Устройство для управления электрической мощностью Советский патент 1982 года по МПК H02M5/04 

оитбки, причем выход устройства сравнен-ця является выходом управляющего узла. а фкг. 1 воображена блок- :хема обобщенного вида регулятора, устройства для управлешш электр ической мощностью, сконструированного согласно этому изобретению; фиг. 2 - частично блок, частично принципиальная схема регулятора (устройства для управления электрической мощностью), изображающая подробную трансляторную часть блок-схемы, изображенной на фиг, 1J фиг. 3 - ма формы сигнала, на которой изображен график зависимости мощности, подаваемой в нагрузку, от рабочего периода, что бы описать способ, которым мощность pe гулируется как функция времени срабаты вания переключателя. . На фиг. 1 изображе ш схема регулирования мощности, в которой мощность от ИСТОЧНИ1Ш напряжешш переменного тока 1 (линейное напряжетю) подается в Haj- рузку 2, которая изображена в, качестве резестивного нагревательного элемента. Этот элемент может быть расположен в печи 3, например, аналитического прибора. Хотя мощность показана как подаваемая на редистивную нагрузку, однако она может быть также подана на другие типы На1фузок, включающих электродвигатели и им подобные. Схема также содержит датчик 4, такой как термопара образца, которая расположена в печи 3 для измерения температуры печи и является же-.лательной переменной. В случае термопары 4 предусмотрен эталонный спай 5, так что напряжение, пропорциональное разности температур между спаем образца и эталонным спаем, передается через резистор 6 на суммирую щее соединение 7. К суммирующему соединеншо подводится сигнал заданного значения тош опорный сигнал, полученный от устройства 8 заданного значения. Этот опорный сигнал может быть фиксированного значения или с запрограммированным эначе шем, предназначенным для получения заданного значения или опорного сиг нала, который изменяется таким образом, что желательно изменять регулируемые характеристики. Этот опорный сигнал проходит через резистор 9 на суммирующее соединение 7. Сигнал суммы прикладывае ся через усилитель 10 к устройству для управлешш электрической мощностью, поступающей в нагрузку 11. Устройство 11, которое также может быть регулятором, вырабатывает пусковой Сигнал напряжентет, который пропускают для упра&ления соответствующим переключающим ток прибором, таким как триак 12, тем самым изменяя рабочий период сигнала переменного тока 1, который приложен к резистору нагрузки 2. Иж енением рабочего периода можно изменять мощность, подаваемую в нагрузку. Регулятор 11 (в известных устройствах) обычно вклю. чает детектор перехода через нуль и некоторые схемы для изменения моментов времени, следующих за каждой точкой перехода/через нуль, в которые включают триак 12. В соответствии с изобретением регулятор 11 видоизменен для переключения получающих импульсов, которые имеют место в момент времени как функция не только мощности, которая должна быть подана в нагрузку, но также является функ- ией формы сигнала линейного напряжения. Следовательно, происходит более точное регулирование мощности, подаваемой в нагрузку. Клеммы переменного тока 1 (фиг. 2) подсоединены через трансформатор 13 к детектору 14 перехода через нуль, к пиковому детектору 15 и к схеме 16 . сдвига фазы на 90°. Обычный детектор 14 перехода через нуль обеспечивает пульсный выходной сигнал в каждый момент времени перехода через нуль волны переменного тока. Детектор 14 может быть предусмотрен любым из известных типов с интегральными схемами или, для этого случая - с использованием транзисторов. Пиковый детектор 15 содержит стандартный последовательно включенный диод, щунтирующую конденсаторную схему. Схема сдвига фазы на 90 может быть любой из обычно используемых. Выходы схем 14-16 подсоединены к схеме, сконструированной в соответст виии с этим изобретением , для осуществления интегрирования напряжения переменного тока, приложенного к выходным клеммам 1. Выходной сигнал выражается формулой , где V пиковое значение сигнала переменного тока, а & фазовый угол, который с каждым полупе риодом меняется в пределах от О до /ь. Определяют действительную мощность, подаваемую в резистивную нагрузку, (фиг. 1), так как мощность пропорциональна квадрату напряжения в резистивной нарез -. грузке; .. P--K;cvs He)-a6 --KV f5iH edi- тс ХоС 1 - COSiQj G -fe- sinl&l/ ei2. -W. Т , В полученной формуле угол oL представляет собой угол от точки перехода 5 через нуль до точки, при которой проиоходит действительное срабатывание трак- та, так что результирующая формы волны, которая вырабатывается этой схемой. изображена на фиг, 3 и представлена кри вой 17. Согласно этой кривой, если угол срабатывания ранний, т. e.d.fsO. то максимальная мощность подана в резистивную нагрузку, тогда как по мере увеличения угла Х- до следующей точки перехода через нуль мощность поотоянно уменьшается в соответствии с 2. -образной функцией 17. Сигнал ошибки, отражающий мощность, требуемую для нагрузки, полученной от усилителя 10 (фиг. 1), подается через резистор 18 на компаратор 19 (фиг. 2), на вторую входную клемму которого подается функция 1 Таким образом, когдй сигнал ощибки 2О (фиг. 3, пунктирная линия), равен разной функции 17, компаратор 19 (уст ройство сравнения) подает выходной импульс на триак 12 (фиг. 1) для включения этого переключающего ток прибора, так что мснцность, подаваемая в оставшееся время этого периода, имеет значение, определяемое точкой пересечения сигнала ошибки с i -образной кри вой 17. Образование этой кривой требует почти синусоидального входного сигнала и выполняется посредством решения интеграла, изображенного выше. Для этого, получают первый член интегрируемого вы ражения подачей выходного сигнала пикового детектора 15 на схему возведения в квадрат 21, выход которой ( ) подсоединен через суммирующий резистор 22 к суммирующему соединению 23 для получения второго члена иетегрируемого выражения. Выход схемы возведения в квадрат 21 подсоединен через резистор 24 к отрицательному входу своего интегратора, который состоит из операционного усилителя 25 и конденсатора 26 обратной связи. Интегрирующий конденсатор или конденсатор 26 обратной связи интегратора зашунтирован переключакшим транзистором 27, в этом случае изображенном как палевой транзистор, подсоединенный для пркола выходного сиг нала от детектора 14 перехода через нуль через изолирующий конденсатор 28. Такшч- образом,, выходной сигнал схемы &3eS 46 интегратора обеспечивает второй член ( - К /2), подаваемый через ре .зистор 29 на суммирующее соединение 23. Для того, чтобы устранить проблемы в случае, когда сигнал ошибки превышает амплитуду Z -образной кривой 17, импул сы от детектора 14 перехода через нуль также подводятся через резистор ЗО к суммирующему соединению 23, так что в начале каждого периода 2 -образная кривая изменена при ломощи острого пика 31 (фиг. 3) Это гарантирует запуск в точке перехода через нуль или близко от нее, в случае очень болыиого сигнала ощибки, так что в нагрузке будет подана максимальная мощность. Третий член интегрирующего выраже г ния подается подсоединением выходного сигнала схемы 16 сдвига фазы на 90 вместе с напряжением переменного тока к входам умножителя 32. Выходным сигналом этой схемы является член ( . Этот выходной сигнал Р® резистор. 33 подводится к суммирующему соединению 23. Это суммирующее соединение подсоединено к усилителю 34, другой выход которого заземлен через резистор 35. Выход усилителя подсоединен ко входу через регулируемый резистор 36 для определения значения коэффициента усиления, который равен отношению значений сопротивления 36 и 35. TaKriM образом, просуммированный выходной сигнал, представляющий мгновен иую мощность, поданную в нагрузку, в зависимости. от срабатывания при определенном угле, т. е. Z -образной кривой 17. Этот выходной сигнал или Z -образная кривая подается через резистор 37 на первый вход компаратора 19 (устройства сравнения), который вырабатывает выходной импульс, когда амлитуда Z-образной кривой равна амплитуде сигнала ошибки, приложенного ко второму входу компаратора. Таким образом, совокуп«« ь устройств 15 и 16 составляет уст ройство 38 измерения напряжения при любой форме тока, а совокупность устройство и элементов 21 - 30 и 32 - 36 представляет вычислитель интеграла 39. выполняется сравнение, выход . «° импульсный сигнал приклааывается к триаку 12, который осуществляет пропускание сигнала в надлежащий момент времени во время кажцого полупериоаа входного сигнала переменного тока, Таким образом, предлагаемое устройство имеет возможность учитывать отклонения линейного нвпряжевия и даже обеспечения точную выходную мощность в нагрузке посредством регуптфования уГЛа срабатывания переключающего прибора. Это делает устройство особенно пояеэ -. ным для точного регулирования нагревателя камер термического анализа, например устройство обеспечивает атрматичес- кую компенсашпо изменения напряжения так что ножно управлять динамическим диапазоном семикратного линейного шпряжения питания. В альтернативном исполнении изобретения регулятор 11 (фиг. 1) может быть в форме микрокомпьютера, соединенного с постоянной памятью. (РОМ), в памяти . которой хранится таблица поиск значений синуса синхронно с сигналом переменного тока. В устройстве использу ,ют пиковый -детектор для подачи пиково г.о напряжения на микрокомпьютер. Функция V 51И & может интегрироватьс последовательным приближением. Таким способом образуется та же Х -образная кривая, которая может быть подана па комларатор 19 для регулирования точки срабатывания триака. В изобретении можно использовать .микрокомпьютер для вычисления последов тельности, представляющей функшпо VsiVj 0 , так 4VO вычисляется интер вал в реальном масштабе времени синхронно с формой волны. Этот выходной сигнал, который находится в зависимости от Т. -образной кривой 17, также быть подан на компаратор 19 для регулирования угла срабатывания. Предлагаемое изобретение имеет npei мушество в получении точного регулирования, которое меняется как функшш оействительного линейного напряжения и )беспечивает очень точно отрегулирова иую величину мощности в нагрузке в соответствии с сигналом оииибки. Формула изобретения Устройство дпя управления электрической мощностью, поцаваемой от источника переменного тока в нагрузку в соответствии с сигналом ошибки, включающее детектор перехода сигнала переменного тока через нуль и управляющий узеп, выходы которого связаны с узлом формирования ощибки и детектором перехода через нуль, отличающееся г&л, что, с целью повыщения точности, управляющий узел содержит устройство измерения напряжения при любой форме тока, вычислитель непрерывного вычисления ивтеграла кбадрата напряжения каждой поло:- вины периода и устройство сравнения вычислительного сигнала с сигналом ошиб г ки, причем выход устройства сравнения является выходом управляющего узла. Источншси информации, принятые во внимание при экспертизе . Руденко В. С. и др. Преобразовательная техника. Киев. Вшдр школа , 1978, гл. 2, § 2.11. 2. Патент США № 3553428, кл. Н О2 М, 1978.

S5

CNI

i«

Ч

,л

Си т HOI/I,.

-V- BtMUOKU