Устройство импульсного регулирования мощности в -фазной сети без нейтрали

 

с.ю.<.ог "н

ОП И "Й

Союз Советских

Социалистических

Республик

1) 596930

ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДПЕДЬСТ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 21.05,76 (21)2362444 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.03. 78. Бюллете (45) Дата опубликования описания10.0

1)М К,2

& 05 F 1/66

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изооретений и открытий о) УДК 621. 316..728(088, 8) (72) Авторы изобретения

П. И. Кравец, Н, А. Обопенцев, B. A, Скаржепа и К. В. Шелехов

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ

В от-ФАЗНОЙ СЕТИ БЕЗ НЕЙТРАЛИ

Предлагаемое устройство предназначено для дискретного регулирования мощности электротермических установок, подключенных к трехфазной сети переменного тока без нейтрали.

Известно устройство импульсного регулирования мощности в цепях переменного тока (1), (2).

Из известных устройств наиболее близкими по технической сущности к изобретению является устройство цифрового регулирования мощности (2) . Это устройство содержит последовательно соединенные связанный с сетью синхронизатор, формирователь импульсов управления, схемы И, первые входы которых соединены с соответствующими выходами синхронизатора, управляемые вентили и нагрузку.

Недостатком этого устройства является то, что регулирование мощности в нагрузке производится без учета мощностей, потребляемых нагрузкой от различных фаз сети. В случае трехфазной сети без нейтрали это приводит как к возникновению несимметричных режимов работы так и к импульсным перегрузкам сети, которые отрицательно влияют на подключенное к сети электрооборудование. Кроме того, известное устройство обеспечивает при максимальном сигнале управления значение мощности в нагрузке, равное величине мощности прямого (нерегулируемого) подключения нагрузки к сети, что сужает возможную область его применения, поскольку обычно электротермические установки работают при наибольших

s) значениях мощности, которые значительно меньше мощности прямого подключения нагревателей. Применение известного устройства для управления такими установками приводит к сужению диапазона регулирования мощности и снижению эффективности ре улирования.

Целью изобретения является обеспечение равномерной загрузки фаз трехфазиой сети без нейтрали и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве между синхронизатором и формирователем импульсов дополнительно включен счетчик, между схемами совпадения и входами управляемых вентилей включен шифратор, а между формирователем импульсов управления и схемами совпадения включены m-тактиый распределитель и триггер. Выходы распределителя подключены ко вторым входам соответствующих схем совпадения, а прямой выход триггера подключен к третьим входам всех схем совпадения. Вход триггера «установка 1» под25 ключен к выходу формирователя импульсов

596930 управления, а вход триггера «установка нуля» соединен с выходом другого счетчика, подключенного через схему ИЛИ к выходам всех схем совпадения.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства импульсного регулирования мощности в mфазной сети без нейтрали; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит синхронизатор 1, соединенный своими входами с шинами А, В, С сети 2, а выходом — со входом первого счетчика 3, выход которого соединен со входом формирователя 4 импульсов управления, а выход формирователя 4 соединен со входом трехтактного распределителя 5 и входом «установка

1» триггера 6. Выход распределителя 5 соединены со вторыми входами соответствующих схем 7, 8, 9 И, первые входы которых подключены к соответствующим выходам синхронизатора 1, третьи входы — к прямому выходу триггера 6, а выходы — ко входам шифратора 10, выходы которого подключены ко входам управляемых вентилей 11, 12, 13, подключенных последовательно с частями 14, 15, 16 нагрузки к сети 2. Кроме того, вход второго счетчика 17 соединен через схему 18 ИЛИ с выходами схем 7, 8, 9, а выход подключен ко входу «установка нуля» триггера 6. Шифратор 10 содержит схемы 19, 20, 21 ИЛИ, входы которых соединены с его входом, причем с первым входом соединены входы схем 19 и 20, со вторым входом — входы схем 20 и 21, с третьим входом — входы схем

21 и 19, а выходы этих схем являются выходами шифратора. Кроме того, к формирователю

4 подключены шины 22 сигнала управления.

Устройство работает следующим образом.

При появлении напряжения на шинах сети

2 синхронизатор 1 генерирует синхроимпульсы, совпадающие с моментами переходов через нуль напряжений фаз сети, которые поступают на вход счетчика 3 и на первые входы соответствующих схем совпадения 7, 8, 9. Счетчик

3 формирует импульсы синхронизации формирователя 4 делением частоты входных синхроимпульсов на целое число. Импульсы синхронизации поступают на вход формирователя 4, который формирует интервал импульсного управления мощностью и вырабатывает на < воем выходе в течение этого интервала тактовые импульсы управления, количество которых в течение интервала прямо пропорционально величине сигнала управления на шинах 22. Каждый тактовый импульс управления на выходе формирователя 4 коммутирует в нагрузку единичный импульс мощности с длительностью

Т„кратной длительности полупериода сетевого напряжения (фиг. 2).

Тактовые импульсы управления поступают на вход распределителя 5, чередуюшего порядок подключения схем 7, 8, 9 ко входам синхронизатора 1 во времени. Одновременно тактовые импульсы - поступают на входы «установка 1«триггера 6, переключая его в единичное состояние. При этом сигнал прямого выхода триггера U поступает на все схемы совпадения

7, 8, 9, снимая запрет их включения. Для включения любой схемы .7, 8, 9 необходимо совпадение во времени сигналов на всех ее входах. Например, если в предыдущий момент времени до прихода тактового импульса была подключена схема 9, то после прихода импульса распределитель 5 переключится в последующее состояние и подключит схему 7, отключив схему

9. Последующий тактовый импульс подключит

rëåìó 8, отключив схему 7 (см. сигналы U -,, U, и U> соответственно на фиг. 2) и т. д.

В любом случае, на выходе каждой из схем 7, 8, 9, подключенной в данный момент распределителем 5, последовательно во времени появляются импульсы, синхронные с моментами перехода через нуль напряжений соответствующих фаз сети. Так, при включении схемы 7 на ее выходе появляются импульсы, синхронные с напряжением U«II сети, на выходе схемы 8 при ее 5 включении — импульсы, синхронные с напряжением U>, на выходе схемы 9 — импульсы, синхронные с напряжением U p, . Количество импульсов в течение интервала Т> между двумя тактовыми импульсами управления определяет2Е ся длительностью включенного состояния триггера 6, которая, в свою очередь, определяется основанием счета счетчика 17, на вход которого через схему 18 ИЛИ поступают импульсы U > с выходов схем 7, 8 или 9. Счетчик 17 подсчитывает число импульсов на выходах этих схем в д соответствии с основанием его счета, после чего в момент окончания последнего импульса счета выдает сигнал U на установку в нуль триггера 6, запирая схемы 7, 8, 9 и ограничивая число импульсов, пропускаемых в течение интервала

Т, т. е. длительность единичного импульса в нагрузке. В рассматриваемом случае основание счета счетчика 17 равно двум, что соответствует единичному импульсу мощности Т„длительностью в два полупериода сетевого напряжения

Тс/2, т. е. Т.„равен Т .

Импульсы с выходов схем 7, 8 или 9 поступают на входы шифратора 10, с его выходов подаются на входы управляемых вентилей 11, 1, 13. Каждый импульс поступает на входы двух схем ИЛИ из трех, имеющихся в шифраторе, включая в течение полупериода сетевого

40 напряжения два вентиля из трех. Например, импульсы на выходе схемы 7, совпадающие по фазе с моментами перехода через нуль напряжения UAz сети, поступают на входы схем 19 и

20, одновременно включая вентили 11 и 12 (сигналы U I u UI ° на фиг. 2) и подключая части

14 и 15 нагрузки к фазам А и В сети в течение одного полупериода сети каждый. Импульсы на выходе схемы 8, синхронизированные с напряжением (1ве сети, одновременно поступают на входы вентилей 12 и 13 (сигналы U > и U ), подключая части 15 и 16 нагрузки к фазам В и

С сети, а импульсы на выходе схемы 9 подключают аналогично части 16 и 14 нагрузки к фазам С и А сети. В рассматриваемом случае длительность подключения составляет Тс, что соответствует основанию счета счетчика 17, равному двум.

Таким образом, устройство осуществляет чередование порядка использования фаз сети и потребления мощности от этих фаз во времени

Рм — Рвс — PGA — Рьь

Возможен и иной (обратный) порядок под596930

Форлула изобретения

15 ключения фаз PA — РсА — Рвс — PAs —.-. что достигается изменением направления переключения распределителя 5.

Расширение функциональных возможностей устройства достигается введением счетчиков

3 и 17, при помощи которых можно изменять длительность интервалов Т> и Т> соответственно, т. е. варьировать наибольшим значением мощности в нагрузке при максимальном сигнале управления в случае, когда импульсы управления идут с наибольшей частотой, равной частоте импульсов на выходе счетчика 3.

Так, например, если необходимо обеспечить наибольшую мощность в нагрузке Рм при максимальном сигнале управления

Рщ =К Pnpnog где

m=0, 1,2 ...; п=1, 2, 3";

Рр,э — мощность прямого подключения нагрузки к сети (при отсутствии регулятора), то основания счета счетчиков 3 и !7 устанавливают пропорциональными соответственно числам

m и и. Выбором основания счета счетчика

3 устанавливают наименьшую длительность Т>, а выбором основания счета счетчика 17 — длительность единичного импульса мощности Т .

Например, при необходимости обеспечить

P = Pzp у, известным устройством имею

1 щим 1 ступеней регулирования мощности в пределах от 0 до Р„,, диапазон регулирования сужается до N/2, а дискретность регулирования составляет 2 ". При использовании предла гаемого устройства, также имеющего

N ступеней в пределах от 0 до P„т. е. дискретность регулирования равна Р". При этом уменьшаются автоколебания мощности в нагрузке и повышается качество регулирования, например температуры в электротермических установках.

Следовательно, расширение функциональных возможностей устройства при введении в него двух счетчиков 3 и 17 выражается в достиженин регулируемого ограничения наибольшего значения мощности в нагрузке, что позволяет расширить диапазон регулирования и уменьшить дискретность регулирования мощности.

В качестве счетчиков 3 и 17 могут быть использованы счетчики по модулю, не являющемуся целой степенью числа два.

Таким образом, описанное устройство осуществляет равномерную загрузку фаз сети при одновременном расширении функциональных возможностей, выражающемся в ограничении наибольшего значения мощности в нагрузке на нужном уровне без увеличения дискретности регулирования.

Устройство импульсного регулирования мощности в ш-фазной сети без нейтрали, содержащее управляемые вентили и систему управления, состоящук> из последовательно соединенных синхронизатора, связанного с питающей сетью, и формирователя импульсов, а также

m многовходовых логических схем совпадения, первые входы которых соединены с синхронизатором, отличающееся тем, что, с целью обеспечения и расширения функциональных возможностей, между синхронизатором и формирователем импульсов включен счетчик, между схемами совпадения и входами управляемых вентилей включен шифратор, а между формирователем импульсов и схемами совпадения включены ш-тактный распределитель и триггер, причем выходы распределителя и дключены ко вторым входам схем совпадения, прямой выход триггера соединен с третьими входами схем совпадения, первый вход триггера подключен к выходу формирователя импульсов, а второй вход триггера соединен с выходом второго счетчика, подключенного через элемент ИЛИ к выходам всех схем совпадения.

Источники информации, принятыс во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР X 352265, кл. H 02 М 5/22, 1970.

2. Ins I rumen ts and Control Systems, США № 19, 1969, с. 71 — 72.

596930

Фиа. 1

Составитель Ю. Андреев

Техред О. Луговая Корректор А. Гриценко

Тираж 1033 Подписное

Редактор И. Тимофеева

Заказ 138/4б

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная. 4