- •Микропроцессорные системы управления устройствами
- •Часть 1
- •Двумя самыми важными технологиями сверхавтоматизированного 21-го века будут: компьютеры – «разум» и силовая электроника – «мускулы». Professor j. Bose предисловИе
- •Г л а в а 1 микропроцессорные системы управления вентильными преобразователями. Общие понятия и требования
- •1.1. Классификация микропроцессорных систем
- •1.2. Структура энергетической системы
- •1.3. Особенности вентильного преобразователя как объекта управления
- •1.4. Особенности мпт как средства управления
- •1.5. Типовые требования, предъявляемые к микропроцессорным системам управления вентильными преобразователями
- •1.6. Требования, предъявляемые к микропроцессорным средствам, используемым в мпсу вентильным преобразователем
- •Глава 2 мпсу управляемыми выпрямителями
- •2.1. Типовая структура Системы автоматического регулирования электропривода постоянного тока
- •2.2. Типовая структура мпсу управляемым выпрямителем
- •2.3. Построение и реализация программной мпсу управляемым выпрямителем
- •2.3.1. Назначение программной мпсу управляемым выпрямителем
- •2.3.2. Блок синхронизации с сетью
- •2.3.3. Классификация микропроцессорных фазосдвигающих устройств
- •2.3.4. Способы формирования фазового сдвига
- •2.3.5. Число каналов микропроцессорных фсу
- •2.3.6. Способы организации момента отсчета временного интервала
- •Величина интервала повторения для различных схем выпрямителей
- •Характеристики микропроцессорных фазосдвигающих устройств
- •2.3.7. Способы распределения импульсов управления
- •2.3.8. Особенности реализации одноканальных синхронных фсу при больших углах управления
- •Порядок включения вентилей в одноканальных синхронных микропроцессорных фсу
- •2.4. Типовая структура ПрОграммного обеспечения мпсу управляемым выпрямителем
- •Заключение
- •Список использованной литературы
- •Оглавление
- •Глава 1. Микропроцессорные системы управления вентильнЫми преобразоватеЛями. Общие понятия и требования 6
- •Глава 2. Мпсу управляемыми выпрямителями 18
- •Игорь Анатольевич Баховцев Микропроцессорные системы управления устройствами силовой электроники
- •Часть 1
- •Учебное пособие
1.2. Структура энергетической системы
Вентильный преобразователь обычно входит в состав технической системы, в которой происходит прежде всего передача электрической энергии. Поэтому такую систему чаще всего называют энергетической. На рис. 1.2 представлена ее упрощенная схема.
В состав энергетической системы входят: источник питания, коммутационная аппаратура, вентильный преобразователь, объект управления, микропроцессорная система управления.
Замечание. Коммутационная аппаратура (автоматы, контакторы, магнитные пускатели) предназначена для установления электрической или механической связи между компонентами. Коммутационная аппаратура в принципе может присутствовать в различных точках системы.
Рис. 1.2
В энергетической системе можно выделить два различных взаимодействующих канала [17]: силовой и информационно-управляющий (на рисунке они разделены штриховой линией). Первый предназначен для передачи и преобразования энергии. Данный канал также называют энергетическим. В общем случае энергия в нем может протекать в обоих направлениях. Второй предназначен для сбора и обработки информации о состоянии и функционировании системы, а также для управления процессом преобразования энергии. Информационно-управляющий канал, основу которого составляет МПСУ, может взаимодействовать со всеми элементами силового канала, с оператором, а также с системой управления верхнего уровня.
Постоянное ужесточение требований к электротехническим устройствам по таким показателям, как надежность, точность, быстродействие, энергетическая эффективность, ресурсоемкость и т.д., вызывает необходимость совершенствования всех компонентов таких устройств. Большие возможности в этом смысле имеются в более качественном управлении вентильным преобразователем в силовом канале. В соответствии с этим в еще большей степени возрастает роль МПСУ в энергетической системе.
Снимая информацию практически со всех элементов силового канала, МПСУ имеет только один объект воздействия – вентильный преобразователь. Таким образом, этот тандем и определяет во многом характеристики всей системы. В то же время при разработке любого электротехнического устройства, в котором присутствуют вентильный преобразователь и МПСУ, надо отчетливо представлять не только их функциональное назначение, но и особенности их работы, которые накладывают отпечаток на выполняемые ими функции. Среди всех прочих выделим прежде всего особенности вентильных преобразователей и МПСУ с точки зрения процесса управления.
1.3. Особенности вентильного преобразователя как объекта управления
Как элемент системы регулирования вентильный преобразователь имеет ряд особенностей [1, 3, 5, 17]:
Вентильный преобразователь – это дискретная импульсная система. Преобразователь регулирует поток электроэнергии дискретно – через интервал дискретности, величина которого может быть различной. Например, в управляемых выпрямителях и непосредственных преобразователях частоты в зависимости от фазности (пульсности) схемы это могут быть 180, 120, 60 эл. град. и т. д. Во временной области интервал дискретности зависит также от частоты сети, которая обычно составляет 50, 60 и 400 Гц. В автономных инверторах тока и напряжения интервал дискретности определяется частотой опорного сигнала, которая, в частности, может достигать десятков килогерц.
Вентильный преобразователь – это система с переменной структурой. После каждого управляющего импульса меняется структура силовой схемы преобразователя (контура протекания тока), отсюда в схеме возникают новые переходные процессы. Для анализа подобных схем используются специальные, довольно сложные математические методы: дискретное преобразование Лапласа, z-преобразование, метод припасовывания, методы математического моделирования [18, 19].
Вентильный преобразователь – это нелинейная система. Данное свойство определяется наличием в схеме вентилей (ключей), которые (в идеальном случае) имеют два состояния: закрытое (ключ разомкнут, R = ) и открытое (ключ замкнут, R = 0). При рассмотрении системы регулирования в целом необходимо также учитывать и нелинейности в нагрузке, например в двигателе.
Вентильный преобразователь – это преобразователь электрической энергии, т. е. источник тока или напряжения. При этом нагрузка может быть самая различная: как пассивная (R, RL, RLC, RC), так и активная – противоЭДС (аккумулятор, двигатель постоянного или переменного тока). В последнем случае микропроцессорная система управления, как правило, имеет дело не только с вентильным преобразователем, но и с электроприводом в целом: варьируя электрические параметры вентильного преобразователя, МПСУ в конечном итоге должна управлять механическими и электромеханическими характеристиками двигателя. Чаще всего для управления электроприводом используется двухконтурное (по скорости и току) подчиненное регулирование [20], реже – трехконтурное (с добавлением контура по положению). Таким образом, электропривод с вентильным преобразователем представляет собой многоконтурную систему регулирования.
Таковы, на наш взгляд, основные особенности вентильного преобразователя как объекта управления, их необходимо учитывать при разработке его МПСУ. С другой стороны, микропроцессорная техника как средство управления также имеет свою специфику, которая может оказать (и оказывает) влияние на характеристики вентильного преобразователя и системы в целом. Этот вопрос рассматривается в следующем разделе.