Импульсный регулятор мощности Советский патент 1980 года по МПК G05D23/19 

1

Изобретение относится к регулированию электрической мощности при нагреве и может быть использовано в производстве стекловолокна для поддержания с высокой точностью температуры стеклоплавильного сосуда..

Известен регулятор электрической мощности для стабилизации температ}фы, содержащий источник переменного напряжения, тиристор, нагревательный злемент, динистор, терморезистор и стабилитрон, позволяющий осуществить им- ,д пульсное регулирование мощности в нагревательном элементе 1 .

Недостатком данного устройства является невысокая плавность регулирования, обуслов- is ленная использованием только одного положительного полупериода питающей сети.

Известен также импульсный регулятор мощности, содержащий измерительный элемент, тиристорный исполнительный элемент, блок образования фаэы во временной интервал, широтно-импульсный модулятор и элемент И, позвопяющий увеличчть плавность регулирования температуры 2.

Недостатком регулятора является снижение надежности комл тирующих устройств (тиристоров) и высокий уровень радиопомех, обус Ловленный использованием фазоимпульсного способа управления тиристорами, и, как следствие, углом зажигания тиристоров, отличным от нуля.

Наиболее близким к предла аемому является импульсный регулятор мощности, содержащий тиристорный ключ, силовой вход которого подключен к истоштку переменного напряжения, соединенном) с последовательно включенными ограьшчитечем к дифференцирующим звеном, датчик обратной связи, элемент совпадения и ждущий генератор и тульсов. В данном устройстве один нз входов элемента совпадения соединен с выходом датчика обратной связи, роль которого вьшолняет генератор импульсов, а другой вход элемента совпадения подключен к выходу ждущего генератора импульсов, соединенного с выходом дифференцирующего звена. Устройство позволяет осуществлять импульсное регулирование мощности в нагрузке с постоянным углом отпирания

тиристоров, равным нулю градусов, к повысить помехоустойчивость и надежггостъ работь устройства 3.

Однако устройство имеет су-;дестзе11НлШ недостаток, обусловленный невысоким (5ыстродействием к поггижеккой точкостыс регулирования моодносп-ь чго сказывается на качестве технологического процесса в целом. Указанный недостаток особенно проявляется при управлении технологическим процессом от управляющей вы-шслительной машины (УВМ), когда необходимо сопрягать объект управления с илтульсным регулирова даем мощности ( мер, стеклоплавильный сосуд), с УВМ, В этом случае 1ЩФРОВОЙ зкход УВМ, например в виде цифрового параллельного двоишого кода, iKoGходргмо преобразовать сначала в аналоговую величин), а затем в прямоугольные ир/шульсь регулируемой длительности. При смене информации с выхода УВМ, т.е. смене кода, внутри уже сформированного прямоугольного импульса формирование импульса, соответствующего новому значению кода, возможно только не ранее окончания предыдушего. К тому же известное устройство имеет и невысокую точность, обусловленную временным несовпадением переднего и заднего фронтов прямоугольного импульса с мoмeнтa ш перехода через О переменгюго (синусоидального) напряжется питающей сети.

Кроме того, данное устройство нельзя использовать при трансформаторнсй шгрузке, как это и делается при питаш и стеклоплавилышх сосудов, из-за возможного образования постоянной составляющей в первичкой обмотке трансформатора за счет окончания одного и шульса и нача/га другого полупериодами одинаковой .полярности.

Известное устройство имеет также невысокую плавность регулирЪвания при малых сигналах отклонеш1Я тег-.-шературЬ от заданно.й. Цель изо6рете а я - повьн eime точности и быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что регулятор содержит задатчик периода регулирования, счетчик, два блока элементов совпадения, аналого-цифровой преобразователь и элемент ИЛИ, причем одан из входов первого блока элементов совпадения соединен с выходом задат-шка периода регулирова1шя, друт-ой вход первого блока элерлентов совпадения - с выходом счетчика, а его выходы через элемент совпадения - с одним из входов счегчлка, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующего звена, а второй выход - с одним из входов второго блока элементов совпадения, другой вход которого через аналогоцифровой преобразователь сое/шнен с выходом датчика обратной связи, а выходы через последовательно соединенные элемент ИЛИ и ждущий

ге)ератор импульсов - с управляющим входом тиристорного ключа.

На фиг. .1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - при.мер реалиэации устройства для случая равенства периода Щ1сла импульсов (периода комбинаций импульсов десяти периодам питающего (синусоидального) напряжения ().

Устройство содержит источник 1 переменКОГО (синусоидального) напряже -шя, ограии1штель 2, дифференцирующее звено 3, задатчик 4 периода регулирования (комбинаций импульсов), счетчик 5, первый блок 6 элементов совпадения, элемент 7 совпадошя, генера5ор 10 кода,включающий датчик 8 обратной связи и аналого-щфровой преобразователь (АЦП) 9, второй блок 11 элементов совпадения, элемент И-ИЛИ 12, ждущий генератор 13 импульсов к тиристорный ключ 14. Устройство работает следующим образом.

Синусоидальное напряжегше питания блока 1 проходя через ограничитель 2, собранный, например, на триггере Шмитта, преобразуется в последовательность прямоугольных разнополярных импульсов с моментами перемены фазы, кратныг О или 180 градусов. При прохожденш данной последовате.пьности прямоугольных импульсов через дифференцирующее звено 3 на его выходе образуется продифференцированная последовательность импульсов, кратных О фазы питающего напряжения, т.е. каждому периоду питающего напряжения длительностью Т соответствует .один короткий импульс в нуле фазы данного периода. Указанная последовательность импульсов с блока 3 поступает на вход счеиика 5, представляющего собой последовательно соединенные триггера 15-18 (фиг. 2). С одного из выходов счетчнка 5 (фиг. I) последовательность импульсов поступает на первьш вход блока 6 элементов совпадения, на другой вход которого с задатчика 4 периода регулирования (комбинаций импульсов) поступает параллельньш двоичньп код, соответствующий длительности периода числа импульсов. Для случая Т ЮТ этот код имеет вид 1010, причем младший разряд (в данном случае О) поступает на элемент coвпaдe шя 19 (фиг. 2), старший разряд (в рассматриваемом случае 1) - на вход элемента 20 совпадения. Первый блок б элементов совпадения представляет собой схему равнозначности, собранную на элементах совпадения 19-22 (фиг.2). В момент совпадения кода задания с блока 4 (фиг. I) с двоичным кодом числа, загшсанного в счегшке 5, срабатывает элемент 6 совпаде шя, который своим выходным импульсом производит обнуление счетчика 5. Второй выход счетвдка 5 соединен с одним из входов второго блока 11 элементов совпадения, на

второй вход которого поступает двоичный коп сигнала обратной связи, снимаемого в непрерывной форме с выхода датчика 8 обратной связи и преобразова шого в двоигный код в АЦП 9.

В простейшем ЛЦП9 представляет собой последовательно соединеннь е блок прео.бразования аналогового напряжения, снимаемого с блока 8, в число-импульсный код к дешифратор. В общем случае вместо блоков 8 и 9 может быть использован генератор 10 кода или УВМ с выходным сигналом в форме параллельного цифрового двоичного кода. При использовании УВМ число коммутируемых разрядов в цифровой форме с ее выхода на вход блока 11 выбирается, исходя из допуст мой величины точности регулирсвагшя мощности в объекте (нагрузке). Второй блок 11 элементов совпадения также собран на элементах совпадения, в частности на элементах 23-27 (фиг. 2).

Обозначим единшшые сигналы, соответствующие, например, высокому уровню напряжения триггера и снимаемые с выходов элементов 15-18 (фиг. 2) соответственно, через а, в, с, d. Тогда сигналы с других выходов триггеров 15-18 имеют вид а, в, с, д. ПуСТь сигналы, снимаемые с выхода АЦП 9, имеют вид (в двоичнойформе) ХоХ 1X3X3, причем XQ соответствует младшему -разряду, хз - старшему при нулевом значении соответствующего разряда сверху добавляется черта. Например, xj соответствует О в i-ом разряде. При соответствующем значеьшн двоичного числа XQ,,Хз

с выхода блока И сьшмается соответствующее число импульсов, но уже в число-импульсном коде. Например, при значении XoXiX2X3, т.е. 1001, с выхода блока 11 снимается 9 импульсов дяительностью Т каждый за период Тд или иное число подобных импульсов. образуется на элементах 23-37 и элементе 12 (фиг. 2) Например, на элементе 23 образуется импульс длительностью Т за период Т при наличии входного сигнала на нем а,в,с,а,Хна элементе 24 образуется два импульса при налич1ш входного сигнала на нем b с Х, на элементе 25 - четыре импульса при входном сигнале cdxj, на элементе 26 - восемь импульсов при входе dx3, на элементе 27 - шесть идтульсов при входе ЬхоХз. Остальные недостающие сигналы на периоде Tj образуются за счет объедиHeifflfl соответствующих элементов И на элементе ИЛИ.

С выхода элемента ИЛИ импульсные последовательности, привязанные к нулю фазы питающего напряжения и соответствующие заданному числу импульсов, определяемых на выходе блока 9, в заданном периоде Т, сформированном блоками 4--7 поступают на вход ждущего генератора I 3 импульсов, собранного, например, на блокилг-генераторе. С выхода блока 13 сформкрпванн1,н и усиле шый (в случае необхо.аимости) импульс (или пачка импульсов высоко частоты для надежного отпирания тирксторов) поступает на управляющий вход тирнсторного ключа 14, фop IИpyя тем самым в нагрузке соответствующее шсло импульсов синусоидального напряжения, кратное Т в заданном периоде Т.

Применение ycTpoHctBa позволяет вместе с быстродействующим регулятором более точно поддерживать температуру объ.екта вследствие фиксащ и тасла импульсов, кратных периоду

5 переменного напряжения питающей сети; ра ботать без создания радиопомех, так как включеш е тока происходит при переходе напряжения через нуль; на печах выработки стеклово0локна увеличить со5(р с 0,65 до 0,8, что уменьшает потери мощности в сети и трансформаторах; в отличие от схем фазового регулирования, применяемых в настоящее время, предлагаемое устройство нечувствительно к помехам

5 по цепи управления, не создает постоянн то составляющую, так как пропускает в нагрузку только четное число полупериодов напряжения питающей сети, устройство достаточно просто стыкуется с выходом УВМ (в случае необ0ходимости), при этом вь1ход УВМ (в цифровой форме) соединяется непосредственно со входом блока П. За счет исключения из состава УВМ преобразователя код-аналог, являющегося источником дополнительных погрещностей, увеличивается и точность регулирования.

Формула изобретения

Илшульсный регулятор мощности, сопт ащий тиристорньш ключ, силовой вход которого подключен к источнику переменного напряжения, соединенному с последовательно включенным огра1шчителем и дифференцируюшим звеном, датчик обратной связи, элемент совпадения и ждуптнй генератор импульсов, о т л ич аю щ и и с я тем, что, с целью повышения и быстродействия, регулятор содержит задатчик периода регулирования, счетчик, два блока элементов совпадения, аналогоцифровой преобразователь и элемент ИЛИ, причем один из входов первого блока элементов совпадения соединен с выходом за датчика периода регулирования, другой вход первого блока элементов совпадения соединен с выходам счетчика, а его выходы через элемент совпадения - с одним из входов счетчика, второй вход которого соединел с выходом диф7731422

ференцирующего звена, а второй выход - с одним из входов второго блока элементов совпадения, другой вход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с выходом дат- кп. чика обратной связи, а выходы через последовательно соединенные элемент ИЛИ и ждущийкл. генератор импульсов - с управляющим входом тиристорного ключа.кл.

8 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР N 507864, G 05 D 23/19, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР № 54П54, СЗ 05 D 23/19, 1974.

3.Авторское свидетельство СССР № 444166, G 05 D 23/19, 1974 (прототип).