Устройство для регулирования мощности

"ч ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР1145334, кл, С 05 Г 1/66, 1983,Регулятор мощности на тиристорахдля однофазного или многофазного режима. Материалы фирмы Фиплипс, ФРГ.Ч.ф ГПНТБ СССР, перевод 82/17920,ВЦП Г,(57) Из обретение от носится к эл ектротехнике, в частности к источникамвторичного электропитания нагревательной аппаратуры. Цель изобретенияповышение точности регулирования ирасширение диапазона возможных напряжений на нагрузке. Устройство содержит управляемый генератор 1 постоянного тока, узел 8 синхронизации,преобразователь 11 код - длительность,линию 19 задержки, переключатель 20вида нагрузок, формирователь 21 первого импульса управления, элементИ 22, переключатель 23 вида нагрузок,1422230 моностабильный триггерный каскад 24,элемент И 25, элемент ИЛИ 26, запускающий генератор 27, триак 28, детектор 29 положительных фаз и нулевыхзначений, шины 30, 31 цепи переменного тока, блок 32 питания переменного тока, детектор 33 отрицательныхфаз и стабилизатор 34 напряжения постоянного тока. В канале управлениявесь диапазон аналоговой ошибки управления разбит на дискретные зоны,и измерение дискретных сигналов сводится к интегральному подсчету во Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при управлении электропечами, реакторами, термостатами, а также нестандартными нагрузками, напря- .жение которых отличается от 220 В.Цель изобретения - повышение точности регулирования и расширение диапазона возможных напряжений на нагрузке,На фиг. 1 представлена функциональ"ная схема предлагаемого устройствадля регулирования мощности; на фиг.2и 3 - временные диаграммы сигналов, 15иллюстрирующие его работу (индексыпри. напряжениях соответствуют цифровым позициям блоков на фиг. 1).Устройство содержит управляемыйгенератор 1 (фиг, 1) постоянного тока с иаточниками 2 опорного напряжения, цифроаналоговым преобразователем3, первым компаратором 4 (компаратором аналоговой ошибки управления),вторым компаратором 5 (компаратором 25второй ошибки управления), блоком 6направления счета и реверсивным счетчиком 7 импульсов, узел 8 синхронизации с усилителем 9 и формирователем 10 импульеа начальной у"тановки, 30преобразователь 11 код - длительностьс дешифратором 12 ошибки управления,коммутатором 13 задания верхнегопредела мощности, имеющим, например,пятнадцать переключателей, блоком 14совпадения, триггером 15 длительности импульсов управления постоянного времени импульсов положительной фазы.В канале синхронизации развертка начала и конца цикла пересчета осуществляется соответственно по импульсамположительных фаз и нулевых значений,Преобразование дискретного сигналаошибки управления в нормированныйширотно-импульсный сигнал производится без погрешностей, связанных сосмещением нулевой точки, обратным ходом, нелинейностью и .постоянной составляющей нацряжения схемы пересчета, 3 ил. тока, блоком 16 пересчета по модулю,равному М, мультиплексором 17 и дешифратором 18 синхронизации, линии 19задержки первый переключатель 20 вида нагрузок, формирователь 21 первого импульса управления первый элемент И 22, второй переключатель 23вида нагрузок, синхронизированный спервым переключателем 20, моностабильный триггерный каскад 24, второй элемент И 25, элемент ИЛИ 26, запуска-,ющий генератор 27 (с импульсным травсформатором), триак 28, детектор 29положительных фаз и нулевых значенийшины 30 и 31 цепи переменного тока,блок 32 питания переменного тока,детектор 33 отрицательных фаз и стабилизатор 34 напряжения постоянноготока, обеспечивающий питание всехиспользуемых электронных блоков, Насхеме обозначены также вывод 35 дляподключения поступательного полюсаисточника управляющего напряжения инагрузка 36, Инвертирующий вход компаратора 4 соединен с выводами дляподключения источника управляющегонапряжения (с выводом 35 и шиной ну- .левого потенциала, не показанной насхеме), Первый вход элемента И 22 через переключатель 20 вида нагрузокподключен к входу и выходу линии 19задержки. Первый вход элемента И 25через моностабильный триггерный каскад 24 соединен с выходом элементаИ 22, Первый вход формирователя 21первого импульса управления подключен1422230 5 10 15 20 30 35 40 45 ной фазы Формирователь 10 импульсаначальной установки сбрасывает блок16 пересчета по модулю в нуль, а попереднему фронту следующего импульсаположительной фазы производится запуск последнего. При этом импульсынулевых значений поступают на синхронизирующий вход блока 16 пересчетапо модулю, а с параллельных выходовсигнал через мультиплексор 17 подво дится к входам дешифратора 18 синхронизации . На первом входе дешифра- ,тора 18 синхронизации и на Б-входетриггера 15 длительности импульса,управления постоянного тока появляк выходу линии 19 задержки, входы элемента ИЛИ 26 соедины с выходами элемента И 25 и формирователя 21 первого импульса управленияВход детектора 29 положительных фаз и нулевых значений .подключен к цепи переменного тока, в частности к выходу блока 32 питания, первый выход - к первому входу узла 8 синхронизации (к одному из входов формирователя 10 импульса начальной установки) и второму входу элемента И 22, а второй выход - к вторым входам элемента И 25 и Формирователя 21 первого импульса управления, вход запускающего генератора 27 через переключатель 23 вида нагрузок соединен с выходами элементов И 25 и ИЛИ 26, а выход подключен к управляющему входу триака 28, включенного в цепь переменного тока и снабженного параллельным КС-звеном (не показано). Вход детектора 33 отрицательных фаз соединен с третьим выходом детектора 29 положительных фаз и нулевых значений, а выход - с вторым входом узла 8 синхронизации (с другим входом формирователя 10 импульса начальной установки). Синх- о ронизирующий вход блока 16 пересчета по модулю. подключен. к второму выхо ду детектора 29 положительных фаз и нулевых значений, вход сброса - к выходу узла 8 синхронизации (к выходу формирователя 10 импульса начальной установки), а выходы через мультиплексор 17 - к входам дешифратора 18 синхронизации. Первые группы входов коммутатора 13 задания верхнего предела мощности и блока 14 совпадения соединены с выходами дешифратора 18 синхронизации. Вторая группа входов коммутатора 13 задания верхнего предела мощности подключена к выходам дешифратора 12 ошибки управления, а выходы - к второй группе входов блока 14 совпадения. Вход установки в единичное состояние Б триггера 15 длительности импульса управ.- ления постоянного тока соединен с первым выходом дешифратора 18. синхронизации, вход установки в нулевое состояние 1. - с выходом блока 14 совпадения, а выход - с входом линии 19 задержки, Выход источника. 2 опорного напряжения подключен к опорному входу цифроаналогового преобразователя 3 и неинвертирующему входу компаратора 4, Неинвертирующий вход компаратора 5 соединен с выходом компаратора 4, подключенным к третьемувходу узла 8 синхронизации (к входуусилителя 9), инвертирующий вход -с выходом цифроаналогового преобразователя 3, подключенным к третьемувходу элемента И 22, а выход - с входом блока 6 направления счета. Входыреверсивного счетчика 7 импульсовподключены к выходу блока 6 направления счета и первому выходу детектора29 положительных фаз и нулевых значений, а выход - к цифровым входамцифроаналогового преобразователя 3 ивходам дешифратора 12 ошибки управления. Устройство работает следующим образом. Мощность сети переменного тока подается к нагрузке 36 через триак 28. На вход детектора 29 постоянно с выхода блока 32 питания поступает переменное напряжение, Блок 32 питания сгальваническим разделением от сетитрансформирует без сдвига фазы относительно шин 30 и 31 переменное напряжение и обеспечивает через блок 34 стабилизации напряжение питания дляэлектронных схем. Детектор 29 преобразует сетевое переменное напряжение в импульсы нулевых значений и импульсы положительных фаз, детектор 33 -в импульсы отрицательных фаз. С пер,вого выхода детектора 29 и выхода детектора 33 на узел 8 синхронизации постоянно поступают импульсы положительных и отрицательных фаз. При изменении управляющего напряжения, при котором ошибка управления становится больше нуля, на выходе усилителя 9 возникает ступенчатая функция. По переднему фронту импульса отрицатель30 6импульсом, соответствующим положительной Фазе, в нагрузке 36 при нуле напряжения формируется положительнаяполувол на, являющаяся началом импульса мощности с целым числом волн.При индуктивной нагрузке сформированный импульс постоянного тока с выхода триггера 15 поступает через линию 19 задержки на формирователь 21первого импульса управления и на первый вход элемента И 22, Выделенныйпервый задержанный импульс складывается в элементе ИЛИ 26 с последующимиимпульсами положительных и отрицательных фаз. Первым задержанным импульсом, соответствующим положительнойфазе, в нагрузке 36 при нуле токаформируется положитсльная полуволна,являющаяся началом импульса мощностиа целым числом волн,1По переднему Фронту тридцатого импульса нулевых значений (при М = 30и использовании в управляемом генераторе 1 постоянного тока четырехраэрядного преобразователя) блок 16 пе"ресчета по модулю сбросится в нульи процесс повторится. Если за времяцикла управляющее напряжение на вхо"де управляемого генератора 1 постоянного тока уменьшилось, то на второмцикле длительность импульса или число целых волн или мощность импульса в нагрузке увеличится.Переключатели коммутатора 13 задают верхний предел мощности. Призамыкании, например, третьего или десятого переключателей в нагрузку 36подается соответственно ограниченнаямощность: Р, = Р = Р 3/15 или фМ 2 ф где Р М/2 В интервале ограниченной мощностипроизводится регулирование целыми вол"нами от 0 до 3 или от 0 до 10 волнпри длительности цикла в 15 воли и 5 14222ется логическая единица, по переднему фронту которой триггер 15 переключается, формируя передний Фронтимпульса управления,Одновременно по каналу,управления, несущего информацию о величинеаналогового сигнала, на выходе компаратора 4 формируется первая ошибкауправления, а на выходе компарато- ,Ора 5 " вторая ошибка управления, которая через блок 6 направления счета поступает на соответствующий входреверсивного счетчика 7, производящего сложение или вычитание импуль БГсов положительной Фазы, Интегральнойсумме указанных импульсов по временисоответствует параллельный выходнойкод, который направляется на входыцифроаналогового преобразователя 3 20и дешифратора 12 ошибки управления .На выходе цифроаналогового преобразо.вателя 3 сигнал преобразуется в первую дискретную ошибку управления, синхронизированную импульсами положитель .нык фаэ. С выхода дешифратора 12 сигнал, преобразований в код 11 из и"и соответствующий цифровому выходуреверсивного счетчика 7 или первойоши ке упрф или 30 первой аналоговой ошибке управления компаратора 4, поступает также через коммутатор 13 задания верхнего преде" ла мощности на соответствующий входблока 14 совпадения, При подведенииЗ логическои единицы по каналу синхронизации, возникающей последовательно на выходах дешифратора 18 синхронизации, соответствующих входах коммутатора 13 задания и входах блока 14 совпадения, триггер 15 переключается в исходное состояние, при этом на его выходе заканчивается формирование длительности импульса управления по.стоянного тока.45При активной нагрузке сигнал с вы"- хода триггера 15 через переключатель 20 поступает на первый вход элемента И 22, который Формирует из импульса управления постоянного тока соответствующее число положительных импульсов. Моностабильный триггерный каскад 24 и элемент И 25 восстанавли. - вают такое же число импульсов, соответствующих по времени отрицатепьным55 фазам, Четное число импульсов с выхода И 25 через переключатель 23 и запускакзций генератор 27 поступает на управляющий вход триака 28. Первым действующая мощность нагрузки фдействующая мощность нагрузки в случае ее непосредственного включения в сеть;максимальное число волн в юкпульсе;максимальное возможное число волн в цикле (Т, ).Рно максф 40 45 50 55 первой положительной полуволне в импул ьс еНеобходимый коэффициент ограничения скважности определяется отношением мощностей Так как период импульсов нулевых значений равен 0,01 с, то время цикла составляет 0,3 с, Погрешность цикла определяется нестабильностью частоты сети, которая уменьшается во времени с увеличением модуля. Весь диапазон ошибки управления,равный разности опорного напряженияи управляющего аналогового сигнала,нормируется с помощью второй ошибкиуправления и импульса положительнойфазы в дискретные сигналы, которымсоответствуют известные коды, длительности импульсов, число волн, мощности в нагрузке и выходы на коммутатор.13 задания верхнего предела мощности.В преобразователе 11 код - длительность отсутствует источник смещениянулевой точки, вызывающий обычно дополнительную погрешность три преобразовании аналогового сигнала в широтно-импульсный сигнал, а в блоке 16пересчета по модулю, эквивалентномугенератору линейного пилообразногонапряжения, отсутствует постояннаясоставляющая напряжения, что такжепозволяет повысить точность широтноимпульсного преобразования. Ограничение мощности с фиксированным коэффициентом скважности, производимоекоммутатором 13 задания верхнего предела мощности, оказывается предпочтительней фазового ограничения, осуществляемого с помощью угла отпирания и проводимости, так как облегчает тепловой режим тиристоров, неснижая их параметров по токам, и ха;рактеризуется отсутствием ступенчатых функций включения,Формула изобретения Устройство для регулирования мощности, содержащее управляемый генератор постоянного тока с первым компаратором, инвертирующий вход которого соединен с выводами для подключения источника управляющего напряжения, первый элемент И, первый вход которого через первый переключатель вида 5 10 15 20 т 25 30 нагрузок подключен к входу и выходулинии задержки, второй элемент И,первый вход которого через моностабильный триггерный каскад соединенс выходом первого элемента И, формирователь первого импульса управления,первый вход которого подключен к выходу, линии задержки, элемент ИЛИвходы которого соединены с выходамивторого элемента И и формирователяпервого импульса управления, детектор положительных фаз и нулевых значений, вход которого подключен к цепи переменного тока, первый выход -к первому входу узла синхронизациии второму входу первого элемента И,а второй выход - к вторым входамвторого элемента И и формирователяпервого импульса управления, запускающий генератор, вход которого черезвторой переключатель вида нагрузоксоединен с выходами второго элементаИ и элемента ИЛИ, а выход подключенк управляющему входу триака, включен.ного в цепь переменного тока и снабженного параллельным КС-звеном, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности регулирования и расширения диапазона возможныхнапряжений на нагрузке, в него введены детектор отрицательных фаз ипреобразователь код-длительность сблоком пересчета по модулю, мультиллексором, дешифраторами ошибки управления и синхронизации, коммутатором задания верхнего предела мощности, блоком совпадения и триггеромдлительности импульса управления постоянного тока, а управляемый генератор постоянного тока снабжен вторымкомпаратором, источником опорного напряжения, цифроаналоговым преобразователем, реверсивным счетчиком импульсов и блоком направления счета, причем вход детектора отрицательных фазсоединен с третьим выходом детектораположительных фаз и нулевых значений,а выход - с вторым входом узла синхронизации, синхронизирующий вход блока пересчета по модулю преобразователя код-длительность подключен к второму выходу детектора положительныхфаз и нулевых значений, вход сброса -к выходу узла синхронизации, а выходычерез мультиплексор - к входам дешифратора синхронизации, первые группывходов коммутатора задания верхнегопредела мощности и блока совпаденияфп фж пв 9 1 ч 22 соединены с выходами дешифратора синхронизации, вторая группа входов комМутатора задания верхнего предела мощности подключена к выходам дешифра 5 тора ошибки управления, а выходы - К второй группе входов блока совпадения, вход установки в единичное состонние триггера длительности импульса управления постоянного тока соединен 10 .с первым выходом дешифратора .синхронизации, вход установки в нулевое состояние - с выходом блока совпадения, а выход - с входом линии задержки, выход источника опорного напряжения 1 Б "управляемого генератора постоянного тока подключен к опорному входу .цифроаналогового преобразователя и неин 230 10вертирующему входу первого компарато- ра, неинвертирующий вход второго компаратора соединен с выходом первого компаратора, подключенным к третьему входу узла синхронизации, иннертирующий вход - с выходом цифроаналогового преобразователя, подключенным к третьему входу первого элемента И, выход - с входом блока направления счета, входы реверсивного счетчика импульсов подключены к выходу блока направления счета и первому выходу детектора положительных фаэ и нулевых значений, а выходы - к цифровым входам цифроаналогового преобразователя и входам дешифратора ошибки управления преобразователя код-длительность .1422230 ри аюи ла у юагруже УЭ УгВ.1 горюю. чениюЦидрабюлОИ с(ГГ/17иаю 7 4 асю балч И цигле и Ж 1 илееьютсае и а еьса с ХааюесагЮадалн Ю цжрльсе сакоа, т Нощьасаь бри" ф=о йа Ппоааеог 4 Оабг 5 Ю фпп Ро П,обб 00625 ВЬ УчО, 125 ОВ 0,125 пвоу, ОТВ 75 и аоот 0 П, ТЛЮ О ТВ 75 б 4 Уь 02500и 0,06 0 гоп и 2666 2500 ба Уо сО,Лг 5 0100 ОВ Тг 5 Ео и.0,5750 б 10 5750 В о Уо0,4575 Ро О, 400 0110 То 4575 ее У 0500 ОИ аообо У,с 056 г 5 В Ро 0555.7 0562564 У 0,625006 ТПОТ Ро 0,60 Ро 06666 Р ЗЗ 250 еаУ с 06 В 75 В 15 И 4 Уо 0,75 ООЮ П 75 О 1500 В УоП, ВТг Ро ОООО и 024 О,Е 125 В си,спб 750 И Ро О,Е 6 В 75 ОИ а Оо с 0,95 756 1 ТО 095 ая 575 ба Уьс Тооопв Составитель Л. МорозовТехред А.Кравчук Корректор вА. а ратил Редакт ое Тираж 866 Государственно делам изобретен осква, Ж, Ра каз 443114 к роиз г, Ужго од ул. Проектнаяроизводственно-лолиграфическое лредприятие, р уУгг.1 021 Ю Угг"и-ю 01 о ВПИИП ло 113035, Подпиомитета СССРоткрытийая наб., д, 4(