Устройство для формирования управляющего сигнала

(51) М. Кл,С 05 Г 1/66 Государстееиеый комитет СССР 153) УДК 62.50по делам изобретений и открытий72) Авторы изобретен и Кравец и В. А. С Киевский ордена Ленина политехнический инст Великой Октябрьской социалистической 71) Заявител ФОРМИРОВАНИЯ УПРАВЛ СИГНАЛА 4) УСТРОЙСТВ регулировая величине Изобретение относится к автоматическому регулированию электрической мощности в нагрузке и может быть использовано в качестве исполнительного устройства в системах автоматического регулирования, например температурного режима электротермического оборудования.По основному авт. св.491127 известно устройство для формирования управляющего сигнала, содержащее последовательно соединенные квадратор, интегратор, пиковый детектор и блок вычитания, ко второму входу которого подключен интегратор, к выходу - блок сравнения, выход которого соединен с блоком силовых тиристоров, на вход которого подключен источник синусоидального напряжения, второй вход которого подключен к квадратору.Принцип работы фазового устройства основан на фазовом управлении силовых тиристоров с естественным выключением последних. Момент ьключения силовых тиристоров определяется равенством между заданным значением и опорным развертывающим сигналом, сформированным из квадрата сетевого напряжения и постоянного напряжения, пропорционального среднему значению квадрата сетевого напряжения за полупериод питающего напряжения. Такой опорный сигнал позволяет устранять возмущения со стороны питающей сети и при постоянной величине нагрузки стабилизировать мощность 5 в ней 1.Однако при изменении величины нагрузки мощность не стабилизируется, а изменяется в соответствии с изменением сопротивления нагрузки К. Действительно, при изменении Кна величину ЬК, мощность, выделяемая в нагрузке, будет равна Р= 1.)/ /(й+ ЬК), т. е. будет наблюдаться приращение мощности в нагрузке на величинуЬР= Р (Ь 1. (Р. 1 ЬК (К,) Рассмотренный недостаток устройства5 формирования управляющего сигнала не позволяет использовать его для регулирования мощности в нагрузке, величина которой изменяется. Кроме того, как известно, в цепях переменного тока выделяемая мощность зависит от величины сдвига фаз тока и напряжения, а рассмотренный регулятор не учитывает и этого фактора.Целью изобретения являетсяние мощности при изменяющейсактивной нагрузки.На фиг. 1 представлена функциональная схема управляющего устройства для регулирования мощности при изменяющейся величине активной нагрузки; на фиг. 2 - функциональная схема устройства регулирования мощности для изменяюшейся активно-индуктивной нагрузки с постоянным значением сову; на фиг. 3 - функциональная схема устройства для регулирования мощности при изменяющейся активно-индуктивной нагрузке с переменным значением сов на фиг. 4 - функциональная схема управляемого фазосдвигающего блока; на фиг. 5 - принципиальная схема управляемого фазосдвигающего блока; на фиг. 6 - принципиальная схема управляемого интегратора; на фиг. 7- диаграмма работы устройства при изменяющейся величине сопротивления нагрузки,Функциональная схема устройства для формирования управляющего сигнала регулирования мощности пои изменяющейся величине активной нагрузки содержит источник синусоидального напряженияи подключенную к нему силовую цепь, состоящую из последовательно соединенных блока силовых тиристоров 2 и нагрузки 3, а также управляющую цепь из последовательно соединенных квадратора 4, интегратора 5, пикового детектора 6, блока вычитания 7 и блока сравнения 8, причем вход квадратора 4 подключен к источнику 1, выход блока сравнения 8 - к Поставленная цель достигается тем, что устройство для формирования управляющего сигнала снабжено последовательно соединенными согласующим блоком, выпрямителем, вторым вычитателем и вторым интегратором, а также последовательно соединенными датчиком тока нагрузки и вторым выпрямителем, выход которого соединен со вторым входом второго блока вычитания, вход согласующего блока подключен к источнику синусоидального напряжения, выход второго интегратора соединен со вторым управляющим входом первого интегратора, а управляющий первый вход второго интегратора подключен к выходу формирователя синхроимпульсов, второй - к выходу блока сравнения.С целью регулирования мощности при изменяющейся величине активно-индуктивной нагрузки с постоянным значением сов ч, дополнительно введен фазосдвигающий блок, включенный между согласующим блоком и первым выпрямителем.С целью регулирования мощности при изменяющейся величине активно-индуктивной нагрузки с переменным значением сов , фазосдвигаюший блок выполнен управляемым, его вход подключен к выходу согласующего блока, второй вход соединен со вторым выходом второго выпрямителя, первый выход соединен со входом первого выпрямителя, а второй выход подключен к третьему управляюгцему входу второго интегратора. 5 1 С 15 И и эо зз 40 4 управляющему входу блока силовых тиристоров 2, вторый выход интегратора 5 соединен со вторым входом блока вычитания 7, а второй вход блока сравнения 8 - с выходом задатчика 9, последовательно соединенные согласующий блок 10, первый выпрямитель 11, второй вычитатель 12 и второй интегратор 13, причем вход согласующего блока 10 подключен к источнику 1, выход второго интегратора 13 соединен с первым управляющим входом первого интегратора 5, а первый управляющий вход второго интегратора 13 подключен к выходу блока сравнения 7, формирователь синхроимпульсов 14, вход которого подключен к источнику 1, а выход - ко вторым управляющим входам первого 5 и второго 13 интеграторов, последовательно соединенные датчики тока нагрузки 15 и второй выпрямитель 16, выход которого соединен со вторым входом второго вычитателя 12.Для чисто активной нагрузки ток и напряжение в силовой цепи совпадают между собой по фазе, а рассогласование между ними по амплитуде служит информацией об изменениях в величине нагрузки. Если в силовой цепи имеется сдвиг фаз между током и напряжением, то для правильного функционирования устройства этот сдвиг необходимо устранить, а в среднее значение рассогласования между током и напряжением ввести коэффициент, соответствующий значению соз ср.При постоянной величине фазового сдвига в устройство достаточно ввести фазосдвигающий блок 17 (фиг. 2), вход которого подключен к выходу согласующего блока 10, а выход соединен со входом первого выпрямителя 11, при этом соответственно изменяют и коэффициент передачи интегратора 13,Если фазовый сдвиг между током и напряжением изменяется в процессе работы устройства, то необходимо постоянно обеспечивать подстройку фазы с целью обеспечения работоспособности цепи компенсации изменения нагрузки. Для этой цели в устройство формирования управляющего сигнала вводят управляемый фазосдвигающий блок 18 (фиг. 3), вход которого подключен к выходу согласующего блока 10, выход соединен со входом первого выпрямителя 11, второй вход подключен ко второму выходу второго выпрямителя 16, а управляющий выход соединен с третьим управляющим входом второго интегратора 13. Функциональная схема управляемого фазосдвигающего блока 18 (фиг, 4) содержит управляемую фазосдвигающую цепь 19 (фиг. 5), два формирователя синхроимпульсов 20 и 21, узел управления 22, состоящий из двух КЯ-триггеров и 4-х элементов И, два аналоговых ключа 23 и 24 и интегратор 25, причем вход управляемой фазосдвигаюшей цепи 19 соединен с выходом согласующего блока 10 (цепь 26), а выход - со вхо10 15 20 5дом первого выпрямителя 11 (цепь 27) и входом первого формирователя синхроимпульсов 20, вход второго формирователя синхроимпульсов 21 подключен ко второму выходу второго выпрямителя 16 (цепь 28), выход формирователей 21 и 20 подключен ко входам узла управления 22, выход которого соединен с управляющими входами аналоговых ключей 23 и 24, информационные входы которых подключены к источникам опорного напряжения 29 и 30, а выходы соединены со входом интегратора 25, выход которого подключен к управляющему входу второго интегратора 13 (цепь 31).Согласующий блок 10 выполнен на основе согласующего трансформатора и резистивного настраиваемого делителя, подключенного ко вторичной обмотке этого трансформатора.Принципиальная схема управляемой фазосдвигающей цепи может быть выполнена как показано на фиг, 5, где в качестве управляемого резистора применен резисторный оптрон ЧК 1. Управляемые интеграторы могут быть выполнены на основе операционных усилителей по схеме, приведенной на фиг. 6, где резистивный оптрон ЧК 1 используется для изменения коэффициента передачи интегратора.Устройство работает следующим образом.Для устранения влияния изменения нагрузки на выделяемую мощность сигнал о величине тока, протекающего в силовой цепи, снимаемый с датчика тока 15, поступает через выпрямитель 16 на второй вход вычитателя 12. Одновременно на первый вход вычитателя 12 поступают мгновенные значения напряжения сети, прошедшие через согласующий блок 10 и выпрямитель 11 (предварительно при настройке регулятора мгновенные значения напряжения сети приравниваются мгновенным значениям сигнала датчика тока при номинальной нагрузке). Эти два сигнала вычитаются между собой на вычитателе 12, а их алгебраическая разность поступает на второй интегратор 13, который, для исключения временного интервала, когда ток в силовой цепи отсутствует, включается сигналом с блока сравнения 8. Выходной сигнал второго интегратора 13 поступает на второй управляющий вход первого интегратора 5 и управляет коэффициентом передачи этого интегратора, уменьшая коэффициент передачи, если сопротивление нагрузки Кн увеличивается, и увеличивая его, если Куменьшается. При этом максимальное значение выходного сигнала интегратора 5, записываемое в пиковый детектор 6, будет зависеть как от величины напряжения питающей сети, так и от величины нагрузки. В этом случае устройство для формирования управляющего сигнала обеспечивает параметрическую стабилизацию 11,Р за полупериод и постоян- г 25 Зо 35 40 45 50 55 6ство величины К/Кн, что и обеспечивает постоянство заданного значения мощности Р= = К 1-)ср/КнНа фиг. 7 приведены графики, объясняющие принцип стабилизации мощности при изменениях напряжения питающей сети и нагрузки. В случае, если нагрузка носит активно- индуктивный характер, что возожно, например, при включении нагрузки через силовой трансформатор, в силовой цепи наблюдается фазовый сдвиг между током и напряжением. В этом случае для правильной работы регулятора необходимо фазосдвигающим блоком 17 устранить этот сдвиг так, чтобы мгновенные значения сигналов датчика тока 15 и напряжения сети совпадали по фазе, и соответствующим образом изменить коэффициент передачи второго интегратора 13, что будет соответствовать введению коэффициента сову.Если фазовый сдвиг непрерывно изменяется, то в этом случае необходимо применить устройство автоматической подстройки фазы, которое непрерывно обеспечивает соответствие фаз питающей сети и сигнала датчика тока и соответственно изменяет коэффициент передачи второго интегратора 13, который, в свою очередь, изменяет коэффициент передачи первого интегратора 5. Для этого из сигналов датчика тока и согласующего блока 10 формирователями 21 и 20 формируют синхроимпульсы нулевых значений, которые поступают на устройство управления 22 и в зависимости от временных рассогласований между синхроимпульсами переключаются триггеры, которые включают в течение длительности рассогласования один или второй аналоговые ключи (23 или 24), обеспечивая подачу на интегратор 25 опорных напряжений требуемой полярности. Блок 18 представляет собой следующую систему и, таким образом, в интеграторе 25 будет присутствовать сигнал, характеризующий рассогласование по фазе. Выходной сигнал интегратора 25 в виде сигнала обратной связи 31 поступает на управляемую фазосдвигающую цепь 19, которая и обеспечивает соответствие фаз сигналов напряжения сети и датчика тока, при этом одновременно вводят корректирующий сигнал 31 на интегратор 13, обеспечивая ему требуемый коэффициент передачи.Использование предлагаемого устройства для формирования управляющего сигнала в качестве регулятора электрической мощности позволяет стабилизировать мощность в широком диапазоне изменения сопротивления нагрузки и соэр, что при высоком быстродействии регулятора позволяет строить высококачественные системы автоматического регулировчия, например температуры электропечей.1. Устройство для формирования управляющего сигнала по авт. св. Мо 491127, отличающееся тем, что, с целью регулирования мощности при изменяющейся величине активной нагрузки, в него введены последовательно соединенные согласующий блок, выпрямитель, второй блок вычитания и второй интегратор, а также последовательно соединенные датчик тока нагрузки и второй выпрямитель, выход которого соединен со вторым входом второго блока вычитания, вход согласующего блока подключен к источнику синусоидального напряжения, выход второго интегратора соединен со вторым управляющим входом первого интегратора, а управляющий первый вход второго интегратора подключен к выходу формирователя синхроимпульсов, второй - к выходу блока сравнения,2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью регулирования мощности при 8изменяющейся величине активно-индуктивной нагрузки с постоянным значением созс, устройство дополнительно снабжено фазосдвигающим блоком, вход которого подключен к выходу согласующего блока, а выход соединен со входом первого выпрямителя.3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающеесятем, что, с целью регулирования мощности при изменяющейся величине активно-индуктивной нагрузки с переменным значением сов р, фазосдвигающий блок выполнен управ ляемым, его вход подключен к выходу согласующего блока, второй вход соединен со вторым выходом второго выпрямителя, первый выход соединен со входом первого выпрямителя, а второй выход подключен к третьему управляющему входу второго интегратора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе903843 г.7 ректор Г. Ога писное Р ая,Редактор Н. ГунькЗаказ 114/29 ВНИИПпо13035, Миал Г 1 ПП Составитель О. НакаТехред А. БойкасТираж 907Государственного ком итеелам изобретений и открсква, Ж - 35, Раушская нПатент, г. Ужгород, ул знаяКор Под та ССС ытий аб д.Проек