УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ Российский патент 1997 года по МПК H05B37/02 

Устройство управления освещением.

Изобретение относится к устройствам управления во многофазных электрических сетях промышленной частоты. Наиболее целесообразно применение изобретения для управления уровнем освещенности в корпусах птичников.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого устройства является устройство управления освещением, известное из описания к авторскому свидетельству СССР N 690459, кл.H 05 B 37/02, публ. 1979. Известное устройство содержит три канала управления фазами питания, каждый из которых имеет два тиристорных ключа, соединенных с фазой питания, два формирователя импульсов и силовой трансформатор напряжения соответствующей фазы, причем выход каждого формирователя импульсов соединен со входом управления соответствующего тиристорного ключа, анод каждого из которых соединен с катодом другого.

Недостатком этого устройства является то, что не возможно стабилизировать напряжение на нагрузке при скачках амплитуды напряжения питания и не возможен режим работы плавного включения и выключения напряжения на нагрузке.

Задача изобретения повышение помехоустойчивости, расширение функциональных возможностей и эксплуатационной надежности.

Указанная задача решается за счет того, что в устройство управления освещением, состоящее из трех каналов управления фазами питания, каждый из которых содержит два тиристорных ключа, соединенных с фазой питания, два формирователя импульсов и силовой трансформатор напряжения соответствующей фазы, при этом выход каждого формирователя импульсов соединен с входом управления соответствующего тиристорного ключа, анод каждого из которых соединен с катодом другого, введены высокочастотный генератор и схема плавного включения и выключения, а каждый канал управления фазами питания снабжен схемой синхронизации, счетчиком импульсов, триггером, мультивибратором, интегратором, компаратором, схемами И и ИЛИ и инвертором, причем вторичная обмотка трансформатора соединена со входом схемы синхронизации, прямой выход которой соединен с входами сброса счетчика и триггера и с входом интегратора, первый и второй инверсные выходы схемы синхронизации соединены с запирающими входами первого и второго формирователей импульсов соответственно, счетный вход счетчика соединен с выходом высокочастотного генератора, выход счетчика соединен с первым входом схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом схемы И, первый вход которой соединен с выходом компаратора, сигнальный вход которого соединен с выходом интегратора, второй вход схемы "И" соединен с вторым выходом схемы плавного включения и выключения, сигнал на котором появляется при достижении сигналом на ее первом выходе своего максимального значения, который соединен с входом управления высокочастотного генератора, выход схемы "ИЛИ" соединен с входом инвертора, выход которого соединен с входом установки триггера, выход которого соединен с входом разрешения мультивибратора, выход которого соединен с входами усилителей мощности первого и второго формирователей импульсов.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства управления освещением.

Устройство содержит три канала (А, В, С), силовой трансформатор напряжения соответствующей фазы 1, схему синхронизации 2, счетчик 3, интегратор 4, компаратор 5, схему И 6, схему ИЛИ 7, инвертор 8, триггер 9, мультивибратор 10, первый формирователь импульсов 11, второй формирователь импульсов 12, высокочастотный генератор 13, схему плавного включения и выключения 14, первый тиристор VS1, второй тиристор VS2, выключатель S1 и нагрузку Rn. Вторичная обмотка трансформатора 1 соединена с входом схемы синхронизации 2, прямой выход которой соединен с входами сброса счетчика 3 и триггера 9 и с входом интегратора 4. Первый и второй инверсные выходы схемы синхронизации 2 соединены с запирающими входами первого 11 и второго 12 формирователей импульсов соответственно. Счетный вход счетчика 3 соединен с выходом высокочастотного генератора 13. Выход счетчика 3 соединен с первым входом схемы ИЛИ 7, второй вход которой соединен с выходом схемы И 6. Первый вход схемы "И" соединен с выходом компаратора 5, сигнальный вход которого соединен с выходом интегратора 4. Второй вход схемы И 6 соединен с вторым выходом схемы плавного включения и выключения 14, сигнал на котором появляется при достижении сигналом на ее первом выходе своего максимального значения который соединен с входом управления высокочастотного генератора 13. Выход схемы "ИЛИ" 7 соединен с входом инвертора 8, выход которого соединен с входом установки триггера 4. Выход триггера 4 соединен с входом разрешения мультивибратора 10, выход которого соединен с входами усилителей мощности первого 11 и второго 12 формирователей импульсов.

На фиг. 2 представлены эпюры в характерных точках, обозначенных на фиг. 1.

Устройство работает следующим образом.

Устройство содержит единый для всех фазных каналов высокочастотный генератор импульсов 13, выполненный на логических элементах цифровой микросхемы и управляемый по частоте переменным резистором. Включенным в хронирующую цепочку генератора 13, который задает угол включения тиристоров. Переменный резистор изменяет частоту высокочастотного генератора 13 от 5 кГц до 1 мГц, т.е. в 200 раз. При этом угол включения тиристоров изменяется от 0 практически до 180. Схема управления плавным включением и выключением освещения 14 также управляет частотой генератора 13 и под действием сигналов с таймера, входящего в ее состав, в определенные моменты времени плавно включает и выключает освещение за счет увеличения и уменьшения сигнала на своем первом выходе.

Число каналов управления равно числу используемых фаз питающей сети. Каналы идентичны и взаимозаменяемы.

В каждом канале управления отрицательные полупериоды напряжения с вторичной обмотки силового трансформатора 1, через первый и второй инверсные выходы схемы синхронизации 2, поступают на первый 11 и второй 12 формирователи импульсов, поочередно их закрывая.

В моменты приближения сетевого напряжения к нулю в схеме синхронизации 2 формируются узкие прямоугольные импульсы с частотой 100 Гц, которые поступают на вход сброса счетчика 3 и обнуляют его к начале каждого полупериода и одновременно сбрасывают триггер 9. На счетный вход счетчика 3 поступают высокочастотные импульсы от генератора 13. После отсчета 64 импульсов на выходе счетчика 3 появляется сигнал логической "1", который подается на первый вход схемы ИЛИ.

Импульсы с частотой 100 Гц с прямого выхода схемы синхронизации 2 также поступают на вход интегратора 4, на выходе которого формируются импульсы пилообразной формы с частотой следования 100 Гц. Импульсы пилообразной формы с интегратора 4 поступают на сигнальный вход компаратора 5, на опорный вход которого подается образцовое напряжение необходимой величины. При уменьшении пилообразного напряжения до уровня образцового на выходе компаратора формируется уровень логической "1", после достижения полообразным напряжением наименьшего значения оно начинает снова возрастать и при повышении до уровня образцового на выходе компаратора формируется уровень логического 0. Таким образом, на выходе компаратора формируются прямоугольные импульсы с частотой 100 Гц, заднии фронты которых жестко привязаны к передним фронтам импульсов с прямого выхода схемы синхронизации 2.

Импульсы с выхода компаратора 5 поступают на первый вход схемы И 6, на второй вход которой поступает сигнал со схемы плавного включения и выключения 14. Импульсы с компаратора 5 появятся на выходе схемы И 6 лишь тогда, когда на второй вход поступит уровень логической "1" с второго выхода схемы 14. Уровень логической "1" на втором выходе схемы 14 появится лишь тогда, когда сигнал с первого выхода схемы 14 достигнет своего максимального значения и частота генератора 13 перестанет увеличиваться.

Импульсы с выхода схемы 6 поступают на второй вход схемы ИЛИ 7 и в зависимости от того, какой импульс поступит первым на вход схемы 7, такой импульс будет и на выходе схемы 7.

Импульсы с выхода схемы 7 через инвертор 8 поступают на вход установки триггера 9, при этом на выходе триггера 9 устанавливается уровень логической "1", который запускает мультивибратор 10. Работает мультивибратор 10 до появления сигнала логического "0" на выходе триггера 9. Импульсы частотой 6 кГц и длительностью 150 мкс с мультивибратора 10 поступают на вторые входа формирователей импульсов 11 и 12. Положительные импульсы усиливаются лишь тем усилителем мощности формирователей импульсов 11 и 12, где отсутствует закрывающее отрицательное напряжение со схемы синхронизации 2, поступающее на первые входы формирователей импульсов. Поэтому из встречно включенных тиристоров VS1 и VS2 включится тот, у которого в рассматриваемый полупериод напряжение на аноде по отношению к катоду положительно. В конце полупериода тиристор закроется и в очередной полупериод сетевого напряжения откроется второй тиристор ключа.

Для стабилизации выходного напряжения на нагрузке Rn служит узел, состоящий из интегратора 4 и компаратора 5, который каждый полупериод сравнивает входное пилообразное напряжение с образцовым постоянным напряжением и при равенстве пилообразного и образцового сигналов вырабатывается управляющий импульс логической "1", длительность которого определяется амплитудой пилообразного напряжения. При уменьшении амплитуды пилообразного напряжения длительность управляющего импульса увеличивается и наоборот. Изменение амплитуды пилообразного напряжения зависит от изменения амплитуды напряжения фазы питания.

Итак, если на выходе схемы ИЛИ 7 импульс со счетчика 3, то угол включения тиристоров или напряжение на нагрузке Rn определяется положением движка переменного резистора в генераторе 13, если на выходе схемы 7 импульс с компаратора 5, то угол включения тиристоров меняется автоматически в зависимости от изменения напряжения питания, тем самым поддерживается стабильное напряжение на нагрузке.

Обычный режим работы устройства режим стабилизации напряжения на нагрузке, амплитуда напряжения при этом определяется уровнем образцового напряжения на опорном входе компаратора 5.

Однако при увеличении напряжения питания настолько, что пилообразное напряжение выходит за порог, срабатывания компаратора 5, углом включения тиристоров начинает управлять импульс со счетчика 3, который в режиме стабилизации поступает на вход схемы ИЛИ 7 после импульса с компаратора 5. Таким образом, при скачках питающего напряжение на нагрузке не уменьшается ниже определенного уровня, который устанавливается переменным резистором генератора 13.

Так как для всех каналов управления использован общий генератор 13, на обеих полуволнах питающего напряжения работают общие фазосдвигающие узлы, значения угла включения тиристоров практически одинаковы и в нагрузке будет отсутствовать уравнительный ток, вызываемый их неравенством. Незначительное различие в значениях угла включения может быть из-за конечной длительности импульса синхронизации конечного значения частоты следования импульсов с генератора 13.

Предлагаемое устройство управления освещенности обладает повышенной помехоустойчивостью, расширенной функциональной способностью и эксплуатационной надежностью.

Использование: управление уровнем освещенности в корпусах птичников. Сущность изобретения: устройство дополнительно содержит в каждом канале интегратор 4, компаратор 5, схему И 6, схему ИЛИ 7, инвертор 8. Данные блоки во взаимосвязи с силовым трансформатором 1, схемой синхронизации 2, счетчиком 3, триггером 9, мультивибратором 10, первым формирователем импульсов 11, вторым формирователем импульсов 12, высокочастотным генератором 13, схемой плавного включения и выключения 14, первым тиристором VS1, вторым тиристором VS2 позволяют управлять уровнем освещенности и стабилизировать выходное напряжение на нагрузке Rn в условиях помех в сети питания. 2 ил.

Устройство управления освещением, состоящее из трех каналов управления фазами питания, каждый из которых содержит два тиристорных ключа, соединенных с фазой питания, два формирователя импульсов и силовой трансформатор напряжения соответствующей фазы, при этом выход каждого формирователя импульсов соединен с входом управления соответствующего тиристорного ключа, анод каждого из которых соединен с катодом другого, отличающееся тем, что в него введены высокочастотный генератор и схема плавного включения и выключения, а каждый канал управления фазами питания снабжен схемой синхронизации, счетчиком импульсов, триггером, мультивибратором, интегратором, компаратором, схемами И и ИЛИ и инвертором, причем вторичная обмотка трансформатора соединена с входом схемы синхронизации, прямой выход которой соединен с входами сброса счетчика и триггера и с входом интегратора, первый и второй инверсные выходы схемы синхронизации соединены с запирающими входами первого и второго формирователей импульсов соответственно, счетный вход счетчика соединен с выходом высокочастотного генератора, выход счетчика соединен с первым входом схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом схемы И, первый вход которой соединен с выходом компаратора, сигнальный вход которого соединен с выходом интегратора, второй вход схемы И соединен с вторым выходом схемы плавного включения и выключения, сигнал на котором появляется по достижении сигналом на ее первом выходе своего максимального значения, который соединен с входом управления высокочастотного генератора, выход схемы ИЛИ соединен с входом инвертора, выход которого соединен с входом установки триггера, выход которого соединен с входом разрешения мультивибратора, выход которого соединен с входами усилителей мощности первого и второго формирователей импульсов.