Способ стабилизации активной мощности тиристорного регулятора и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК H02P13/16 

Изобретение отнсхзится к электротехнике и может быть использовано для питания систем накала генератор ных ламп и различных нагревательных устройств. Стабилизация температуры таких п требителей электроэнергии осуществл ется путем стабилиэсщии активной мощности, выделянякейся на нагрузке и регулируемой с помощью тиристорно го или магнитного регулятора, устанавливаемого в цепи переменного ток Известен способ стабилизации выходной мощности подобного регулятор состоящий в измерении мгновенных зн чений выходного напряжения и тока, их перемножении, сравнении произведения с эталонной величиной, выделе нии сигнала рассогласования, его усилении и преобразовании в сигнал управления регулирующим элементом fl Недостатком этого способа являет ся его сложность. Наиболее близким к изобретению является способ стабилизации активной мощности тиристорного регулятора, при которой измерйют выходной ток регулятора, выпрямляют и интегрируют измеренное значение в течени интервала протекания тока через тиристорный регулятор, сравнивают полученную в результате интегрировани контролируемую величину с пороговым уровнем и в момент их равенства фор мируют один из фронтов сигнала управления тиристорным регулятором С21 Однако этот способ не может быть применен для питания накала генераторных ламп из-за высокого уровня высокочастотных помех, вызванных искажением формы напряжения на нагрузке и низкой точности стабилизации активной мощности, вьвделялощейся на нагрузке и определяемой, как Т Известный способ f23 обеспечивает стабилизацию только части активной мощности, равной произведению средних за полупериод значений напряжения и тока 4r При фазовом регулировании синусоидального напряжения, примененном в ГЗЗ р /1 « Singp) 2 2Jr Н-1 О Iji () где d- угол регулирования. , 0; R R ; Р„. ..,K-.0,.-.. Следовательно, при изменении сопротивления нагрузки в 4 раза и стабилизации мощности Рц2 мощность, нагревающая нагрузку Рн-tf изменяется в 2 раза, что недопустимо для питания накала генераторных ламп и других нагревательных установок. Кроме того, недостатками указанного способа являются низкий коэффициент мощности даже при активной нагрузке из-за сдвигов между током и напряжением, большая инерционность установления угла of- и сложность обеспечения высокой устойчивой системы из-за регулирования мощности по отклонению. Цель изобретения - повышение точности стабилизации активной выходной мощности регулятора, снижение уровня высокочастотных помех и повышение коэффициента мощности. Цель достигается тем, что согласно способу стабилизации активной мощности тиристорного регулятора, при котором измеряют выходной ток регулятора, выпрямляют и интегрируют измеренное значение в течение интервала Протекания тока через тиристорный регулятор, сравнивают полученную в результате интегрирования контролируемую величину с пороговым уровнем и в момент их равенства формируют один из фронтов сигнала управления тиристорным регулятором, измеряют среднее значение входного напряжения тиристорного регулятора, изменяют величину указанного порогового уровня обратно пропорционально измеренному среднему значению входного напряжения, формируют первые импульсы в моменты изменения полярности входного напряжения, формируют вторые импульсы с частотой следования в р раз меньшейчастоты первых импульсов, синхронизируют ими начало укаванного интегрирования, и передний фронт указанного сигнала управления, задний фронт которого формируют в указанный момент равенства контролируемой величины и порогового уровня. На фиг.1 показаны осциллограммы, иллюстрирующие предлагаемый способ. На фиг.1 обозначено: U2 - входное напряжение регулятора;1р - последовательность первых импульсов; ij - выходной ток регулятора после выпрямления; IT- последовательность вторых импульсов/ Ц - напряжение на выходе инте ратора; пор пороговый уровень; Ua, - напря.кение на выходе регу лятора. Основные теоретические положени позволяющие регшизовать пред)1агаем способ (питание регулятора осущест ляется от однофазной синусоидально «сети переменногд тока, следующие ««Т ml р rl-l u(t|i(tidt-.(-tb-(tMt L ТкгИ - I 2 , Л. соэ ujtdt и :j -2 mm m .,,-, m .-, п1.,,,пс+-д . „из---д-и Э р -.con3t./4, где .DCP среднее за полупериод се .значение тока нагрузки (Vfl )о-Отсюда тuft .i Л (iT.e. амперсекундный интервал тока должен быть обратно пропорционален среднему значению.питающего напряжения (). ). Так как напряж ние питания отклоняется от своего номинального значения только в небольших пределах (д0 t () щг1)(1тк|,.к),: ( гдеиср.о номинальное среднее за п лупериод сети значение н пряжения, l ul /lcp o-,.o ; в соответствии с приведенными н фиг.1 осциллограммами и приведенны соотнодениями формируют последовательность первых .импульсов,tg, осу ществляют деление частоты в ,Праз, формируя тем Самым последовательно вторых импульсов i, каждый из ко торых является запускающим для интегратора. Первые импульсы подаются на упр лякнций вход регулятора в течение промежутка времени, когда напряжение tl(, не достигает порогового уровня 4f,jp.c.Uf,pp 2 I или пом-Как только напряжение -Jlt превышает пороговый уровень, запрещают первым импульсам проходить на вход регулятора. Таким образом осуществляют широтно-импульсную модуляцию напряжения на частоте вторых импульсов. Поскольку каждая полуволна входного напряжения, проходя через регулятор, не искажается, то на входе и выходе регулятора уменьшается уровень радиопомех, а также повышается коэффициент мощности тиристорного регулятора как потребителя. Известны устройства, содержащие измерители мгновенных значений выходного напряжения тиристорного регулятора и выходного тока, выходами подключенные к блоку умножения, выход КОТОРОГО подключен к первому входу блока сравнения, подключенного вторым входом к источнику ЭТсШОННОго напряжения, а выходом, через усилитель и формирователь сигнгша управления - к управляняцему йходу тиристорного регулятора . Недостатком этих устройств является сложность. Наиболее близким к изобретению является тиристорный регулятор, содержащий регулирующий элемент на тиристорах, включенный силовыми выводами между входными и выходными .выводами регулятора через датчик выходного тока, а управляющими входами подключенный к выходу формирователя сигнала управления, первый выпрямитель, подключенный входом к выходу датчика выходного тока, а выходом - к первому входу интегратора, выходом соединенного с первым входом блока сравнения, соединенного вторым входом с выходом формирователя порогового уровня, а выходомсо входом блока управления, и синхронизатор Сз. Недостатками устройства являются невысокая точность стабилизации активной мощности..на выходе регулятора, высокий уровень помех и низкий коэффициент мощности, что обусловлено искажением формы тока в каждом полупериоде питающего напряжения. Цель изобретения - повышение точности стабилизации активной мощности на выходе регулятора, снижение уровня высокочастотных помех и повышение коэффициента мощности. Цель достигается тем, что устройство для реализации способа стабилизации активной мощности тиристорного регулятора, содержащее регулирующий элемент на тиристорах, включенный силовыми выводами между входными и выходными выводами регулятора через датчик выходного тока, а управлякшшм входом подключенный к выходу формирователя сигнала управления. первый выпрямитель, подключенный вхо дом к выходу датчика выходного тока а выходом - к первому входу интегратора, выходом соединенного с первым входом блока сравнения, соединённого вторим входом с выходом формирователя порогового уровня, а выходом - со входом блока управления, и синхронизатор, снабжено делителем частоты, выходом подключенным к второму входу указанного интегратора, а входом к первому выходу указанного синхронизатора, подключенного входом к J5 входным выводам регулятора, а вторым выходом - к первому входу введенного блока совпадения, выходом подключенного к входу указанного формирователя сигнала управления, а вторым входом - к выходу введенного триггера, первым входом соединенного с выходом указанного блока сравнения, а вторым входом - с выходом делителя частоты вторым выпрямителем, который через введенный фильтр подключен к входу указанного формирователя порогового уровня. На фиг.2 приведена структурно-фун кциональная схема устройства, .реализующего предлагаемый способ стабилизации мощности, на фиг.З - устройство, предназначенное для установки трех пороговых уровней. Устройство (фиг.2) содержит тирис торный регулятор 1, включенный между входныгчи выводами 2 и нагрузкой 3, причем в цепи регулятора установлен трансформатор 4 тока, к которому подключен выпрямитель 5 тока нагрузки. Ток выпрямителя 5 подается на вход интегратора б, синхронизированного сигналами, поступающими с выхода делителя 7 частоты сетевого питающего напряжения в п раз. Делитель 7 частоты подключен к синхронизатору 8, выдающему импульсы в моменты изме нения полярности питающего напряжени К входным выводам 2 подключен выпрямитель 9 с индуктивным фильтром 10, напряжение на выходе которого в блоке 11, форг.шрования порогового уровня сравнивается с рядом эталонных напряжений. Сигналы с выхода интеграто ра 6 и формирователя 11 поступают на вход схемы 12 сравнения, работающей в импульсном режиме. Выход схемы 12 подключен к одному входу, -а выход делителя 7 частоты - к другому входу триггера 13 с раздельным входом. Выход триггера 13 вместе с выходом синхронизатора 8 подключен к входам схемы 14 совпадения, управляю щей формирователем 15 сигналов управления регулятора 1. Изменение порогового уровня, обратно пропорционального среднему зна чению питающего напряжения, можно осуществить с помощью устройства, изображенного на,фиг.З, предназначенгного для установки трех пороговых уровней. Устройство работает следующим образом. Среднее значение питающего напряжения сравнивается с двумя эталонными напряжениями i и причем UjTf 372 Если Оср п2 ° (nopi to1- 02 -(о Если UjTi UCP то транзистор 1 открывается ч Unopz U,+U(72 Uн«cv Если , то открывается транзистор 2 и пороговое напряжение становится еще меньшим, т.е. Unop5 (, элементов можно подобрать таким образом, чтобы повышение среднего значения питающего напряжения на 5 и 10% по отношению к, минимальному, вызывало соответствующее снижение порогового уровня тоже на 5 и 10%. Работа устройства, изображенного на фиг.1-3, протекает следующим об- разом. В момент подключения регулятора 1 к источнику 2 сетевого напряжения синхронизатор 8 начинает формировать импульсы управления тиристорами регулятора 1 Б моменты изменения полярности питающего напряжения (кривые Uj , Ie / фиг., а выпрямитель 9 с фильтром 10 - выпрямлять и фильтровать это напряжение..Открываются тиристоры регулятора 1, ток нагрузки, снимаемый с трансформатора 4 тока, выпрямляется выпрямителем 5, ин.тегрируется интегратором 6, синхронизированным делителем 7 частоты и поступает на узел 12 сравнения вместе с пороговым напряжением с формирователя 11 порогового уровня. Пока проинтегрированный выпрямленный ток нагрузки меньше порогового уровня сигнал на выходе узла 1 отсутствует и появляется только в момент их равенства. На выходе триггера 3с раздельным входом формируется импульс, передний фронт которого совпадает с моментами подачи сигналов на триггер с делителя 7 частоты, а задний - с моментом появления сигнала на выходе блока 12. Сигналы с выхода триггера 13 и синхронизатора 8 поступают на блок 14, откуда в моменты их совпадения на блок 15. Б результате сигналы управления поступают на тиристоры регулятора 1 только вомоменты изменения полярности питающего напряжения и только в ту часть периода низкой частоты, когда проинтегрированный- выпрямленный ток нагрузки меньше порогового уровня. Технико-экономический эффект, Обусловленный предлагаемым способом стабилизации мощности.заключается в повышении точности стабилизации актив ной. выход ной мощности регулятора, полезно используемой для нагревания

нагрузки и стабилизации температуры, в снижении уровня вы.сокочастотных помАх, создаваемых стабилизатором мощности, в повышении коэффициента мощности и в повышении устойчивости стабилиз атора.

Стабилизация активной мощности, нагревающей накал генераторной лампы, позволяет резко повысить срок ее службы, так как изменение температуры катода лампы на 2,5% снижает срок ее службы, так как изменение температуры катода лампы на 2,5% снижает срок службу вольфрамовых торированны карбидйрованных катодов примерно в 3 раза.

Существенное снижение уровня ра диопомех и повышение коэффициента мощности достигается за счет ШИМ на низкой частоте, при которой включение и выключение тиристоров осуществляют в мсменты изменения полярности питакяцего напряжения. При таком регулировании высшие гармоники снижаются пропорционально квадрату их частоты, а cos V 1,0.

Повышение устойчивости стйбилиза тора достигается регулированием по , двухкратному возмущению (входного напряжения и тока нагрузки), а не по отклонен.ию выходной мощности.

1. Способ стабилизации активной, мощности тиристорного регулятора,при котором измеряют выходной ток рбгулятора,.выпрямляют и интегрируют измеренное значение в течение интервала протекания тока через тиристорный регулятор, сравнивают полученную в результате интегрирования контролируемую величину с пороговым уровнем и в момент их равенства формируют один из фронтов сигнала управления тиристорным регулятором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации активной выходной мощности тиристорного регулятора, снижения уровня высокочастотных помех, и повышения коэффициента мощности., измеряют среднее значение входного напряжения тиристорного регулятора, измеряют величину указанного порогового уровня обратно пропорционально измеренному среднему значению входного на- пряжения, формируют первые импульсы в моменты1Йзменения полярности входного напряжения,формируют вторые импульсЫ с частотой следования в tr раз меньшей частоты первых импульсов, синхронизируют ими начало указанного интегрирования, и передний фронт указанного сигнала управления, задний фронт которого формируют в указанный момент равенства контролируемой величины и порогового уровня. 2. Устройство для осуществления способа по П.1, содержащее регулирующий элемент на тиристорах, включенный силовыми выводами между входными и выходными выводами регулятора через датчик выходного тока, а управлянадим входом подключенный к выходу формирователя сигнала управления, первый вйпрямитель, подключенный входом к вы- g ходу датчика выходного тока, а вых.о(Л дом - к первому входу интегратора, выходом соединенного с первым входом блока сравнения, соединенного вторым, входом с выходом формирователя порогового уровня, а.выходом - со входом блока управления, и синхронизатор, от ли чающий ся тем, что, с -j-j. целью повышения точно ги стабилизации активной мощности На выходе регулято- ра, снижения уровня высокочастотных помех и повышения коэффициента мощ00 ности, оно снабжено делителем частоты, выходом-подключенным к второму 00 входу указанного интегратрра, а входом - к первому выходу указанного NP синхронизатора, подключенного входом к входным выводам регулятора, а вторым выходом - к первому входу введенного блока совпадения, выходом подключенного к входу указанного формирователя сигнала управления, а вторым входом - к выходу введенного триггера, первым входом соединенного с выходом указанного блока сравнения, а вторым входом - с выходом делителя частоты и вторым выпрямителем, который через введенный фильтр подключен к входу указанного формирователя порогового уровня.