Устройство для регулирования мощности Советский патент 1988 года по МПК G05F1/66 

СЛ

С

моностабильный триггерный каскад 24, элемент И 25, элемент ИЛИ 26, запускающий генератор 27, триак 28, детектор 29 положительных фаз и нулевых значений, шины 30, 31 цепи переменного тока, блок 32 питания переменного тока, детектор 33 отрицательных фаз и стабилизатор 34 напряжения постоянного тока. В канале управления весь диапазон аналоговой ошибки управления разбит на дискретньш зоны, и измерение дискретных сигналов сводится к интегральному подсчету во

времени импульсов положительной фазы, В канале синхронизации развертка на- , чала и конца цикла пересчета осуществляется соответственно по импульсам положительньЕх фаз и нулевых значений. Преобразование дискретного сигнала ошибки управления в нормированной широтно-импульсный сигнал производится без погрешностей, связанных со смещением нулевой точки, обратным ходом, нелинейностью и .постоянной составляющей напряжения схемы пересчета. 3 ил

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания нагревательной аппаратуры. Цель изобретения - повьшение точности регулирования и расширение диапазона возможных напряжений на нагрузке. Устройство содержит управляемый генератор 1 постоянного тока, узел 8 синхронизации, преобразователь 11 код - длительность, линию 19 задержки, переключатель 20 вида нагрузок, формирователь 21 первого импульса управления, элемент И 22, переключатель 23 вида нагрузок,

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при управлении электропечами, реакторами, термостатами, а так- же нестандартными нагрузками, напряжение которых отличается от 220 В.

Цель изобретения - повьшение точности регулирования и расширение диапазона возможных напряжений на на- /рузке..

На фиг, 1 представлена функционалная схема предлагаемого устройства дпя регулирования мощности; на фиг,2 и 3 - временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие его работу (ивдексы при. напряжениях соответствуют цифровым позициям блоков на фиг. 1).

Устройство содержит управляемый генератор 1 (фис, 1) постоянного то- ка с источниками 2 опорного напряжения, цифроаналоговым преобразователе 3, первым компаратором 4 (компаратором аналоговой ошибки управления), вторым компаратором 5 (компаратором второй ошибки управления), блоком 6 направления счета и реверсивным чиком 7 импульсов, узел 8 синхронизации с усилителем 9 и формирователем 10 импульса начальной установки, преобразователь 11 код - длительност с дешифратором 12 ошибки управления, коммутатором 13 задания верхнего предела мощности, имеющим, например, пятнадцать переключателей, блоком 14 совпадения, триггером 15 длительности импульсов управления постоянного

тока, блоком 16 пересчета по модулю равному М, мультиплексором 17 и дешифратором 18 синхронизации, линии 19 задержки, первьй переключатель 20 вида нагрузок, формирователь 21 первого импульса управления, первый элемент И 22, второй переключатель 23 вида нагрузок, синхронизированный с первым переключателем 20, моностабиль ный триггерный каскад 24, второй элемент И 25, элемент ИЛИ 26, запускающий генератор 27 (с импульсным тран сформатором), триак 28, детектор 29 положительных фаз и нулевых значений, шины 30 и 31 цепи переменного тока, блок 32 питания переменного тока, детектор 33 отрицательных фаз и стабилизатор 34 напряжения постоянного тока, обеспечивающий питание всех используемых электронных блоков. На схеме обозначены также вывод 35 для подключения поступательного полюса источника управляющего напряжения и нагрузка 36. Инвертирующий вход компаратора 4 соединен с выводами для подключения источника управляющего напряжения (с выводом 35 и щиной нулевого потенциала, не показанной на схеме). Первый вход элемента И 22 через переключатель 20 вида нагрузок подключен к входу и выходу линии 19 задержки. Первый вход элемента И 25 через моностабильный триггерный кас кад 24 соединен с выходом элемента И 22. Первый вход формирователя 21 первого импульса управления подключен

3 -1

к выходу линии 19 задержки, входы

элемента ИЛИ 26 соедины с выходами элемента И 25 и формирователя 21 первого импульса управления. Вход детектора 29 положительных фаз и нулевых значений .подключен к цепи переменного тока, в частности к выходу блока 32 питания, первый выход - к первому входу узла 8 синхронизации (к одному из входов формирователя 10 импульса начальной установки) и второму входу элемента И 22, а второй выход - к вторым входам элемента И 25 и формирователя 21 первого импульса управ- Ленин, вход запускающего генератора 27 через переключатель 23 вида нагрузок соединен с выходами элементов И 25 и ИЛИ 26, а выход подключен к управляющему входу триака 28, включенного в цепь переменного тока и снабжент)го параллельным RC-звеном (не. показано). Вход детектора 33 отрицательных фаз соединен с третьим выходом детектора 29 положительных фаз и нулевых значений, а выход - с вторым входом узла 8 синхронизации (с другим входом формирователя 10 импульса начальной установки). Синхронизирующий вход блока 16 пересчета по модулю.подключен к второму выхр- ду детектора 29 положительных фаз и нулевых значений, вход сброса - к выходу узла 8 синхронизации (к выходу формирователя 10 импульса начальной установки), а выходы через мультиплексор 17 - к входам де шифра- тора 18 синхронизации. Первые группы входов коммутатора 13 задания верхнего предела мощности и блока 14 совпа дения соединены с выходами дешифратора 18 синхронизации. Вторая группа входов коммутатора 13 задания верхнего предела мощности подключена к выходам дешифратора 12 ошибки управле

ния, а выходы - к второй группе входов блока 14 совпадения. Вход установки в единичное состояние S триггера 15 длительности импульса управления постоянного тока соединен с первым выходом дешифратора 18. синхронизации, вход установки в нулевое состояние L - с выходом блока 14 совпадения, а выход - с входом линии 19 задержки. Выход источника. 2 опорного напряжения подключен к опорному входу цифроаналогового преобразователя 3 и неинвертирующему входу компаратора 4. Неинвертирующий вход компаратора

5 соединен с выходом компаратора 4, подключенньп к третьему входу узла 8 синхронизации (к входу усилителя 9), инвертирующий вход - с выходом цифроаналогового преобразователя 3, подключенным к третьему входу элемента И 22, а выход - с входом блока 6 направления счета. Входы реверсивного счетчика 7 импульсов подключены к выходу блока 6 направления счета и первому выходу детектора 29 положительных фаз и нулевых значений, а выход - к цифровым входам цифроаналогового преобразователя 3 и входам дешифратора 12 ошибки управления.

0

o 5 40

25

30

35

Устройство работает следуюш;им образом.

Мощность сети переменного тока подается к нагрузке 36 через триак 28. На вход детектора 29 постоянно с выхода блока 32 питания поступает переменное напряжение. Елок 32 питания с га хьваническим разделением от сети трансформирует без сдвига фазы относительно шин 30 и 31 переменное напряжение и обеспечивает через блок 34 стабилизации напряжение питания для электронных схем. Детектор 29 преобразует сетевое переменное напряжение в импульсы нулевых значений и импульсы положительных фаз, детектор 33 - в импульсы отрицательных фаз. С первого вькода детектора 29 и выхода детектора 33 на узел 8 синхронизации постоянно поступают импульсы положительных и отрицательных фаз. При изменении управляющего напряжения, при котором ошибка з равления становится больше нуля, на выходе усилителя 9 возникает ступенчатая функция. По переднему фронту импульса отрицатель- 45 ной фазы формирователь 10 импульса начальной установки сбрасывает блок 16 пересчета по модулю в нуль, а по переднему фронту следующего импульса положительной фазы производится запуск последнего. При этом импульсы нулевых значений поступают на синхронизирующий вход блока 16 пересчета по модулю, а с параллельных выходов сигнал через мультиплексор 17 подводится к входам дешифратора 18 синхронизации. На первом входе дешифра- , тора 18 синхронизации и на S-входе триггера 15 длительности импульса .управления постоянного тока появля50

55

ется логическая единица, по переднему фронту которой триггер 15 переключается, формируя передний фронт импульса управления.

Одновременно по каналу ..управления, несущего информацию о величине аналогового сигнала, на выходе ком паратора 4 формируется первая ошибка управления, а на выходе компарато- ра 5 - вторая ошибка управления, которая через блок 6 направления счета поступает на соответствующий вход реверсивного счетчика 7, производя™ :1цего сложение или вьптитание импуль-

При индуктивной нагрузке сформиро ванный импульс постоянного тока с вы хода триггера 15-поступает через линию 19 задержки на формирователь 21 первого импульса управления и на пер вый вход элемента И 22. Выделенный первый задержанный импульс складывается в элементе ИЛИ 26 с последующим импульсами положительных и отрицател ных фаз. Первым задержанньтм импульсом, соответствующим положительной фазе, в нагрузке 36 при нуле тока формируется положительная подувопна, являющаяся началом импульса мощности

сов положительной фазы. Интегральной :Сумме указанньк импульсов по времени соответствует параллельный выходной код, который направляется на входы цифроаналогового преобразователя 3 ;И дешифратора 12 ошибки управления. :На выходе цифроаналогового преобразо- цвателя 3 сигнал преобразуется в JByro дискретную ошибку управления, син;хронизированную импульсами положитель-25 оре 1 постоянного тока четырехраз- нык фаз. С выхода дешифратора 12 сиг- рядного преобразователя) блок 16 пенал,, преобразованный в код 1

с целым числом волн„

I

По переднему фронту тридцатого импульса нулевых значений (при М 30 и использовании в управляемом генераг

из п

и соответствующий цифровому выходу реверйивного счетчика 7 или первой дискретной ошибке управления, или первой аналоговой ошибке управления компаратора 4, поступает также через коммутатор 13 задания верхнего предела мощности на соответствуюший вход блока 14 совпадения. При подведении логической единицы по каналу синхро низации, возникающей последовательно на выходах деш1 Ефратора 18 синхронизации, соответствующих входах комм1гта- тора 13 задания и входах блока 14 совпадения, триггер 15 переключается в исходное состояние при этом на его выходе заканчивается формирование длительности импульса утгравленяя по.СТОЯННОГО ТОКИО

При активной нагрузке сигнал с выхода триггера 15 через переключатель 20 поступает на первый вход элемента И 22, который формирует из импульса управления постоянного тока соответствующее число положительных импульсов. Моностабштьный триггерный каскад 24 и элемент И 25 вос станавки- вают такое же число импульсов соответствующих по щ)емени отрицательным фазам. Четное число импульсов с выко- да И 25 через переключатель 23 и за- пускающий генератор 27 поступает на управляющий вход триака 28. Первыг

ресчета по модулю сбросится в нуль и процесс повторится. Если за время цикла управляющее напряжение на вхо30 де управляемого генератора 1 постоянного тока уменьшилось, то на втором цикле длительность импульса или число целых волн, или мощность импульса в нагрузке увеличится,

35 П ереключатели коммутатора 13 задают верхний предел мощности. При замыкании, например, третьего или де сятого переключателей в нагрузку 36 подается соответственно ограниченная

40 МОЩНОСТЬ

45

50

Р. MrtRC

55

где Рц - действующая мощность нагруз ки;

действующая мощность нагруз ки в случае ее непосредственного включения в сеть; максимальное число волн в импульсе;

М/2 - максимальное возможное число волн в цикле (Тц).

В интервале ограниченной мощности производится регулирование целыми во нами от О до 3 или от О до 10 волн при длительности щжла в 15 волн и

jwinynbcoM, соответствующим положитель ной фазе, в нагрузке 36 при нуле напряжения формируется положительная полуволна, являющаяся началом импульса мощности с целым числом волн,

При индуктивной нагрузке сформированный импульс постоянного тока с выхода триггера 15-поступает через линию 19 задержки на формирователь 21 первого импульса управления и на первый вход элемента И 22. Выделенный первый задержанный импульс складывается в элементе ИЛИ 26 с последующими импульсами положительных и отрицательных фаз. Первым задержанньтм импульсом, соответствующим положительной фазе, в нагрузке 36 при нуле тока формируется положительная подувопна, являющаяся началом импульса мощности

оре 1 постоянного тока четырехраз- рядного преобразователя) блок 16 пес целым числом волн„

I

По переднему фронту тридцатого импульса нулевых значений (при М 30 и использовании в управляемом генераг оре 1 постоянного тока четырехраз- рядного преобразователя) блок 16 пересчета по модулю сбросится в нуль и процесс повторится. Если за время цикла управляющее напряжение на входе управляемого генератора 1 постоянного тока уменьшилось, то на втором цикле длительность импульса или число целых волн, или мощность импульса в нагрузке увеличится,,

П ереключатели коммутатора 13 задают верхний предел мощности. При замыкании, например, третьего или десятого переключателей в нагрузку 36 подается соответственно ограниченная

МОЩНОСТЬ

45

0

Р. MrtRC

5

где Рц - действующая мощность нагрузки;

действующая мощность нагрузки в случае ее непосредственного включения в сеть; максимальное число волн в импульсе;

М/2 - максимальное возможное число волн в цикле (Тц).

В интервале ограниченной мощности производится регулирование целыми волнами от О до 3 или от О до 10 волн при длительности щжла в 15 волн и

первой положительной полуволне в импульсе.

Необходимьй коэффициент ограничения скважности определяется отношением мощностей

РН/РО

Пмак.м/а),

Так как период импульсов нулевых значений равен 0,01 с, то время цикла составляет 0,3 с. Погрешность цикла определяется нестабильностью частоты сети, которая уменьшается во времени с увеличением модуля.

Весь диапазон ошибки управления, (равный разности опорного напряжения и управлякнцего аналогового сигнала, нормируется с помощью втор ой ошибки управления и импульса положительной фазы в дискретные сигналы, которым соответствуют известные коды, длителности импульсов, число волн, мощности в нагрузке и выходы на коммутатор .13 задания верхнего предела мощности В преобразователе 11 код - дпитепь- ность отсутствует источник смещения .нулевой точки, вызывающий обычно дополнительную погрешность при преобразовании аналогового сигнала в широт- но-импульсный сигнал, а в блоке 16 пересчета по модулю, эквивалентному генератору линейного пилообразного напряжения, отсутствует постоянная составляющая напряжения, что также позволяет повысить точность широтно- импульсного преобразования. Ограничение мощности с фиксированным коэффициентом скважности, производамое коммутатором 13 задания верхнего предела мощности, оказывается предпоч- тительней фазового ограничения, осуществляемого с помощью угла отпирания и проводимости, так как облегчает тепловой режим тиристоров, не снижая их параметров по токам, и ха- ;рактеризуется отсутствием ступенчатых функций включения.

Формула изобретения

Устройство для регулирования мощности, содержащее управляемый генератор постоянного тока с первым компаратором, инвертирующий вход которого соединен с выводами для подключения источника управляющего напряжения, первый элемент И, первый Вход которого через первый переключатель вида

5

0

5

нагрузок подключен к входу и выходу линии задержки, второй элемент И, первый вход которого через моноста- бштьный триггерньЕй каскад соединен с выходом первого Элемента И, формирователь первого импульса управления, первьй вход которого подключен к вы- |ходу линии задержки, элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами второго элемента И и формирователя первого иьшульса ттравления, детектор положительных фаз и нулевых значений, вход которого подключен к цепи переменног о тока, первый выход - к первому входу узла синхро1шзации и второму входу первого элемента И, а второй выход - к вторым входам второго элемента И и формирователя первого импульса управления, запуска- кяций генератор, вход которого через второй переключатель вида нагрузок соединен с выходами второго элемента И и элемента ШШ, а выход подключен к управляющему входу триака, включенного в цепь переменного тока и снабженного параллельным RC-звеном, о т0

целью повышения точности регулирова- 0 ния и расширения диапазона возможных напряжений на нагрузке, в него введены детектор отрицательных фаз и преобразователь код-длительность с блоком пересчета по модулю, мульти- 5 ллексором, дешифраторами ошибки управления и синхронизации, коммутатором задания верхнего предела мощности, блоком совпадения и триггером длительности импульса управления постоянного тока, а управляемый генератор постоянного тока снабжен вторым компаратором, источником опорного напряжения, цифроаналоговым преобразователем, реверсивным счетчиком импульсов и блоком направления счета, причем вход детектора отрицательных фаз соединен с третьим выходом детектора положительных фаз и нулевых значений, а выход - с вторым входом узла синхронизации, синхронизируквдий вход блока пересчета по модулю преобразователя код-длительность подключен к второму выходу детектора положительных фаз и нулевых значений, вход сброса - к выходу узла синхронизации, а выходы через мультиплексор - к входам дешифратора синхронизации, первые группы ;входов коммутатора задания верхнего предела мощности и блока совпадения

5

0

5

соединены с выходами дешифратора синхронизации, вторая группа входов коммутатора задания верхнего предела мощ- йости подключена к выходам депшфра- тора ошибки управления, а вькоды - к второй группе входов блока совпадения, В54од установки в единичное состо- |пние триггера длительности импульса {управления постоянного тока соединен .с первым выходом дешифратора .синхронизации, вход установки в нулевое состояние - с выходом блока совпадения, а выход - с входом линии задержки, выход источника опорного натфяжения управляемого генератора постоянного тока подключен к опорному входу хдаф- роаналоговorо преобразователя и неинЛ Л Л

L/

UL

а в ti 1 я 8 li я ii Ь я йТ h в ti п iin и иТП, LB я а BJ.

L-csiMiissss

вертирующему входу первого компарато-.. ра, неинвертирующий вход второго компаратора соединен с вькодом первого компаратора, подключенным к третьему входу узла синхронизации, инвертирующий вход - с выходом цифроаналогово- го преобразователя, подключенным к третьему входу первого элемента И, выход - с входом блока направления счета, входы реверсивного счетчика импульсов подключены к выходу блока направления счета и первому выходу детектора положительных фаз и нулевых значений, а выходы - к цифровым входам цифроаналогового преобразователя и входам дешифратора ошибки уттрав- ления преобразователя код-длительность

и

м

л л

А А А л л

Р

Р

J

UL

йТ h в ti п iin и иТП, LB я а BJ.

Гц

(ЙЖ/