Устройство для регулирования переменного напряжения

 

Использование: изобретение относится к электротехнике , предназначено для использования в системах электропитания переменным током-различных электротехнических устройств и позволяет повысить быстродействие регулирования-напряжения на нагрузке. Сущность изобретена: регулирование напряжения на нагрузке 21 осуществляется с помощью фазового управлениявстречно-параллельными тиристорами 19 и 20. Формирование импульсов управления дпя каждого тиристора осуществляется в первой половине рабочего дпя соответствующего тиристора полупериода напряжения в зависимости от значения интеграла от квадрата напряжения сети, измеренного во второй половине предшествующего нерабочего полупериода напряжения таким образом, что обеспечивается поддержание заданного действующего значения напряжения на нагрузке При включении устройства регулятор обеспечивает плавное увеличение напряжения на нагрузке, 3 на

п9) 3Щ (1ц 2003171 С1 (5 ) 5 GО5РI 44

1(омитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

1 4

k / Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕБИЯ- - ..-

К ПАТЕНТУ (21) 5013717/07 (22) 22Л091 (46) 15.11.93 Бюл. ¹ 41-42 (76) Малафеев Сергей Иванович; Мамай Виктор

Степанович (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЙ АЕРЕ1ЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к электротехнике, предназначено для использований в системах электропитания переменным током различных электротехнических устройств и позволяет повысить быстродействие регулирования напряжения на нагрузке. Сущность изобретений регулирование напряжения на нагрузке 21 осуществляетя с помощью фазового управления встречно-парап— пельными тиристорами 19 и 20. Формирование импульсов управления дпя каждого тиристора осуществляется в первой половине рабочего дпя соответствующего тиристора полупериода напряжения в зависимости oi значения интеграла от квадрата напряжения сети, измеренного во второй половине предшествующего нерабочего полупериода напряжения таким образом, что обеспечивается поддержание заданного действующего значения напряжения на нагрузке. При включении устройства регулятор обеспечивает плавное увеличение напряжения на нагрузке, 3 ил.

2003171

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах электропитания переменным током различных электротехнических устройств, например осветительных приборов.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства для регулирования переменного напряжения, На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг, 2 — временные диаграммы его работы в установившемся режиме; на фиг, 3 — временные диаграммы сигналов при включении устройства.

Устройство для регулирования переменнога напряжения содержит первичный преобразователь напряжения 1, фазасдвигающий блок 2, первый 3 и второй 4 пороговые элементы, квадратар 5, сумматор 6 по модулю 2, модулятор 7, источник опорного напряжения 8, формирователь импульсов сброса 9, интегратор со сбросам 10, переключатель 11., апериодический фильтр 12, компаратор 13. первый 14 и второй 15 логические элементы И, первый 16 и второй 17 импульсные усилители, выводы 18 для подключения к питающей электрической сети, первый 19 и второй 20 тиристары, нагрузку 21, В регуляторе переменного напряжения нагрузка 21 подкл1ачена через два встречнопараллельно включенных тиристора 19 и 20 к питающей электрической сети 18, к которой подключен также первичный преобразователь напряжения 1, выход которого подключен к обьединенным входам фазосдвигающего блока 2, первого порогового элемента 3 и квадратора 5, выход которого подключен к информационному входу модулятора 7, управляющий вход которого абьединен с вторыми входами первого 14 и второго 15 элементов И и подключен к выходу сумматора 6 по модулю 2, первый вход которого абьединен с третьим входом второго элемента И 15 и падкиочен к выходу первого порогового элемента 3, а второй вход через второй пороговый элемент 4 подключен к выходу фазасдвигающега блока 2, информационный вход интегратора 10 подключен к выходу модулятора 7, управляющий вход через формирователь импульсов сброса 9 подключен к выходу второго порогового элемента 4, а выход подключен к первому входу компаратора 13, второй вход которого через апериодический фильтр 12 подключен к выходу переключателя 11, перВый вход Kotopof 0 соединен с выходам источника опорного напряжения 8, а второй вход соединен с шиной нулевого потенциала, выход компаратора 13 подключен к абьединенным входам первого и второго 15 а — Uìs n где U, м — амплитуда и частота, поступает на обьединенные входы фазосдвигающего блока 2, первого порогового элемента 3 и квадратора 5. На выходе фазосдвигающего блока формируется гармонический сигнал, сдвинутый относительно питающего напряжения на четверть периода: и2=К1 U stn (ы — Q, 40 где К1 — коэффициент передачи первичного преобразователя напряжения 1.

На выходе первого порогового элемента 3 формируется последовательность прямоугольных импульсов

0е при 0< t Т/2, аз=

О при Т/2< t < Т.

50 где Ue — напряжение, соответствующее уровню логической единицы.

Сигнал на выходе квадратора 5 а5=К5ц1 =К1 К50м sin «л=

= — К1 К Ом (1 — cos 2 м tj, 2 2

2 элементов И, выходы которых подключены к входам соответственно первого 16 и второго17 импульсных усилителей, третий вход первого элемента И 14 подключен к выходу

5 второго порогового элемента 4, выходы первого 14 и второго 15 элементов И через первый 16 и второй 17 импульсные усилители подключены к управляющим электродам соответственно первого 19 и второго 20 ти"0 ристаров.

На фиг. 2, поясняющей работу регулятора переменного напряжения в установившемся режиме, выходные сигналы элементов устройства обозначены симво15 лом и с индексом, соответствующем номеру элемента на функциональной схеме (фиг. I).

Устройство работает следующим образом.

Коммутирующий элемент переключателя 11 находится в положении "а", переходные

20 процессы в апериодическом фильтре 12 закончены и, следовательно, на его выходе действует сигнал, равный опорному напряжению и12=0о. Этот сигнал поступает на второй вход кампаратора 13.

Напряжение электрической сети.18 выражено уравнением

2003171 ра. Рассмотрим процесс формирования импульса управления в первом такте, начало которого соответствует моменту t=T/4, а окончание — моменту t-3T/4. В начале такта

5 (t-T/4) интегратор 10 импульсом иэ установлен в исходное состояние U lî-О. С момента Т/4 начинается интегрирование выходного сигнала модулятора 7 по закону

Оса-Кю иткс, т/4 (3) С учетом (1) и (2) в интервале Т/4

15 напряжение Ulo равно

О10=К1 K5K10 f U Oc т/4

20 и, следовательно, пропорционально среднему квадрату напряжения сети на расширяющемся интервале усреднения, Таким образом, с помощью интегратора 10 в интервале времени (T/4

t"Òl2 выходной сигнал интегратора 10 равен т/г

30 О1о =Kl К5К1о f Ом з1п ю сос т/4

КЬ5К100 мТ

-05=1/2К1 К50и (соз2 юс-1) при 0

Tl2

Выходной сигнал модулятора 7 поступает на информационный вход интегратора 10 45 со сбросом. Установка интегратора 10 осуществляется короткими импульсами сброса

Оэ с выхода формирователя 9 импульсов сброса. Импульсы сброса формируются вмоменты, соответствующие отрицательным 50 фронтам выходных импульсов второго fl0" рогового элемента, т. е. моменты времени

t-Т/4 и t=3T/4.

Выходные импульсы о9 формирователя

9 задают такты работы регулятора напряже- 55 ния. Длительность такта равна половине периода напряжения. В течение каждого такта осуществляется формирование импульса управления для соответствующего тиристогде K> — коэффициент передачи первичного преобразователя напряжения 1;

К5- коэффициент передачи квадратора 5.

Сигнал щ с выхода фазосдвигающего блока 2 поступает на вход второго порогового элемента 4, на выходе которого формируется последовательность прямоугольных импульсов. ue .при Т/4<с 3Т/4;

04

0 при 0

Сигналы из и U4 с выходов первого 3 и второго 4 пороговых элементов поступают соответственно на первый и второй входы сумматора 6 по модулю 2, на выходе которого формируются импульсы

Уе при 0

U6=U2904=

0 при Т/4

ВыхОДИОЙ сигнал 06 сумматора 6 пО модулю 2 управляет модулятором 7. При ссв-О коэффициент передачи модулятора 7 равен

Кт=1, при О6-Ue, коэффициент передачи модулятора 6 принимает значение Кт=-1.

Модулятор 7 преобразует выходной сигнал квадратора 5 таким образом, что на выходе модулятора 7 формируется напряжение о5=1/2К1 К50< (1-саз2 вс) при Т/4<с T/2; ЗТ/4

В момент времени с=сг выходной сигнал интегратора 10 достигает уровня Оо переключения компаратора 13. Значение U> со-. ответствует требуемому значению квадрата действующего напряжения на нагрузке 21.

В момент с=сг происходит переклочение компаратора l3; сигнал на его выходе скачком изменяет значение с уровня логической единицы U< до уровня логического нуля, Этот сигнал действует на объединенных первых входах первого 14 и второго 15логических элементов И. Так как на объединенных вторых входах этих элементов в течение интервала (Т/4<с <Т/2) с выхода сумматаОа по модулю 2 действует напряжение и6-0, то при Т/4<с < Т/2 сигналы ща=нт5=0.

В интервале (Т/2

При достижении выходным сигналом 01о интегратора 10 уровня переключения компаратора 13 в момент времени напряжение на выходе ком паратора 13 скачком увеличивается от О до уровня О логической единицы. Этот сигнал поступает на объединенные первые входы первого 14 и второго 15 элементов И, на вторых входах которых действует сигнал ug c уровнем логической единицы с выхода сумматора 6 по модулю 2. На третьем входе первого элемента И 14 действует сигнал uw=Ue с выхода второго порогового элемента 4, а на третьем входе второго элемента И 15 — сигнал из=О с выхода первого порогового элемента 3.

Следовательно, в момент t-Q на выходе первого элемента И 14 формируется передний фронт импульса управления, который через первый импульсный усилитель 16 поступает в управляющий электрод первого тиристора 19, напряжение на аноде которого положительное. Следовательно, в момент времени t2 происходит включение первого тиристора 19 и напряжение сети прикладывается к нагрузке 21, Диаграмма напряжения и21 на нагрузке (для случая активной нагрузки) показана на фиг. 2.

Таким об разом, в интервале (Т/4кения, происходит измерение квадрата действующего значения напряжения сети и определение момента времени g. при котором интеграл от квадрата напряжения в интервале Т/4кения формируется отпирающий импульс для первого тиристора в момент времени 5=Т-t>, В этом случае интеграл от квадрата напряжения за интервал Q

Диапазон регулирования угла включения О< а <л/2, что соответствует изменению напря>кения от 50 до 100;4 от номинального.

Так как включение тиристора осуществляется в интервале Т/2< 3T/4, т, е. в течение четвер и периода сетевого напряжения, то. следовательно, максимальная за5

25 д

- ;в

U12=Uo(1-e ), где О- постоянная времени фильтра 12.

Напряжение и 2 с выхода апериодическрого фильтра 12 поступает на второй вход компарэтора 13 и задает значение напряжения на нагрузке. В результате в переходном режиме углы включения изменяются от к/2 в начале процесса до установившегося значения, соответствующего заданному действующему значению напряжения на нагрузке, например, а =0 при равенстве действующего напря>кения питающей сети заданному значению. Таким образом, при включении устройства происходит плавное увеличение напряжения на нагрузке, благодаря чему ограничиваются переходные токи, увеличивается надежность и срок службы электрооборудования. Постоянная времени О выбирается в зависимости от параметров нагрузки. Для электрических ламп накаливания, например; она составляет несколько периодов сети.

Таким образом, применение в регуляторе переменного напряжения двух пороговых элементов, фэзосдвигающих блоков, формирователя импульсов сброса, сумматора по модулю 2, двух элементов И, модулятора и квадратора позволяет повысить быстродействие устройства.

Другим важным достоинством регулятора переменного напряжения является высокая помехоустойчивость. что обусловлено

50 держка включения тиристора не превышает четверти периода.т.е. 5 мс для общепромышленных сетей. Следовательно, предполагаемое. устройство для регулирования переменного напряжения имеет повышенное по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения быстродействие.

Формирование импульса управления для второго тиристора 20 происходит аналогично, но в интервале ЗТ/4

На фиг,. 3 приведены диаграммы работы регулятора переменного напряжения при включении, поясняющие ограничение переходного тока при активной нагрузке. 8 выключенном состоянии коммутирующий элемент переключателя 11 находится e положении "б", поэтому на входе и выходе апериодического фильтра 12 и, следовательно, втором входе компаратора 13 напряжение равно О, При этом углы включения, тиристоров равны Q =к/2. При переключении коммутирующего элемента переключателя 11 в положение "а" происходит увеличение выходного напряжения апериоического фильтра 12 по закону

2003171 интегрированием сигнала, пропорционального квадрату сетевого напряжения.

Использование предлагаемого регулятора переменного напряжения для питания электрооборудования различного назначения позволит улучшить качество злектроФормула изобретенйя

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ . ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее два встречно-параллельно включенных тиристора, включенные последовательно между выводами для подключения нагрузкй и выводами для ггодключения сети два импульсных усилителя, выходы которых подключены к управляющим выводам первого и второго тиристоров, первичный преобразователь напряжения, подключенный входой к выводам для подключения сети, фома того, интегратор, компаратор, апвриодический фильтр, переключатель и источник опорного напряжения; отличающееся. тем, что в него введены дна пороговых элемента, фазосдвигающий блок, формирователь импульсов сброса, сумматор пе модулю два, два .элемента И. модулятор в кваДратор, вход которого соединен с входом фаэасдвигающего блока и первого порогового элемента и подключен выходу первичнвго преобразователя напряжения, а выход подключен к информационному входу модулятора, управляющий вход которого обьэнергии, увеличить надежность и срок службы электротехнических устройств, (56) SU М 1259228, А1, 6 05 F 1/44, 1976.

SU М 1117604, А1, G 05 Р 1/44, 1984, б Я, П. Кунгас, П. М. Твардовский. Автоматизация управления и реали:ования напряжения в осветительных установках. — М..

3нергия, 1979.

1g единен с вторыми входами первого и второго элементов И и подключен к выходу сумматора по модулю два, а выход соединен с информационным входом интеграто.ра, уюравляющий вход которого через

15 формирователь импульсов сброса подключен к выходу второго порогового элемента, а выход - к первому входу компаратора, . второй вход которого через периодический фильтр подключен к выходу переключате20 ля, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а второй вход - с нулевым выводом, выход компаратора подключен к объединенным первым входам первого и второго элемен25 тов И, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго импульсных усилителей, третий вход первого элемента И объединен с вторым входом сумматора по модулю два и подключен к выходу второго noporoaoro элемента, вход которого соединен с выходом фазосдвигающего блока, третий вход второго элемента И обьединен с первым

Зб входам сумматора по модулю два и подключен к выходу первого порогового элемента.

2003171

Ур

А А А А

2003171

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3235

Производственно-издательский ком0инат "Патент"„г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель С. Малафеев

Редактор Е. Полионова Техред М.Моргентал корректор М. Самборская

Устройство для регулирования переменного напряжения Устройство для регулирования переменного напряжения Устройство для регулирования переменного напряжения Устройство для регулирования переменного напряжения Устройство для регулирования переменного напряжения Устройство для регулирования переменного напряжения Устройство для регулирования переменного напряжения 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области военной техники и может быть использовано в приборах ночного видения для питания электронно-оптических преобразователей

Изобретение относится к электротехнике

Изобретение относится к электротехнике, в частности к импульсным системам автоматического регулирования, и предназначено для использования в электроприводах переменного тока с ключевыми преобразователями

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям напряжения и тока электротехнологичских установок, и может найти применение для бесконтактного регулирования напряжения и тока в первичных обмотках трансформаторов питания выпрямителей, печей сопротивления, сварочных, дуговых и электролизных установок, зарядных устройств, емкостных накопителей энергии и ряда других потребителей

Изобретение относится к схеме питания с переключаемым режимом работы, содержащей как минимум два источника питания переключаемого режима, которые содержат трансформатор и которые имеют выход, соединенные параллельно

Изобретение относится к стабилизированным источникам высокого напряжения и может быть использовано для питания трубок рентгеновских аппаратов, кинескопов телевизоров, множительных копировальных аппаратов фотоэлектронных умножителей и других высоковольтных потребителей

Изобретение относится к преобразовательной технике, предназначено для поддержания заданной уставки действующего напряжения промышленных сетей освещения и может быть использовано для регулирования нагревательных устройств

Изобретение относится к устройству подавления радиопомех в электронном регуляторе мощности (РМ)

Изобретение относится к способу широтно-импульсной модуляции для последовательно включенных преобразователей, осуществляемому согласно дополнительной части пункта 1 формулы изобретения

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для повышения энергетических показателей трехфазных регуляторов переменного напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в модулях электропитания
Наверх