Автоматический регулятор коэффициента мощности Советский патент 1987 года по МПК G05F1/70 

13470

ниё оф1асти применения и повьпи ение точносУи регулирования. Для этого в регулятор введены фазовращатель 1, фазовый- детектор 4, блок автоматического регулирования 6, формирователь пилообразного напряжения 11, деши- 18, 22, 30, линейки наборного поля управления по sin cf 19 и управления по току 23, аналого-цифровой преобразователь 21, делитель частоты 24, управляемый цифровой сум1

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования реактивной мощности промышленной частоты как отдельных силовых установок, так и в линиях электропередачи в целом, в частности к устройствам автоматического регулирования реактивной мощности индукционных печей на литейных заводах.

Целью изобретения является расши- рение области применения регулятора и повышение точности регулирования.

На фиг.1 изображена общая, схема автоматического регулятора коэффи- циента мощности; на фиг.2 - времен- ные диаграммы характерных режимов регулятора.

В состав регулятора (фиг.1) входит фазовращатель 1, вход которого подключен от трансформатора 2 напряжения, а выход соединен с усилителем 3, который соединен с фазовым детектором 4. Трансформатор 5 тока соединен с блоком 6 автоматического регулирования, который через усили- тель 7 соединен с фазовым детектором 4, выходы которого соединены с компаратором 8 и усилителем 9. Тактовый генератор 10 соединен с формирователем 1 Т пилообразного напряже- ния, соединенным с компаратором 12 и ключом 13. Генератор 14 стробирующих импульсов соединен с ключом 13, выхо которого соединен со счетчиком 15, вьтходы которого соединены со счетчиком 16, соединенным со счетчиком 17, который через дешифратор 18 соединен с линейкой 19 наборного поля по

матор 27, регистры памяти младшего и старшего разрядов 28 и 29. Автоматический регулятор коэффициента мощности позволяет задавать любую поддерживаемую реактивную мощность с требуемой величиной отклонения, при этом работа регулятора не зависит от величины фазового сдвига и тока нагрузки. Время становления заданной реактивной мощности оптимальное. 2 ил.

Q

g

0 5 о

5

sin ср. Выход логического усилителя 20 соединен с аналого-цифровым преобразователем 21, который через дешифратор 22 и линейку 23 наборного управления по току соединен со счетчиком 16, первый выход которого соединен с делителем 24 частоты, который соединен со счетчиком 25, второй вход которого соединен с формирователем 26 импульсов управления. Управляющий цифровой сумматор 27 соединен с компаратором 8, счетчиком 25, регистрами 28 и 29 памяти соответственно младшего и старшего разрядов, которые имеют обратные связи. Регистр 29 памяти старшего разряда соединен с дешифратором 30.

Автоматический регулятор коэффициента мощности работает следующим образом.

Напряжение сети через трансформатор 2 напряжения поступает на фазовращатель 1, где происходит задержка фазы напряжения на 90 . С фазовращателя 1 через усилитель 3 импульсы напряжения поступают на фазовый детектор 4.

Ток нагрузки через трансформатор 5 тока поступает на блок 6 автоматического регулирования, на выходе которого импульсы тока практически не изменяются по величине, в то время как ток нагрузки может изменяться примерно в 1000 раз. С блока 6 через усилитель 7 импульсы тока поступают на фазовый детектор 4.

На выходах детектора 4 разность потенциалов равна нулю, т.е. U J

- Иц- о, в том случае, если гармонические колебания, подаваемые на входы фазового детектора, сдвинуты по фазе на 1Г/2 один относительно другого. Это достигается введением фазовращателя 1 в цепи напряжения Таким образом, на выходе фазового детектора разность потенциалов равна нулю в том случае, если напряжение сети и ток нагрузки совпадают по фазе, т.е. если нагрузка активная Если нагрузка емкостная, ток по фазе опережает напряжение, а на выходе фазового .детектора U U. Если нагрузка индуктивная, ток по фазе отстает от напряжения, а на выходе фазового детектора Уд U.

С выходов фазового детектора 4 потенциалы поступают на входы усилителя 9. Последний построен так, что он производит усиление только по модулю, .т.е. выходное напряжение U, зависит только от разницы потенциалов, но не зависит от их полярности. Таким образом, на выходе усилителя 9 присутствует положительное напряжение и, пропорциональное по величине фазовому сдвигу тока относительно напряжения сети, но не зависящее от направления сдвига, которое поступает на компаратор 12.

Для определения направления сдвига, т.е. для определения вида реактивности нагрузки, используется компаратор 8, входы которого подключены к выходам фазового детектора 4. Если нагрузка емкостная U и,на выходе компаратора 8 присутствует лгическая 1, если нагрузка индуктиная U4 - и , на выходе компаратора присутствует логический О. С выхода компаратора 8 информация поступает на управляемый цифровой сумматор 27.

Частотой переключения конденса- торньк батарей управляет тактовый генератор 10, вырабатьюающий прямо- . угольные импульсы, имеющие форму меандра U((3 . С выхода тактового генератора 10 импульсы поступают на формирователь 11 пилообразного напряжения J . С приходом импульса отрицательной полярности и,о на выходе формирователя 11 пилообразного напряжения появляется пилообразное напряжение положительной полярности ;U(, , которое поступает на компаратор 12.

470774

В компараторе 12 происходит сравнение напряжения U,, поступающего с усилителя 9, с амплитудой пилооб(- разного напряжения U,, , поступающего с формирователя пилообразного 11 напряжения. Когда амплитуда пилообразного напряжения превышает напряжение с усилителя 9, на выходе компаратора

10 появляется логический О. Время от отрицательного перепада U,o на выходе тактового генератора 10 до появления логического О (11,2 ) на выходе компаратора 12 пропорционально

15 напряжению на выходе усилителя 9, т.е. пропорционально фазовому сдвигу тока нагрузки относительно напряжения сети.

С выхода компаратора 12 импульсы

20 поступают на вход ключа 13. На другой вход которого поступают импульсы с тактового генератора 10. Ключ открыт в промежутке времени от появления отрицательного перепада U,o

25 на выходе тактового генератора 10 до появления логического О (U , ) на выходе компаратора 12, и через него с генератора 14 стробирующих импульсов строб-импульсы с частотой 1 МН

30 поступают на счетчик 15. Таким образом, количество строб-импульсов tl, , поступающих на счетчик 15, пропорционально фазовому сдвигу тока нагрузки относительно напряжения се35 ти.

Счетчик 15 представляет собой делитель частоты с управляемым коэффициентом деления. С суммарного выхода счетчика 15 импульсы поступают

40 на счетчик 16, который по своей

конструкции похож на счетчик 15, но кроме суммарного выхода в нем имеется и пересчетный выход, т.е. на нем появляется каждый 4096 импульс

45 относительно входных импульсов. С пересчетного выхода импульсы .поступают на счетчик 17, который управляет дешифратором 18, имеющим 16 пы- ходов, которые включают соответству50 ющую линейку 19 наборного поля управления, управляющего коэффициентом деления счетчика 15. Таким образом, каждый пересчетный импульс с выхода счетчика 16 переключает счетчик 17

55 на высщий разряд, тем самым включая поочередно все старшую линейку 17 наборного поля управления. Линейки наборного поля управления подобраны таким образом, что на суммарном

5

выходе счетчика 15 частота выходных импульсов возрастает по синусоидальному закону по времени.

Ток нагрузки через трансформатор 5 тока поступает на усилитель 20, имеющий логарифмическую передаточну характеристику. Напряжение с усилителя 20 поступает на 16-ти разрядны аналого-цифровой преобразователь 2 который управляет дешифратором 22, имеющим 16 выходов, которые включают соответствующую линейку 23 наборного поля управления, управляющего коэффициентом деления счетчика 16. Таким образом, на суммарном выходе счетчика 16 ча стота выходных импульсов изменяется по логарифмическому закону в зависимости от тока нагруки.

Коэффициент деления счетчика 16, управляемый наборным полем 23 управления, подобран таким образом, что на суммарном выходе счетчика 16 количество выходных импульсов в 16 раз превышает количество единичных емкостей, нужных для переключения, чтобы компенсировать реактивную составляющую тока нагрузки. Единственная емкость соответственно равна минимальной емкости конденсаторной батареи, используемой в регуляторе реактивной мощности.

Наборные поля 19 и 23 управления аналогичны по своей конструкции. Он представляют собой матричные диоды поля, состоящие из 16 линеек по 12 выходов, которые подключены к входа управляемых счетчиков 15 и 16. Подбирая определенное количество диодо и их расположение В линейках, а также переключая линейки в строго определенном порядке, наборным полем управления можно управлять коэффициентом деления счетчика по любому закону.

С суммарного выхода счетчика 16- импульсы поступают на делитель 24 частоты с коэффициентом деления 16, Количество импульсов на выходе делителя 24 частоты соответствует количеству единичных емкостей, нужных для компенсации реактивной составляющей тока нагрузки. В начале каждого такта в делителе 24 частоты, представляющем собой счетчик с коэффициентом пересчета 16, импульсом с тактового генератора 10 записывается число, равное восьми. В связи с

O

5

0

5

7077

6

этим первый импульс на выходе делителя 24 частоты появляется с приходом импульса на его входе. Это позволяет поддерживать реактивную составляющую тока нагрузки с отклонением, равным половине реактивной составляющей тока, создаваемой включением единичной емкости, относительно выбранной реактивной величины составляющей тока нагрузки. Так как с суммарного выхода счетчика 15, а тем более с суммарного выхода счетчика 16, импульсы распределены неравномерно по времени, то применение де лителя 24 частоты позволяет получить на его выходе импульсы, которые более равномерно распределены по времени.

С выхода делителя 24 частоты импульсы поступают на вход счетчика 25, в котором накапливается информация о том, сколько надо в данный момент переключить единичных емкостей, чтобы скомпенсировать отклонение реактивной составляющей тока. Эта информация со счетчика 25 поступает на управляемый цифровой сумматор 27. В конце каждого измерительного такта после обработки информа- 0 ции счетчик 25 обнуляется импульсом с формирователя 26 импульсов управления.

На формирователь 26 импульсов управления поступают импульсы с тактового генератора 10 и компаратора 12. После появления на выходе компаратора 12 логического О, т.е. после запирания ключа 13 и прекращения прохождения через него стробирзтощих импульсов с генератора 14 стробирую- щих импульсов, на одном из выходов формирователя 26 импульсов управления появляется импульс с низким логич:еским уровнем, который, поступай на регистры,28 и 29 памяти,производит перезапись в них информации с управляемого цифрового сумматора 27. После появления на выходе тактового

генератора 10 логического О, на другом выходе формирователя 26 импульсов управления появляется импульс с низким логическим уровнем, который, поступая на счетчики 15-17 и 25, ус

танавливает их в нулевое состояние.

Управляемый цифровой сумматор 27, получая информацию со счетчика 25 о количестве единичных емкостей, нужных переключить в данный момент, а

с компаратора 8 о характере отключения реактивной составляющей тока, и учитывая данные, записанные в регистрах 28 и 29 памяти, вычисляет общую емкость,нужную для компенсации индуктивной составляющей тока нагруз ки, распределяют эту емкость на конденсаторные батареи в зависимости от их емкости и выдает эти данные на регистры 28 и 29 памяти. Выходы четырехразрядного регистра 28 памяти управляют включением четырех конденсаторных батарей, емкость которых имеет отношение 1:2:4:8, т.е. к более старшему разряду подключена конденсаторная батарея в два раза большей емкости по- сравнению с младшим разрядом. Выходы четырехразрядного регистра 29 памяти через дешифратор 30, имеющий 15 выходов, управляют включением 16 конденсаторных батарей, где емкость каждой в 16 больше емкости конденсаторной батареи, включаемой самим младшим разрядом регистра 28 памяти. Притом эти 15 конденсаторных батарей включаются последовательно от начала к концу, а выключаются последовательно от конца к началу.

Изменяя задержку фазы напряжения в фазовращателе 1, можно выбрать любую величину реактивной сос тавляю- щей тока нагрузки, как индуктивную, так и емкостную, которую будет поддерживать данный автоматический регулятор коэффициента мощности.

Изменяя начальное выходное напряжение на выходе потенциометриче- ского усилителя, можно изменить зону нечувствительности автоматического регулятора коэффициента мощности, т.е. можно задавать максимальное отклонение от выбранной величины реактивной составляющей тока нагрузки, при котором еще не происходит переключение конденсаторных батарей.

Формула изобретения

Автоматический регулятор коэффициента мощности, содержащий трансформатор напряжения, трансформатор тока, генератор стробирующих импульсов и тактовый генератор, четыре счетчика, формирователь импульсов управления и ключ, отличающийся тем, что, с целью расшире ния области применения регулятора

5

0

и повьш1ения точности регулирования, в него введен фазовращатель, четыре усилителя, фазовый детектор,бло.к автоматического регулирования, два компаратора, формирователь пилообразного напряжения, три дешифратора, линейки наборного поля управления по sin if и управления по току, аналого-цифровой преобразователь, де- литель частоты, управляемый цифровой сумматор, регистры памяти младшего и старшего разрядов, причем вхо д фазовращателя подключен к трансформатору напряжения, а выход соединен с первым усилителем, выход которого соединен с фазовым детектором, трансформатор тока соединен с вторым усилителем и с блоком автоматического регулирования, который через третий усилитель соединен с фазовым детектором, два выхода которого соединены с первым компаратором и с четвертым усилителем, который соединен с вторым компаратором, тактовый генератор соединен с ключом, с делителем частоты, с формирователем импульсов управления и с формирователем пилообразного напряжения, выход которого соединен с вторым компаратором, выход которого соединен с вторым входом ключа и формирователем импульсов управления, первый выход которого соединен с четырьмя счетчиками, а второй выход соединен с регистрами памяти младшего и старшего разрядов, генератор стробирующих импульсов соединен с третьим входом, выход которо0 го соединен с первым счетчиком,выход, которого соединен с вторым счетчй - ком, .выход второго усилителя соединен с аналого-цифровым преобразователем, который через первый дешифратор и

5 линейку наборного поля управления по току соединен с вторым счетчиком, первый выход которого соединен с делителем частоты, а второй выход через третий счетчик, второй дешифра0 тор, линейку наборного поля управления по sin if соединен с первым счетчиком, nepBbtti управляемый вход управляемого цифрового сумматора соединен с компаратором, второй вход 5 с четвертым счетчиком, третий вход - с третьим дешифратором и четвертый и пятый входы - с выходами регистратором памяти младшего и старшего разрядов, а выходы управляемого цифро0

5

913-47077 О

вого сумматора соединены с входами да соединен с третьим дешифратором, вьшеупомянутых регистров памяти, вы- а выход делителя частоты соединен с ход регистра памяти старшего разря- вторым входом четвертого счетчика.

(Лз

Члллллллллшга

Редактор О., Головач

Составитель 0.Наказная

Техред И.Попович Корректор в,Бутяга

Заказ 5119/46 Тираж 862Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., До4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

I