Добрый день! Поставлена задача создания микропроцессорной системы импульсно-фазового управления для выпрямителя (нереверсивный, 3фазный, синхронизация, обратная связь по току) для электродуговой печи. Сроки пока не определены - есть время экспериментов. Есть небольшое знакомство с контроллерами АВР, но, как понимаю, их использование будет неоправданным. Посоветуйте, пожалуйста, элементную базу, литературу и т.д. Может кто-то может поделиться алгоритмом. Заранее спасибо

Как я понимаю, что электродуговая печь имеет электроды, при чем сдесь выпрямитель и как будет регулироваться ток дуги? Я обслуживал эл.дуг. печь 1,5т для плавки нерж.стали, там было три электрода, которые перемещались через червячные редуктора электроприводом постоянного тока, вот там использовались тиристорные привода для управления эл. пост. тока. На электроды подавался переменный ток от понижающего силового трансформатора 6/0.1кВ. Токи, по памяти, достигали до 20кА, рабочие 3...10кА, напруга на электродах выбиралась ступенями трансформатора, а ток дуги автоматически регулировался эл. приводами посредством обратной связи по току дуги. Может Вы об этом?
С ув. Сергей

Спасибо за ответ. Но именно печь постоянного тока. 2 электрода подовый и, забыл как называетс, в общем на крыше. Ток действительно до 20 кА, при напряжении 200-400В. Выпрямитель работает в режиме источника тока (обратная связь по току).

Речь идет о создании сифу, аналогичного приводу постоянного тока. Только стабилизация только по току.

Это серьезно? Или может все же дипломный проект?

Серьезно

А какой силовой трансформатор будет использоваться? 10/0.4кВ? Регулировать по какой стороне, по высокой или перед нагрузкой? В принципе ничего хитрого нет, а выпрямитель какой, подключяется к звезде? Попробуйте зарисовать структурную схему и ТЗ составить, выкладывайте, подумаем как лучше.
А может попробовать типа магнитного усилителя, то есть управляемый дроссель или трансформатор, будет намного мягче работать. Принцип приблизительно такой: в трансформаторе (дросселе) управляющая обмотка с большим колличеством витков, на нее подается ток, таким образом регулируется мощность. На выходе только диодный выпрямитель.
С ув. Сергей

Вот так "простенькая" задачка.
Крупнейшие фирмы десятилетиями нарабатывают принципы и опыт создания подобных преобразователей.
Купите и не тратьте время и деньги.

Ну если серьезно! И если ваша задача только микропроцессорная СИФУ, и у вас есть опыт работы с АВР дерзайте, все получиться. В свое время (1993) делал СИФУ для3х фазного реверсивного выпрямителя для гальваники на 1816ВЕ48 и ресурсов хватало. Любой современный 8битный микроконтроллер справиться. Хотел что-то найти с того проекта, но ничего не осталось(было несколько перездов). Возьмите за основу любую СУ от тогоже привода постоянного тока, поищите в библиотеке книги по тиристорным выпрямителям и задавайте вопросы. Поможем.
И как правильно заметил sna начните с формулировки ТЗ.
Из опыта: обязательная оптическая развязка по выходу.

В 1993 на ассемблере в 1816ве48 с дополнительной кучей микросхем штук 30 рассыпух может
быть.Приходилось ремонтировать микропроцессорный регулятор контактной сварки с сифу.Сейчас выгоднее использовать 16-разрядный DSP за 100-200руб с 12 каналами аппаратного шим и сделать всё в одном флаконе, чтоб не изголятся с 8 битной математикой,тем более вы когда нибуть пробовали управлять 100квт с разрешением 8бит и какое качество регулирования будет.
Использовать лучше мотороловские(56F8135) или техасовские DSP(TMS320F2823),на любителя NEC,чтобы потом небыло мучительно больно от потраченного времени на пинание авр и замену взрывающейся электрики и тиристоров.

Огромное спасибо всем откликнувшимся. Немного проясняю задачу. Наша фирма выпускала серию выпрямиетелей. Просто система управления была аналоговая. Теперь поставлена задача возродить эту серию, соответственно с микропроцессорной СУ.
1. Схема трехфазная мостовая (Ларионова), на более высокие токи - условно-шестифазная (звезда-обратная звезда).
2. Трансформатор треугольник-звезда.
3. Регулировка тиристорным выпрямителем (по вторичной стороне).
4. Раньше синхронизация производилась тремя однофазными трансами, теперь предпочтительно одним.
5. Необходима простенькая диагностика (пороговый контроль температуры и аварии) и сигнализация. В перспективе, может быть возможность записи "следа аварии"

Конечно про опыт работы с АВР - громко сказано. На уровне радиолюбительства - простенькие схемы. По роду деятельности именно преобразовательщик, но нужно двигаться, т.к. специалистов по микроконтроллерам нет.

Пока по первым прикидкам думаю так: сигнал синхронизации с транса кидаю на фильтр. Заодно даю сдвиг фазы на 30 градусов. Так как с цифровой фильтрацией вряд ли справлюсь. Завожу на аналоговый компаратор и формирую сигнал перехода фазы через ноль. После этого запускаю таймер в режиме ШИМ, который отсчитает альфу. Вот пока не понятно как сделать три фазы.

Неужели все-таки нужно три канала синхронизации? Не могу сообразить как привязать 3 фазы к одному каналу программно. И что делать, если вдруг немного ушла частота сети? Или небольшая несимметрия?

Да нет, сделать не сложно. Используйте еще один таймер для измерения периода в первом канале(фаза А) - полученное число N это и есть эквивалент 360 электрическим градусам. Поделив на его на 3 получим число К равное 120 градусам. Загрузив его в еще один таймер ждем когда он досчитает до конца имеем виртуальный переход через 0 в фазе В, повторив операцию(перезагрузив таймер числом К и дождавшись окончания счета) будем иметь момент перехода через 0 в фазе С. Т.к. измерения по первому каналу будут выполняться каждый период, то уход частоты не страшен. А вот несиметрия, тут нужно думать.

Только подозрительно все это. injener, вы хорошо ориентируетесь в ситуации?? Для начала узнайте сколько будет стоить одна половинка радиатора для одного из тиристоров в установке такой мощности, или метр ошиновки на 20кА и сколько готовых Хановскихт рансформаторов 400В/12В можно купить за эти деньги. Стоимось собственно СУ будет доли процента от себестоимости силовой части. Так стоит оно того чтобы экономить на трансформаторах.

[

Только подозрительно все это. injener, вы хорошо ориентируетесь в ситуации?? Для начала узнайте сколько будет стоить одна половинка радиатора для одного из тиристоров в установке такой мощности, или метр ошиновки на 20кА и сколько готовых Хановскихт рансформаторов 400В/12В можно купить за эти деньги. Стоимось собственно СУ будет доли процента от себестоимости силовой части. Так стоит оно того чтобы экономить на трансформаторах.
[/quote]

Наша фирма выпускала серию выпрямиетелей. Просто система управления была аналоговая. Теперь поставлена задача возродить эту серию, соответственно с микропроцессорной СУ.


Конструктивы, трансформаторы, охладители с водяным охлаждением, приборы жизнеобеспечения преобразователя - все есть, все отработано. Просто теперь заказчики требуют наличия микропроцессорной СУ. Вернее до кризиса требовали. А теперь выполняется работа на перспективу.

Спасибо огромное за разъяснения. Насчет несимметрии сети, я пообщался со знающими людьми. Они объяснили, что обычно сети такой мощности можно считать симметричными. Поэтому в этом вопрос можно не решать.
Еще раз спасибо. Не очень разобрался с возможностью цитирования сообщений

Ну это и я могу подтвердить. Во вторник проводили измерения на тяговой подстанции постоянного тока ж.д., мощности соизмеримы с вашими: 3000В, 4000А и нагрузка резкопеременная. Для синхронизации я писал сигнал 220В от трансформатора собственных нужд. Синус идеальный. Но правда этот трансформатор питался от шин 10кВ. А вот на выходе тягового выпрямителя было много высокочастотного шума (возможно это связано с работой электровозов).

Я так понимаю, что нужно задействовать 3 таймера:
1. Отсчет альфы
2. Измерение периода фазы А
3. Отсчет 120 градусов

Да, можно так. И первый таймер кроме альфы будет формировать длительность импульса управления.
Но если вы сейчас пытаетесь сформулировать требования к будущему микроконтроллеру, то сразу закладывайте еше несколько таймеров ( формирование системных тиков, контрольные таймауты). Аппетит приходит во время еды.

Спасибо. Я почему-то подумал, что длительность импульса управления должна задаваться импульсным узлом управления тиристором. Как раз пытаюсь определиться, что (в плане контроллера) нужно по аппаратным средствам.

Вопрос. Как быть с регулятором тока (пропорционально-интегральный). Хорошо бы, чтобы он также был реализован программно, но к стыду своему, совершенно не представляю что он из себя будет представлять. Вероятно, есть много литературы по цифровым САР, может быть даже алгоритмам. Но может кто-то посоветует, где есть нечто совсем для чайников?

Густав Олсон, Джангуидо Пиани. Цифровые системы автоматизации и управления. Издание третье. Санкт-Питербург. 2001. главы 5(есть цифровая фильрация) и 6(ПИД регуляторы).
Спросите еще в соседнем подфоруме "Обратная Связь, Стабилизация, Регулирование, Компенсация".

Жаль что Вы не выкладываете рисунки структурных схем и т.д... Сейчас все мысли в воздухе,то есть надо включать воображение, а каждый есно представляет по своему.
Таймера достаточно одного, а вот счетчиков будет куча. Я бы сначало все таки определился с тех. заданием, надо по точнее параметры и к нему структурную схемку. Частоту переполнения таймера выбираем согласно требований ТЗ по точности регулированию и т.д..., например: примем регулирование не в градусах, а в процентах от 20 до 100% - уровень открытия тиристора; регулирование есно каждый полупериод с отчета перехода нуля, точность 0.01/100=100мкС, значит таймер заряжаем на это время, если мы хотим привязаться к эл.град., то есть разбить регулирование на 180 грд. каждого полупериода с точностью до 1, тогда 0.01/180=55,55555мкС. Тут решать Вам каким образом Вы будете привязывать регулирование, я бы взял в процентах.
Теперь о определении перехода нуля, то есть точки отсчета. На програмном уровне очень даже хорошо можно определить с высокой точностью эту точку, причем програмно создать фильтр, который точно определит что переход нуля истинно состоялся, для этого опять же используете счетчик который можете привязать к этому таймеру, небольшой пример фильтра: при помощи компаратора формируете логический уровень, который подаете на МК, опрос этого сигнала должен быть непрерывный, например с частотой таймера, программа обнаруживает "1" и проверяет предыдущее состояние, если был "0" увеличиает счетчик (Х), и так проверяет несколько раз увеличивая или уменьшая значение счетчика согласно полученного сигнала, в конце концов счетчик набрал устанавливаемое Вами в параметрах значение - записывается в регистр флаг "1", что будет означать точку начала отсчета + время фильтра (если нужны град.), от этой точки и отсчитывается время согласно текущему уровню управления тиристором.
Для трехфазной системы можно создать параллельно еще два счетчика со смещением на 120грд., которые будут привязаны к первому, главное очередность фаз не забыть, а то 20кА шваркнет здорово, правда это не реверсивный привод.
Регулировку по току сделать не проблема, должна быть какая-то уставка ограничения тока, каждые полпериода измеряется ток, можно и полный период, если уставка достигнута или превышена уменьшается уровень задания и т.д... Все аналоговые сигналы надо измерять при помощи АЦП и программно корректировать управление согласно установленных параметров. Точку перехода через "ноль" я бы измерял тоже через АЦП, и задавал бы к фильтру еще и уровень амплитуды.
Как у Вас электроды двигаются в печи? В ручном режиме?
С ув. Сергей

Мда... Вообще то надо определять не точку перехода фаз через 0 а точку естественной коммутации. Информация к размышлению: что дешевле по деньгам - 3 маломошных трансформатора (фильтры, компараторы...) или 3 сдвоенных оптрона + мелочовка?
Я делаю проще для синхронизации с сетью - 3 фазы пускаю через RC цепь с постоянной времени 3 мкс (от помех комутации), далее это напрежение подаю на мост Ларионова где последовательно с диодами стоят светодиоды оптронов, мост нагружен на баластный резистор (ток через баласт 15...20 мА для гарантированного включения светодиодов). Всего 6 сигналов/каналов - по одному на каждый тиристор. В точке естественной коммутации светодиод зажигается и на выходе оптрона сигнал для МК относительно которого производится измерение 120 гр. и формируется импульс управления.
2 задача более интересная - надо производить регулирование/стабилизацию в широких пределах в системе с большой задержкой с максимальным быстродействием.
Вариант номер 1 (не совсем правильный) сигнал ОС фильтруется с постоянной времени больше 20мс (для устранения 50 и 300Гц пульсаций) и производится регулирование - инерционность регулятора должна быть более 100 мс иначе возможна неустойчивая работа.
Вариант номер 2 (хитрый) - сигнал ОС подаётся на интегратор со сбросом, в течении определённого периода 60 или 120 гр. (синхронно с сетью) производится интегрирование, в момент коммутации сигнал с интегратора фиксируется УВХ (с выхода УВХ на регулятор), интегратор сбрасывается и начинает повторное измерение. Регулятор в данном случае может обладать существенно большим быстродействием

Огромное спасибо всем за участие. В настоящее время вынужден отвлечься на срочную работу. Просьба не закрывать топик. Постараюсь в ближайшее время выложить свои соображения в виде структурных схем и набросков алгоритмов. Прошу понять, я пытаюсь определиться с необходимым набором периферии, чтобы не действовать по принципу "возьмем ДСП - это надежнее всего". Если у кого-то будут еще предложения, замечания, пожелания - оставляйте, я обязательно прочитаю.
ZVA, спасибо за книгу. Нашел в интернете.

Мне кажется, что это предложение из области научной фантастики (в хорошем смысле). Тиристорные регуляторы в своей природе и так имеют задержку в регулировании. "Колотить" будет не по детски, во всяком случае положив квартал на эту идею твердо записал себе на ум никогда к ней не возвращаться (может и не прав, в последствии даже время на моделирование было жаль, а когда пробовал такой вариант симуляторы еще не были доступны).

Omen_13 предложил необычный способ синхронизации. Хотя он требует 6 входов микроконтроллера. Но все равно интересно.

Эта фантастика с успехом используется в таллинских преобразователях, блок модулятора выпрямителя. Ньюансы там есть, но плюсов много

обычно я тоже применял два встречных оптрона и тригер шмитта после них на каждую фазу.
Но следующий раз попробую вариант с 3х фазным мостом, +1 за идею.(чья она? на кого ссылаться?)

Чем и хороша будет микропроцессорная реализация СУ, что оба варианта попробовать можно... и третий если придумается.



Уважаемый sna , мне кажется что injener отношения к металургии не имеет, он написал что работает на предприятии выпускавшем выпрямители. И думаю о технологии он не знает, как впрочем и я.

Действительно о технологии я вряд ли сообщу что-то ценное. О перемещении электродов могу сказать, что у них обычно есть привод (кажется постоянного тока). Кажется, регулирование перемещением электродов применяется в электропечах переменного тока. Но, повторяю, мы занимаемся лишь преобразователями

И еще вопрос. Литературу по системам управления преобразователями на микроконтроллерах не посоветуете, если есть такая?

Да, я не по теме вопрос задал и он не важен, снимаю.
Я бы использовал понижающие трансы на каждой фазе, хотя досаточно и одной. Раз токи очень большие и практически режим сварки (если касается это печи), значит будут очень большие пульсации по сети, а трансформатор частично погасит высокочастотные, но есть недостаток при использовании транса - это собственый сдвиг из-за индуктивности. Самый лучший вариант, на мой взгляд, через резисторный делитель подключится к АЦП микроконтроллера и извращаться над сигналом как вздумается, при этом четко знаем запаздывание сигнала по времени из-за преобразования через процедуру цифрового фильтра.
С опртонами очень здорово получается, но на сколько точно и стабильно по времени будут формироваться сигналы синхронизации при колебаниях напряжений в сети? Повлияет ли как-то асимметрия фаз?
Надо конечно рисовать схему и временные диаграммы.

Omen_13, то что Вы описали, включение оптронов в мосте Ларионова, где-то работает это и удачно? Спрашиваю потому как вариант понравился. Волнует тут единственное, оптрон естественно будет сигнализировать когда ток светодиода будет достаточный, а при снижении напряжения ширина импульса есна уменьшиться, но и конечный сигнал сдвинится по времени, как с этим боролись?

Тут вкинул файл с перечнем оптронов, правда за 2002год.
С ув. Сергей

Идея и реализация моя...



Насчёт ассиметрии и просадок напряжения - задача выделить периоды естественной комутации, что с успехом и выполняется. Самое главное чтобы система управления это предусматривала (разные периоды естественной комутации)

К примеру КР249КН8А максимальный постоянный ток по паспорту 15мА, нормирование параметров на 10мА. Ток баластника 15 мА (при нормальном сетевом напряжении), увеличение сетевого напряжения на 20% криминала не создаст, т.к. средний ток светодиода допустимый (15мА/3=5мА), уменьшение на 20% тоже (можно уменьшить сетевое на 40%).



Почему ширина должна уменьшиться? для 3-х фазной сети в любой момент времени проводит ток один из 3-х диодов в анодной и катодной группе. Может не совсем понятно объяснил, смотрите на схеме

Насчет времени естественной коммутации, думаю, вы правы. При любой несимметрии сети светодиоды отследят ее. К тому же такая реализация позволит поймать и изменение частоты сети. Отдичная идея!

Еще такой вопрос. При использовании 8битного контроллера (например АВР) для измерения тока нужен будет внешний параллельный АЦП? Вообще сколько измерений нужно производить. В какое время. На мой взгляд нужно измерять не менее раз за пульс (3,3мс). Но к чему привязывать измерение - к к точке естественной коммутации со сдвигом милисекунд на 1,65?

На мой взгляд, на текущий момент, Вы реально можете сделать примерно так: оставить схему регулирования аналоговой - в первозданном виде (коль она отработана и отлизана), а схему управления - как то: управление задатчиком тока (ЦАП), включение - выключение, индикация разных приблуд - типа скалько времени протекает режим и т.д. - доверьте микроконтролеру. (Вы ведь до этого никогда не сталкивались ни с тиристорными регуляторами, ни со стабилизаторами , а для изучения нужно определенное время (тем паче, что вероятно Вы будете самооброзовываться)+ время что бы проверить полученные знания на практике, при этом наткнуться на некоторое количество нюансов в конкретной реализации.

Это подтверждает вышеприведенное предложение. Вам (что бы, как теперь говорят, быть в теме) было бы неплохо посмотреть основы теории автоматического управления (регулирования).
Тем не менее, наверное можно попытаться решить задачу ничего не изучая, для этого, как минимум, Вам нужно выложить силовую схему предпологаемого устройства и "квадратиками" обозначить элементы СИФУ и ОС и их связь. Тогда, не горячась, может и удасться набить "квадратики" содержимым.

tyro дело говорит.
Начните с ТЗ, потом блок-схема, её можно будет поделить на аналоговую и программные части. А сейчас это блуждание в потемках

Выкладываю структурку

Структкра, для стабилизатора тока, пока не удалась. Ну да ладно. Начнем плясать от печки, т.е. от силовой части - а именно от силового трансформатора и тиристорного (для простоты мостового трехфазного) выпрямителя. Как Вы указывали выше имеется прототип который собираетесь усовершенствовать. Берете оттуда силовую часть, и рисуете упрощенную принципиальную схему в состав которой обязательно входят силовой (силовые) трансформатор(ы), тиристорный выпрямитель, входные клеммы питающей сети - А,В,С. Добавить квадратиком нагрузку, дроссель (если есть ), датчик(и) тока. Обозначить фазы, непосредственно подключенные к мосту (прямая последовательность), через A',B',C'. Тиристор, подключенный анодом к фазе A' обзначить номером 1,например Т1, к фазе B' - Т3, к фазе C' - Т5. Тиристор, подключенный катодом к фазе A' обзначить Т4, к фазе B' - Т6, к фазе C' - Т6. Обозначить выводы управляющих электродов соответственно через G1...G6 и катоды через С1...С6.
Нарисовать временные диаграммы (на 2 перида сети)А,В,С, A',B',C' и "временных участков" для каждого тиристора каждой пары тиристоров (т.е. Т1Т2, Т2Т3, Т3Т4, Т4Т5, Т5Т6, Т6Т1), на которых обеспечивается полная регулировка выпрямителя (т.е. участков времени когда они могут находиться в открытом состоянии).
Так же сообщить в каком месте подключаются синхронизирующие трансформаторы и каким способом упраляются тиристоры - импульсом, пачкой импульсов ... уровнем, в прототипе.
Как только с этими вопросами будет полная ясность - выкладывайте и будем двигаться дальше. Кстати, а каким образом Вы собираетесь проверять предложенные решения ?

Расширенную структурную выложу на днях. Проверять думал вначале на отладчике (зависит от контроллера), а затем на живом преобразователе. Как обычно они и испытываются - при неполном напряжении на закоротку, затем при полном напряжении на частичную нагрузку. Возиожно перед этим потребуется упрощенный вариант (ампер на 10-20). Суть регулятора-то не изменится?

В любом случае, спасибо за отзывы и пожелания.

Случайно увидел эту тему.У меня такаежа ситуация-имеем две сталеплавильных печи по 1,5 тонн,шеф заставил (в целях улучшения качества выплавляемого металла и экономии электроэнергии)переделать одну печь на постоянный ток.Сделали полноуправляемый тиристорный выпрямитель и аналоговые СИФУ и систему защит.Результат хороший-намного улучшилось качество литья и появилась экономия электроэнергии.Теперь шеф давит на перевод второй печи на постоянный ток,но с цифровым управлением(с применением пром. контроллера).Цифра для нас почти новая тема,поэтому тема топика интересна,чтобы пременить к пром.контроллеру.
Вопрос к OMEN 13 - Ваш мост с оптронами идея хорошая, но - как будет происходить подстройка синхронизации питающей сети печного трансформатора с питающей сетью СИФУ при не синхронизированых питающих сетях(возможны случаи смещения на 15,30 эл.градусов,у нас стоит маломмощный трехфазный тр-р синхронизации и при помощи определенной комутации его обмоток синхронизируем питающие сети,а потом выделяем точку перехода через ноль).

Федюньчик, а зачем так сложно?
Не знаю как остальные но я всегда сихронизацию СИФУ делаю с силового питания.

В аналоговых системах раньше так часто бывало. Я сейчас планирую обойтись силовой сетью. Пока все же не определился: трехфазную синхронизацию или однофазную.

Перед модернизацией первой печи,консультировался с людьми изготавлеваюших подобное оборудование и они посоветовали питание на СИФУ брать с отдельного ввода(я думаю потому что-при работе печи требуется переключение ступеней печного трансформатора, следовательно и выходное напряжение тр-ра может изменится почти вдвое + синусоида выходного напряжения тр-ра при таких токах искривлена - присутствуют коммутационые провалы при работе тиристоров).

Кстати, да. Про РПН я почему-то не подумал. Спасибо за напоминание.

Я так понимаю, что трансформатор синхронизации(трёх. или однофазный) придётся оставить и запитовать СИФУ с отдельного ввода.

А Вы что, берете синхронизацию со вторичной, а не первичной стороны силового трансформатора??? (Круто, если так!).
P.S. injener, что-то не видно продвижения по домашнему заданию .

Ппервичное питание печного тр-ра 6 или 10кВ.

С такими напряжениями дела не имел (большей частью реверсивные преобразователи от сети 380 вольт), но не стал бы экономить на синхротрансформаторах даже под такое напряжение - их цена в любом случае нулевая на фоне остального.

Насчет домашнего задания - верно. Сейчас толкусь с текущей работой, не хватает времени. А запитывать от первички, как верно указал Федюньчик, страшновато. Обычно там 10 кВ... Но все равно нужно подумать и об этом.

А чего, собственно, побаиваться - поставьте их в отдельный ящик, соответствующий всем требованиям электробезопасности и прочего, и вытащите оттуда свое любимое напряжение .

Обсуждение затихло?
По последнему сообщению-думаю лучше не лезть в 10 кВ, а поставить схемку на оптронах как было описано выше+фозовращатель
+/-30 градусов.