Устройство для регулирования мощности

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к источникам вторичного электропитания нагревательной аппаратуры. Цель изобретения - повьшение точности регулирования и расширение диапазона возможных напряжений на нагрузке. Устройство содержит управляемый генератор 1 постоянного тока, узел 8 синхронизации, преобразователь 11 код - длительность, линию 19 задержки, переключатель 20 вида нагрузок, формирователь 21 первого импульса управления, элемент И 22, переключатель 23 вида нагрузок,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (ii) А1 (51) 4 G 05 Р 1/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

" ч

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4159269/24-07 (22) 10, 12.86 (46) 07.09.88. Бюл. N - 33 (72) В.Д. Купченко и В,M. Колесников (53) 621.316. 722. 1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1145334, кл. G 05 Г 1/66, 1983.

Регулятор мощности на тиристорах для однофазного или многофазного режима. Материалы фирмы Фтатлипс, ФРГ.

Ч.: ГПНТБ СССР, перевод 82/17920, ВЦП Г-38782. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания нагревательной аппаратуры. Цель изобретения повышение точности регулирования и расширение диапазона возможных напряжений на нагрузке. Устройство содержит управляемый генератор 1 постоянного тока, узел 8 синхронизации, преобразователь 11 код — длительность, линию 19 задержки, переключатель 20 вида нагрузок, формирователь 21 первого импульса управления, элемент

И 22, переключатель 23 вида нагрузок, 1422230 моностабильный триггерный каскад 24, элемент И 25, элемент ИЛИ 26, запускающий генератор 27, триак 28, детектор 29 положительных фаз и нулевых значений, шины 30, 31 цепи переменного тока, блок 32 питания переменного тока, детектор 33 отрицательных фаз и стабилизатор 34 напряжения постоянного тока. В канале управления весь диапазон аналоговой ошибки управления разбит на дискретные зоны, и измерение дискретных сигналов сводится к интегральному подсчету во

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при управлении электропечами, реакторами, термостатами, а также нестандартными нагрузками, напря- . жение которых отличается от 220 В.

Цель изобретения - повышение точности регулирования и расширение диапазона возможных напряжений на нагрузке, На фиг. 1 представлена функциональ" ная схема предлагаемого устройства для регулирования мощности; на фиг.2 и 3 — временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие его работу (индексы при напряжениях соответствуют цифровым позициям блоков на фиг. 1).

Устройство содержит управляемый генератор 1 (фиг. 1) постоянного то- 20 ка с иаточниками 2 опорного напряжения, цифроаналоговым преобразователем 3, первым компаратором 4 (компаратором аналоговой ошибки управления), вторым компаратором 5 (компаратором 25 второй ошибки управления), блоком 6 направления счета и реверсивным счетчиком 7 импульсов, узел 8 синхронизации с усилителем 9 и формирователем 10 импульеа начальной у"тановки, 30 преобразователь 11 код — длительность с дешифратором 12 ошибки управления, коммутатором 13 задания верхнего предела мощности, имеющим, например, пятнадцать переключателей, блоком 14 совпадения, триггером 15 длительности импульсов управления постоянного времени импульсов положительной фазы.

В канале синхронизации развертка начала и конца цикла пересчета осуществляется соответственно по импульсам положительных фаз и нулевых значений, Преобразование дискретного сигнала ошибки управления в нормированный широтно-импульсный сигнал производится без погрешностей, связанных со смещением нулевой точки, обратным ходом, нелинейностью и .постоянной составляющей напряжения схемы пересчета. 3 ил. тока, блоком f6 пересчета по модулю, равному М, мультиплексором 17 и дешифратором 18 синхронизации, линии 19 задержки„первый переключатель 20 вида нагрузок, формирователь 21 первого импульса управления, первый элемент И 22, второй переключатель 23 вида нагрузок, синхронизированный с первым переключателем 20, моностабильный триггерный каскад 24, второй элемент И 25, элемент ИЛИ 26, запуска-, ющий генератор 27 (с импульсным трансформатором), триак 28, детектор 29 положительных фаз и нулевых значений„ шины 30 и 31 цепи переменного тока, блок 32 питания переменного тока, детектор 33 отрицательных фаз и стабилизатор 34 напряжения постоянного тока, обеспечивающий питание всех используемых электронных блоков. На схеме обозначены также вывод 35 для подключения поступательного полюса источника управляющего напряжения и нагрузка 36. Инвертирующий вход компаратора 4 соединен с выводами для подключения источника управляющего напряжения (с выводом 35 и шиной ну- . левого потенциала, не показанной на схеме), Первый вход элемента И 22 через переключатель 20 вида нагрузок подключен к входу и выходу линии 19 задержки. Первый вход элемента И 25 через моностабильный триггерный кас-! кад 24 соединен с выходом элемента

И 22. Первый вход формирователя 21 первого импульса управления подключен

1422230

20

30

40

45 ной фазы формирователь 10 импульса начальной установки сбрасывает блок

16 пересчета по модулю в нуль, а по переднему фронту следующего импульса положительной фазы производится запуск последнего. При этом импульсы нулевых значений поступают на синхронизирующий вход блока 16 пересчета по модулю, а с параллельных выходов сигнал через мультиплексор 17 подво55 дится к входам дешифратора 18 синхронизации. На первом входе дешифра-, тора 18 синхронизации и íà S-входе триггера 15 длительности импульса ,управления постоянного тока появляк выходу линии 19 задержки, входы элемента ИЛИ 26 соедины с выходами элемента И 25 и формирователя 21 первого импульса управления ° Вход детектора 29 положительных фаз и нулевых значений .подключен к цепи переменного тока, в частности к выходу блока

32 питания, первый выход - к первому входу узла 8 синхронизации (к одному из входов формирователя 10 импульса начальной установки) и второму входу элемента И 22, а второй выход — к вторым входам элемента И 25 и формирователя 21 первого импульса управ ления, вход запускающего генератора

27 через переключатель 23 вида нагрузок соединен с выходами элементов

И 25 и ИЛИ 26, а выход подключен к управляющему входу триака 28, включенного в цепь переменного тока и снабженного параллельным RC-звеном (не показано). Вход детектора 33 отрицательных фаз соединен с третьим выходом детектора 29 положительных фаз и нулевых значений, а выход — с вторым входом узла 8 синхронизации (с другим входом формирователя 10 импульса начальной установки). Синх- . ронизирующий вход блока 16 пересчета по модулю. подключен к второму выхо° ду детектора 29 положительных фаз и нулевых значений, вход сброса— к выходу узла 8 синхронизации (к выходу формирователя 10 импульса начальной установки), а выходы через мультиплексор 17 — к входам дешифратора 18 синхронизации. Первые группы входов коммутатора 13 задания верхнего предела мощности и блока 14 совпадения соединены с выходами дешифратора 18 синхронизации. Вторая группа входов коммутатора 13 задания верхнего предела мощности подключена к выходам дешифратора 12 ошибки управления, а выходы — к второй группе входов блока 14 совпадения. Вход установки в единичное состояние S триггера 15 длительности импульса управ.ления постоянного тока соединен с первым выходом дешифратора 18. синхронизации, вход установки в нулевое состояние L — с выходом блока 14 совпадения, а выход — с входом линии

19 задержки. Выход источника. 2 опорного напряжения подключен к опорному входу цифроаналогового преобразователя 3 и неинвертирующему входу компаратора 4. Неинвертирующий вход компаратора 5 соединен с выходом ком\ паратора 4, подключенным к третьему входу узла 8 синхронизации (к входу усилителя 9), инвертирующий вход— с выходом цифроаналогового преобразователя 3, подключенным к третьему входу элемента И 22, а выход — с входом блока 6 направления счета. Входы реверсивного счетчика 7 импульсов подключены к выходу блока 6 направления счета и первому выходу детектора

29 положительных фаз и нулевых значений, а выход - к цифровым входам цифроаналогового преобразователя 3 и входам дешифратора 12 ошибки управления.

Устройство работает следующим образомм.

Мощность сети переменного тока подается к нагрузке 36 через триак 28.

На вход детектора 29 постоянно с выхода блока 32 питания поступает переменное напряжение. Блок 32 питания с гальваническим разделением от сети трансформирует без сдвига фазы относительно шин 30 и 31 переменное напряжение и обеспечивает через блок 34 стабилизации напряжение питания для эл ектр о нных схем. Детектор 29 пр еобразует сетевое переменное напряжение в импульсы нулевых значений и импульсы положительных фаз, детектор 33в импульсы отрицательных фаз. С пер,вого выхода детектора 29 и выхода детектора 33 на узел 8 синхронизации постоянно поступают импульсы положи.тельных и отрицательных фаз. При изменении управляющего напряжения, при котором ошибка управления становится больше нуля, на выходе усилителя

9 возникает ступенчатая функция. По переднему фронту импульса отрицатель30 6 импульсом, соответствующим положитель ной фазе, в нагрузке 36 при нуле напряжения формируется положительная полувол на, являющаяся началом импульса мощности с целым числом воля.

При индуктивной нагрузке сформированный импульс постоянного тока с -выхода триг г ер а 1 5 поступает через линию 19 задержки на формирователь 21 первого импульса управления и на первый вход элемента И 22. Выделенный первый задержанный импульс складывается в элементе ИЛИ 26 с последующими импульсами положительных и отрицательных фаз. Первым задержанным импульсом, соответствующим положительной фазе, в нагрузке 36 при нуле тока формируется положительная полуволна, являющаяся началом импульса мощности а целым числом волн.

По переднему фронту тридцатого импульса нулевых значений (при М = 30 и использовании s управляемом генераторе 1 постоянного тока четырехраэрядного преобразователя) блок 16 пе" ресчета по модулю сбросится в нуль и процесс повторится. Если за время цикла управляющее напряжение на входе управляемого генератора 1 постоянного тока уменьшилось, то на втором цикле длительность импульса или число целых волн„ или мощность импульса в нагрузке увеличится.

Переключатели коммутатора 13 задают верхний предел мощности. При замыкании, например, третьего или десятого переключателей в нагрузку 36 подается соответственно ограниченная мощность:

Р. = Р " ""= Р 3/15 или М 2 где P„

М/2

В интервале ограниченной мощности производится регулирование целыми волнами от 0 до 3 или от 0 до 10 волн при длительности цикла в 15 воли и

5 14222 ется логическая единица, по переднему фронту которой триггер 15 переключается, формируя передний фронт импульса управления.

Одновременно по каналу,управления, несущего информацию о величине аналогового сигнала, на выходе компаратора 4 формируется первая ошибка управления, а на выходе компаратора 5 " вторая ошибка управления, которая через блок 6 направления счета поступает на соответствующий вход реверсивного счетчика 7, производящего сложение или вычитание импуль- 15

l сов положительной фазы. Интегральной сумме указанных импульсов по времени соответствует параллельный выходной код, который направляется на входы цифроаналогового преобразователя 3 20 и дешифратора 12 ошибки управления.

На выходе цифроаналогового преобразо.вателя 3 сигнал преобразуется в первую дискретную ошибку управления, синхронизированную импульсами положитель- 25 . ных фаэ. С выхода дешифратора 12 сигнал, преобразований в код "1 из п" и соответствующий цифровому выходу реверсивного счетчика 7 или первой

30 первой аналоговой ошибке управления компаратора 4, поступает также через коммутатор 13 задания верхнего предела мощности на соответствующий вход блока 14 совпадения, При подведении

З логической единицы по каналу синхронизации, возникающей последовательно на выходах дешифратора t8 синхронизации, соответствующих входах коммутатора 13 задания и входах блока 14 совпадения, триггер 15 переключается в исходное состояние, при этом на его выходе заканчивается формирование длительности импульса управления по.стоянного тока.

При активной нагрузке сигнал с вы"хода триггера 15 через переключатель

20 поступает на первый вход элемента И 22, который формирует из импульса управления постоянного тока соответствующее число положительных импульсов. Моностабильный триггерный каскад 24 и элемент И 25 восстанавли.— вают такое же число импульсов, соответствующих по времени отрицатепьным

55 фазам. Четное число импульсов с выхо1 да И 25 через переключатель 23 и за пускакиций генератор 27 поступает на управляющий вход триака 28. Первым действующая мощность нагрузKH действующая мощность нагрузки в случае ее непосредственного включения в сеть; максимальное число волн

s юкпульсе; максимальное возможное число волн в цикле (Т, ).

1422230

p„ /p, = m„,„,(È/2), З5 ллексором, дешифраторами ошибки уп40

55 первой положительной полуволне в импульсе., Необходимый коэффициент ограничения скважности определяется отношением мощностей

Так как период импульсов нулевых значений равен 0,01 с, то время цикла составляет 0,3 с, Погрешность цикла определяется нестабильностью частоты сети, которая уменьшается во времени с увеличением модуля.

Весь диапазон ошибки управления, равный разности опорного напряжения и управляющего аналогового сигнала, нормируется с помощью второй ошибки управления и импульса положительной фазы в дискретные сигналы, которым соответствуют известные коды, длитель ности импульсов, число волн, мощности в нагрузке и выходы на коммутатор .13 задания верхнего предела мощности.

В преобразователе 11 код — длительность отсутствует источник смещения нулевой точки, вызывающий обычно дополнительную погрешность три преобразовании аналогового сигнала в широтно-импульсный сигнал, а в блоке 16 пересчета по модулю, эквивалентному генератору линейного пилообразного напряжения, отсутствует постоянная составляющая напряжения, что также позволяет повысить точность широтноимпульсного преобразования. Ограничение мощности с фиксированным коэффициентом скважности, производимое коммутатором 13 задания верхнего предела мощности, оказывается предпоч тительней фазового ограничения, осуществляемого с помощью угла отпирания и проводимости, так как облегчает тепловой режим тиристоров, не снижая их параметров по токам, и ха;рактеризуется отсутствием ступенчатых функций включения.

Формула изобретения

Устройство для регулирования мощности, содержащее управляемый генератор постоянного тока с первым компаратором, инвертирующий вход которого соединен с выводами для подключения источника управляющего напряжения, первый элемент И, первый:вход которого через первый переключатель вида

1 5 .20

30 нагрузок подключен к входу и выходу линии задержки, второй элемент И, первый вход которого через моностабильный триггерный каскад соединен с выходом первого элемента И, формирователь первого импульса управления, первый вход которого подключен к выходу .линии задержки, элемент ИЛИ„ входы которого соединены с выходами второго элемента И и формирователя первого импульса управления, детектор положительных фаз и нулевых значений, вход которого подключен к цепи переменного тока, первый выход— к первому входу узла синхронизации и второму входу первого элемента И, а второй выход — к вторым входам второго элемента И и формирователя первого импульса управления, запускающий генератор, вход которого через второй переключатель вида нагрузок соединен с выходами второго элемента

И и элемента ИЛИ, а выход подключен к управляющему входу триака, включенного в цепь переменного тока и снабженного параллельным RC-звеном, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования и расширения диапазона возможных напряжений на нагрузке, в него введены детектор отрицательных фаз и преобразователь код-длительность с блоком пересчета по модулю, мультиравления и синхронизации, коммутатором задания верхнего предела мощности, блоком совпадения и триггером длительности импульса управления постоянного тока, а управляемый генератор постоянного тока снабжен вторым компаратором, источником опорного напряжения, цифроаналоговым преобразователем, реверсивным счетчиком импульсов и блоком направления счета, причем вход детектора отрицательных фаз соединен с третьим выходом детектора положительных фаз и нулевых значений, а выход — с вторым входом узла синхронизации, синхронизирующий вход блока пересчета по модулю преобразователя код-длительность подключен к второму выходу детектора папожительных фаз и нулевых значений, вход сброса— к выходу узла синхронизации, а выходы через мультиплексор — к входам дешифратора синхронизации, первые группы входов коммутатора задания верхнего предела мощности и блока совпадения

9 1 22 соединены с выходами дешифратора синхронизации, вторая группа входов комМутатора задания верхнего предела мощности подключена к выходам дешифра5 тора ошибки управления, а выходы—

К второй группе входов блока совпадения, вход установки в единичное состонние триггера длительности импульса управления постоянного тока соединен 1g .с первым выходом дешифратора синхронизации, вход установки в нулевое состояние — с выходом блока совпадения, а выход - с входом линии задержки, выход источника опорного напряжения

"управляемого генератора постоянного тока подключен к опорному входу .цифроаналогового преобразователя и неин230 10 вертирующему входу первого компарато-,, ра, неинвертирующий вход второго компаратора соединен с выходом первого компаратора, подключенным к третьему входу узла синхронизации, иннертирующий вход — с выходом цифроаналоговогос преобразователя, подключенным к третьему входу первого элемента И, выход — с входом блока направления счета, входы реверсивного счетчика импульсов подключены к выходу блока направления счета и первому выходу детектора положительных фаэ и нулевых значений, а выходы - к цифровым входам цифроаналогового преобразователя и входам дешифратора ошибки управления преобразователя код-длительность .

1422?30

Vgg-1 ии-ю

Vgg-g

Vrs-r

V»

Vrg

Vgr

pu cwmu ло

11 иагру7ке

0gg иго

Vgf

g7gg иг6-1 ии-г

g7gg-1 и„., сogprrrruvavvedr

4(кррМЫ код с ге/77vu1rrr 7 йолюеспгбо Уиспо Вопи В дплн д v nynd- rgunne v dnuce викт m mend НагтЬ О а ndca c

Нощь осо74 dg //Я

Vd upu

Vu,--7В

П,ПОООВь 0,.008258

sîîîî

Ро 0,0667

Р, 0,1555

002

00625бь Уч i 0,7250б

ООО1

72506 S g» ñ0 16 75И

0 16 75И4 иь 0,2500д

О010

001 7

0,08

Ро 0200

r.ú

77 =50

О 75006s Ud сО,.71258

Pr П 2888

0,О6

0,51256 Ь 14 с 0..7750д

Ро 0 Я.Ш

Ро 0,4000

0,10

070 7 (575ОВс Ud с 0,45756

О 72

01 70

Ро . 0 4888

Ро.05ÞÕ7

04575еси сО5000И

0,74

7000

0,50006 Ь и, с О5825В

0,16

Ро 0 6000

Ро.0 8668

056256 s Уос 0,6250б

0 18

7001

О 2506 U с0,6В75В

1010

0,20

Ро О 7.Ш

Ро-0.8000

08875дс ио4 0,75008

1071

022

075Î0B = ио с 0,6125В

1100

024

0,81256 ьиос087508

Р 0,6888

Ро 09555

1101

0,28

ОВ750ИЬ иа с 0,9575d

1770

026

Ро 10000

1711 а, И756 а и4 с 10000В

0,30 ил

27ggrrr и9

Составитель Л. Морозов

Техред А.Кравчук

Корректор A- Обручар

Редактор Л. Гратилло

Заказ 44311 48 Тираж 866 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытии

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, /

4!5

Производственно-лолиграфическое лредприятие, . р ро r. Ужго од ул. Проектная, 4