Устройство импульсного регулирования мощности переменного тока Советский патент 1984 года по МПК H02M5/22 G05F1/66 

1 Изобретение относится к устройст вам импульсного регулирования мощности переменного тока и предназначено для использования в качестве импульсного регулятора электрической мощности в электрических установках, подключенных к сети переменного тока, в том числе для испол зования в качестве импульсного регу лятора электрической мощности в эле тротермических установках, подключе . ных к сети переменного тока. Известны устройства импульсного регулирования мощности в цепях переменного тока, регулирующие мощность изменением числа подключений нагрузки к сети со временем каждого подключения, равным целому числу периодов питающего напряжения в течение постоянного интервала времени называемого интервалом импульсного per улир ов ания. Известно устройство для цифрового регулирования мощности, содержащее . синхронизатор, своим входом связанный с питающей сетью, а выходом - с входом кодового распределителя, схе мы И и схему ИЛИ, выход которой чере ключ соединен с управляющим электродом управляемого вентиля, причем входы схемы ИЛИ соединены с выходами всех схем И, первые входы которых соединены с соответствующими выходам кодового распределителя, а вторые входы - с соответствующими выходаьш регистра, на выходы которого подается дискретньй сигнал управленияСП, Однако функциональные возможности этого уст|)ойства невелики в связи с тем, что использование двоичных распределителя и регистра в сочетании со схемами И приводит к ограничению диапазона изменения основных параметров устройства - длительности интервала регулирования и дискретности регулирования мощности. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство импульсного регулирования мощности переменного тока, содержащее синхронизатор, своими входами связанный с питающей сетью, выходом - с первым входом схемы совпадения , выход которой через ключ связан с управляющим электродом вентиля, последовательно с нагрузкой Соединенного с сетью, многоразрядный двухвходовой компаратор, выход которого соединен с вторьм входом рхем 932 coвпkдeния, первый регистр, информационные входы которого соединены с шинами установки сигнала управления, два накапливающих сумматора,первый из которых своими информационными входами поразрядно соединен с в.ыхоттями первого регистра, тактовым входом - с выходом синхронизатора, а второй накапливающий сумматор своими информационными входами поразрядно соединен с пшнами установки интервала регулирования, а тактовым входом - с выходом схемы совпадения, причем входы предварительной установки сумматоров и управляющий вход регистра соединены с выходом синхронизатора через счетчик . . Известное устройство имеет широкий диапазон изменения основных параметров устройства - длительности интервала регулирования и дискретности регулирования мощности, однако оно не обеспечивает минимально возможный уровень колебаний регулируемого параметра (температуры в электротермической установке) во всем диапазоне изменения управляющего сигнала, что влечет за собой ухудшение качества регулирования температуры, особенно заметное при регулировании температуры в объектах с малой инерционностью, т.е. в случае, когда постоянная времени / объекта соизмерима с длительностью интервала регулирования. Цель изобретения - повьппение качества регулирования мощности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство импульсного регулирования мощности переменного-тока, содержащее синхронизатор своими входами связанный с питающей сетью, выходом - с первым входом схемы совпадения, выход которой через ключ связан с управляющим электродом вентиля, последовательно с нагрузкой соединенного с сетью, многоразрядный двухвходовой компаратор, выход которого соединен с вторым входом Схемы совпадения, первый регистр, информационные входы которого соединены с шинами установки сигнала управления, два накапливающих сумматора, первый из которых своими информационньп4и входами поразрядно соединен с выходами первого регистра, тактовым входом - с выходом синхронизатора, а второй накапливающий сумматор своими инфop faциoнными входами поразрядно соединен с шинами установки интервала регулирования, тактовым входом - с выходом схемы совпадения, причем входы предварительной устано ки сумматоров и управляющий вход первого регистра соединены с выходом синхронизатора через счетчик, введе но двухвходовое многоразрядное вычитающее устройство, входы которого поразрядно соединены с соответствую щими выходами двух накапливающих сумматоров, выходы - с информационными входами второго регистра, у которого управляющий вход соединен с выходом счетчика, причем входы компаратора поразрядно соединены с выходами второго регистра и шинами установки интервала регулирования . На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства регулирования мощности. Устройство импульсного регулирования мощности переменного тока содержит синхронизатор 1, своими входами связанный с питающей сетью выходом - с первым входом схемы 3 совпадения, выход которой через ключ 4 связан с управляющим электродом вентиля 5, последовательно с нагрузкой 6 соединенного с сетью 2, многоразрядный двухвходовой компаратор 7, выход которого соединен е вторым входом схемы 3 совпадения, первый регистр 8, информационные входы которого соединены с шинами 9 установки сигнала управления, два накапливающих сумматора 10 и 11, первый из которых сумматор 10 своим информационными входами поразрядно соединен с выходами первого регистр 8, тактовым входом - с выходом синхронизатора 1, а второй накапливаю ф1й сумматор 11 своими информационными входами поразрядно соединен с шнами 12 установки интервала регулирования, тактовым входом - с . выходом схемы 3 совпадения, счетчик 13, вход которого соединен с выходом синхронизатора 1, а выход.с входами предварительной установки накапливающих сумматоров 10 и 11 и управляющим входом первого регистра двухвходовое многоразрядное вычитаю щее устройство 14, входы которого поразрядно соединены с соответствую 1ЦИМИ выходами двух накапливающих су маторов 10 и 11, выходы - с информа ЛД1ОННЫМИ входами второго регистра 1 управляющий вход которого соединен с выходом синхронизатора 1, причем входы компаратора 7 поразрядно соединены с выходами второго регистра 15 и щйнами 12 установки интервала . регулирования. Синхронизатор 1 представляет собой формирователь импульсов в момент перехода сетевого напряжения через нуль.: Кпюч 4 представляет робой схему управления тиристорным вентилем. Компаратор 7 для 62 представляет 2k-paзpядный двоичный сумматор, на первые входы которого, являющиеся прямыми, подается двоичный код числа с выхода регистра 15, а на вторые входы, являющиеся инверсными - двоичный код числа М, T.ei относительной длины интервала регулирования в тактах. Выход переноса сумматора старшего разряда является выходом компаратора 7. Регистр 8 представляет собой k-разрядньй триггерный регистр с возможностью параллельной записи информации в каждый разряд по сигналу на управляющем входе. Счетчик 13 представляет собой делитель частоты с изменяемым коэффициентом. Вычитающее устройство 14 представляет собой 2 k -разрядный двоичный сумматор, состоящий из 2k одноразрядных двоичных сумматоров, на прямые входы которых подается двоичный код числа с выхода накапливающего сумматора 10, на инверсные входы двоичный код числа с выхода сумма- тора 11. Выходы суммы каждого одноразрядного двоичного сумматора являются выходами вычитающего устройства 14. . Устройство импульсного регулирования мощности работает следующим образом. При появлении питания на шинах сети 2 синхронизатор 1 на своем выходе генерирует тактовые импульсы, совпадакицие с моментами перехода через нуль напряжения сети. Счетчик 13 формирует интервал импульсного регулирования, состоящий из М тактов деления частоты импульсов с выхода синхронизатора на М. Каждый импульс с выхода счетчика 13 соответствует началу очередного интервала импульсного регулирования Т,.

Каждый импульс с выхода синхронизатора 1 соответствует началу такта.

В исходном состоянии, т.е., по прходу очередного импульса U, сумматор 11 обнуливается, в регистр 8 записывается значение кода N управляющего воздействия, представляющего собой сигнал в двоичном коде, которое затем переписывается в сумматор 10 импульсом по его тактовому входу, предварительно обнуленный этим же импульсом Ц по входу предварительной установки сумматора, а на шинах 12 установлено число Mi Во вем диапазоне регулирования N и М.

На каждом из М тактов интервала регулирования в устройстве импульсного регулирования мощности выполняются следующие операции.

В накапливающем сумматоре 10 производится вычисление значения Aj N п, где п 1,2,...,М - номер такта с начала интервала регулирования. Вычисление Ар производит ся п-кратным суммированием числа N в накапливающем сумматоре 10. В выч тающем устройстве 14 осуществляется А,-Е вычисление Z где Bh - зна чение выходного кода накапливающего сумматора 11. В регистре 15 производится операция удвоения Z что осуществляется сдвигом кода Z , на один разряд в сторону старших разря дов и записи в младщий разряд нуля. В накапливающем сумматоре 11 осуществляется вычисление значения В М.п1,где m - количество импуль сов, поступивщих на тактовых вход накапливающего сумматора 11 за п тактов. В компараторе 7 производится вычисление значения функции F. в соот Если на п-ом такте F 1, то син хроимпульс этого такта, поступающий на первый вход схемы 3 совпадения , открытой по второму входу сигналом F 1, поступает на вход ключа 4, включая вентиль 5 и, следовательно, нагрузку в сеть на время, равное TC- Одновременно импульс с выхода схемы 3 совпадения поступает на тактовый вход накапливающего

сумматора 11, в котором при этом начисляется знэ-чение В М.п. При Ff, О синхроимпульс не пропускается схемой совпадения и нагрузка на этом такте не подключается к сети.

Таким образом, в исходном состоянии по приходу импульса начала интервала и одновременно с ним первого синхроимпульса А N; В; 0; Z N. При 2Z М происходит включение нагрузки на первом такте и однократное () суммирование М в сумматоре 11. В определяется выражением

Bf, + М, при F 1,

В

.

при

п

На следующем такте по приходу второго синхроимпульса ()

2N , при F 1 В, 2 2 2 В , при FI О, /1 Значение F .2 определяется аналогично первому такту. На третьем такте по приходу третьего синхроимпульса () Aj 3N, , К, и т.д. Следовательно, можно определить значение Fj, при п 1 - М и распределение тактов с коммутацией нагрузки к сети в течение интервала импульсного регулирования. Например, при М 5, N 2 устройство работает следующим образом. По приходу очередного импульса и,з начала интервала Тр и одновременно с ним первого тактового импульса и , накапливающий сз мматор 11 обнуляется, в регистр 8 записывается число N, а в накапливающий сумматор 10 - число А N1. На выходе вычитающего устройства 14 имеется число Z. А,-В , 2 так как В-, О, На выходе регистра 15 находится число 2Z 4, Выходной сигнал компаратора F О, так как . В2 0. На втором такте А2 2N 4j г2 А.-В2 4v 2Z. 8{ F2 Г, так как 22-2 8 , В 5. На третьем такте А Ag-Bj 6-5 1; 2Z5 2« Fj О, так как 2Zj 2 . На четвертом такте А 4-N 8; 4 22- 4 1 так как 2Z , 85 Ю. На пятом такте AJ 5N 10; Z А 5-85. О, , , так как 2Zc О . 1 3 Таким образом, устройство формирует двоичную последовательность F FI,, F, FJ,...,F.,...,FJ, где FI принимает значение 1 или О в зависимости от величины N и М. Для и на одном интервале регулирования эта последовательность имеет вид F 0,1,0,1,0.

г

УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее синхронизатор, своими входами связанный с питающей сетью, выходом - с первым вхо-. дом схемы совпадения, выход которой через ключ связан с управляющим электродом вентиля, последовательно с нагрузкой соединенного с сетью, многоразрядный двухвходовой компарйтор, выход которого Соединен с вторым входом совпадения, первый регистр, информационные входы которого соединены с шинами установки сигнала управления, два накапливающих сумматора, первый из которых своими информационными входами поразрядно соединен с выходами первого регистра, тактовым входом - с вькодом синхронизатора, а второй накапливающий сумматор своими информационными входами поразрядно соединен с щинами установки интервала регулирования,тактовым входом - с выходом схемы совпадения, причем входы предварительной установки сумматоров и управляю1ций вход первого регистра соединены с выходом синхронизатора через i счетчик, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения качества (Л регулирования мощности, в устройство введено двухвходовое многоразрядяое вычитакяцее устройство, входы которого поразрядно соединены с соответствующими выходами двух накапливающих сумматоров, выходы - с информационными входами второго регистра, у которого управляющий вход соединен с выходом счетчика, причем входы кома паратора поразрядно соединены с выхосо дами второго регистра и шинами устасо новки интервала регулирования.

/V

eж

v yv