РЕГУЛЯТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2015 года по МПК H02J3/18 

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

Известен регулятор реактивной мощности, содержащий подключенные параллельно сети энергоемкий регулируемый элемент дискретного действия, формирователь синхроимпульсов и схему управления, включающую реверсивный счетчик и трехпозиционный орган сравнения [Авторское свидетельство СССР №1624599, кл. H02J 3/18, 1991 г.].

Недостатком такого регулятора является низкая точность, обусловленная дискретностью регулирования.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является регулятор реактивной мощности, содержащий подключенные параллельно сети энергоемкий регулируемый элемент дискретного действия, энергоемкий регулируемый элемент непрерывного действия и формирователь синхроимпульсов, аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к управляющему входу регулятора реактивной мощности, а выходом - к управляющим входам энергоемкого регулируемого элемента дискретного действия, а также компаратор, выход которого соединен с управляющим входом энергоемкого регулируемого элемента непрерывного действия [Авторское свидетельство СССР №1501213, кл. H02J 3/18, 1989 г].

Недостатком такого регулятора реактивной мощности является также низкая точность, обусловленная дискретностью регулирования.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение точности регулирования.

Технический результат достигается тем, что в известный регулятор реактивной мощности, содержащий подключенные параллельно сети энергоемкий регулируемый элемент дискретного действия, энергоемкий регулируемый элемент непрерывного действия, формирователь синхроимпульсов, аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к управляющему входу регулятора реактивной мощности, а выходом - к управляющим входам энергоемкого регулируемого элемента дискретного действия, а также компаратор, выход которого соединен с управляющим входом энергоемкого регулируемого элемента непрерывного действия, введены: цифроаналоговый преобразователь, соединенный входами с выходами аналого-цифрового преобразователя, генератор опорного напряжения, соединенный входом с выходом формирователя синхроимпульсов, устройство вычитания, суммирующий вход которого подключен к управляющему входу регулятора реактивной мощности, вычитающий вход - к выходу цифроаналогового преобразователя, а выход - к суммирующему входу компаратора, инвертирующий вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения.

Схема предложенного регулятора переменного напряжения приведена на чертеже.

Регулятор реактивной мощности (фиг.) содержит подключенные параллельно сети энергоемкий регулируемый элемент дискретного действия 1 (ЭДД), энергоемкий регулируемый элемент непрерывного действия 2 (ЭНД) и формирователь синхроимпульсов (ФСИ) 3, а также аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, подключенный входом к управляющему входу х регулятора реактивной мощности, а выходом - к управляющим входам энергоемкого регулируемого элемента дискретного действия 2, а также компаратор (К) 6, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 7, генератор опорного напряжения (ГОН) 4 и устройство вычитания (УВ) 8.

Компаратор 6 осуществляет функцию преобразования

$$r=\{\begin{array}{ccc}1& при& h\ge g\\ 0& при& h<g\end{array}$$ .

Выход его соединен с управляющим входом r энергоемкого регулируемого элемента непрерывного действия 2. Цифроаналоговый преобразователь 7 соединен входами с выходами аналого-цифрового преобразователя 5. Генератор опорного напряжения (ГОН) 4 соединен входом с выходом формирователя синхроимпульсов 3. Устройство вычитания (УВ) 8 подключено суммирующим входом к управляющему входу х регулятора реактивной мощности, а вычитающим входом - к выходу цифроаналогового преобразователя 7. Его выход соединен с суммирующим входом компаратора 6, инвертирующий вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения 4.

Энергоемкий регулируемый элемент дискретного действия 1 может быть выполнен на основе компактных компенсаторов реактивной мощности КРМ-К-0,4-20-2-10У3, регулируемый элемент непрерывного действия 2 может быть реализован на основе статического тиристорного компенсатора СТК-6/5,0. Генератор опорного напряжения 4 может быть реализован на микросхеме ICL8038. Функцию компаратора 6 выполняет микросхема КР554СА3. Формирователь синхроимпульсов 3 также может быть реализован на микросхеме КР554СА3. Для аналогово-цифрового преобразования может быть использована микросхема К572ПВ1, а для реализации ЦАП 7 - микросхема К572ПА1.

Работа регулятора реактивной мощности происходит следующим образом.

Аналого-цифровой преобразователь 5 управляющего напряжения х формирует цифровой код Х=[x₁,х₂,…,x_n].

Формирователь 3 преобразует напряжение сети e(t) в последовательность импульсов z(t), соответствующих моментам перехода им нулевого уровня.

Генератор опорного напряжения 4, синхронизируемый этой последовательностью, формирует пилообразное убывающее напряжение

$$g\left(t\right)=\Delta x\left\{1-2\frac{t}{T}\right\}$$ ,

где Т - период сети, Δх - уровень напряжения, соответствующий единице младшего разряда аналого-цифрового преобразователя.

Цифроаналоговый преобразователь 7 осуществляет обратное преобразование

$$x_D=\Delta x{\displaystyle \sum _{k=1}^n{2}^{k-1}{x}_k}$$ .

Устройство вычитания (8) формирует разностный сигнал

h=x-x_D,

который компаратором 6 сравнивается с напряжением g(f) генератора 4. В результате на выходе компаратора формируется последовательность импульсов r(f), длительность τ которых зависит от уровня разностного сигнала

$$\tau \left(h\right)=\frac{Th}{2\Delta x}$$ .

Из этой зависимости следует, что с увеличением разностного сигнала в диапазоне h∈[0,Δх] длительность возрастает, изменяясь в диапазоне τ∈[0,Т/2].

Величина реактивной мощности q в нагрузке определяется суммой двух компонентов:

q=q_D+q_C,

где q_D и q_C - соответственно мощности дискретного и непрерывного регулируемых элементов.

Мощность дискретного регулируемого элемента определяется минимальным дискретным уровнем ее приращения Δq и двоичным управляющим кодом Х

$$q_D=\Delta q{\displaystyle \sum _{k=1}^n{2}^{k-1}{x}_k}$$ .

Мощность непрерывного регулируемого элемента определяется длительностью интервала τ его включенного состояния

$$q_C=\Delta q\frac{2\tau }{T}$$

Выражение для реактивной мощности регулятора имеет вид

q=Δq(DX+χ),

где D=(2^n-1…2¹2⁰) - двоичный код управления дискретным регулируемым элементом, χ=2τ/T - относительная длительность интервала включения регулируемым элементом непрерывного действия.

Таким образом, в отличие от известного устройства, погрешность которого не может меньше дискретного уровня изменения мощности, предложенный регулятор реактивной мощности обеспечивает непрерывное регулирование, что обеспечивает достижение поставленной цели.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах электропитания технологического оборудования, в частности нагревателей прецизионных электропечей. Технический результат - повышение точности регулирования. Технический результат достигается тем, что в известный регулятор реактивной мощности, содержащий подключенные параллельно сети энергоемкий регулируемый элемент дискретного действия, энергоемкий регулируемый элемент непрерывного действия, формирователь синхроимпульсов, аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к управляющему входу регулятора реактивной мощности, а выходом - к управляющим входам энергоемкого регулируемого элемента дискретного действия, а также компаратор, выход которого соединен с управляющим входом энергоемкого регулируемого элемента непрерывного действия, введены: цифроаналоговый преобразователь, соединенный входами с выходами аналого-цифрового преобразователя, генератор опорного напряжения, соединенный входом с выходом формирователя синхроимпульсов, устройство вычитания, суммирующий вход которого подключен к управляющему входу регулятора реактивной мощности, вычитающий вход - к выходу цифроаналогового преобразователя, а выход - к суммирующему входу компаратора, инвертирующий вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения. 1 ил.

Регулятор реактивной мощности, содержащий подключенные параллельно сети энергоемкий регулируемый элемент дискретного действия, энергоемкий регулируемый элемент непрерывного действия и формирователь синхроимпульсов, аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к управляющему входу регулятора реактивной мощности, а выходом - к управляющим входам энергоемкого регулируемого элемента дискретного действия, а также компаратор, выход которого соединен с управляющим входом энергоемкого регулируемого элемента непрерывного действия, отличающийся тем, что в него введены цифро-аналоговый преобразователь, соединенный входами с выходами аналого-цифрового преобразователя, генератор опорного напряжения, соединенный входом с выходом формирователя синхроимпульсов, устройство вычитания, суммирующий вход которого подключен к управляющему входу регулятора реактивной мощности, вычитающий вход - к выходу цифро-аналогового преобразователя, а выход - к суммирующему входу компаратора, инвертирующий вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения.