Устройство для регулирования переменного напряжения

(5 ЦО М Р 1 44 комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакамм ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕБИЯ- ПАДЕНУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЙ БЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ(57) Использование: изобретение относится к электротехнике, предназначено для использования всистемах электропитания переменным током различных электротехнических устройств и позволяетповысить быстродействие регулирования напракения на нагрузке. Сущность изобретений регулирование напряжения на нагрузке 21 осуществляев;я с помощью фазового управления встречно-парап - лельными тиристорами 19 и 20. Формирование импульсов управления дпя каждого тиристора осуществляется в первой половине рабочего дпя соответствующего тиристора полугериода напряжения в зависимости от значения интеграла от квадрата напряжения сети, измеренного во второй половине предшествующего нерабочего попупериода напряжения таким образом, что обеспечивается поддержание заданного действующего значения напряжения на нагрузке, При включении устройства регулятор обеспечивает плавное увеличение напряжения на нагрузке, 3 ил, 2003171Изобретение 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 переменного 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 сбросом 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 подкл 1 ачена через два встречно- параллельно 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 квадратара 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 которбга абьединен с третьим входом второго элемента И 15 и подключен к выходу первого порогового элемента 3, а второй вход через второй пороговый элемент 4 подключен к выходу фазосдвигающега 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 которого соединен с выходом источника опорного напряжения 8, а второй вход соединен с шиной нулевого потенциала, выход компаратора 13 подключен к абьединенным входам первого и второго 15элементов И, выходы которых подключены к входам соответственно первого 16 и второго 17 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 ристоров.На фиг. 2, поясняющей работу регулятора переменного напряжения в установившемся режиме, выходные сигналы элементов устройства обозначены симво лом о с индексом, соответствующем номеруэлемента на функциональной схеме фиг. 1).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 а 12=00. Этот сигнал поступает на второй вход кампаратора 13.25 Напряжение электрической сети.18 выражена уравнением ц=Озп и,30 где О, в - амплитуда и частота, поступаетна обьединенные входы фаэосдвигающего блока 2, первого порогового элемента 3 и квадратора 5. На выходе фазосдвигающего блока формируется гармонический сигнал, сдвинутый относительна питающего напряжения на четверть периода: и 2=К 1 Омзп (ы - р,Ое при О 1 5 Т/2,оз= О при Т/2 тТ. 50где Ое - напряжение, соответствующее уровню логической единицы,Сигнал на выходе квадратора 5 ц 5=К 5 о 1 =К 1 К 5 Ом 31 п ол=2 55= - К 1 КБОм (1-саз 2 в 1), 2 2 2 40где К 1 - коэффициент передачи первичного преобразователя напряжения 1.На выходе первого порогового элемента 3 формируется последовательность пря маугольных импульсов2003171 ра. Рассмотрим процесс формирования импульса управления в первом такте, начало которого соответствует моменту с=Т/4, а окончание - моменту с"ЗТ/4. В начале такта 5 (с-Т/4) интегратор 10 импульсом ц 9 установлен в исходное состояние ц 1 о-О. С момента Т/4 начинается интегрирование выходного сигнала модулятора 7 по закону 10 цсо-Ксо цтс 3 с,т/4(3) С учетом 1) и(2) в интервале Т/4 сТ/2)15 напряжение ц 1 о равно ц 10=К 1 КБК 10, ц бстй 4 20 и, следовательно, пропорционально среднему квадрату напряжения сети на расширяющемся интервале усреднения, Таким образом, с помощью интегратора 10 в интервале времени 1 Т/4 С:5" Т/2) осуществля ется измерение квадрата действующегозначения напряжения сети. В момент времени с Т/2 выходной сигнал интегратора 10 равен т/г30 ц 1 о =К 1 К 5 К 1 ООмз 1 п асейт/4 КЬ 5 К 100 мТ(4) ц 7=1 40 Выходной сигнал модулятора 7 поступает на информационный вход интегратора 10 45 со сбросом. Установка интегратора 10 осуществляется короткими импульсами сброса ц 9 с выхода формирователя 9 импульсов сброса. Импульсы сброса формируются в моменты, соответствующие отрицательным 50 фронтам выходных импульсов второго порогового элемента, т. е. моменты времени с Т/4 и с=ЗТ/4.Выходные импульсы ц 9 формирователя 9 задают такты работы регулятора напряже ния. Длительность такта равна половине периода напряжения, В течение каждого такта осуществляется формирование импульса управления для соответствующего тиристогде к 1 - коэффициент передачи первичного преобразователя напряжения 1;К 5- коэффициент передачи квадратора 5.Сигнал цг с выхода фазосдвигающего блока 2 поступает на вход второго порогового элемента 4, на выходе которого формируется последовательность прямоугольных импульсов Ое при Т/4 сЗТ/4;04О при Ос Т/4 и ЗТ/4 сц 7 КТ. Сигналы цз и ц 4 с выходов первого 3 и второго 4 пороговых элементов поступают соответственно на первый и второй входь 1 сумматора б по модулю 2, на выходе которого формируются импульсы Ое при 0 сГ/4 и Т/2 сЗТ/4;цБ=цгц 4= О при Т/4 с Т/2 и ЗТ/4 с Т Выходной сигнал цб сумматора 6 по модулю 2 управляет модулятором 7. При цв-О коэффициент передачи модулятора 7 ревев Кт=1, при ц 6-0 е, коэффициент передачи модулятора б принимает значение Кт=-1,Модулятор 7 преобразует выходной сигнал квадратора 5 таким образом, что на выходе модулятора 7 формируется напряжение ц 5=1/2 К 1 К 50 м (1-саз 2 вс)при Т/4 с Т/2;ЗТ/4 с Т,и пропорционален квадрату действующего значения сети, которое равно О= 1/20 м/2.В момент времени с=сг выходной сигнал интегратора 10 достигает уровня Оо переключения компаратора 13. Значение 0 соответствует требуемому значению квадрата действующего напряжения на нагрузке 21. В момент с=С 2 происходит переключение компаратора 13; сигнал на его выходе скачком изменяет значение с уровня логической единицы Оо до уровня логического нуля, Этот сигнал действует на обьединенных первых входах первого 14 и второго 15 логических элементов И. Так как на обаединенных вторых входах этих элементов втечение интервала СТ/4 с Т/2) с выхода сумматОРа по модулю 2 действует напряжение цб-О, то при Т/4 сТ/2 сигналы ц 1 а=ц 15=0.В интервале (Т/2 сЗТ/4) в соответствии с выражением (2) выходной сигнал модулятора 7 меняет знак, поэтому при интегрировании напряжения цт согласно 3) происходит уменьшение выходного сигнала интегратора 10 от максимального значения (4), 2003171При достижении выходным сигналом 01 о интегратора 10 уровня переключения компаратора 13 в момент времени 1=тз напряжение на выходе компаратора 13 скачкомувеличивается от О до уровня О логической единицы. Этот сигнал поступает. на обьединенные первые входы первого 14 и второго 15 элементов И, на вторых входах которых действует сигнал ц 6 с уровнем логической единицы с выхода сумматора 6 по модулю 2. На третьем входе первогоэлемента И 14 действует сигнал ц 4=0 е с выхода второго порогового элемента 4, а на третьем входе второго элемента И 15 - сигнал вз=О с выхода первого порогового элемента 3.Следовательно, в момент =з 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 которога положительное, Следовательно, в моментвремени 12 происходит включение первого тиристора 19 и напряжение сети прикладывается к нагрузке 21, Диаграмма напряжения ц 21 на нагрузке (для случая активной нагрузки) показана на фиг. 2.Таким образом, в интервале(Т/41 Т/2), т, е, в течение четверти периода сети, предшествующей рабочему дпя соответствующего тиристора полупериоду напрякения, происходит измерение квадрата действующего значения напряжения сети и определение момента времени 2, при котором интеграл от квадрата напряжения в интервале Т/41 йг равен квадрату заданного действующего значения напряжения (заштрихованный участок на фиг,2), В интервале Т/2 тЗТ/4 в зависимости от измеренного квадрата действующего значения напряжения формируется отпирающий импульс для первого тиристора в момент времени В=Т, В этом случае интеграл от квадрата напряжения за интервал тз 1 Т равен квадрату заданного действующего значения напряжения на нагрузке, При увеличении напряжения сети уменьшается значением и, следовательно, увеличивается угол включения тиристора: Диапазон регулирования угла включения О а л/2, что соответствует изменению напряжения от 50 до 100; от номинального.Так как включение тиристора осуществляется в интервале Т/2ЗТ/4, т, е, в течение четвери периода сетевого напряжения, то, следовательно, максимальная за 5 10 15 20 25 д ЗО 35 40 45- ьО и 12=00(1-е ), где О- постоянная времени фильтра 12.Напряжение о 12 с выхода апериодическрого фильтра 12 поступает на второй вход компаратора 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 напрякения питающей сети заданному значению. Таким образом, при включении устройства происходит плавное увеличение напряжения на нагрузке, благодаря чему ограничиваются переходные токи, увеличивается надежность и рок 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, фазосдвигающих 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 имяульса управления для второго тиристора 20 происходит аналогично, но в интервале ЗТ/4 т57/4.На фиг,. 3 приведены диаграммы работы регулятора переменного напряжения при включении, поясняющие ограничение переходного тока при активной нагрузке. В выключенном состоянии коммутирующий элемент переключателя 11 находится в 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 а =,7 г/2. При переключении коммутирующего элемента переключателя 11 в положение "а" происходит увеличение выходного напряжения апериоического фильтра 12 по законуинтегрированием сигнала, пропорционального квадрату сетевого напряжения.Использование предлагаемого регулятора переменного напряжения для питания электрооборудования различного назначения позволит улучшить качество злектроФормула изобретенйяУСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее два встречно-параллельно вклечевных тиристора, вклвчекные последовательно между выводами для подключения нагрузки и выводами для подключения сети два импульсных усилителя, выходы которых подключены к управляющим выводам первого и второго тиристоров, первичный преобразователь напряжения, подключенный входой к выводам для подключения сети, фоме того, интегратор, компаратор, апвриодичеекйй фильтр, переключатель и источник опорного напряжения; отличающееся. тем, что в него введены два пороговых элемента, фэзосдвигающий блок, формирователь импульсов сброса, сумматор по модулю два, два элемента И. модулятор и кваДратор, вход которого соединен с входом фаэосдвигающего блока и первого порогового элемента и подключенвыходу первичного преобразователя напряжения, 3 выход подключен к информационному входу модулятора, управляющий вход которого обьэнергии, увеличить надежность и срок службы электротехнических устройств,56) 80 М 1259228, А 1, 6 05 Е 144, 1976.30 М 1117804, А 1, 6 05 Р 1/44, 1984,б Я, П. Кунгас, П. М, Твардовский. Автоматизация управления и реали:ования напряжения в осветительных установках. - М.,Знергия, 1979.1 О единен с вторыми входами первого ивторого элементов И и подключен к выходу сумматора по модулю два, а выход соединен с информационным входом интеграто.ра, управляющий вход которого через 15 формирователь импульсов сброса подключен к выходу второго порошкового элемента, а выход - к первому входу компаратора, . второй вход которого через периодическийфильтр подключен к выходу переключате ля, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а второй вход - с нулевым выводом, выход компараторв подключен к обьединенным первым входам первого и второго элемен тов И, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго импульсных усилителей, третий вход первого элемента И обьединен с вторым входом сумматора по модулю два и подключен к выходу второго порогового 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 ставитель С. М хред М,Моргент аж ПодоиНПО "Поиск" РосдатентаМосква; Ж, Раушская наб., 4 каэ 323 е 1303 т "Патент"г, Уж л,Гагарина, 10 изводственно-издательский ком И О едактор Е. Полионова афеев Корректор М. Самборс