Устройство для формирования управляющего сигнала Советский патент 1982 года по МПК G05F1/66 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЮЩЕГО

СИГНАЛА

1

Изобретение относится к автоматическому регулированию электрической мощности в нагрузке и может быть использовано в качестве исполнительного устройства в системах автоматического регулирования, например температурного режима электротермического оборудования.

По основному авт. св. № 491127 известно устройство для формирования управляющего сигнала, содержащее последовательно соединенные квадратор, интегратор, пиковый детектор и блок вычитания, ко второму входу которого подключен интегратор, к выходу - блок сравнения, выход которого соединен с блоком силовых тиристоров, на вход которого подключен источник синусоидального напряжения, второй вход которого подключен к квадратору.

Принцип работы фазового устройства основан на фазовом управлении силовых тиристоров с естественным выключением послед-них. Момент ьключения силовых тиристоров определяется равенством между заданным значением и опорным развертывающим сигналом, сформированным из квадрата сетевого напряжения и постоянного напряжения, пропорционального среднему значению квадрата сетевого напряжения за полупериод питающего напряжения. Такой опорный сигнал позволяет устранять возмущения со стороны питающей сети и при постоянной величине нагрузки стабилизировать мощность в ней 1.

Однако при изменении величины нагрузки мощность не стабилизируется, а изменяется в соответствии с изменением сопротивления н-агрузки RH- Действительно, при изменении RH на величину ARn, мощность, выделяемая в нагрузке, будет равна РН /(RH ± ARH)- т. е. будет наблюдаться приращение мощности в нагрузке на величину

ДР„ РН ±(AR« (R,)) 1 ± ARH(R,,)

Рассмотренный недостаток устройства 15 формирования управляющего сигнала не позволяет использовать его для регулирования мощности в нагрузке, величина которой изменяется. Кроме того, как известно, в цепях переменного тока выделяемая мощность зависит от величины сдвига фаз тока и напря20жения, а рассмотренный регулятор не учитывает и этого фактора.

Целью изобретения является регулирование мощности при изменяющейся величине активной нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для формирования управляющего сигнала снабжено последовательно соединенными согласующим блоком, выпрямителем, вторым вычитателем и вторым интегратором, а также последовательно соединенными датчиком тока нагрузки и вторым выпрямителем, выход которого соединен со вторым входом второго блока вычитания, вход согласующего блока подключен к источнику синусоидального напряжения, выход второго интегратора соединен со вторым управляющим входом первого интегратора, а управляющий первый вход второго интегратора подключен к выходу формирователя синхроимпульсов, второй - к выходу блока сравнения.

С целью регулирования мощности при изменяющейся величине активно-индуктивной нагрузки с постоянным значением cos «р, дополнительно введен фазосдвигающий блок, включенный между согласующим блоком и первым выпрямителем.

С целью регулирования мощности при изменяющейся величине активно-индуктивной нагрузки с переменным значением cos 9, фазосдвигающий блок выполнен управляемым, его вход подключен к выходу согласующего блока, второй вход соединен со вторым выходом второго выпрямителя, первый выход соединен со входом первого выпрямителя, а второй выход подключен к третьему управляющему входу второго интегратора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема управляюнд,его устройства для регулирования мощности при изменяющейся величине активной нагрузки; на фиг. 2 - функциональная схема устройства регулирования мощности для изменяющейся активно-индуктивной нагрузки с постоянным значением coscp; на фиг. 3 - функциональная схема устройства для регулирования мощности при изменяющейся активно-индуктивной нагрузке с переменным значением , на фиг. 4 - функциональная схема управляемого фазосдвигающего блока; на фиг. 5 - принципиальная схема управляемого фазосдвигающего блока; на фиг. 6 - принципиальная схема управляемого интегратора; на фиг. 7диаграмма работы устройства при изменяющейся величине сопротивления нагрузки.

Функциональная схема устройства для формирования управляющего сигнала регулирования мощности при изменяющейся величине активной нагрузки содержит источник синусоидального напряжения 1 и подключенную к нему силовую цепь, состоящую из последовательно соединенных блока силовых тиристоров 2 и нагрузки 3, а также управляющую цепь из последовательно соединенных квадратора 4, интегратора 5, пикового детектора 6, блока вычитания 7 и блока сравнения 8, причем вход квадратора 4 подключен к источнику 1, выход блока сравнения 8 - к

управляющему входу блока силовых тиристоров 2, вторый выход интегратора 5 соединен со вторым входом блока вычитания 7, а второй вход блока сравнения 8 - с выходом задатчика 9, последовательно соединенные согласующий блок 10, первый выпрямитель 11, второй вычитатель 12 и второй интегратор 13, причем вход согласующего блока 10 подключен к источнику 1, выход второго интегратора 13 соединен с первым управляющим входом первого интегратора 5, а первый

управляющий вход второго интегратора 13 подключен к выходу блока сравнения 7, формирователь синхроимпульсов 14, вход которого подключен к источнику 1, а выход - ко вторым управляющим входам первого 5 и второго 13 интеграторов, последовательно соединенные датчики тока нагрузки 15 и второй выпрямитель 16, выход которого соединен со вторым входом второго вычитателя 12. Для чисто активной нагрузки ток-и напряжение в силовой цепи совпадают между

D собой по фазе, а рассогласование между ними по амплитуде служит информацией об изменениях в величине нагрузки. Если в силовой цепи имеется сдвиг фаз между током и напряжением, то для правильного функционирования устройства этот сдвиг необходимо устранить, а в среднее значение рассогласования между током и напряжением ввести коэффициент, соответствующий значению coscp.

При постоянной величине фазового сдвиO га в устройство достаточно ввести фазосдвигающий блок 17 (фиг. 2), вход которого подключен к выходу согласующего блока 10, а выход соединен со входом первого выпрямителя 11, при этом соответственно изменяют и коэффициент передачи интегратора 13.

Если фазовый сдвиг между током и напряжением изменяется в процессе работы устройства, то необходимо постоянно обеспечивать подстройку фазы с целью обеспечения работоспособности цепи компенсации изменения нагрузки. Для этой цели в устройство формирования управляющего сигнала вводят управляемый фазосдвигающий блок 18 (фиг. 3), вход которого подключен к выходу согласующего блока 10, выход соединен со входом первого выпрямителя 11, второй вход подключен ко второму выходу второго выпрямителя 16, а управляющий выход соединен с третьим управляющим входом второго интегратора 13.

0 Функциональная схема управляемого фазосдвигающего блока 18 (фиг. 4) содержит управляемую фазосдвигающую цепь 19 (фиг. 5), два формирователя синхроимпульсов 20 и 21, узел управления 22, состоящий из двух RS-триггеров и 4-х элементов И,

5 два аналоговых ключа 23 и 24 и интегратор 25, причем вход управляемой фазосдвигающей цепи 19 соединен с выходом согласующего блока 10 (цепь 26), а выход - со входом первого выпрямителя И (цепь 27) и входом первого формирователя синхроимпульсов 20, вход второго формирователя синхроимпульсов 21 подключен ко второму выходу второго выпрямителя 16 (цепь 28), выход формирователей 21 и 20 подключен ко входам узла управления 22, выход которого соединен с управляющими входами аналоговых ключей 23 и 24, информационные входы которых подключены к источникам опорного напряжения 29 и 30, а выходы соединены со входом интегратора 25, выход которого подключен к управляющему входу второго интегратора 13 (цепь 31).

Согласующий блок 10 выполнен на основе согласующего трансформатора и резистивного настраиваемого делителя, подключенного ко вторичной обмотке этого трансформатора.

Принципиальная схема управляемой фазосдвигающей цепи может быть выполнена как показано на фиг. 5, гДе в качестве управляемого резистора применен резисторный оптрон ViRi.

Управляемые интеграторы могут быть выполнены на основе операционных усилителей по схеме, приведенной на фиг. 6, где резистивный оптрон ViRi используется для изменения коэффициента передачи интегратора.

Устройство работает следующим образом.

Для устранения влияния изменения нагрузки на выделяемую мощность сигнал о величине тока, протекающего в силовой цепи, снимаемый с датчика тока 15, поступает через выпрямитель 16 на второй вход вычитателя 12. Одновременно на первый вход вычитателя 12 поступают мгновенные значения напряжения сети, прощедщие через согласующий блок 10 и выпрямитель 11 (предварительно при настройке регулятора мгновенные значения напряжения сети приравниваются мгновенным значениям сигнала датчика тока при номинальной нагрузке). Эти два сигнала вычитаются между собой на вычитателе 12, а их алгебраическая разность поступает на второй интегратор 13, который, для исключения временного интервала, когда ток в силовой цепи отсутствует, включается сигналом с блока сравнения 8. Выходной сигнал второго интегратора 13 поступает на второй управляющий вход первого интегратора 5 и управляет коэффициентом передачи этого интегратора, уменьщая коэффициент передачи, если сопротивление нагрузки R увеличивается, и увеличивая его, если R уменьшается. При этом максимальное значение выходного сигнала интегратора 5, записываемое в пиковый детектор 6, будет зависеть как от величины напряжения питающей сети, так и от величины нагрузки. В этом случае устройство для формирования управляющего сигнала обеспечивает параметрическую стабилизацию Ufp за полупериод и постоянство величины K/RH, что и обеспечивает постоянство заданного значения мощности РН

.

На фиг. 7 приведены графики, объясняющие принцип стабилизации мощности при изменениях напряжения питающей сети и нагрузки.

В случае, если нагрузка носит активноиндуктивный характер, что возожно, например, при включении нагрузки через силовой

трансформатор, в силовой цепи наблюдается фазовый сдвиг между током и напряжением. В этом случае для правильной работы регулятора необходимо фазосдвигающим блоком 17 устранить этот сдвиг так, чтобы мгновенные значения сигналов датчика тока 15 и напряжения сети совпадали по фазе, и соответствующим образом изменить коэффициент передачи второго интегратора 13, что будет соответствовать введению коэффициента costp.

Если фазовый сдвиг непрерывно изменяется, то в этом случае необходимо применить устройство автоматической подстройки фазы, которое непрерывно обеспечивает соответствие фаз питающей сети и сигнала датчика тока и соответственно, изменяет коэффициент передачи второго интегратора 13, который, в свою очередь, изменяет коэффициент передачи первого интегратора 5. Для этого из сигналов датчика тока и согласующего блока 10 формирователями 21 и 20

формируют синхроимпульсы нулевых значений, которые поступают на устройство управления 22 и в зависимости от временных рассогласований между синхроимпульсами переключаются триггеры, которые включают в течение длительности рассогласования один

или второй аналоговые ключи (23 или 24), обеспечивая подачу на интегратор 25 опорных напряжений требуемой полярности.

Блок 18 представляет собой следующую систему и, таким образом, в интеграторе 25 будет присутствовать сигнал, характеризующий рассогласование по фазе. Выходной сигнал интегратора 25 в виде сигнала обратной связи 31 поступает на управляемую фазосдвигающую цепь 19, которая и обеспечивает соответствие фаз сигналов напряжения сети и датчика тока, при этом одновременно вводят корректирующий сигнал 31 на интегратор 13, обеспечивая ему требуемый коэффициент передачи.

Использование предлагаемого устройства для формирования управляющего сигнала в качестве регулятора электрической мощности позволяет стабилизировать мощность в щироком диапазоне изменения сопротивления нагрузки и cos р, что при высоком быстродействии регулятора позволяет строить высококачественные системы автоматического регулировчия, например температуры электропечей.

Формула изобретения

изменяющейся величине активно-индуктивной нагрузки с постоянным значением cosqp, устройство дополнительно снабжено фазосдвигающим блоком, вход которого подключен к выходу согласующего блока, а выход соединен со входом первого выпрямителя. 3. Устройство по пп. I и 2, отличающееся тем, что, с целью регулирования мощности при изменяющейся величине активно-индуктивной нагрузки с переменным значением со5ф, фазосдвигающий блок выполнен управляемым, его вход подключен к выходу согласующего блока, второй вход соединен со вторым выходом второго выпрямителя, первый выход соединен со входом первого выпрямителя, а второй выход подключен к третьему управляющему входу второго интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фи.г.3

Фиг.

Фи.г.5