Устройство для цифрового управления мощностью потребителя Советский патент 1985 года по МПК G05F1/66 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для испол 513о вания при реализации АСУ электротермическими процессами, например, в производстве полупроводниковых изделий . Известно устройство для цифрового управления мощностью электротермичес кого потребителя, содержащее последовательно соединенные формирователь синхроимпульсов и управляемьШ фазовращатель, В этом устройстве сначала осуществляется формирование последовательности синхроимпульсов в моменты перехода питающего напряжения че рез нуль, а затем производится фазовый сдвиг последовательности на заданный угол 03 Недостатки известного устройства связаны со снижением cos Y электротермической установки, вредным влиянием на другие потребители за счет искажения формы питающего напряжения, сложностью вьщеления сигнала, пропорционального мощности при несинусоидальных токе и напряжении. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для цифрового управления мощностью электропотребителя, содер жащее последовательно соединенные д тектор нуля, формирователь последовательностей синхроимпульсов и мультиплексор-селектор, тиристорный к.люч, вклйченный между клеммами для подключения питающей цепи потребителя и соединенный управляющим входом с выходом мультиплексора-селектора С2, , Недостаток указанного .устройства проявляется в значительных погрешностях преобразования цифрЬвого управляющего кода в мощность электротермического потребителя, вследствие относительно большого шага квантования частоты (10 Гц) на выходе формирователя последовательностей синхроимпульсов. Целью изобретения является повышение точности управления. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для цифрового управления мощностью электропотребителя, содержащее последовательно соединенные детектор нуля, формирователь последовательностей синхроимпульсов и мультиплексор-селектор, тиристорный ключ, включенный между клеммами для подключения питающей цепи потребителя и соединенный управляющим входом с выходом мультиплексора-селектора, введены регистр десятков, регистр единиц,два делителя частоты на десять, сумматор, двоично-десятичный счетчик, цифровой компаратор и селектирующий триггер, причем выходы регистра десятков и селектирующего триггера соединены со входами сумматора, выходы которого подключены к селектирующим входам мультиплексора-селектора, выходы регистра единиц и двоичнодесятичного счетчика соединены со входами цифрового компаратора, выход которого подключен к одному из входов селектирующего триггера, вход первого делителя частоты ни десять соединен с выходом детектора нуля, а выход - с входом двоичнодесятичного счетчика и со входом второго делителя частоты на десять, выход которого подключен к другому входу селектирующего триггера. На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного устройства для цифрового управления мощностью электропотребителя; на фиг. 2 а-з временные диаграммы сигналов на выходах отдельных блоков, иллюстрирующие его работу, причем индексы при сигналах соответствуют позициям блоков на фиг,1. Устройство содержит последовательно соединенные детектор 1 (фиг. 1) нуля, формирователь 2 последовательность синхроимпульсов мультиплексор-селектор 3, а также тиристорный ключ 4, регистр 5 десятков, регистр 6 единиц, делители 7 и 8 частоты на десять, сумматор 9, двоично-десятичный счетчик 10, цифровой компаратор 11 и селектирующий триггер 12. Позицией 13 на схеме обозначен управляемый электротермический потребитель (нагревательный элемент). Тиристорный ключ 4 включен между клеммами для подключения питающей цепи потребителя 13 и соединен управляющим входом с выходом мультиплексора-селектора 3, Выходы регистра 5 десятков и выход селектирующего триггера 12 соединены со входами сзт матора 9, выходы которого подключены к селектирую1цим входам мультиплексора 3. Выходы регистра 6 единиц и двоично-десятичного счетчи3ка 10 соединены со входами цифровог компаратора 11, выход которого подключен к одному из входов селекти рующего триггера. Вход делителя 7 частоты на десять соединен с, выходо детектора 1 нуля, а выход - с входом двоично-десятичного счетчика 10 и со входом делителя 8 частоты на десять, выход которого подключен к другому входу селектирующего триг гера 12„, Устройство работает следующим образом. Пусть мощность электротермического потребителя задана равной 27%, а частота f сетевого (питающего) напряжения U, (фиг, 2а) соответству ет 50 Гц. Детектор 1 нуля вырабатывает в моменты перехода сетевого напряжения через нуль синхроимпульсы и(фиг. 26), следующие с частотой S 1с 100 Гц, Формирователь 2 из последовательности синхроимпульсов с частотой 100 Гц формирует дополнительно девять последовательностей синхроимпульсов и с частотами 0,2 fc 10 Гц, 0,4 ft 20 Гц (фиг. 2е), 0,6 fc 30 Гц (фиг. 2д), 0,8 fc 40 Гц, fc 50 Гц, 1,2f 60 Гц, 1,4 fc 70 Гц, 1,6 f 80 Гц, 1,8 fc 90 Гц. Указанные десять последовательностей синхроимпульсов поступают на информационные входы мультиплексора-селектора на селектируюпщх входах которого присутствует цифровой код определя ющий подключение одного из информационных входов к выходу мультиплексора-селектора. Импульсы, имеющие место на выходе мультиплексора-селе тора 3, открывают тиристорный ключ 4 который подключает электротермический потребитель 13 к сети питания. Формирование цифрового кода на селектирующих входах мультиплексора-селектора 3 состоит из ряда опер ций. Значение заданной мощности (27 в период подготовки устройства к ра боте заносится в регистры 5 и 6, причем в регистр 5 десятков заносит ся число m 2, а в регистр 6 единиц - число п 7. Делитель 7 часто ты на десять формирует импульсы U подпериода управления (Tn-j 0,1 с), делитель В частоты на десять формирует импульсы U, периода управления (Т 1 с), показанные на фиг. 2в. В начальный момент времени импульс 34 g периода управления устанавливает селектирующий триггер 12 в единичное состояние. Единица с выхода триггера 12 суммируется сумматором 9 с числом, хранящимся в регистре 5 десятков (в регистре 5 десятков в рассматриваемом случае хранится число 2). В итоге, на выходе сумматора 9 получается число 3, т.е. результат, который на единицу превышает хранящееся в регистре 5 десятков число. Код числа 3 присутствует на селектирующих входах мультиплексора-селектора 3, определяя частоту подключения потребителя 13 к сети питания, равную 30 Гц. Начиная с этого момента, счетчик 10 производит счет подпериодов управления. В момент времени, когда текущий код в счетчике 10 совпадет с кодом числа, хранящимся в регистре 6 единиц, т.е. будет равен коду числа 7, цифровой компаратор 11 сформирует импульс и (фиг. 2,г), который в момент времени, равный 0,7 с, запишет на выходе селектирующего триггера 12 логический нуль. Б этом случае число на выходе сумматора 9 будет равно числу, хранящемуся в регистре 5 десятков, т.е. будет равно двум, что соответствует частоте: подключения потребителя 13 к сети питания, равной 20. Гц. В итоге, за период управления Т на выходе мультиплексора-селектора 3 формируется последовательность импульсов U- (фиг. 2,ж), следующая с интегральной частотой 27 Гц (интегральная частота - количество импульсов за .заданный период. т.е. за период управления, равный 1 с, дифференциальная частота величина, обратно пропорциональная периоду следования импульсов). С этой же частотой открьшается тиристорньй ключ 4, подключая соответственно потребитель 13 к сети питания. Мощность, подводимая к потребителю 13 и выраженная в процентах от номинальной (в данном случае Р 27%), равна частоте подключения потребителя 13.к сети питания. Диаграмма тока , протекающего в этом случае через потребитель 13, изображена на фиг.2з, В предложенном устройстве -коммутация цепи электротермического потребителя 13 производится всегда в моменты перехода сетевого напряжения через нуль. Вследствие этого

сохраняется синусоидальная форма протекающего через потребитель 13 . тока, что предопределяет увеличение коэффициента мощности электротермической установки и снижение потерь энергии в тиристорах вследствие исключения в них переходных процессов. Предложенное техническое решение практически сохраняет преимущесво фазоимпульсного регулирования, которое заключается в недрерьюном преобразовании входного сигнала и мощность нагревателя. Это достигается тем, что период управления мощностью не превьшает 1 с, а постоянная времени промьшшенных нагревателей всегда больше 1 с. Практически непрерывное преобразование достигается также малым шагом квантования мощности (1% от номинальной). Это позволяет увеличить точность регулирования мощности и соответственно качество регулирования температуры при использовании данного способа в АСУ электрическими процессами ,

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ЭЛЕКТРОПОТРЕБИТЕЛЯ, содержащее последовательно соединенные детектор нуля, формирователь последовательностей синхроимпульсов и мультиплексор-селектор, тиристорный ключ, включенный между клеммами для подключения питающей цепи потребит еля и соединенный управляющим входом с выходом мультиплексора-селектора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления, в него введены регистр десятков, регистр единиц, два делителя частоты на десять, сумматор, двоично-десятичный счетчик, цифровой компаратор и селектирующий триггер, .причем выходы регистра десятков и выход селектирующего триггера соединены со входами сумматора, выходы которого подключены к селектирующим входам мультиплексора-селектора, выходы регистра единиц и двоичнодесятичного счетчика соединены со входами цифрового компаратора, вы(Л ход которого подключен к одному из входов селектирующего триггера, вход первого делителя частоты на десять соединен с выходом детектора нуля, а выход - со входом двоично-десятичного счетчика и со входом второго делителя частоты на десять, выход 4 которого подключен к другому входу селектирующего триггера. сл со со .(

Фиг.1