Цифровое устройство для управления широтно-импульсным регулятором переменного напряжения

,х 877784, кл. НСпециальныеЧ Г У. Чебокса ры,л. % 27ов,В,МГ. Гера Яров,мов и С. П. Игыи уциверси осударствсянова088,8)видетельство02 Р 13/30,вопросы981, с. 95 СССР981.лектро97. мии ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(54) (57) ЦИФРОВОЕ УСТРОИСТВО ДЛЯ У 11 РАВЛЕНИЯ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее датчик фазы напряжения с пятью выходами, соответствующими прямоугольным импульсам, совпадающим с положительными и отрицательными полуволнами синусоиды напряжения сети и с второй половиной каждого полупериода, и коротким импульсам в моменты времени соответствующие фазе сетевого напряжения 90 и 270 эл. град., пятый выход подключен к входу генератора тактовых импульсов, четвертый выход - к входу двоичного счетчика, преобразователь напряжение - частота, выход которого через первый формирователь импульсов подключен к одному из входов элемента совпадения, к другому входу которого через первый ключ подключены выход второго формирователя и пятый выход датчика фазы напряжения, выходной усилитель, к входу которого подключен блок согласования, один из входов второго ключа через третий формирователь импульсов подключен к выходу двоичного счетчика, другой вход через второй формирователь импульсов к выходу генератора тактовых импульсов, отличаяи(ееея тем, что, с целью улучшения энергетических показателей и повышения надежности регулятора, оно снабжено блоком фазирования, первый вход которого подключец к выходу первого ключа, второй, трстий и четвертый входы подклкчсцы к первому, второму и третьему выходам датчика фазы напряжения, пятый вход подключен к выходу второго ключа выхо . и входу блока согласования, при этом блок фдзи.ровацця содержит три элемента И - НЕодин элемент И - ИЛИ - НЕ, первый и второй входы второго элемента И - НЕ являются первым и вторым входами блока фазирования, к второму входу третьего элемента И - НЕ подключены третьи входы первого и второго элементов И - НЕ, к третьему входу подключен первый вход первого элсмсцтд ИНЕ, к четвертому входу - первый вход элемента И в ИНЕ, второй, третий и четвертый входы третьего элемента И Н 1.являются третьим, четвертым и пятым вхо- Ж дами блока фазирования, выход первого элемента И - НЕ через первый формирователь ЦГЯ импульсов по фронту входного сигндлд сос- ффф динец с входами 8 и )х первого и второго триггеров и через первый элемент НЕс вторым входом элемента И - ИЛИНЕ, третий и четвсртый входы которого подключены к прямому выходу второго триггера и к пс рФюй вому входу третьего элемента И - НЕ, выход которого соединен с входом 8 трстьсгс триг- (; гера, инверсный выход которого через третий формирователь импульсов цо фронту входного сигнала соединен с входом 1 с псрвого триггера, инверсныи выход которого подключен к третьему входу первого эле- С",;) мента И - НЕ, прямой выход третьего триггера соединен с пятым входом элемента И в ИНЕ, шестой вход которого через второй элемент НЕ подклкчен к выходу второго элемента И - НЕ, к входу К третьего триггера и к входу второго формирователя импульсов по фронту входного сигнала, выход которого соединен с входом 5 второго триггера, инверсный выход которого подключен к седьмому и восьмому входам элемента И - ИЛИ - НЕ, выход которого является выходом блока фазировация.системой широтно-импульсного управления; на фиг, 2 и 3 - принципиальные схемы блоков системы управления; на фиг. 4 и 5 - временные диаграммы.Цифровое устройство содержит датчик 1 фазы напряжения, генератор 2 тактовыхимпульсов, двоичный счетчик 3, элемент 4 совпадения, формирователи 5 - 7 импульсов, преобразователь 8 напряжение - частота, ключи 9 и 10, блок 11 фазирования, блок 12 согласования и выходной усилитель 13.Предположим, что система управления должна обеспечить подключение нагрузки на время, равное двум периодам питающей сети, а весь период регулирования содержит четыре периода напряжения сети. Период ре гулирования задается генератором 2 тактовых импульсов, представляющим собой двоичный счетчик, пересчитывающий импульсы с фазовым углом 270 эл. град. (фиг. 1) С преобразователя 8 напряжение - частота в двоичный счетчик 3 через элемент 4 совпадения поступает число импульсов, соответствующее периодам напряжения сети, которые необходимо пропустить к нагрузке. Преобразование напряжения задания 11 з в число импульсов осуществляется в прямом коде. Меньшему напряжению задания 11 з соответствует меньшее число импульсов (за интервал времени 1 - 1 ь фиг. 4) на выходе преобразователя. Эти импульсы поступают в двоичный счетчик 3 за время ( - 11 (фиг. 4), Импульсами, соответствующими фазе сетевого напряжения 90 эл. град., которые поступают с второго выхода датчика 1 фазы напряжения двоичный счетчик 3 доводится до полного заполнения. После заполнения двоичного счетчика 3 сигнал с его выхода через третий формирователь 7 импульсов размыкает второй ключ 10 (момент 1), разрешающий работу выходного усилителя 13, а блок 11 фазирования выдает этот сигнал с задержкой на 180 эл.град, с фазовым углом 270 эл. град. (момент 1., фиг, 4). По приходу четвертого импульса с первого выхода датчика 1 фазы напряжения генератор 2 тактовых импульсов выдает импульс запрета (момент 1 у.), закрывающий второй ключ 10, и блок 12 согласования запрещает работу выходного усилителя 13.Двоичный счетчик 3 устанавливается в нулевое состояние, а первый ключ 9 замыка 152025 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулированию напряжения и мощности электрических печей сопротивления, включаемых в сеть через трансформатор с помощью встречно-параллельно соединенных тиристоров.Цель изобретения - улучшение энергетических показателей и повышение надежности регулятора.На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства с цифровой ется. Весь цикл работы двоичного счетчика 3 начинается сначала.На выходе блока 11 фазирования сигнал на выключение появляется с задержкой на 180 эл. град. (момент 1,), После перехода напряжения питающей сети через нуль блок 11 фазирования с задержкой на 90 эл. град. выдает сигнал на кратковременное ювторное включение выходного усилителя 13 с фазовым углом 270 эл. град. (момент 1). В момент временинагрузка отключается от питающей сети,Следующий цикл работы регулятора начинается с фазовым углом 90 эл.град. (момент 1 у), после прихода импульса с выхода двоичного счетчика 3. В момент времени (яо генератор 2 тактовых импульсов запрещает работу выходного усилителя. Нагрузка отключается от питающей сети. После перехода напряжения питающей сети через нуль блок 11 фазирования с задержкой на 90 эл. град. выдает сигнал на кратковременное повторное включение выходного усилителя 13 с фазовым углом 90 эл. град. (момент 1 у).Таким образом, блок 11 фазирования формирует угол задержки момента включения выходного усилителя 13 в первом периоде каждого интервала включенного состояния поочередно величиной 90 и 270 эл. град. (моменты 1, 1, 1 д), а после окончания интервала включенного состояния кратковременно повторно включает выходной усилитель 13 с задержкой момента повторного включения на 90 эл. град. относительно последнего момента перехода напряжения питающей сети через нуль на интервале включенного состояния (моменты 1, 1,1 ю, 1 )Электрическая схема блока фазирования (фиг. 2) имеет трехвходовые элементы И - НЕ 14 и 15, четырехвходовой элемент И - НЕ 16, формирователи 17 - 19 импульсов по фронту входного сигнала, элементы НЕ 20 и 21, Ю-триггеры 22 - 24, восьмивходовой элемент И - ИЛИ - НЕ 25.Блок фазирования работает следующим образом.Предположим, что в момент времени 1 (фиг. 5) генератор 2 тактовых импульсов выдает импульс запрета, закрывающий второй ключ 10, с выхода которого уровень логического нуля поступает на третий вход третьего элемента И - НЕ 16 и восьмой вход элемента И - ИЛИ - НЕ 25. При этом на выходе последнего появляется уровень логической единицы, запрещающий работу выходного усилителя 13. В момент времени 1 уровень логической единицы устанавливается одновременно на всех входах второго элемента И - НЕ 15, поступающий с выхода первого ключа 9, с третьего и четвертого выходов датчика 1 фазы напряжения. На выходе второго элемента И - НЕ 15 появля. ется уровень логического нуля, который ин вертируется вторым элементом НЕ 21 и поступает на пятый вход элемента И - ИЛИ - НЕ 25, с выхода которого низкий логический уровень разрешает работу выходного усилителя 13 с фазовым углом 90 эл. град. В момент 1 второй элемент И - НЕ 15 закрыЬ 5 вается уровнем логического нуля, поступающим с третьего и четвертого выходов датчика 1 фазы напряжения, на его выходе устанавливается уровень логической единицы. При этом элемент И - ИЛИ - НЕ 25 запрещает работу выходного усилителя 13, а на выходе второго формирователя 18 импульсов по фронту входного сигнала формируетсякороткий импульс, который устанавливает 15 20 25 второй триггер 23 в единичное состояние. Импульсами с фазовым углом 90 эл. град., которые поступают от датчика 1 фазы напряжения, двоичный счетчик 3 доводится до полного заполнения.После заполнения двоичного счетчика 3 сигнал с выхода третьего формирователя 7 импульсов размыкает второй ключ 10 (мо мент 1 э), на выходе которого появляется уровень логической единицы. В момент времени т 4 одновременно на всех входах третьего элемента И - НЕ 16 устанавливается уровень логической единицы, поступающий с неинверсного выхода второго триггера 23, с четвертого и пятого выходов датчика 1 фазы напряжения и с выхода ворого ключа10. Короткие импульсы с выхода третьегоэлемента И - НЕ 16 устанавливают третий триггер 24 в единичное состояние. При этом на выходе элемента И - ИЛИ - НЕ 25 появляется уровень логического нуля, который разрешает работу выходного усилителя 13 с фазовым углом 270 эл. град.Очередным импульсом запрета (моментгенератор 2 тактовых импульсов закрывает второй ключ 10, на выходе которого появляется уровень логического нуля, запрещающий работу выходного усилителя 13, а на выходе элемента И - ИЛИ - НЕ 25 этот сигнал (уровень логической единицы) появляется в момент времени т 6, когда короткий импульс с выхода второго элемента И - НЕ 15 возвращает третий триггер 24 в нулевое состояние. Одновременно с этим короткий импульс с выхода формирователя 19 импульсов по фронту входного сигнала устанавливает триггер 22 в единичное состояние.В момент времени т одновременно на всех входах первого элемента И - НЕ 14 устанавливается уровень логической единицы, поступающий с четвертого и пятого выходов датчика 1 фазы напряжения с инверсного выхода первого триггера 22, На выходе первого элемента И - НЕ 14 появляется уровень логического нуля, который инвертируется первым элементом НЕ 20 и поступает на первый вход элемента И - ИЛИ - НЕ 25, с выхода которого уровень логического нуля разрешает работу 30 35 40 45 50 55 выходного усилителя с фазовым углом 270 эл. град. В момент 14 первый элемент И - НЕ 14 закрывается уровнем логического нуля, поступающим с четвертого и пятого выходов датчика 1 фазы напряжения, ц ца выходе устанавливается уровень логической единицы. При этом элемент И - ИЛИ 1 Е 25 запрещает работу выходного усилителя 13, а первый формирователь 17 илплльсов по фронту входного сигнала своим коротким импульсом возвращает первый и второй триггеры 22 и 23 в исходное состояние.Следующий цикл работы регулятора начинается с фазовым углом 90 эл. град. (момент 1).Принципиальная схема датчика 1 фа зы напряжения, формирующего прямоугольные импульсы, совпадающие с положительными и отрицательными полуволцами синусоиды напряжения сети, а короткие импульсы в моменты времени, соответствую. щие фазе сетевого напряжения 90 и 270 эл. град., приведена на фиг. 3. Датчик 1 фазы напряжения содержит двухполуце риодный выпрямительный мост 26, резис торы 27-34, стабилитрон 35, диоды 36 и 37, конденсатор 38, однопереходный транзистор 39, транзистор 40, инверторы 41 - 44, формирователь 45 прямоугольных импульсов по фронту входного сигнала, преобразова тели 46 и 47 высокого логического уровня в низкий, логические элементы ИНЕ 48 и 49. Датчик 1 фазы напряжения работас следующим образом.Напряжение синхронизации цостл пае на входы выпрямительцого моста 26 и формирователя импульсов ца транзисторе 40, элементах НЕ 43 и 44, резисторах 3031, диодах 36 и 37. После двухполуперцолцого выпрямлеция напряжения синхронизации мостом 26 пульсируютее напряжецис с удвоенной частотой промышленной сети посту. пает ца вход релаксациоцного генератора на одцопереходном транзисторе 39, резцсто. рах 27 - 29, стабилитроце 35 и коцлецсаторс 38. С базы однопереходного транзистора 39 прямоугольные импульсы, задние фронты которых соответствуют моментам времени 90 и 270 эл, град., поступают на вход первого элемента НЕ 41, с выхода которого сигнал поступает на входы формирователя 45 импульсов по фронту входного сигнала и второго элемента НЕ 42. С выхода формирователя 45 импульсов по фронту входного сигнала отрицательные импульсы с частотой следования 100 Гц через первый преобразователь 46 высокого уровня в низкий воздействуют на входы первого и ьторого элемента И - НЕ 48 и 49, а с выхода второго элемента НЕ прямоугольные импульсы поступают ца вход второго преобразователя 47 высокого уровня в низкий, выхол ко 1169110торого является четвертым выходом датчика 1 фазы напряжения (фиг. 5, 11 г)Диод 36 устанавливает порог срабатывания формирователя близким к нулю, что повышает стабильность показаний при скачкообразных изменениях напряжения сети. Диод 37 ограничивает прохождение отрицательных полуволн входного напряжения через резистор 34 на выход формирователя. Прямоугольные импульсы с выхода элемента НЕ 43 (фиг, 5, 11) поступают на входы первого элемента И - НЕ 48 и четвертого элемента НЕ 44, с выхода которого поступают на вход второго элемента И - НЕ 49.С выхода второго элемента И - НЕ 49 импульсы (фиг. 4, Ц) поступают на вход 1 генератора 2 тактовых импульсов, а с выхода первого элемента И - НЕ 48 (фиг. 4, 11 р) - на вход двоичного счетчика 3 (фиг. 1).Выходы второго и первого элементов И - НЕ 49 и 48, третьего и четвертого элеи ментов НЕ 43 и 44, второго преобразователя 47 высокого уровня в низкий служат выходами датчика 1 фазы напряжения. Ключи представляют собой КЯ-триг. геры.Использование нового узла - блока фазирования - позволяет повысить надежность и энергетические показатели, так как при включении трансформаторной нагрузки возникают выбросы тока намагничивания, которые могут вызывать ошибочные срабатывания систем защиты, приводить к повышенному нагреву трансформатора, снижать коэффициент мощности питающей сети. В предлагаемом устройстве выбросы тока намагничивания отсутствуют, так как перед включением сердечник трансформатора размагничен, а включение производится в моменты времени 90 и 270 эл. град. Тогда переходный процесс при включении отсутствует. Следовательно, повысится КПД установки, коэффициент мощности и надежность работы. В результате расширится сфера применения цифрового устройства для управления тиристорными контакторами в области регулирования объектов с трансформаторной нагрузкой.багз Ъ цл Составитель О. Г 1 арф Техред И. Верее Тираж 646 НИИПИ Государственного ком по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж - 35, Раушска илиал ППП Патент, г. Ужгород, Корректор А. ТяскоПодписноетета СССРкрытийнаб., д. 4/5л. Проектная. 4