Устройство для цифрового управления мощностью потребителя

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ЭЛЕКТРОПОТРЕБИТЕЛЯ , содержащее последовательно соединенные детектор нуля, формирователь последовательностей синхроимпульсов и мультиплексор-селектор, тиристорный ключ, включенный между клеммами для подключения питающей цепи потребит еля и соединенный управляющим входом с выходом мультиплексора-селектора , отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления, в него введены регистр десятков, регистр единиц, два делителя частоты на десять, сумматор, двоично-десятичный счетчик, цифровой компаратор и селектирующий триггер, .причем выходы регистра десятков и выход селектирующего триггера соединены со входами сумматора, выходы которого подключены к селектирующим входам мультиплексора-селектора, выходы регистра единиц и двоичнодесятичного счетчика соединены со входами цифрового компаратора, вы (Л ход которого подключен к одному из входов селектирующего триггера, вход первого делителя частоты на десять соединен с выходом детектора нуля, а выход - со входом двоично-десятичного счетчика и со входом второго делителя частоты на десять, выход 4 которого подключен к другому входу селектирующего триггера. сл со со .(

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„114533

4(51) С 05 F 1/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

OO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТБУ (21) 3657949/24-07 (22) 18.08 ° 83 (46) 15.03.85. Бюл. ¹ 10 (72) С.С. Рочев, В.С. Клюйков и A.Â. Зуев (71) Пермское специальное проектноконструкторское бюро по автоматизации управления технологическими процессами (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Певзнер В.В. Прецизионные регуляторы температуры. N., "Энеря", 197З, с. 1З1-141.

2. Авторское свидетельство СССР № 1023618, кл. Н 02 Р 13/16, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО упРАВления мОщнОстью электРОЛОтРеБИТЕЛЯ, содержащее последовательно соединенные детектор нуля, формирователь последовательностей синхроимпульсов и мультиплексор-селектор, :тиристорный ключ, включенный между клеммами для подключения питающей цепи потребителя и соединенный управляющим входом с выходом мультиплексора-селектора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности управления, в него введены регистр десятков, регистр единиц, два делителя частоты на десять, сумматор, двоично-десятичный счетчик, цифровой компаратор и селектирующий триггер, причем выходы регистра десятков и выход селектирующего триггера соединены со входами сумматора, выходы которого подключены к селектирующим входам мультиплексора-селектора, выходы регистра единиц и двоичнодесятичного счетчика соединены со входами цифрового компаратора, выход которого подключен к одному из входов селектирующего триггера, вход первого делителя частоты на десять соединен с выходом детектора нуля, а выход — со входом двоично-десятичного счетчика и со входом второго делителя частоты на десять, выход которого подключен к другому .входу селектирующего триггера.

1145334

Изобретение относится к электроФ технике и предназначено для использования при реализации АСУ электротермическими процессами, например, в производстве полупроводниковых изделий.

Известно устройство для цифрового управления мощностью электротермического потребителя, содержащее последовательно соединенные формирователь 10 синхроимпульсов и управляемьй фазовращатель. В этом устройстве сначала осуществляется формирование последовательности синхроимпульсов в моменты перехода питающего напряжения че- 15 рез нуль, а затем производится фазовый сдвиг последовательности на заданный угол P1j.

Недостатки известного устройства связаны со снижением сь5 (электро- 20термической установки, вредным влиянием на другие потребители за счет искажения формы питающего напряжения, сложностью выделения сигнала, пропорционального мощности при 25 несинусоидальных токе и напряжении, Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для цифрового управления мощностью электропотребителя, содер- 50 жащее последовательно соединенные детектор нуля, формирователь последовательностей синхроимпульсов и мультиплексор-селектор, тиристорный ключ, включенный между клеммами для подключения питающей цепи потребителя и соединенный управляющим входом с выходом мультиплексора-селектора L23., Недостаток укаэанного, устройства 40 проявляется в значительных погрешностях преобразования цифрового управляющего кода в мощность электротермического потребителя вследствие относительно большого шага квантования частоты (10 Гц) на выходе формирователя последовательностей синхроимпульсов.

Целью изобретения является повы.шение точности управления. 50

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для цифрового управления мощностью электропотребителя, содержащее последовательно соединенные детектор нуля, формирователь последовательностей синхроимпульсов и мультиплексор-селектор, тиристорный ключ, включенный между клеммами для подключения питающей цепи потребителя и соединенный управляющим входом с выходом мультиплексора-селектора, введены регистр десятков, регистр единиц, два делителя частоты на десять, сумматор, двоично-десятичный счетчик, цифровой компаратор и селектирующий триггер, причем выходы регистра десятков и селектирующего триггера соединены со входами сумматора, выходы которого подключены к селектирующим входам мультиплексора-селектора, выходы регистра единиц и двоичнодесятичного счетчика соединены со входами цифрового компаратора, выход которого подключен к одному из входов селектирующего триггера, вход первого делителя частоты н1а десять соединен с выходом детектора нуля, а выход — с входом двоичнодесятичного счетчика и со входом второго делителя частоты на десять, выход которого подключен к другому входу селектирующего триггера.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного устройства для цифрового управления мощностью электропотребителя; на фиг. 2 а-з — временные диаграммы сигналов на выходах отдельных блоков, иллюстрирующие его работу, причем индексы при сигналах соответствуют позициям блоков на фиг. !.

Устройство содержит последовательно соединенные детектор 1 (фиг. 1) нуля, формирователь 2 последовательность синхроимпульсов мультиплексор-селектор 3, а также тиристорный ключ 4, регистр 5 десятков, регистр 6 единиц, делители 7 и 8 частоты на десять, сумматор 9, двоично-десятичный счетчик 10, цифровой компаратор 11 и селектирующий триггер 12. Позицией 13 на схеме обозначен управляемый электротермический потребитель (нагревательный элемент). Тиристорный ключ 4 включен между клеммами для подключения питающей цепи потребителя 13 и соединен управляющим входом с выходом мультиплексора-селектора 3. Выходы регистра 5 десятков и выход селекти рующего триггера 12 соединены со входами сумматора 9, выходы которого подключены к селектирующим входам мультиплексора 3. Выходы регистра 6 единиц и двоично-десятичного счетчи34

11453

3 ка 10 соединены со входами цифрового компаратора 11, выход которого подключен к одному из входов селектирующего триггера. Вход делителя 7 частоты ыа десять соединен с выходом детектора 1 нуля, а выход — с входом двоично-десятичного счетчика

10 и со входом делителя 8 частоты на десять, выход которого подключен к другому входу селектирующего триг- 1р гера 12., Устройство работает следующим образом.

Пусть мощность электротермического потребигеля задана равной 2?Х, а частота fC сетевого (питающего) напряжения U (фиг. 2а) соответствует 50 Гц. Детектор 1 нуля вырабатывает в моменты перехода сетевого напряжения через нуль синхроимпульсы

П„(фиг. 2б), следующие с частотой

100 Гц. Формирователь 2 из последовательности синхроимпульсов с частотой 100 Гц формирует дополнительно девять последовательностей синхроимпульсов U с частотами 0,2 f = 10 Гц, 0,4 fc =,20 Гц (фиг. 2е), 0,6 fc = 30 Гц (фиг. 2д), Оэ8 fc = 40 Гц. fc = 50 Гц. ii2 fc=

60 Гц, 1,4 f = ?О Гц, 1,6 У =

= 80 Гц, 1,8 f c = 90 Гц. Указанные десять последовательностей синхроимпульсов поступают на информационные входы мультиплексора-селектора 3, на селектирующих входах которого

35 присутствует цифровой код, определяющий подключение одного из информационных входов к выходу мультиплексора-селектора. Импульсы, имеющие место на выходе мультиплексора-селектора 3, открывают тиристорный ключ 4, который подключает электротермический потребитель 13 к сети питания.

Формирование цифрового кода на селектирующих входах мультиплексо- 45 ра-селектора 3 состоит из ряда операций. Значение заданной мощности (2?Z) в период подготовки устройства к работе заносится в регистры 5 и 6, прйчем в регистр 5 десятков заносит- 50 ся число m = 2, а в регистр б единиц — число n = 7. Делитель 7 частоты на десять формирует импульсы U подпериода управления (Тд = 0,1 с), делитель 8 частоты на десять форми- 55 рует импульсы U периода управления (Т1 = 1 с), показанные на фиг, 2в.

В йачальный момент времени импульс, Ug периода управления устанавливает селектирующий триггер 12 в единичное состояние. Единица с выхода триггера 12 суммируется сумматором 9 с числом, хранящимся в регистре 5 десятков (в регистре 5 десятков в рассматриваемом случае хранится число 2). В итоге, на выходе сумматора 9 получается число 3, т.е. результат, который на единицу превышает хранящееся в регистре 5 десятков число. Код числа 3 присутствует на селектирующих входах мультиплексора-селектора 3, определяя частоту подключения потребителя 13 к сети питания, равную 30 Гц. Начиная с этого момента, счетчик 10 производит счет подпериодов управления.

В момент времени, когда текущий код в счетчике 10 совпадет с кодом числа, хранящимся в регистре б единиц, т,е. будет равен коду числа 7, цифровой компаратор 11 сформирует импульс U (фиг, 2,г), который в момент времени, равный 0,7 с, "запишет на выходе селектирующего триггера 12 логический нуль. В этом случае число на выходе сумматора 9 будет равно числу, хранящемуся в регистре

5 десятков, т.е. будет равно двум, что соответствует частоте подключения потребителя 13 к сети питания, равной 20 Гц. В итоге, за период управления .Т на выходе мультиплекМ сора-селектора 3 формируется последовательность импульсов U (фиг. 2,ж), следующая е интегральной частотой

27 Гц (интегральная частота — количество импульсов за .заданный период, т.е. за период управления, равный

1 с, дифференциальная частота— величина, обратно пропорциональная периоду следования импульсов). С этой же частотой открывается тиристорный ключ 4, подключая соответственно потребитель 13 к сети питания. Мощность, подводимая к потребителю 13 и выраженная в процентах от номинальной (в данном случае P = 277), равна частоте подключения потребителя .13 к сети питания, Диаграмма тока протекающего в этом случае через потребитель 13, изображена на фиг.2з.

В предложенном устройстве .коммутация цепи электротермического потребителя 13 производится всегда в моменты перехода сетевого напряжения через нуль . Вследствие этого

1145334 сохраняется синусоидальная форма протекающего через потребитель 13 тока, что предопределяет увеличение коэффициента мощности электротермической установки и снижение потерь энергии в тиристорах вследствие исключения в них переходных процессов. Предложенное техническое решение практически сохраняет преимущество фазоимпульсного регулирования, которое заключается в непрерывном преобразовании входного сигнала в мощность нагревателя. Это достигается тем, что период управления мощностью не превышает 1 с, а постоянная времени промьпшленных нагревателей всегда больше 1 с, Практичес5 ки непрерывное преобразование достигается также малым шагом квантования мощности (1% от номинальной).

Это позволяет увеличить точность регулирования мощности и соответственно качество регулирования температу- . ры при использовании данного способа в АСУ электрическими процессами.

1145334

Составитель Л. Морозов

Редактор А, Долинич Техред И.Надь Корректор E. Сирохман

Заказ 1172/36 Тирах 863 Подписное

BHHHIIH. Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4