|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы Рис. 5-8. Система управления регулятора-стабилизатора напряжения с компенсатором реактивной мощности: а-структурная схема; 6-диаграммы выходного напряжения н управляющих импульсов  ifvs kvs kvs, хг инвертора тока (см. рис. 4.4, а). Принцип регулирования напряжения в таком регуляторе-стабилизаторе основан на изменении его эквивалентной индуктивности (см. § 4.1). Для этого необходимо регулировать угол управления а. Вариант структурной схемы СУ такого регулятора-стабилизатора приведен на рис. 5.8, а. Управляющие импульсы тиристоров VSx и VS формируются формирователями импульсов ФИ и ФИ-. Синхронизация этих импульсов с выходным напряжением Мвых осуществляется входным устройством 5У, сигналы с которого поступают на фазосдвигающие устройства ФУ и ФУ2- Одновременно на эти же устройства поступает сигнал At/p от автоматического регулятора напряжения АРН. Напряжение определяет фазу формирования управляющих импульсов относительно входного напряжения, т. е. угол управления а. Выходное напряжение Мвых контролируется датчиком ДЯ, сигнал с которого по цепи обратной связи поступает на АРН. Диаграммы управляющих импульсов и выходного напряжения представлены на рис. 5.8, б. Вариант структурной схемы СУ регулятора-стабилизатора, выполненного на принципе коммутации тиристорами отводов от обмотки трансформатора, приведен на рис. 5.9, а. Регулирование напряжения в схеме производится посредством изменения угла а, определяющего момент переключения нагрузки с отвода, соответствующего напряжению f/gx. на отвод с более высоким напряжением t/вых (рис. 5.9, 6). Управляющие импульсы на тиристоры VS - поступают с выходов формирователей импульсов ФНх - ФЯ4. Синхронизация управляющих импульсов производится входным устройствсм ВУ. При этом моменты формирования управляющих имйульсов тиристоров VSx и VS2 жестко связаны с напряжением и соответствуют прохождению его через нулевые значения (О, п, 2я ...). В то же время управляющие импульсы тиристоров VS3 и VS сдвигаются фазосдвигающим устройством ФУ на угол а относительно этих моментов. Для того чтобы обеспечить надежную работу схемы при активно-индуктивной нагрузке, необходимо, чтобы длительность импульсов соответствовала, диаграммам, представленным на рис. 5.9. Изменение угли а производится автоматически сигналом АС/р, поступающим от АРН. Системы управления регуляторов-стабилизаторов постоянного тока. Регуляторы-стабилизаторы малой мощности преимущественно выполняются на транзисторах, работающих в режиме непрерывно регулируемого сопротивления. Принцип действия подобного типа регуляторов-стабилизаторов рассмотрен в § 4.3. Согласно этому принципу структурную схему СУ в общем случае можно представить в виде, показанном на рис. 5.10. Процесс регулирования протекает следующим образом. Сигнал к регулирующему транзистору Mo, с В цепи обратной связи, по- Рис. 5.10. Система управления регулятора-стабилизатора постоянного тока непрерывного действия ступающей с датчика выходного напряжения ДН, подается на сумматор 1. На его другой вход поступает опорное напряжение С/о от источника опорного напряжения ИОН. Разность этих напряжений е подается на вход усилителя, содержащего необходимые корректирующие цепочки для придания устойчивости процессу регулирования. Сигнал ДС/р с выхода усилителя подается на транзистор (или совокупность последовательно-параллельно соединенных транзисторов), выполняющий функции исполнительного органа в системе регулирования. По принципу регулирования данная система является статической системой с отрицательной обратной связью, отрабатывающей до минимума при различных возмущениях разность напряжений е, зависящую от коэффициента усиления цепи регулирования. Последний преимущественно определяется коэффициентом усиления усилителя СУ. При повышении мощности регулятора-стабилизатора более рациональным является способ импульсного управления исполнительным органом схемы (§ 4.3). Структурная схема СУ для импульсного управления, например, транзистором VT (см. рис. 4.17, а) (или совокупность транзисторов) представлена на рис. 5.11, а. Включение транзистора производится подачей на него управляющего импульса от ФИ. Момент формирования переднего фронта управляющего импульса совпадает с моментом равенства сигнала С/г, поступающего от генератора пилообразного напряжения ГПН и напряжения ДС/р. Длительность управляющего импульса соответствует интервалу времени, когда напряжение превышает сигнал ДС/р. Подобная структура СУ позволяет реализовать pei улирование выходного fк регулирующему транзистору
Рис. 5.11. Система управления регулятора постоянного тока: а-структурная схема, б-диаграммы напряжений на элементах схемы и управляющих нмпулы;ов напряжения С/ых по способу ШИМ. Частота переключения транзистора VT в данном случае постоянна и определяется частотой ГПН. Регулирование выходного напряжения происходит за счет изменения скважности управляющих импульсов, которая определяется сигналом АС/р усилителя. Если в качестве исполнительного органа регулятора используются тиристоры, то структурная схема СУ, соответствующая регулированию по способу ШИМ, подобна приведенной на рис. 5.11, а. Основное отличие ее заключается в дополнительных каналах формирования управляющих импульсов вспомогательных (коммутирующих) тиристоров. Это обусловлено необходимостью принудительного выключения основных тиристоров (§ 4.3). 5.3. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ Современные средства цифровой вычислительной техники позволяют расширить функции систем управления, регулирования и контроля состояния преобразователей и за счет этого улучшить основные технико-экономические показатели последних. Так, например, могут быть улучшены энергетические, динамические, точностные и надежностные характеристики преобразователей, а также реализованы более совершенные системы контроля, защиты и диагностики. При этом может быть достигнут высокий уровень унификации аппаратных средств различных типов преобразовательных устройств за счет возможности их программирования под конкретные функции ц задачи. Основные функции, выполняемые програм-мируемы\*И средствами вычислительной цифровой техники в преобразователях, являются следующие: 1) реализация законов формирования (моментов появления) управляющих импульсов ключевых элементов преобразователя (тиристоров, транзисторов и др.); 2) управление режимами работы преобразователя (включение, отключение, реверсирование и др.); 3) защита основных узлов и элементов при возникновении внешних или внутргнних аварий и повреждений (входных перенапряжений, перегрузок, коротких замыканий, отказов отдельных элементов и др.); 4) контроль и диагностика состояния функциональных узлов и элементов преобразователя (состояние тиристоров, транзисторов, оконечных каскадов в каналах управления, коммутационной аппаратуры, оперативных источников питания и др.); 5) обмен информацией между преобразователем и другими объектами или оператором. Реализация законов следования управляющих импульсов ключевых элементов, как правило, включает в себя процессы автоматического регулирования выходных параметров преобразователя. Кроме того, при необходимости может осуществляться формирование заданного гармонического состава входных и выходных токов и напряжений преобразователя, коэффициента мощности по входу или выходу и другие параметры. Следует также отметить, что благодаря большим возможностям современных вычислительных цифровых средств можно реализовать оптимальные законы регулирования с адаптацией параметров контуров регулирования к режимам работы. Перечисленные функции могут осуществляться системами управления двух иерархических уровней. Система верхнего уровня реализует управление основными режимами работы от внешних централизованных пунктов управления, а система нижнего уровня управляет непосредственно основными элементами преобразователя, обрабатывая информацию, поступающую с различных датчиков. Эффективность использования вычислительных числовых средств в преобразовательной технике стала реальной с созданием больших интегральных микросхем (БИС) и благодаря достижениям микроэлектронной технологии, на основе которых начала интенсивно развиваться микропроцессорная техника. Микропроцессор (МП) - программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управление им, построенное на основе одной или нескольких БИС. Совокупность микропроцессорных и других микросхем, совместимых по конструктивно-технологическому исполнению и предназначенных для совместного использования при построении микропроцессорных систем, называется микропроцессорным комплектом микросхем (МПК). Обычно МПК изготавливается в виде набора типовых корпусов микросхем, имеющих от 28 до 48 внешних выводов. На основе МПК могут создаваться микро-ЭВМ, контроллеры (устройства управления) и другие средства вычислительной техники. Комплекс технических средств ЭВМ должен содержать в своем составе средства обмена данными с пользователем (например, печатающее устройство, видеодисплей и др.). Кроме того, для проведения диалога с пользователем и дальнейшей организации переработк.и информации ЭВМ должна иметь внутреннее программное (системное) обеспечение. В этом смысле МПк в управляющих системах ориентированы на совместную работу технических устройств и их элементов. В частности, в преобразователях МПК используются, за редким исключением, в качестве составной части управляющих систем и подсистем. В этом смысле более точным для таких устройств и систем будет название микро-УВМ (управляющая вычислительная машина) или микроконтроллер. Последнее понятие часто сужают, понимая под микроконтроллером только устройства чисто логического управления, исключающего процессы вычисления функций, решения уравнений и др., необходимые при реализации сложных законов регулирования. В более широком смысле слова микроконтроллер - это любое устройство управления, выполненное на основе МПК и ориентированное на совместную работу с другими техническими устройствами. 5.3.1. ТИПОВЫЕ ОБОБЩЕННЫЕ СТРУКТУРЫ МИКРОПРОЦЕССОРА Собственно процессор можно функционально представить в виде двух устройств: операционного и управляющего (рис. 5.12). Операционное устройство ОУ-устройство, в котором выполняются арифметические, логические и другие операции, а управляющее устройство УУ осуществляет управление этими операциями [19]. Входными сигналами УУ являются как сигналы, поступаюище от других устройств x+i, х+2, так и сигналы обратной связи от ОУ [Xi ... х). Операции в ОУ осуществляются с определенной тактовой частотой, и каждое элементарное действие в течение тактового периода называется микрооперацией. Совокупность микроопераций называется микрокомандой, а набор микрокоманд-микропрограммой. По способу управления различают два типа МП: со схемным (аппаратным) управлением и микропрограммным управлением. В МП первого типа УУ реализуется на основе микросхем с «жесткой» логикой функционирования, которая определяется собственно схемой УУ. Такие МП работают с фиксированными разрядностью и составом команд. Эти устройства позволяют получить наиболее высокое быстродействие, но ограничивают возможности МП, существенно снижая их универсальность. Управление обработкой данных в МП первого типа проводится на основе сравнительно небольшого фиксированного числа команд программы (обычно BSod данных И • • 1 Рис. 5.12. Обобщенная структура процессора 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [ 39 ] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 |
||||||||||||||||||||||||||||||||