в процессе обучения они изучали все необходимые дисциплины.

Таким образом, разработка микропроцессорных систем управления вообще и МПСУ вентильным преобразователем в частности является неординарной и сложной задачей, требующей системного подхода. Однако технической литературы по проектированию микропроцессорных систем управления мало. Этому вопросу авторы уделяют недостаточно внимания, делая основной упор на рассмотрение режимов работы, структуры микропроцессора или микроконтроллера и соответствующей системы команд. В области же проектирования МПСУ устройствами силовой электроники дело обстоит еще хуже. Автору известны только три солидные отечественные работы по этому вопросу [5–7]. Но они были изданы еще в 80-годах прошлого века и касались только МПСУ управляемыми выпрямителями (УВ) и электроприводами постоянного тока, хотя микропроцессорная техника уже давно используется для управления и автономными инверторами и электроприводами переменного тока [3, 4].

Имеющаяся информация по проектированию микропроцессорных систем управления вентильными преобразователями разбросана в основном по обзорным изданиям, журнальным статьям и материалам научно-технических (чаще зарубежных) конференций, что обусловливает сложность и неудобство ее систематического изучения.

Из сказанного выше видна необходимость сбора, систематизации и обобщения материала по созданию МПСУ вентильными преобразователями. Настоящее учебное пособие является попыткой преодолеть указанный недостаток в учебной технической литературе.

В первой части пособия рассмотрены общие свойства и характеристики МПСУ вентильными преобразователями (гл. 1) и вопросы микропроцессорного управления выпрямителем как представителем семейства вентильных преобразователей с естественной коммутацией (гл. 2), причем только в разомкнутых системах. Вопросы построения замкнутых систем управления только упоминаются, более подробно они будут рассмотрены во второй части учебного пособия, где также будет приведен материал по микропроцессорному управлению автономными инверторами напряжения.

Для понимания излагаемого материала читатель должен знать работу устройств силовой электроники, основы построения микропроцессорных систем, систем автоматического регулирования (САР) и электропривода.

В учебном пособии рассмотрены основные принципы построения микропроцессорных систем управления вентильными преобразователями и приводится микропроцессорная реализация их алгоритмов управления. Материал в основном излагается без ориентации на какую-либо элементную базу и представлен в виде функциональных схем, алгоритмов и структур программного обеспечения. Такой подход позволяет использовать приведенные сведения при разработке МПСУ на любых микропроцессорных средствах.

Микропроцессорное управление, используемое, в частности, в вентильных преобразователях, – это динамично развивающееся направление техники, которое в силу массовости применения постоянно совершенствуется с точки зрения как теории управления, так и элементной базы, обновляющейся примерно через каждые 2–3 года [8, 9]. Поэтому, естественно, данное пособие отражает не самое современное состояние вопроса по микропроцессорному управлению вентильными преобразователями. Но в силу отсутствия необходимой литературы и «непривязанности» материала к конкретной элементной базе данное пособие, излагающее основы построения МПСУ вентильными преобразователями, не потеряет своей актуальности и в обозримом будущем.

Предлагаемое учебное пособие является частью дисциплины «Микропроцессорные системы силовой электроники», которую автор читал на протяжении ряда лет студентам 5-го курса и магистрантам кафедры промышленной электроники Новосибирского государственного технического университета.

В основе книги лежит материал, взятый из соответствующих отечественных и зарубежных технических изданий [1–8, 10, 11], и опыт кафедры промышленной электроники НГТУ по разработке МПСУ вентильными преобразователями [12–15]. В этом смысле многих моих коллег можно считать соавторами этой работы.

Пособие предназначено для студентов 5-го курса факультета РЭФ НГТУ инженерного направления специальности 210106 «Промышленная электроника» и магистерского направления 210100 «Электроника и микроэлектроника», оно также может быть полезно специалистам в области разработки МПСУ устройствами силовой электроники.