Студопедия.Орг Главная | Случайная страница | Контакты | Мы поможем в написании вашей работы!  
 

УНІВЕРСИТЕТ 8 страница



2. Каждый вектор прерывания разделяется всеми устройствами данного типа,

поэтому в данный момент еще не известно, какой терминал вызвал прерывание. Номер терминала можно узнать, считав значение какого-нибудь

регистра.

3. Теперь можно считывать любую другую информацию о прерывании, например коды состояния.

4. Если происходит ошибка ввода-вывода, ее нужно обработать здесь.

5. Глобальные переменные ptr и count обновляются. Первая увеличивается

на 1, чтобы показывать на следующий байт, а вторая уменьшается на 1, чтобы указать, что осталось вывести на 1 байт меньше. Если count все еще больше О, значит, еще не все символы выведены на экран. Тот символ, на который в данный момент указывает ptr, копируется в выходной буферный регистр.

6. В случае необходимости выдается специальный код, который сообщает

устройству или контроллеру прерывания, что прерывание обработано.

7. Восстанавливаются все сохраненные регистры.

8. Выполнение команды RETURN FROM INTERRUPT (выход из прерывания): возвращение центрального процессора в то состояние, в котором он находился до прерывания. После этого компьютер продолжает работу с того места, в котором ее приостановил.

С прерываниями связано важное понятие прозрачности. Когда происходит

прерывание, производятся какие-либо действия и запускаются какие-либо программы, но когда все закончено, компьютер должен вернуться точно в то же состояние, в котором он находился до прерывания. Программа обработки прерываний, обладающая таким свойством, называется прозрачной.

Если компьютер имеет только одно устройство ввода-вывода, тогда прерывания работают точно так, как мы только что описали. Однако большой компьютер может содержать много устройств ввода-вывода, причем несколько устройств могут работать одновременно, возможно, у разных пользователей. Существует некоторая вероятность, что во время работы программы обработки прерывания другое устройство ввода-вывода тоже захочет произвести свое прерывание. Здесь существует два подхода. Первый подход - для всех программ обработки прерываний в первую очередь (даже до сохранения регистров) предотвратить последующие прерывания. При этом прерывания будут совершаться в строгой последовательности, но это может привести к проблемам с устройствами, которые не могут долго простаивать. Например, на коммуникационной линии со скоростью передачи 9600 битов в секунду символы поступают каждые 1042 микросекунды.

Если первый символ еще не обработан, когда поступает второй, то данные могут потеряться. Если компьютер имеет подобные устройства ввода-вывода, то лучше всего приписать каждому устройству определенный приоритет, высокий для более критичных и низкий для менее критичных устройств. Центральный процессор тоже должен иметь приоритеты, которые определяются по одному из полей слова состояния программы. Если устройство с приоритетом п вызывает прерывание, программа обработки прерывания тоже должна работать с приоритетом п. Если работает программа обработки прерываний с приоритетом п, любая попытка другого устройства с более низким приоритетом будет игнорироваться, пока программа обработки прерываний не завершится и пока центральный процессор не возвратится к выполнению программы более низкого приоритета. С другой стороны, прерывания, поступающие от устройств с более высоким приоритетом, должны происходить без задержек.

Поскольку сами программы обработки прерываний подвержены прерыванию, лучший способ строгого управления - сделать так, чтобы все прерывания были прозрачными. Рассмотрим простой пример с несколькими прерываниями. Компьютер имеет три устройства ввода-вывода: принтер, диск и линию RS232 с приоритетами 2,4 и 5 соответственно. Изначально (t=0; t - время) работает пользовательская программа. Вдруг при t= 10 принтер совершает прерывание. Запускается программа обработки прерывания принтера, как показано на рис. 5.30.

При t=15 линия RS232 порождает сигнал прерывания. Так как линия RS232

имеет более высокий приоритет (5), чем принтер (2), прерывание происходит. Состояние машины, при котором работает программа обработки прерывания принтера, сохраняется в стеке, и начинается выполнение программы обработки прерывания RS232.

Немного позже, при t=20, диск завершает свою работу. Однако его приоритет (4) ниже, чем приоритет работающей в данный момент программы обработки прерываний (5), поэтому центральный процессор не подтверждает прием сигнала прерывания, и диск вынужден простаивать. При t=25 заканчивается программа RS232, и машина возвращается в то состояние, в котором она находилась до прерывания RS232, то есть в то состояние, когда работала программа обработки прерывания принтера с приоритетом 2. Как только центральный процессор переключается на приоритет 2, еще до того как будет выполнена первая команда, диск с приоритетом 4 совершает прерывание и запускается программа обработки прерываний диска. После ее завершения снова продолжается программа обработки прерываний принтера. Наконец, при t=40 все программы обработки прерываний завершаются и выполнение пользовательской программы начинается с того места, на котором она прервалась.

Со времен процессора 8088 все процессоры Intel имеют два уровня (приоритета) прерываний: маскируемые и немаскируемые прерывания. Немаскируемые прерывания обычно используются только для сообщения об очень серьезных ситуациях, например об ошибках четности в памяти. Все устройства ввода-вывода используют одно маскируемое прерывание.

Когда устройство ввода-вывода вызывает прерывание, центральный процессор использует вектор прерывания при индексировании таблицы из 256 элементов, чтобы найти адрес программы обработки прерываний. Элементы таблицы представляют собой 8-байтные дескрипторы сегмента. Таблица может начинаться в любом месте памяти. Глобальный регистр указывает на ее начало. При наличии только одного уровня прерываний центральный процессор не может сделать так, чтобы устройство с более высоким приоритетом прерывало работу программы обработки прерываний с более низким приоритетом и чтобы устройство с более низким приоритетом не смогло прерывать выполнение программы обработки прерываний с более высоким приоритетом. Для решения этой проблемы центральные процессоры Intel обычно используют внешний контроллер прерываний (например, 8259А). При первом прерывании (например, с приоритетом п) работа процессора приостанавливается. Если после этого происходит еще одно прерывание с более высоким приоритетом, контроллер прерывания вызывает прерывание во второй раз. Если второе прерывание обладает более низким

приоритетом, оно не реализуется до окончания первого. Чтобы эта система работала, контроллер прерывания должен каким-либо образом узнавать о завершении текущей программы обработки прерываний. Поэтому когда текущее прерывание полностью обработано, центральный процессор должен посылать специальную команду контроллеру прерываний.

УНІВЕРСИТЕТ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

З ДИСЦИПЛІНИ «ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНА ТЕХНІКА»

ДЛЯ СПЕЦІАЛІСТІВ СПЕЦІАЛЬНОСТІ 7.090603

«Електротехнічні системи електроспоживання»

Одеса

ОНПУ

Конспект лекцій з дисципліни “Перетворювальна техніка” для спеціалістів спеціальності 7.090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» / Укл. М.С. Путілін, А.О. Бойко. – Одеса: “ОНПУ”, 2004. - 82 с.

Укладачі: М. С. Путілін,

А.О. Бойко,

канд. техн. наук., доценти

ЗМІСТ

Вступ ………………………………………………………………………………..4

1. Керовані випрямлячі …...………………………… ……………………………..4

1.1. Прийняті умовні позначки ……………………………………………………... 4

1.2. Класифікація випрямлячів………………………………………………………..5

1.3. Фізичні процеси в однофазних схемах КВ………………………………………5 1.4. Фізичні процеси і параметри багатофазних схем КВ………………………….12 1.4.1. Принцип роботи і основні розрахункові співвідношення в схемах

КВ з нульовою точкою ……...……………………………………………………....12

1.4.2. Принцип роботи і основні розрахункові співвідношення в мостових схемах КВ……………………………………………………………………………..16

1.4.3. Електричні параметри вентилів …………………………………………19

1.5. Фізичні процеси в КВ при комутації вентилів ………………………………...21

1.6. Робота КВ на активно – індуктивне навантаження і ЕРС……………………..24

1.7. Зовнішня характеристика керованого випрямляча …………………………...27

1.8. Регулювальна характеристика випрямляча ……………………………………30

2. Інвертори відомі мережею ………………..……………………………………...32

2.1. Принцип дії……………………………………………………………………… 32

2.2. Основні розрахункові співвідношення ………………………………………...36

3. Реверсивні схеми перетворювачів ……………………………………………..38

3.1. Способи керування реверсивними перетворювачами………………………....38

3.1.1. Спільне керування ……………………………………………………….. 41

3.1.2. Роздільне керування …………………………………………………….. 42

3.2. Енергетичні характеристики тиристорних перетворювачів………...….……..44

4. Імпульсні перетворювачі ………………………………………………………..46

4.1. Загальні положення ……………………………………………………………...46

4.2. Нереверсивний ШІП ……………………………………………………………49

4.3. Реверсивний широтно - імпульсний перетворювач …………………………...55

5. Автономні інвертори напруги …………………………………………………..59

5.1. Класифікація інверторів…………………………………………………………59

5.2. Автономні інвертори напруги з постійними кутами провідності силових

елементів……………………………………………………………………………... 60

5.2.1. Однофазний автономний інвертор напруги ……..…………………….. 60

5.2.2. Трифазний автономний інвертор напруги при симетричному

керуванні……………………………………………………………………………....61

5.2.3. Трифазний інвертор напруги при несиметричному керуванні……..… 70

5.3. Автономні інвертори з широтно-імпульсною модуляцією……………..…..…76

Література……………………………………………………………….…..……...81

ВСТУП

Розробка і впровадження у виробництво силових напівпровідникових приладів у всіх промислово-розвитих країнах дозволило замінити електромашинні перетворювачі електричної енергії напівпровідниковими перетворювачами. Швидкій зміні одного виду перетворювачів іншими обумовлено тим, що теоретичні дослідження, проведені ще в тридцяті роки, лягли в основу методики розрахунку вентильних перетворювачів на основі іонних приладів (ртутних вентилів, ігнітронів, тиратронів).

Як тільки був налагоджений промисловий випуск тиристорів і силових транзисторів, їх почали застосовувати у відомих вже схемах замість іонних приладів. Широке застосування напівпровідникові перетворювачі одержали через високі техніко-економічні показники.

В теперішній час напівпровідникові перетворювачі застосовуються:

- в електроприводі: для регулювання вихідних координат (моменту, струму, швидкості, шляху);

- в електропостачанні: як аварійні джерела електроживлення, у лініях електропередач змінного та постійного струму, регуляторах напруги;

- у електротермії: як генератори в установках високої частоти;

- у гальванотехніці: як потужні джерела постійного струму і т.д.

При значному поширенні застосування напівпровідникових перетворювачів від фахівця потрібно знання:

- фізичних процесів у перетворювачах і методики їх розрахунку;

- пристрою і технічних можливостей перетворювальних систем;

- залежності параметрів і характеристики перетворювальних пристроїв.

Це визначає задачі вивчення дисципліни “Перетворювальна техніка”.

1. КЕРОВАНІ ВИПРЯМЛЯЧІ (КВ)

1.1. Прийняті умовні позначки

Um, Em, Im – амплітудні значення напруги, електрорушійної сили (ЕРС) і струму;

U, E, I – діючі значення напруги, ЕРС і струму;

u, e, i - миттєві значення напруги, ЕРС і струму;

Ud0, Uda - напруга на виході випрямляча при кутах регулювання 0 і a, відповідно;

a0 - кут вмикання тиристора, який відраховується від початку позитивної напівхвилі синусоїди напруги фази електричної мережі;

a - кут вмикання тиристора, який відраховується від точки природної комутації;

l - тривалість протікання струму в ланцюзі навантаження (тривалість провідності тиристора);

R, X, Z – опір активний, індуктивний і комплексний;

m – кількість фаз електричної мережі (перетворювача);

р - число імпульсів, випрямленого струму (пульсність схеми КВ);

W - кругова частота напруги;

Індекси:

d – параметра в ланцюзі випрямленого струму;

ф – фазного параметра.

1.2. Класифікація випрямлячів

Виходячи з критерію загальних фізичних процесів, випрямлячі класифікують на основні групи:

- за принципом керування і типу застосовуваних елементів (керовані і некеровані);

- за числом фаз напруги живлення (однофазні і багатофазні, m =1, 2,3…n);

- за числом імпульсів випрямленої напруги або струму (р = 1,2,3,6 і т.д.);

- за зв'язком з електричною мережею (пряме вмикання в мережу, через трансформатор);

- за характером протікання струму в обмотках трансформатора (нульові, мостові).

1.3. Фізичні процеси в однофазних схемах КВ

У напівпровідникових випрямлячах головним елементом є електричний вентиль, який здійснює її замикання і розмикання за рахунок зміни опору ланцюга електричному струму.

Електричні вентилі поділяються на два класу: некеровані (діоди) і керовані (тиристори). У некерованих вентилях опір залежить тільки від напруги на його затисках і в ідеальному вентилі має два значення: нуль у прямому напрямку і нескінченність - у зворотному. Електричний вентиль вмикає або вимикає ланцюг у залежності від його полярності: при негативних напругах на аноді опір великий, а сила струму настільки мала, що нею можна зневажити. При позитивних напругах на аноді опір вентиля зменшується, а до навантаження прикладається напруга мережі живлення. Тому струм через вентиль можливий тільки в тому випадку, якщо потенціал анода вище потенціалу катода. У керованих вентилях (тиристорах) опір залежить від двох факторів: від полярності напруги на його затисках і від наявності сигналу керування на керуючому електроді. У порівнянні з тривалістю періоду мережі змінного струму часом вмикання і вимкнення тиристора можна зневажити і вважати їх миттєвими. Фізичні процеси в схемах випрямлячів визначаються параметрами електричного ланцюга.

Однофазна однонапівперіодна схема КВ є найбільш простою для вивчення. Вона приведена на рис. 1.1,а. У ланцюзі з активним навантаженням в момент вмикання тиристора його опір зменшується до нуля і напруга мережі прикладається до навантаження. Форма миттєвого значення струму повторює форму напруги мережі живлення:

Рис. 1.1. Схема однофазного однопульсного випрямляча (а), діаграми струмів і напруги при навантажені з параметрами:

Ld = 0, Rd ¹ 0 (б) і Rd = 0, Ld ¹ 0 (в)

id = ud / Rd. (1.1)

При зниженні струму до нуля опір тиристора збільшується до нескінченності і при негативній напрузі мережі сила струму в ланцюзі дорівнює нулю. Тому що ланцюг навантаження підключений до мережі тільки частину періоду, струм навантаження буде переривчастим (рис.1.1,6).

У ланцюзі з Ld ¹ 0 і Rd = 0 напруга мережі прикладена до індуктивності. При зростанні напруги на навантаженні, в індуктивності запасається електромагнітна енергія, а її ЕРС затримує зростання струму. З того моменту, коли напруга почне убувати, електромагнітна енергія передається в мережу, а ЕРС самоіндукції підсумовується з напругою мережі та перешкоджає зменшенню струму в ланцюзі. Відбувається обмін енергією між мережею живлення і навантаженням: у позитивний напівперіод напруги енергія споживається з мережі, а в негативний напівперіод - запасена в індуктивності енергія перетворюється в електричну і повертається в мережу. Стосовно електричної мережі, навантаження є джерелом реактивної енергії. Закон зміни струму і ЕРС визначається параметрами електричної мережі:

, (1.2)

де Um – амплітудне значення напруги,

Ld – індуктивність ланцюга навантаження.

Аналогічна форма напруги та струму спостерігається в схемі з тиристором при куті вмикання a0 = 0 і Rd = 0. Кут вимкнення тиристора a0 вимик = 360 ел. град., тобто випрямляч працює в граничному режимі між безперервним і переривчастим струмом. При куті вмикання не рівному нулю зменшується кількість енергії, яка споживається з електричної мережі. Відповідно зменшується і кут провідності тиристора. (рис 1.1,в).

У схемі з активно-індуктивним опором тільки частина запасеної в індуктивності енергії повертається в мережу, інша ж частина передається в активний опір навантаження. Тому інтервал провідності тиристора при негативній напрузі менше ніж при позитивній напрузі. Тому що запасеної в індуктивності енергії не вистачає для підтримки струму протягом усього негативного напівперіоду напруги мережі, спостерігається режим переривчастого струму. Умови, при яких струм стає переривчастим можуть бути отримані з рівняння електричної рівноваги для інтервалу провідності вентиля, а рівняння миттєвого значення імпульсу струму має вигляд:

, (1.3)

де

- комплексний опір ланцюга навантаження КВ;

- кут навантаження КВ.

Діаграми миттєвих значень струму і напруг у ланцюзі з вентилем приведені на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Діаграми миттєвих значень струму і напруги

у ланцюзі з вентилем

У випадку переривчастого струму значення струму на початку і наприкінці інтервалу провідності дорівнює нулю. Позначимо через l тривалість провідності тиристора. Залежність тривалість провідності від кута вмикання a0 і від кута навантаження q визначається:

(1.4)

На рис 1.3 приведені залежності кута l від кута вмикання тиристора a0 і кута навантаження q. З залежностей видно, що тільки при куті вмикання рівному нулю і індуктивному характері навантаження, струм у ланцюзі стає безперервний. В інших випадках крива струму переривчаста.

Рис. 1.3. Залежність тривалості провідності тиристора від кута

навантаження і кута вмикання тиристора

Переривчастий струм негативно впливає на роботу електродвигуна. Для зменшення зони переривчастого струму необхідно:

- збільшити індуктивність ланцюга навантаження;

- збільшити число імпульсів випрямленого струму;

- виконати шунтування ланцюга навантаження діодом.

 
Збільшення числа імпульсів випрямленого струму р (пульсності схеми) досягається за рахунок застосування однофазної однотактної нульової схеми або однофазної двотактної мостової схеми. Схеми і діаграми миттєвих значень зображені на рис. 1.4. Шунтування навантаження діодом створює незалежний від мережі контур для струму, який протикає під дією ЕРС самоіндукції. Це зменшує передачу реактивної енергії в мережу і за рахунок збільшення енергії, яка віддається в навантаження, збільшує тривалість імпульсу струму навантаження (рис.1.5). При вмиканні шунтуючого діода тиристор вимикається в момент переходу кривої напруги через нуль.


 

а.

б.

 
 


в.

Рис. 1.4. Схема однофазного нульового КВ (а); Схема однофазного

мостового КВ (б); діаграми струму і напруги в двохпульсному

випрямлячі при активно - індуктивному навантаженні (в).

Рис. 1.5. Схема випрямляча із шунтуючим діодом (а)

і діаграми струмів і напруги (б).

При однаковій тривалості імпульсів струму l в однопульсної і двохпульсної схемах середнє значення випрямленої напруги визначається

- в однопульсної схемі

(1.5)

- у двохпульсної схемі

(1.6)

Середнє значення напруги при включенні шунтуючого діода

(1.7)

(1.8)

1.4. Фізичні процеси і параметри багатофазних схем КВ

1.4.1. Принцип роботи і основні розрахункові співвідношення в схемах КВ з нульовою точкою

Еквівалентна схема m – фазного нульового випрямляча з активно-індуктивним навантаженням зображена на рис. 1.6. Принцип роботи цієї схеми полягає в циклічному переключенні ланцюга навантаження з однієї фази напруги мережі змінного струму так, що до навантаження підключається та фаза, напруга якої позитивна і більше напруги інших фаз, з урахуванням наявності сигналів керування на керованих вентилях випрямляча. Процес переключення струму з однієї фази на іншу називають комутацією вентилів.

Розглянемо процеси комутації в багатофазних випрямлячах з ідеальним трансформатором (ХT, RV = 0), поясняючи роботу діаграма миттєвих значень напруг і струмів показана на рис. 1.6.

Вентиль VI фази А буде проводити струм тоді, коли потенціал анода буде позитивним, тобто на інтервалі 1-2. У точці 2 вентиль V1 вимикається, а ланцюг навантаження підключається до фази В через вентиль V2. У точці 3 вимикається вентиль V2 і вмикається вентиль V3 у ланцюзі фази С. Таким чином, за період напруги мережі спостерігається m комутацій вентилів, а в струмі навантаження має р імпульсів. У нульових схемах число комутації та імпульсів струму дорівнюють числу фаз мережі: p = m. Точки перетинання синусоїд називають точками природної комутації вентилів. З діаграм на рис.2.2 видно, що тривалість імпульсу випрямленого струму дорівнює: .

Середнє значення випрямленої напруги у некерованому режимі знаходиться

, (1.9)

, (1.10)

де Uф – діюче значення напруги фази вторинної обмотки трансформатора.

Рис. 1.6. Еквівалентна схема m – фазного випрямляча з нульовою точкою.

Діаграми напруги і струмів у трифазному випрямлячі при α = 0

Випрямлена напруга при одному і тому самому значенні фазної напруги залежить від числа імпульсів і визначається через коефіцієнт схеми

. (1.11)

який для схеми КВ з нульовою точкою складає kсх = 1,17.

У багатофазних схемах кут вмикання a прийнято відраховувати від точки природної комутації. Як видно з геометричних побудов на рис. 1.7, кут природної комутації дорівнює (), а кут вмикання тиристора: . Зміна кута вмикання в діапазоні при активному навантаженні не змінює тривалості імпульсу струму . Якщо кут керування , то в імпульсах струму навантаження (і напруги) з'являється пауза і струм стає переривчастим.

Рис. 1.7. Діаграми напруги і струму в трифазному нульовому

випрямлячі з активним навантаженням

Кут, що відокремлює зону безперервного струму від переривчастого позначимо, як граничний aгр. При граничному куті тривалість імпульсу струму дорівнює , однак сила струму наприкінці інтервалу провідності дорівнює нулю.

Рис. 1.8. Діаграми напруги і струму на виході трифазного

випрямляча з нульовою точкою при умові α 0

Границя між безперервним і переривчастим струмом залежить не тільки від кута керування, але і від величини індуктивності ланцюга навантаження. При досить великому відношенні індуктивного і активного опорів імпульси струму заходять в область негативних напруг мережі живлення (рис.1.8), а область переривчастого струму зміщається у бік великих кутів a.

Вираз для граничного кута aо гр, який відраховується від початку позитивної напівхвилі напруги, має вигляд:

(1.12)

де .

При регулюванні кута вмикання тиристора в режимі безперервного струму середнє значення випрямленої напруги може бути знайдено з виразу:

. (1.13)

1.4.2. Принцип роботи і основні розрахункові співвідношення в мостових схемах КВ

У мостовому випрямлячі (рис.1.9) вентилі можна розділити на дві групи – анодну (VS2, VS4, VS6) і катодну (VS1, VS3, VS5). Комутація вентилів анодної групи здійснюється негативною напівхвилею напруги мережі, катодної групи - позитивною напівхвилею.

Алгоритм роботи вентилів розкриває аналіз діаграм зображених на рис.1.10,а. У точках перетинання позитивних напівхвиль здійснюється комутація вентилів VS1, VS3, VS5, у точках перетинання негативних напівхвиль - комутація вентилів VS2, VS4, VS6. З діаграми видно, що кутова тривалість провідності струму кожного з вентилів дорівнює: l = .


Рис. 1.9. Схема трифазного мостового керованого випрямляча

На основі алгоритму роботи тиристорів формуються діаграми напруги на навантаженні. Розглянемо формування напруги в трифазному мостовому випрямлячі при a = 0 з моменту почала провідності вентиля VS1. Так на інтервалі 1-2 відкриті вентилі VS1 і VS6. Відповідно до цього напруга на навантаженні дорівнює (Ua – Ub); на інтервалі 2-3: (Ua – Uс) і т.д. Тобто миттєва напруга дорівнює лінійній напрузі мережі живлення, а кількість пульсацій за період напруги мережі дорівнює: p = 2m. Діаграми напруги на навантаженні, струмів у вентилях і обмотках трансформаторів зображені на рис. 1.10,б.

Середня напруга на навантаженні може бути визначена





Дата публикования: 2014-10-17; Прочитано: 935 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!



studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.026 с)...