РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК G05F1/10 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах электропитания технологического оборудования, в частности нагревателей прецизионных электропечей.

Известен регулятор переменного напряжения, содержащий включенный между входными и выходными зажимами регулирующий орган дискретного действия, управляющие входы которого подключены к выходу сумматора, соединенного первым входом с управляющими входами регулятора, старшими разрядами второго входа - с источником сигнала логического нуля, а его младшим разрядом - с выходом компаратора, первый вход которого через цепочку из каскадно-соединенных умножителя частоты, формирователя импульсов и двоичного счетчика подключен к входным зажимам регулятора, и формирователь синхроимпульсов, вход которого соединен с входом регулятора, а выход - с установочным нулевым входом двоичного счетчика [А.с. 1396127. Регулируемый преобразователь переменного напряжения].

Недостатком такого регулятора является большая дифференциальная нелинейность его регулировочной характеристики, обусловленная разбросом параметров ключей регулирующего органа дискретного действия и приводящая к возникновению погрешности регулирования.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является регулятор переменного напряжения, содержащий включенный между входными и выходными зажимами регулирующий орган дискретного действия, управляющие входы которого подключены к выходу сумматора, соединенного первым входом с управляющими входами регулятора переменного напряжения, старшими разрядами второго входа - с источником сигнала логического нуля, а его младшим разрядом - с выходом компаратора, первый вход которого через цепочку из каскадно-соединенных формирователя синхроимпульсов и двоичного счетчика подключен к входным зажимам регулятора [А.с. 1325431. Регулятор переменного напряжения].

Недостатком такого регулятора также является большая дифференциальная нелинейность его регулировочной характеристики, приводящая к возникновению погрешности регулирования.

Технический результат предлагаемого изобретения - уменьшение дифференциальной нелинейности регулировочной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в известный регулятор переменного напряжения, содержащий включенный между входными и выходными зажимами регулирующий орган дискретного действия, управляющие входы которого подключены к выходу арифметического устройства, соединенного первым входом с управляющими входами регулятора переменного напряжения, старшими разрядами второго входа - с источником сигнала логического нуля, а его младшим разрядом - с выходом компаратора, первый вход которого через цепочку из каскадно-соединенных формирователя синхроимпульсов и двоичного счетчика подключен к входным зажимам регулятора, введены преобразователь кодов, подключенный входом к управляющему входу регулятора, а выходом - ко второму входу компаратора, и дешифратор, также подключенный входом к управляющему входу регулятора, а выходом - к управляющему входу арифметического устройства.

Схема предложенного регулятора переменного напряжения приведена на фиг.1. На фиг.2 изображены диаграммы изменения во времени за цикл регулирования T_R=T2^m, где T - период следования импульсов с формирователя синхроимпульсов 5, равный полупериоду сети:

а) функции приращения кода

счетчика 6,

б) логического сигнала r с выхода компаратора кодов 4,

в) коэффициента k передачи напряжения регулирующего органа дискретного действия для случая, когда сигнал на выходе дешифратора z=1 и арифметическое устройство осуществляет операцию суммирования,

г) коэффициента k передачи напряжения регулирующего органа дискретного действия для случая, когда сигнал на выходе дешифратора z=0 и арифметическое устройство осуществляет операцию вычитания.

Фиг.3 и 4 иллюстрируют принцип коррекции дифференциальной нелинейности на примере регулирующего органа дискретного действия 1 с тремя коэффициентами передачи k₁, k₂ и k₃. На фиг.3 представлена столбцовая диаграмма фиксированных уровней коэффициента k передачи регулирующего органа дискретного действия 1 от управляющего кода, представленного функцией

,

а на фиг.4 - диаграммы изменения во времени (за цикл регулирования) этого коэффициента, при различных управляющих кодах для случая компенсации дифференциальной нелинейности.

Регулятор переменного напряжения (фиг.1) содержит включенный между входными и выходными зажимами регулирующий орган дискретного действия 1, выполненный на трансформаторе, вторичная обмотка которого секционирована, причем числа витков секций, включенные по схеме суммирования, относятся как целые степени числа два.

Управляющие входы регулирующего органа дискретного действия подключены к выходу сумматора 2, соединенного первым входом с управляющими входами регулятора переменного напряжения Z=[z₁, z₂,…z_n], старшими разрядами второго входа - с источником 3 сигнала логического нуля, а его младшим разрядом - с выходом компаратора 4 с входами R и Р, осуществляющего логическую функцию

Первый вход компаратора через цепочку из каскадно-соединенных формирователя синхроимпульсов 5 и двоичного счетчика 6 подключен к входным зажимам регулятора. Формирователь синхроимпульсов 5 формирует импульсы s, соответствующие моментам перехода входным напряжением сети е нулевого уровня. Он выполнен на трансформаторе, в первичную обмотку которого включено активное сопротивление, а к вторичной обмотке подключена мостовая выпрямительная схема.

Двоичный счетчик 6 имеет m разрядов. Он осуществляет счет синхроимпульсов s, формируя m-разрядный двоичный код R=[r₁, r₂,…,r_m].

Второй вход компаратора 4 через преобразователь кодов 7, который может быть выполнен на микросхеме ПЗУ К573РФ4, подключен к управляющему входу регулятора. Функцией преобразователя является формирование из управляющего кода регулятора Z m-разрядного кода компенсации дифференциальной нелинейности Р=[p₁, p₂,…,p_m].

Работа регулятора переменного напряжения происходит следующим образом.

Двоичный счетчик 6 осуществляет подсчет синхроимпульсов s, следующих с удвоенной частотой сети. В момент равенства кода двоичного счетчика R коду P, определяющий длительность интервала θ_i, происходит изменение выходного сигнала r компаратора 7 с уровня лог.1 до уровня лог.0 (см. фиг.2a и фиг.2б). Это вызывает одно из следующих действий. Если на выходе дешифратора 8 присутствовал сигнал логической единицы (z_i=1), арифметическое устройство 2 осуществляет вычитание кода [L r] из текущего значения кода управления Z_i, вследствие чего происходит изменение в сторону уменьшения на один уровень коэффициента передачи регулирующего органа дискретного действия 1 (см. фиг.2в).

Если на выходе дешифратора на момент θ_i присутствовал сигнал логического нуля (z_i=0), арифметическое устройство 2 осуществляет суммирование кода [L r] с текущим значением кода управления Z_i, вследствие чего происходит изменение коэффициента передачи регулирующего органа дискретного действия 1 в сторону его увеличения на один уровень (см. фиг.2г).

В результате такого управления осуществляется периодическое изменение коэффициента передачи регулирующего органа дискретного действия во времени на двух смежных фиксированных уровнях:

Действующее значение напряжения на выходных зажимах регулятора определяется средним значением коэффициента передачи за период регулирования, которое зависит от кода P и логического сигнала z

Преобразователь кодов 7 и дешифратор 8 функционируют таким образом, что средние значения коэффициентов передачи образуют линейную зависимость от порядкового номера (см. точки (1, k₁), (1, k₂), (1, k₃) на фиг.3). Угол наклона прямой, определяемый из условия минимума среднеквадратического отклонения, составляет

Формула для программирования дешифратора 8 имеет вид

Программированием преобразователя кодов добиваются выполнения условия

из которого следует соотношение

определяющее формулу его программирования

За счет процесса числоимпульсной модуляции напряжения в процессе передачи его от сети в нагрузку в предложенном регуляторе переменного напряжения обеспечивается равномерное приращение действующего напряжения во всем диапазоне регулирования, тем самым происходит уменьшение дифференциальной нелинейности регулировочной характеристики.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в уменьшении дифференциальной нелинейности регулировочной характеристики. В регулятор переменного напряжения, содержащий включенный между входными и выходными зажимами регулирующий орган дискретного действия, управляющие входы которого подключены к выходу арифметического устройства, соединенного первым входом с управляющими входами регулятора переменного напряжения, старшими разрядами второго входа - с источником сигнала логического нуля, а его младшим разрядом - с выходом компаратора, первый вход которого через цепочку из каскадно-соединенных формирователя синхроимпульсов и двоичного счетчика подключен к входным зажимам регулятора, введены преобразователь кодов, подключенный входом к управляющему входу регулятора, а выходом - ко второму входу компаратора, и дешифратор, также подключенный входом к управляющему входу регулятора, а выходом - к управляющему входу арифметического устройства. 4 ил.

Регулятор переменного напряжения, содержащий включенный между входными и выходными зажимами регулирующий орган дискретного действия, управляющие входы которого подключены к выходу арифметического устройства, соединенного первым входом с управляющими входами регулятора переменного напряжения, старшими разрядами второго входа - с источником сигнала логического нуля, а его младшим разрядом - с выходом компаратора, первый вход которого через цепочку из каскадно-соединенных формирователя синхроимпульсов и двоичного счетчика подключен к входным зажимам регулятора, отличающийся тем, что в него введены преобразователь кодов, подключенный входом к управляющему входу регулятора, а выходом - ко второму входу компаратора, и дешифратор, также подключенный входом к управляющему входу регулятора, а выходом - к управляющему входу арифметического устройства.