Устройство для стабилизации переменного напряжения

 

Использование: изобретение относится к электротехнике , предназначено для использования в системах искусственного освещения производственных помещений и позволяет повысить быстродействие регулирования напряжения на нагрузке Сущность изобретения регулирование напряжения на нагрузке осуществляется с помощью фазового управления встречно-параллельными тиристорами. Формирование импульсов управления для каждого тиристора происходит в два такта В первом такте, соответствующем нерабочему для тиристора полупериоду напряжения, интегрируется сигнал, пропорциональный напряжению сети, и определяется момент времени, при котором интеграл от напряжения сети от начала периода до этого момента времени равен заданному средневыпрямленному значению напряжения на нагрузке Во втором такте, соответствующем рабочему для тиристора полупериоду напряжения, в зависимости от интеграла от напряжения сети формируется импульс управления для тиристора таким образом, что обеспечивается поддержание заданного средневыпрямленного значения напряжения на нагрузке. При включении устройства обеспечивается плавное увеличение напряжения на нагрузке 3 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5013530/07 (22) 08.08.91 (46) 30.10.93 Бюл. ¹ 39 — 40 (76) Малафеев Сергей Иванович (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к электротехнике, предназначено для использования в системах искусственного освещения производственных помещений и позволяет повысить быстродействие регулирования напряжения на нагрузке.

Сущность изобретения: регулирование напряжения на нагрузке осуществляется с помощью фазового управления встречно-параллельными тиристорами

Формирование импульсов управления для каждого тиристора происходит в два такта. В первом такте, (19) RU (11) 2002294 С1 (51) 5 G 05 F 1 44 соответствующем нерабочему для тиристора попупериоду напряжения, интегрируется сигнал, пропорциональный напряжению сети. и определяется момент времени, при котором интеграл от напряжения сети от начала периода до этого момента вре— мени равен заданному срЕдневыпрямленному значению напряжения на нагрузке. Во втором такте, соответствующем рабочему для тиристора попупериоду напряжения, в зависимости от интеграла от напряжения сети формируется импульс управления для тиристора таким образом, что обеспечивается поддержание заданного средневыпрямпенного значения напряжения на нагрузке. При включении устройства обеспечивается плавное увеличение напряжения на нагрузке. 3 ил.

2002294

20

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах искусственного освещения производственных помещений.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для стабилизации переменного напряжения для питания осветительных приборов; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие принцип его действия в установившемся режиме; на фиг. 3 — диаграммы процессов при включении устройства, Устройство для стабилизации переменного напряжения для питания осветительных приборов содержит выводы 1 для подключения питающей электрической сети, измерительный трансформатор 2 напряжения, вторичная обмотка которого снабжена отводом от среднего витка, два пороговых элемента 3 и 4. два интегратора

5 и 6 со сбросом, два компаратора 7 и 9, апериодический фильтр 8, два элемента И

10 и 12, переключатель 11, два импульсных усилителя 13 и 15, источник 14 опорного напряжения. выводы 16 для подключения нагрузки 17, два встречно-параллельных тиристора 18 и 19. При этом два встречно-параллельных тиристора 18 и 19 включены последовательно между выводами 16 для подключения нагрузки 17 и выводами 1 для подключения сети, к которым подключена первичная обмотка измерительного трансформатора напряжения 2, отвод отсреднего витка вторичной обмотки которого подключен к шине нулевого потенциала, каждый из крайних выводов этой обмотки подключен к информационному входу соответствующего интегратооа 5 или 6 и через соответствующий пороговый элемент 3 или 4 — к входу сброса ""оответствующего интегратора 5 или 6, выход каждого из которых подключен к первому входу соответствующего компаратора 7 или 9, вторые входы которых обьединены и через апериодический фильтр 8 подключены к выходу переключателя 11, первый вход которого соединен с выходом источника 4 опорного напря>кения, а второй вход соединен с шиной нулевого потенциала, выход каждого из компараторов 7 и 9 подключен к первому входу соответствующего элемента И 10 или 12, второй вход каждого из которых подкгпочен к выходу соответствующего порогового элемента 3 или

4, а выход подкл1очен к входу соответствующего импульсного усилителя 13 или 15, Устройство для стабилизации переменного напряжения для питания осветительных приборов работает следующим образом. В установившемся режиме (фиг. 2) коммутирующий элемент переключателя 11 находится в положении "а", переходные процессы в апериодическом фильтре 8 закончены и, следовательно, на его выходе действует сигнал, равный опорному напряжению Ua = Uo. Этот сигнал поступает на объединенные вторые входы компараторов

7и9, Напряжение питающей электрической сети поступает на вход измерительного трансформатора 2 напряжения. Напряжения с двух концов вторичной обмотки этого трансформатора, находящиеся в противофазе, поступают на входы первого 3 и второго 4 пороговых элементов, на входах которых формиру1отся сигналы соответственно

О приО < t < <Т/2 (U j ) О);

04 =

Ue при T/ 2 < t Т(0)<О);

0,при О О); 5 =

0 при Т/2 < t< T(+1<0); где Ue — напря>кение, соответствующее уровню логической "1";

U2, U2 — напряжения на первом и вто11 ром выходах вторичной обмотки измерительного трансформатора 2 напряжения.

Выходные напря>кения первого 3 и ВТо рого 4 пороговых элементов управляют двумя каналами устройства, осуществляющими включение двух тиристоров в соответствующие полупериоды сетевого напряжения.

Первый канал образован первым интегратором 5, первым компаратором 7, первым элементом И, первым импульсным усилителем

13 и осуществляет фазовое управление первым тиристором 18. Второй канал содержит второй интегратор 6, второй компаратор 9, второй элемент И 12, второй импульсный усилитель 15 и управляет вторым тиристором 18. Работа обоих каналов происходит аналогично, но в противофазе. В первом канале в начале периода (t = О) первый интегратор 5 устанавливается отрицательным фронтом импульса U4 в исходное состояние

U5 = О. Далее первый интегратор 5 интегрирует сигнал U2, пропорциональный напря1 жению питающей сети. В момент времени

tl при достижении выходным сигналом первого интегратора 5 уровня Uo переключения первого компаратора 7, т.е, при

Ф1 5 f 1- 2 dt = Uo, 1 о где К5> — коэффициент передачи первого интегратора 5, сигнал на выходе первого компаратора 7 изменяет уровень с Ue до О.

Процесс интегрирования продолжается, и

2002294

2л

G =7

50 при достижении выходным сигналом первого интегратора 5 уровня Uo переключения первого компаратора 7 сигнал на выходе последнего принимает значение От =- U .

Первый элемент И 10 выполняет логическое умножение импульсов с выходов первого порогового элемента 3 и первого компаратора 7. В результате в интервале времени tz t < Т на управляющем электроде первого тиристрра 18 с выхода первого элемента И 10 через импульсный усилитель

13 действует отпирающий импульс. Следовательно, в момент времени t2 происходит включение первого тиристора 18 и напряжение сети прикладывается к нагрузке 17. Диаграмма напряжения U17 для случая активной нагрузки показана на фиг. 2.

Таким образом, в первом полупериоде (О « Т/2) происходит измерение среднего значения напряжения питающей сети и определение момента времени t), при котором интеграл от части полуволны напряжения в интервале (О < t 5 tl) равен заданному среднему за полупериод значению напряжения (заштрихованный участок Uz на фиг.

2), во втором полупериоде (Т/2 < t «Т) в зависимости от измеренного среднего значения напряжения формируется отпирающий импульс для первого тиристора в момент времени t2 = Т вЂ” 11 В этом случае интеграл от напряжения за интервал (tz < t Т) равен заданному средневыпрямленному значению напряжения на нагрузке. При увеличении амплитудного значения напряжения сети уменьшается значение ti и, следовательно, увеличивается угол включения тиристора

Работа второго канала устройства, обеспечиваемого управление вторым тиристором

19, происходит аналогично, но в противофазе.

Так как измерение напряжения осуществляется в первом полупериоде за время

Т/2 (для общепромышленных сетей 10 мс), а отработка возмущения осуществляется в следующем полупериоде, то, следовательно, время задержки управления в предлагаемом техническом решении составляет половину периода сети, т.е. 10 мс. Таким образом, предлагаемый стабилизатор имеет повышенное по сравнению с известным устройствам аналогичного назначения быстродействие, На фиг. 3 приведены диаграммы работы стабилизатора при включении, поясняющие

45 процесс ограничения переходного тока при активной нагрузке. В выключенном состоянии коммутирующий элемент переключателя 11 находится в положении "б", поэтому на входе апериодического фильтра 8 и. следовательно. вторых входах компараторов 7 и 9 напряжение равно О. При этом углы включения тиристоров равны л. При переключении коммутирующего элемента переключателя 11 в положение "а" происходит увеличение выходного напряжения апериодического фильтра 8 по закону — i/ О

Us = Uo(1 — е ), где Π— постоянная времени фильтра 8.

Напряжение 0в с выхода апериодического фильтра 8 поступает на объединенные вторые входы первого 7 и второго 9 компараторов и задает значение среднего напряжения на нагрузке. В результате в переходном режиме углы включения изменяются от л в начале процесса до установившегося значения, соответствующего заданному средневыпрямленному значению напряжения на нагрузке, например, л — а — при равенстве питающего напряжения заданному значению, Таким образом, при включении устройства происходит плавное увеличение напряжения на нагрузке, благодаря чему увеличиваются надежность и срок службы ламп. Постоянная времени О выбирается в зависимости от параметров тепловой модели нагрузки и для ламп накаливания составляет несколько периодов сети.

Таким образом, предлагаемое устройство для стабилизации переменного напряжения для осветительных приборов обеспечивает повышенное быстродействие регулирования. Другим важным достоинством предлагаемого технического решения является высокая помехоустойчивость, что обусловлено интегрированием сигнала, пропорционального сетевому напряжению.

Использование устройства для стабилизации переменного напряжения для питания осветительных приборов позволит улучшить качество электроэнергии, увеличить надежность и срок службы ламп. (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1117604, кл. С 05 F 1/44, 1984.

Кунге Я.А., Твардовский П.M. Автоматизация управления и регулирование напряжения в осветительных установках. М.:

Энергия, 1979. с. 39, рис. 22.

2002294

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ для питания осветительных приборов, содержащее 5 два встречно параллельных тиристора, включенных последовательно между выводами для подключения нагрузки и выводами для подключения сети, два импульсных усилителя, входы которых подключены к 10 управляющим выводам первого и второго тиристоров, измерительный трансформатор напряжения, первичная обмотка которого подключена к выводам для подключения сети, интегратор, компара- 15 тор, апериодический фильтр, переключатель и источник опорного напряжения, отличающееся тем, что введены два пороговых элемента, второй интегратор, второй компаратор и два элемента И, а втсричная обмотка измерительного трансформатора напряжения снабжена отводом от среднего витка, который подключен к шине нулевого потенциала, первый и второй интеграторы имеют входы сброса, при этом каждый из крайних выводов вторичной обмотки измерительного трансформатора подключен к информационному входу соответствующего интегратора и через соответствующий пороговый элемент к входу сброса соответствующего интегратора, выход каждого из которых подключен к первому входу соответствующего компаратора, вторые входы которых обьединены и через апериодический фильтр подключены к выходу переключателя, первый вход которого соединен с выходом и сточника опорного напряжения, а второй вход соединен с шиной нулевого потенциала, выход каждого из компараторов. подключен к первому входу соответствующего элемента И, второй вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего порогового элемента, а выход подключен к входу соответствующего импульсного усилителя.

2002294 к

I

0

И

И

О

0 а о б ц

О 9

О и„

0 (P

2002294 и, Г. !

Составитель С.Малафеев

Редактор T.Ëoøêàðåaà Техред М.Моргентал Корректор В.Петраш

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3173

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

6р

О

Ы/

Р

L А Ю А А