Устройство релейно-импульсного регулирования мощности Советский патент 1992 года по МПК H02M5/257 

.t

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования мощности реэистивных электротермических установок

Известно устройство для импульсного регулирования мощности, содержащее си- мистор, последовательно соединенный с нагрузкой и сетью, последовательно соединенные формирователь синхроимпульсов, генератор пачки импульсов, параллельные входы которого соедине- ы с шинами сигнала управления, суммирующий счетчик, Т- и RS-триггеры, формирующий ключ.

Недостатками устройства являются ухудшение коэффициента мощности при увеличении глубимы регулирования напряжения (мощности) и невысокая плавность регулирования мощности вследствие большого шага квантования мощности.

Известно устройство релейно-импульс- ного регулирования мощности, содержащее два симистора, одни выводы которых подключены к зажимам для подсоединения одного фазного у нулевого проводов, а другие - с одним выводом нагрузки, другой вывод которого подключен к зажиму для подсоединения другого фазного провода питающей сети, два формирователя синхроимпульсов, подключенных к соответствующим проводам питающей сети, датчик тока, фирмиро- ватель сигнала управления, содержащий запоминающий блок, мультиплексор, Т- триггер и кольцевой счетчик, а также форми- рователь запускающих импульсов, содержащий два элемента задержки, элемент 4И, элемент запрета, инвертор, два одновибратора и два блока согласования.

Недостатками известного устройства являются невозможность регулирования мощности в диапазоне (Х Р Р/Рном-$ 1 /3, а также сложность схемотехники формирователя запускающих импульсов

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

В устройстве релейно,-импульсного регулирования мощности, содержащем первый симистор, включенный между выводом для подключения нулевого провода и выводом для подключения нагрузки другой вывод для подключения которой соединен с выводом для подключения одной из фаз сети второй симисгор включенный между выводом для подключения другой фазы сети и выводом первого симистора, связанным с нагру кой, перрыи формирователь синхроимпульсов ПУРД - оторого подключен к вы- рпдамдля под точения нулевого провода и Ф-зи. сот с pa ни пи г. нагрузкой, второй I ( ) i к | if HI г /i пульсов, включен

ный между выводами для подключения фаз сети,связанных соответственно с нагрузкой и с вторым симистором, формирователь сигнала управления, содержащий запоминаю

щий блок, адресные входы которого являются информационным входом формирователя сигнала управления, соединенного с шинами кода сигнала управления. Т-триггер, вход которого является входом

0 синхронизации формирователя сигнала управления, мультиплексор, информационные входь 1 которого соединены с соответствующими информационными выходами запоминающего блока, а его адрес5 ные входы - с выходами кольцевого счетчика, вход которого соединен с выходом Т-триггера и с входом Разрешение выборки запоминающего блока, формирователь запускающих импульсов, содержащий эле0 мент задержки, первый элемент И. два бло ка согласования, при эт м прямой выход мультиплексора, являющийся первым выходом формирователя сигналауправления,соединен с первым входом первого элемента

5 И, третий вход которого через элемент задержки соединен с выходом первого формирователя синхроимпульсов, а выход - с входом первого блока согласования, выходы блоков согласования соединены с входа0 ми управления соответствующих симисторов, в формирователь сигнала управления введены генератор опорного кода и цифровой компаратор, при этом выход генератора опорного кода соединен с В-вхо5 дом цифрового компаратора, А-вход которого соединен с шинами сигнала управления, а в формирователь запускающих импульсов - одновибратор с возможностью перезапуска и второй элемент И, при этом первый

0 вход второго элемента И соединен с инверсным выходом мультиплексора, являющегося вторым выходом формирователя сигнала управления, а второй вход - с выходом А В цифрового компаратора, являющегося

5 третьим выходом формирователя сигнала управления, третий вход второго элемента И соединен с выходом второго формирователя синхроимпульсов, а выход - с входом второго блока согласования и с входом од0 новибратора, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И.

Предлагаемое устройство отличается от известного введением в формирователь сигнала управления генератора опорного циф5 рового кода и цифрового компаратора, соединенного с формирователем запускающих импульсов, имеющего более простую схему. Новые элементы и связи обеспечивают на нижнем диапазоне регулирования мощности блокирование цепей управления

симистора с наибольшим анодным напряжением.

Положительный эффект от использования изобретения заключается в расширении области применения регулятора за счет возможности регулирования им мощности в полном диапазоне О-$Р- Рном с высокими энергетическими показателями. Кроме того, упрощается схема формирователя запускающих импульсов, а следовательно, удешевляется его изготовление

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг 2 графики напряжений, поясняющие его работу

Устройство (фиг 1) содержит первый си- мистор 1, включенный между выводами 2 для подключения нулевого провода tf выводом для подключения нагрузки 3, другой вывод для подключения которой соединен с выводом А для подключения фазы А питающей сети. Второй симистор 5 включен между выводом 6 для подключения фазы В питающей сети и выводом первого симистО- ра 1, связанного с нагрузкой 3 Вход первого формирователя 7 синхроимпульсов (ФСИ) подключен к выводам 2 и 4 для подключения нулевого провода и фазы А сети соответственно Вход второго ФСИ 8 подключен к выводам 4 и 6 для подключения фаз А и В питающей сети соответственно.

Формирователь 9 сигнала управления (ФСУ) содержит запоминающий блок 10, мультиплексор 11, кольцевой счетчик 12, Т- триггер 13, генератор 14 опорного цифрйво- го кода и цифровой компаратор 15, Адресные входы запоминающего блока 10 соединены с А-входом цифрового компаратора 15, В-вход которого соединен с генератором 14 опорного кода, и. являются информационными входами ФСУ 9, соединенного с шинами кода сигнала управления Ку. Вход Т-триггера 13, являющийся входом синхронизации ФСУ 9, соединен с выходом первого ФСИ 7, а выход - с входом кольцевого счетчика 12 и входом Разрешение выборки запоминающего блока 10. Информационные входы мультиплексора 11 соединены с соответствующими информационными выходами запоминающего блока 10, а адресные входы - с выходами кольце вого счетчика 12.

Формирователь 16 запускающих им- пульсов(ФЗИ)содержитдваэлементаЗИ 17 и 18, два блока 19 и 20 согласования, элемент 21 задержки и одновибратор 22 с возможностью перезапуска ВходХ элемента И 17 соединен с прямым выходом мультиплексора 11 ФСУ 9, вход Х2 - с выходом одновибратора 22, вход ХЗ через элемент задержки 21 -- с выходом ФСИ 7, а выход с входом блокт 19 согласования Вход XI элемента И 18 соединен с инверсным выхо дом мультиплексора 11 ФСУ 9 вход X с выходом А В цифрового компаратора 15 5 ФСУ 9, вход ХЗ - с выходом ФСИ 8, а выход - с входами блока 20 согласования и одно- вибратора 22 Выходы блоков 19 и 20 согласования соединены с входами управления симисторов 1 и 5 соответственно

0- Устройство работает следующим обра зом

При появлении напряжения ARCO на пводах регулятора ФСИ 7 генерирует синхроимпульсы (фиг 26) в моменты перехода

5 через нуль фазного напряжения UAO (фиг 2э), а ФСИ 8 генерирует синхроимпульсы (фиг 2в) в моменты перевода через нуль линейного напряжения UAB (фиг 2а) Частота этих импульсов ра вна удвоенной частоте

0 напряжения питающей сети fc Импульсы с ФСИ 7 поступают на вход Т-триггера 13, на выходе которого появляются импульсы (фиг. 2г) с частотой следования, равной частоте напряжения питающей сети Импульсы с

5 выхода Т-триггера 13 подаются на вход кольцевого счетчика 12, выходы которого управляют адресными входами мультиплексора 11 на информационные входы которого подают k-разрядную информацию,

0 заложенную в запоминающем блоке 10 номера ячейки запоминающего блока

10 с записанным в ней кодом определяется

цифровым кодом на его адресных входах

Считывание информации из запоминающе5 го блока 10 осуществляется в момент прихода импульса на его вход Разрешение выборки Информация, находящаяся в запоминающем блоке 10, определяет алгоритм управления симисторами 1 и 5

0Пусть включенному состоянию симистора 1 соответствует сигнал Лог. 1 на прямом выходе мультиплексора 11, а включенному состоянию симистора 5 - сигнал Лог. 1 на инверсном выходе мультиплексора 11. Тог5 да алгоритм управления симисторами, запрограммированный в запоминающем блоке 10, можно представить в виде парал- дельного k-разрядного цифрового кода При этом алгоритм управления симистором 5 за0 висит от соотношения цифровых кодов на входах А и В цифрового компаратора 15 На А-вход цифрового компаратора 15 подается текущий код сигнала управления Ку а на В-вход - код с выхода генератора 14 опор5 ного кода Генератор 14 опорного кода формирует постоянный цифровой код Ко, соответствующий условию мощности на выходе регулятора Р 1/ЗРНом Если на входах А и В цифрового компаратора 15 выполняется условие Ку Ко, то на его выходе Аz В

появлчется сигнал Лог.1, разрешающий работу симистора 5, если же Ку К0, ю на выходе А В компаратора 15 устанавливается сигнал Лог 0, запрещающий работу этого симистора.

Пусть сигнал управления такой, что на информационный вход ФСУ с шин кода сигнала управления подается цифровой код к 1 у Ко, коду К у на адресных входах запоминающего блока 10 соответствует 8 разрядный код 11111000 на его информационных выходах, Тогда на выходе мультиплексора 1Гс частотой следования синхроимпульсов fc (фиг. 2г) параллельный код на его входе преобразуется в последовательный код на его выходе.

Поскольку код Ю у К0, то на выходе

цифрового компаратора 15 устанавливается

сигнал Ло1. О, запрещающий включение

симистора 5, а на выходе одновибратора 22

сигнал Лог.1.

При появлении сигнала Лог. 1 на пря мом выходе мультиплексора 11 (фиг. 2д) и закрытом симисгоре 5 на входах Х1 и Х2 элемента ЗИ 17 устанвливается сигнал Лог. 1 Одновременно с выдержкой времени элемента 21 задержки на вход ХЗ элемента И 17 поступают синхроимпульсы (фиг 26) с выхода ФСИ 7 Длительность временной задержки, необходимой для отстройки от переходных процессов при переключениях в цепи Т триггер 13 - мультиплексор 11, составляет несколько десятков наносекунд и зависит от быстродействия применяемой элементной базы При этом длительность синхроимпульсов значительно выше и составляет несколько десятков микросекунд При появлении синхроимпульса на входе ХЗ элемента И 17 на его выходе появляется импульс (фиг. 2е), который поступает на вход блока 19 согласования Блок 19 согласования по информационному импульсу на его входе формирует энергетический импульс, поступающий на вход управления си- мистором 1, вызывая его включение (фиг. 2, момент to). Последующее появление синхроимпульсов на входе ХЗ элемента И 17 вызывает периодическое включение симистора 1, подключающего нагрузку 3 на фазное напряжение U0 питающей сети (фиг 2и).

При появлении на выходе мультиплексора 11 сигнала Лог. О (фиг 2д, момент ti), на выходе элемента И 17 устанавливается сигнал Лог. О (фиг 2е) который вызывает закрытие симистора 1 и отключение нагрузки 3 от сети По мере увеличения сигнала управления увеличивается его цифровой код и, соответственно, увеличивается дпи- тельность включенного состояния симистора 1 на периоде регулирования Тр В

результате обеспечивается регулирование мощности в диапазоне 0 Р 1/3.

Пусть сигнал управления увеличился на столько, что его цифровой код К2у К0. коду

Ку на адресных входах запоминающего блока 10 соответствует 8-разрядный параллельный код 11111001 на его выходах, преобразуемый мультиплексором 11 в последовательный код. Поскольку К2У К0, то

0 на выходе цифрового компаратора 15 устанавливается сигнал Лог, 1, разрешающий работу симистора 5.

До момента tt устройство работает указанным образом: на интервале t0 -ti на

5 прямом выходе мультиплексора сигнал Лог. 1, симистор 1 включен, к нагрузке 3 приложено фазное напряжение.

При появлении на прямом выходе мультиплексора 11 в момент ti сигнала Лог, О,

0 а на инверсном выходе Лог. 1 симистор 1 закрывается, откпючая нг.грузку 3 от сети. При появлении на входе ХЗ элемента И 18 синхроимпульса с ФСИ 8 на его выходе появляется импульс (фиг. 2ж), который посту5 пает на вход блока 20 согласования, формирующего энергетический импульс на включение симистора 5.

Симистор 5 включается, подключая нагрузку 3 на линейное напряжение Ui

0 питающей сети (фиг 2и, момент t2). Одновременно импульс (фиг, 2ж) ча выходе элемента И 18 запускает одновибра- тор 22, который формирует на своем выходе импульс Лог. О (фиг. 2з) длительностью

5 15-20 мс, запрещающий одновременное включение симистора 1. Поскольку появление синхроимпульсов на выходе элемента И i8 (фиг. 2ж) вызывает периодическое включение симистора 5 и перезапуск одновибрз0 тора 22 в моменты с сохранением сигнала Лог. О на его выходе (фиг, 2з).

При появлении в момент te на прямом выходе мультиплексора 11 сигнала Лог. 1 симистор 5 закрывается в момент t перехо5 да в нем тока через нуль и откпючает нагрузку 3 от сети. В момент ts одновибратор 22 возвращается в исходное состояние с сигналом Лог. 1 на выходе (фиг. 2з), разрешая работу симистора 1. Поэтому приход в мо0 мент tg очередного синхроимпульса с ФСИ 7 вызывает включение симистора 1 указанным образом. Далее работа схемы циклически повторяется. В результате обеспечивается регулирование мощно5 сти в диапазоне 1/3 Р 1.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет регулировать мощность на активной нагрузке в диапазоне О Р Р/Рном 1 с разбивкой на две зоны регулирования и высокими эчергетичоскими показателями, что расширяет его Функциональные возможности.

Формула изобретения Устройство релейно-импульсного регулирования мощности, содержащее первый симистор, включенный между выводом для подключения нулевого провода и выводом для подключения нагрузки, другой вывод для подключения которой соединен с выводом для подключения одной из фаз сети, второй симистор, включенный между выводом для подключения другой фазы сети и выводом первого симистора. связанным с нагрузкой, первый формирователь синхроимпульсов, вход которого подключен к выводам для подключения нулевого провода и фазы сети, связанной с нагрузкой, второй формирователь синхроимпульсов, включенный между выводами для подключения фаз сети, связанных соответственно с нагрузкой и с вторым сими стором формирователь сигнала управления, содержащий запоминающий блок, адресные входы которого яв- ляются информационным входом формирователя сигнала управления, соеди- ненногос шинами кода сигнала управления, Т-триггер, вход которого является входом синхронизации формирователя сигнала управления, мультиплексор, информационные входы которого соединены с соответствующими информационными выходами запоминающего блока а его адрес- ные входы - с выходами кольцевого счетчика, вход которого соединен с выходом Т-триггера и с входом Разрешение выборки запоминающего блока, формирователь

запускающих импульсов, содержащий элемент задержки, первый элемент И, два бло ка согласования, при этом прямой выход мультиплексора, являющийся первым выходом формирователя сигнала управления, соединен с первым вхадь м Т1ерёогбЭлемента И, третий вход которого через элемент задержки соединен с выходом первого формирователя синхроимпульсов, а выход - с

входом первого блока согласования, выходы блоков согласования соединены с входами управления соответствующих симисторов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в формирователь сигнала управления введены генератор опорного кода и цифровой компаратор, при этом выход генератора опорного кода соединен с В-вхо- дом цифрового компаратора, А-вход которого соединен с шинами кода сигнала управления, а в формирователь запускающих импульсов введены одновибратор с возможностью перезапуска и второй элемент И, при этом первый вход второго элемента И соединен с инверсным выходом мультиплексора, являющегося втор ым выходом формирователя сигнала управления, а второй вход- с выходом А В цифрового компаратора, являющегося третьим выходом формирователя сигнала управления, третий вход второго элемента И соединен с выходом второго формирователя синхроимпульсов, а выход - с входами второго блока согласования и одновибратора, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И.

Использование: в электротехнике, в частности для регулирования мощности рёзит стивных электротермических установок. Сущность изобретения устройство содержит симисторы 1 и 5 и формирователи 7 и 8 синхроимпульсов., Формиоователь сигнала управления содержит запоминающий блок 10, мультиплексор 11, счетчик 12, Т-триггер 13, генератор 14 опорного кода Кви цифровой компаратор 15. Формирователь запускающих импульсов содержит два элемента И 17 и 18, два блока 19 и 20 согласования, элемент 21 задержки и одновибратор 22. В зависимости от кода сигнала управления Ку обеспечивается коммутация нагрузки 3 на фазное или линейное напряжение. Если код КУ К0, то осуществляется подключение по заданному алгоритму нагрузки 3 только к фазному напряжению сети и регулирование мощности в диапазоне 0 Р Р/Рном 1/3. Если код Ку Ко, то осуществляется по за- данному алгоритму поочередное подключе- ние нагрузки 3 к фазному и линейному напряжению и регулирование мощности в диапазоне 1/3 Р 1. что позволяет рас- регулировочные возможности 2 ил..

д

11

J-J-J-lLL-i-.l I I I I I I i I

I

-L- 1 I I

JI1

i

I

I

/ t

ilUU

±JTS

м

j t

и

W3

Фиг.2