Система автоматического регулирования

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик нц 959051(22) Заявлено 2905,80 (21) 2931901/24-07 с присоединением заявки Ио(23) Приоритет С 05 Г. 1/08 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(53 УДК б 21. 316. .722,1(088.8) Дата опубликования описания 1509.82(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ 20 Изобретение относится к технике автоматического регулирования, в частности питания электроФизических установок. 5Известно устройство для получения двух последовательно соединенных стабилизированных источников постоянных напряжений иэ двух. отдельных нес, табилиэированных источников постоянных0 напряжений с помощью двух стабилизаторов последовательного типа, в которых база регулирующего транзистора соединена. через сопротивление с входным постоянным напряжением и со сред-15 ней точкой делителя напряжения из сопротивления и опорного диода, включенного на .суммарное выходное напряжение 1,Однако это устройство является маломощным, поскольку в качестве исполнительного элемента используются транзисторы, применение же тиристоров требует принципиально нового решения. Не предусмотрены также автоматический выбор и замена неисправных исполнительных устройств на исправные и имеющие требуемые регулировочные характеристики и минимизация напряжения цени нагрузки относительно общей шины. Известно устройство для компенсации падения напряжения на линии с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями с помощью автоматического регулятора напряжения и поддержания величины выходного напряжения на заданном уровне в зависимости от диапазона уставки. Это достигается эа счет независимого автоматического переключения отводов секционного трансФорматора по сигналам, снимаемым с трансФорматоров тока 123.Недостатками этого устройства являются отсутствие плавности регулировки, автоматического выбора и замены неисправных исполнительных устройств на исправные и имеющие требуемые регулировочные характеристики и минимизации напряжения цепи нагрузки относительно общей шины.Известен регулятор напряжения, содержащий трансФорматор, имеющий первичную, вторичную и дополнительную обмотки, контактное устройство, вспомогательный переключатель и индуктор. Вторичная обмотка трансФорматора имеет множество отводов, Контактное устройство состоит иэ основного и вспомогательного селекторных контактов. Вспомогательный контакт сдвинут в пространстве относительно основного контакта на полови. ну расстояния между отводами вторичной обмотки и подключен к дополнительной обмотке, напряжение которой составляет половину величины напряжения между соседними отводамиВторой конец дополнительной обмотки подключен к вспомогательному переключателю. Регулятор обеспечивает прерывание тока нагрузки вторичной обмотки при пониженном вдвое напряжении через индуктор, который заьыкается накоротко в момент подключения к нагрузке основного .контакта контактирующего устройства. Применение дополнительной обмотки позволяет исключить возникновение электрической дуги в момент йереключения отводов 3.Недостатками такого устройства являются отсутствие плавности регулирования, автоматического выбора и замены неисправных исполнительных устройств на исправные и имеющие требуемые регулировочные характеристики и минимизации напряжения цепи нагрузки относительно обцей шины.Наиболее близкой к изобретению является система автоматического регулирования, содержащая управляющий преобразователь код - напряжение управления, аналоговый выход которого соединен с первым входом регулятора тока, второй вход которого .соединен с выходом датчика сигнала обратной связи, включенного последовательно с нагрузкой. Система содержит в последовательно между собой соединенных исполнительных устройств, содержащих ступенчато управляемые тиристорные выпрямители, шунтированные вентилями, и включает в себя регулируемый управляемый выпрямитель с системой импульсно-фазового управления 14 1Недостатками известной системы являются низкое качество регулирования, определяемое ступенчатым включением исполнительных устройств, недостаточная надежность, обусловленная тем, что в это устройство не производится автоматический выбор и замена неисправных исполнительных устройств.на исправные и имеющие требуемые регулировочные характеристики и отсутствие минимизации напряжения цепи нагрузки относительно обцей шины.Из-эа большой потребляемой от сети реактивной мощности мощным тириоторным электроприводом, приходится ,ставить компенсатор реактивной Мощности на ту же мощность, что и электропривод. Поэтому данное изобретение может найти широкое применение, наряду с электрической аппаратурой, также и в мощных электроприводах. Система питания ускорительнонакопительного комплекса представляет собой чрезвычайно энергоемкую, сложную и дорогую систему. Поэтому чрезвычайно важно повышение ее5 надежности путем автоматического выбора и замены неисправных исполнительных устройств на исправные иимеющие требуемые регулировочные характеристики,10 В сйстеме,питания проектируемого. ускорительно-накопительного компекса, особенно во второй его ступени,в которой используются сверхпроводящие электромагниты, очень жесткие1. требования предъявляются к напряжению цепи нагрузки относительнообщей шины, вследствие трудностиобеспечения. изоляции цепи нагрузкиотносительно общей шины на напряжение 500, В и выше. Поэтому проектируемая система должна обеспечить минимальное напряжение цепи нагрузкиотносительно обцей шины. Это обеспечивает надежность работы .системыи уменьшение ее стоимости, за счетснижения требований к изоляции.Целью изобретения является повышение качества автоматического регулирования при минимальной величине потребляемой из сети в режимеЗ 0 выпрямпения реактивной мощности искорости ее изменения.Поставленная цель достигаетсятем, что в систему автоматическогорегулирования введены послецователь 35 но соединенные между собой и исполнительных устройств, каждое из которых включает в,себя управляеьыйвыпрямитель с блоком импульсно-фазового управления и шунтировано ком 40 мутирующим устройством, причем вход.каждого исполнительного устройствасоединен с выходом регулятора напряжения, вход .которого соединен черезпервый ключ с общей точкой схемы,45 чеРез второй ключ - с выходом первого источника напряжения смещения,через третий ключ - с выходом одного из щ интеграторов, в цепи обратной связи каждого из которых черезчетвертый ключ включен резисто, ачерез пятый ключ - с выходом регулятора тока, вход каждого интегратора через шестой ключ соединен с, выходом второго источника напряжения смещения, через седьмой ключ -55 с выходом третьего источника нап.ряжения смещения, с полярностью,противоположной полярности второгоисточника напряжения смецения, ачерез восьмой ключ - с общей точкой60 схемы, при этом выходы интеграторовсоедийены с входами фиксаторов максимального и минимального значений напряжения, выходы этих фиксаторов, также как и кодовые выходы управляюце 65 го преобразователя код-напряжение управления, соединены с входами логического управляющего устройства, выходы которого соединены с управляющими входами всех ключей и входами коммутирующих устройств; кроме того, в систему введены два устройства сравнения абсолютных значений напряжения датчика обратной связи с напряжением управления и. устройство фиксации несовпадения знака ошибки регулирования со знаком сигнала уп равления, выходы которых подключены к входам логическОго управляющего устройства.На чертеже представуена блоксхема системы автоматического ре гулирования.Система содержит управляющий преобразователь 1 код - напряжение, аналоговый выход которого соединен с первым входом регулятора тока 20 2, второй вход которого соединен с выходом датчика сигнала обратной связи 3, включенного последовательно с .нагрузкой 4. Система содержити последовательно соединенныХ между собой исполнительных устройств 5, включающих.в себя управляемые выпрямители с системами импульсно-фазового управления. Исполнительные устройства шунтированы коммутирующими устройствами 6. Вход каждого исполнительного устройства соединен с выходом регулятора напряжения 7. Вход каждого регулятора напряжения соединен через первый ключ 8 с общей точкой схемы, через второй ключ 9 с выходом первого источника напряжения смещения Н, через третий ключ 10 - с выходом одного из общего количества, равного щ, интеграторов 11. В цепи обратной связи каждо го интегратора через четвертый ключ12 включен резистор 13. Входы первой группы регуляторов напряжения соединенных через, ключ 10 с выходом первого интегратора, верхнего на 45 чертеже) через пятый ключ 14 соединены с выходом регулятора тока, Вход 1каждого интегратора через шестой ключ 15 соединен с выходом второго источника. напряжения смещений (О) и через седьмой ключ 16 - с .выходом третьего источника. напряжения смещения, с полярностью, противоположной полярности второго источника напряжения смещения, а через восьмой ключ 17 - с общей точкой схемы. Выходы интеграторов соединены с входами фиксаторов максимального 18 и минимального 19 значений напряжения управления, выходы которых соединены с входами логического управляющего устройства 20, выходы которого соединены с управляющими входами всех ключей и выходами коммутирующих устройств, Кроме того, в систему введены два устройства сравнения 21 и 65 22 абсолютных значений напряжениядатчика обратной связи с напряжениемуправления и устройство фиксации 23несовпадения знака ошибки регулирования со знаком сигнала управления,выходы которых подключены ко входамустройства 20. Кодовые выходы управляющего преобразователя 1 соединены с входами устройства 20,Устройство содержит п интеграторовс относящимися к ним ключами и фиксаторами максимального и минимальногозначений сигнала управления регулятора напряжения и исполнительных устройств с относящимися к ним регуляторами напряжения, коммутирующимиустройствами и ключами.Выходные сигналы фиксаторов максимального 18 и минимального 19 значений сигнала управления на входе логического управляющего устройства 20обозначены как Х 1 и у 1,а выходныесигналы устройства 20, управляющиеключами и коммутирующими устройствами, обозначены на выходе устройства .На выходах фиксаторов 18 и 19 те жесигналы обозначены буквами Х и Ус соответствующими номерами, а навходах ключей - буквами А, В, С, Р,Е с соответствующими номерами.Принцип работы системы заключается в следующем,При включении системы в работусигналы с кодовых выходов преобразователя 1, поступающие на вход устройства 20, совместно с сигналами,поступающими на входы устройства 20с выходов устройств сравнения 21 и 22и устройства 23 с помощью устройства20 производят открывание и закрывание ключей и коммутирующих устройств,в схеме, в соответствии с текущимзначением сигнала управления на выходе преобразователя 1 и значениемсигнала обратной связи, определяемымрегулируемой величиной.Предположим, что производится запуск системы при.нулевых начальныхусловиях регулируемой величины, тоесть когда ток в нагрузке равен нулю, а на выходах преобразователя 1установилось определенное напряжение управления и определенный код,соответствующий этому напряжению.При этом устройство 20 открываетключи 10 и 15, относящиеся к первому верхнему на чертеже) интегратору 11 , выход которого через ключ 10,соединен со входами регулятора напряжения 7 первой запускаемой группыисполнительных устройств,Ключи 12 и 17.этого интегратора, а также ключи 8 и коммутирующиеустройства 6 первой группы, открытые перед началом запуска система,закрываются. Первый интегратор 11 фначинает интегрировать напряжениещее устройство этой ступеньки, кэк это описано для (1-1)-го и (1-1)-го интеграторов. В момент срабатывания 65 смещения 0. Напряжение на его выходе при этом увеличивается до тех пор, пока не срабатывает Фиксатор 18 максимального значения. Выходные сигнатпя этого Фиксатора устройства 20 вызывают открывание ключей 10 и 15 второго интегратора и ключа 17 первого интегратора.Ключи 12 и 17 второго интегратора и ключи 15 первого интегратора, а также ключи 8 второй запускаемой группы (подключенной входами к выходу второго интегратора) исполнительных устройств, закрываются.Кроме того, закрываются коммутирующими устройствами б второй группы исполнительных устройств. Второй интегратор начинает интегрировать напряжение О, . И так далее, до тех пор, пока разница между сигналом управления и сигналом обратной связи не уменьшается настолько, что сработает сравнивающее устройство 21, Выходные "игналы этого устройства с помощью устройства 20 вызывают закрывание ключа 15 и открывание ключа интегратора 16 К-го, который запускается последним, то есть ключ 15 которого включен в момент срабатывания сравнивающего. устройства 21. Напряжение на выходе К-го интегратора начинает 30 уменьшаться. И происходит этот процесс до тех пор, пока не сработает фиксатор 19 К-го интегратора. При этом замыкаются ключи 12 и 17 и размываются ключи 10 и 16 К-го интегратора. 35 Эаьыкаются также ключи 8 К-й группы исполнительных устройств и открываются коммутирующих устройств этойгруппы, Кроме того, размыкается ключ17 и заьыкается ключ 16 предыдущего 40 по порядку запуска (К)-го интегратора до тех пор, пока снижение напряжения на выходе (К)-го интегратора не вызывает срабатываниефиксатора 19 (К)-го интегратора. 45 При этом ключи 10 и 16 (К)-го интегратора разжкаются, а ключи 12 и 17 задыхаются. Замыкаются также ключи 8 (К)-й запускаемой группы ис.полнительных устройств и открываются коьщутирующие устройства этой группы. Кроме того, открывается ключ 16 (К)-го интегратора, и так до тех Вор, пока не останется ровно столько включенных источников питания, сколь ко необходимо для обеспечения регулируемой величины в статике, Это количество определяется предварительным расчетом и .заложено в структуру логического управляющего устройства.В момент срабатывания Фиксатора 19 последней отключаемой ступеньки запуска срабатывают ключи и коммутируюпрецизионного сравнивающего устройства 22 открываются ключи 12 и 17первого интегратора и размыкаетсяего ключ 10, Заьыкается также ключ14. При этом выход регулятора токаподключается к входам регуляторанапряжения первой группы исполнительных устройств,Таким образом, если нагрузкаэлектромагнит, то переходный процесс происходит быстро и с минимальным перерегулированием,В случае уменьшения сигнала управления на выходе преобразователя1, если сигнал управления на выходеэтого преобразователя стал меньшесигнала обратной связи, то срабатывает устройство Фиксации 23, чтовызывает закрывание ключа 14 и отключение регулятора тока 2 от исполнительных устройств первой группы, открываются все ключи 12, разряжая конденсаторы интеграторов.Открываются также все ключи 17 изакрываются все ключи 10, 15 и 16.Ключи 9 включаются, подключаявходы всех регуляторов напряженияк напряжению смещения О обеспечивающему инверторный режим работыисполнительных устройств, покаопять не.сработают устройства сравнения 21 (при сработанном состоянии устройства Фиксации ). Послеэтого последовательно, как описано,вводится ровно столько исполнительных устройств, сколько нужно дляполучения установившегося значениярегулируемой величины, соответствующего новому значению сигнала управления. Однако запуск этот производится при выведенной первой группеисполнительных устройств, начинаясо второй группы. После обратногосрабатывания фиксатора несовпадениязнаков 23, как описано, к входамрегулятора напряжения первой группы подключается выход регуляторатока, который и.завершает переходный процесс.При нулевом значении сигналауправления на выходе преобразователя 1 в сработанном состоянии устройства сравнения .21 устройство 20открывает - все ключи 8, 12,и 17и все коммутирукщие устройства б,а все остальные ключи закрывает. Таким образом, при работе систеьы автоматического регулирования как в установившемся состоянии, так и в переходных процессах почти все управляемые выпрямители, входящие в структуру исполнительных устройств, работают при малых величинах углов управления и за счет этого, при одинаковой мощности устройства, по сравнению с обычиым управляемым выпрямителем, работающим в системе автома10 15 20 25 30 35 40 45 тического.регулирования, потребляют от сети гораздо меньшую реактивную мощность. Выходные напряженияпоследовательно между собой соединенных исполнительных устройств,содержащих выпрямители с системами импульсно-Фазового управления,автоматически и плавно вводятся ивыводятся одно за другим в Функцииот величины и знака ошибки регулирования. формула изобретения Система автоматического регулирования, содержащая управляющий преобразователь код - напряжение управления, аналоговый выход которого соединен с первым входом регулятора тока, второй вход которого соединен с выходом датчика сигнала обратной связи, включенного последовательно с нагрузкой, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, чтос целью повышения качества автоматического регулирования при минимальной величине потребляемой,из сети в режиме выпрямления реактивной мощности и скорости ее изменения, в нее введены последовательно соединенные между собой и исполнительных устройств, каждое из которых включает в себя управляемый выпрямитель с блоком импульсно-фазового управления и.шунтировано коммутирующим устройством, причем вход каждого испол-. нительного устройства соединен с выходом регулятора напряжения, вход которого соединен через первый ключ с общей точкой схемы, через второй ключ - с выходом первого источника напряжения смещения, через третий ключ - с выходом одного из в интеграторов, в цепи .обратной связи каждого иэ которых через четвертый ключ включен резистор, а через пятый ключ - с выходом регулятора тока,вход каждого интегратора через шестой ключ соединен с выходом второго источника напряжения смещения,через седьмой ключ - с выходом третьего источника напряжения смещения,с полярностью, противоположной полярности второго источника напряжения смещения, а,через седьмой ключс общей точкой схемою,при этом выходы интеграторов соедиены с входамификсаторов максимального и минимального значения напряжения, выходыэтих фиксаторов,так же как и кодовыевыходы управляющего преобразователякод - напряжение управления, соединены с входами логического управляющего устройства, выходы которого сое-динены с управляющими входами всехключей и выходами коммутирующихустройств, кроме того, в системувведены два устройства сравненияабсолютных значений напряжения датчика обратной связи с напряжением управления и устройство фиксации несовпадения знака ошибки регулирования со знаком сигнала управления,выходы которых подключены к входамлогического управляющего устройства. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент ФРГ Р 3050151,кл, О 05 Г 1/56, 1977.2. Патент ФРГ Р 2616798,кл. 6 05 Г 1/14, 1978.3. Патент СШЛ М 4130789,кл. С 05 Г 1/14, 1977.4. Гусев О.А., Кофман В.М., Лебедев Ю.В. и др. Повышение качестварегулирования магнитного поля протонных синхротронов для медленноговывода частиц. - Труды ТретьегоВсесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, т.2, М.,фНаука", 1973, с.12, рис.3,