Регулятор электрической мощности Советский патент 1976 года по МПК G05F1/66 

1

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования параметров технологических процессов путем управления электрической энергией, подводимой к объекту, и в ряде случаев, когда сопротивление нагрузки значительно изменяется в ходе процесса, например, для поддержания постоянства потребляемой мощности электродными водогрейными котлами, установками контактного нагрева металлов, установками электропрогрева бетона током, текущим через его массу.

Известен регулятор электрической мощности, содержащий исполнительный орган на встречно-параллельно включенных игнитронах или тиристорах с регулируемой фазой зажигания. Сигнал, пропорциональный мощности, формируется с помощью ваттметра, ось которого связана со вторичным датчиком (например, с конденсатором переменной емкости). Сигнал, пропорциональньш мощности, сравнивается с задающим, а их разница )шравляет фазой зажигания силовых управляемых вентилей 1 . Использование в регуляторе фазового способа регулирования напряжения включает за собой снижение COS Ц) установки; вредное влияние на других потребителей за счет искажения формы

напряжения питающей сети и сложность выделения сигнала, пропорционального мощности при не синусоидальном токе и напряжении на нагрузке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является регулятор электрической мощности, содержащий тиристорный прерыватель, цепь управления которого подключена к блоку управления, датчик напряжения и источник стабилизированного напряжения, подключенные к питающей сети, датчик тока нагрузки, триггер, управляющий подачей импульсов управления тиристорами и соединенный с генераторами запускающих импульсов блока управления 2 Недостаток известного устройства заключается в сложности изготовления и настройки датчика мощности.

Цель изобретения - упрощение схемы регулятора.

Это достигается тем, что регулятор снабжен двумя генераторами пилообразного напряжения, выходы которых соединены с генераторами запускающих импульсов, подключенными к двум входам триггера, причем один генератор пилообразного напряжения по цепи питания соединен с датчиком тока, а другой - с датчиком напряжения и источником стабилизированного напряжения, включенными встречно. На фиг.1 изображена структурная электрическая схема предлагаемого регулятора; на фиг. 2 - диаграмма работы генератора пыли по двум каналам в зависимости от величины тока нагрузки и напряжйшя сети. Регулятор электрической мощности содержит источник переменного тока 1, к которому через блок тиристоров 2 подключена нагрузка 3 с переменным сопротивлением. К источнику подключен также понижающий трансформатор 4, две вторичньрс обмотки которого служат источниками напряжений для стабилизированного 5 и нестабилизированного 6 выпрямителей. Ко входу генератора 7 пилы подключаются выходы стабилизированного и нестабилизированного вьшрямителей, напряжения которых вычитаются. К выходу генератора пилы подключаются вход генератора 8 импульсов, который срабатьшает в момент достижения пилы генератора 7 некоторого уровня. Ток нагрузки измеряется трансформатором тока 9, который подключается на вход вьшрямителя 10, а выход вьшрямителя 10 подключается ко входу генератора 11 пилы, а затем выход генератора пилы подключается на вход генератора 12 импульсов, срабатьшающий в момент достижения напряжением пилы некоторого уровня срабатьшания. Генератор 8 подключен к одному из входов триггера, а генератор 12 подключен ко второму входу триггера 13. Триггер подключается ко второму входу блока 14 управления тиристорами, во эдействующе го на блок тиристоров. Регулятор работает следующим образом. Исходя из принципа действия регулятора, среднее значение мощности на нагрузке вычисляется согласно выражению Tirt /Т СР рп7 напряжение питающей сети; действующее значение тока нагрузки в момент включения вентилей; Tpf - период следования импульсов мощности tp - щирина импульса мощности. В предлагаемом регуляторе величины tp и Тп управляются соответствующими каналами. Импульсы, запускающие тиристоры, непрерьшно следуют с периодом Т п от генератора 8. Эти импульсы появляются в момент равенства напряжения пилы генератора 7 некоторому уровню срабатьшания Ц, , определяемому элементами схемы. Период появления запускающих импульсов определяется вьфажением и,мЧх. о где к 7 - постоянная интегрирования; Ujj(- напряжение на входе генератора 7. После интегрирования и преобразоваьшя выражения (2) получаем Т 17 /К и п 0 Гак как Uo и К у - константы схемы, то обозначим их одним коэфидиентом i/g/J (в,се.к) (4) и ползчим выражение (3) в следующем виде: () На вход генератора 7 подается разница двух напряжений от стабилизированного 5 и от не стабилизированного 6 выпрямителей. Вьшрямигели питаются от различных обмоток трансформатора 4, первичная обмотка которого подключена к клеммам питающей сети. Таким образом, можно записать гдеКу„.и Кg -коэффициенты трансформации обмоток, питающих стабилизированный и нестабилизированный выпрямители соответственно, U - номинальное напряжение питающей сети. Так как запускающие импульсы должны следовать непрерьшно, то и величинаUgx должна иметь всегда положительное значение, поэтому значения K, К идлявсех значений напряжения сети U . Подставив выражение (6) в (5) , получим Т ) (7) Из выражения (7) следует, что период следования запускающих импульсов определенным образом зависит от напряжения питающей сети U и констант схемы. С увеличением напряжения сети период Т, увеличивается и наоборот (фиг.2). Импульсы, включающие тиристоры, появляются по истечении времени tp с момента появления запускающих импульсов. Ток нагрузки при включенных тиристорах измеряется трансформатором 9, вьшрямляется вьшрямителем 10 и поступает на генератор 11, включающий генератор 12 в момент достижения напряжением пилы некоторого уровня срабатьшания 1о , задаваемого элементами схемы. Величина t р определяется соотнощением гдеКю - коэффициент вьшрямителя 10; KI 1 - постоянная интегрирования. После интегрирования и преобразований получимtp-NI, Подставляя выражения (9) и (7) в выражение (1), получим после преобразований, что тсутствие в выражении (10) величины тока нагузки указьшает на то, что устройство полностью омпенсирует влияние изменения тока на величину ср. Компенсация влияния изменения напряжения ети на Рср осуществляется с некоторой ощибкой. Регулятор электрической мощности работает ледующим образом. В момент подключения к итающей сети появляется напряжение U вх на генераторе 7, через время Тп после включения срабатьшает генератор 8, напряжение пилы становится равным нулю, а триггер 13 запускает блок 14, который включает тиристоры 2. Ток нагрузки вызьшает рост напряжения пилы генератора 11. В момент срабатьшания генератора 12 напряжение генератора 11 становится равным нулю, а импульс с генератора 12 перебрасьшает триггер, что приводит к выключе1шю тиристоров. Введем следуюшие обозначения Г-К,,/К,,; и.,, где Кн - коэффициент изменения напряжения питающей сети. Относительная ошибка стабилизации мощности в зависимости от колебаний напряжения сети записьшается с помощью введенных обозначений и выражения (10) Apep-l / т т u; -М(К,,,,Г)1/М() ()-(K,.Olr(И) в выражении (11) приравняем к нулю АРср и получаем пН Результаты расчета зависимости J от К, даны таблице 1. Таблица 1. Выбираем у 0,5 и, используя вьфажение (7 получаем значения ощибокДРср в относительны единицах, в фзтжции коэффициента изменения н пряжения сети (таблица 2). Таблица 2. Таким образом, предложенный регулятор обе печквает стабилизацию мощности при изменени напряжения сети Hat-ioY, с точностью -1%, а при изменении напряжения сети Hai2u°/ c точностью -4%. Влияние переменного сопротивле1шя нагрузки на величину средней мощности компенсируется полностью. Это особенно ценно для многих технологических процессов, при которых глубина изменения сопротивления значительна (например, при злектропрогреве бетона) ,5r2.,o). Предлагаемый регулятор не требует введения корректирующих устройств. Это упрощает настройку регулятора. Настройка отдельных узлов также не вызывает затруднений, так как схема набрана из линейш 1х преобразователей (вьшрямителя, генератора пилы) и импульсных элементов (генератора импульсов, триггера). Формула изобретения Регулятор электрической мощности, содержащий тиристорный прерыватель, цепь управления которого подключена к блоку -правления, датчик напряжения и источник стабилизированного напряжения, подключенные к питающей сети, датчик тока нагрузки, триггер, управляющий подачей импульсов управления тиристорами и соединенный с генераторами запускающих импульсов блока управления, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы регулятора, он снабжен двумя генераторами пилообразного напряжения, выходы которых соединены с генераторами запускающих импульсов, подключенными к двум входам упомянзтого триггера, причем один генератор пилообразного напряжения по цепи питания соединен с датчиком тока, а другой - с датчиком напряжения и источником стабилизированного напряжения, включенными встречно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Проскуренко И. В., Регулятор мощности для управления процессом электропрогрева бетона. Труды Ленинградского политехнического института № 326, Электротехнологические установки, 1972г.аналог. 2.Гельман М.В. и др. Исследование тиристорного регулятора мощности в книге Вентильные преобразовательные установки, сборник научных трудов Челябинского политехнического института, №70,1970 г.-прототип.

tpi tp2 Tni Tfiz Фиг. 2