Цифровой тиристорный регулятор Советский патент 1982 года по МПК G05F1/66 

1

Изобретение относится к автомати- мескому регулированию электрических величин, в частности мощности, действующего или среднего знамения напряжения переменного или постоянного тока, и может быть использовано в качестве высокоточного исполнительного устройства в прецизионных цифровых системах автоматического регулирования, например температурного режима электротермического оборудования .

Известны тиристорные регуляторы электрических величин, содержащие силовую цепь из последовательно соединенных тиристорных ключей и нагрузки и управляющую цепь, содержащую последовательно соединенные датчик регулируемой величины, интегрирующее устройство, схему сравнения и устройство выключения силовых тиристоров, принцип действия которых основан на широтно-.импульсном методе

управления с выключением силовых тиристоров в жестко фиксированный момент времени и п инудительныи выключением их в требуемый момент tl , .U,33 и k-. :

Такие регуляторы обеспечивают высокую динамическую точность и быст- родействие. Однако они имеют не высокую статическую точность, нелинейную выходную регулировочную харак10теристику и требуют дополнительных устройств для устранения этих недостатков.;

А это усложняет схемы регулято15ров и затрудняет их настройку.

Наиболее близким по техничеркому решению к предлагаемому является цифровой тиристорный регулятор, содержащий силовую цепь, подключенную

20 к питающей сети,и состоющую из последовательно соединенных двух эле-, ментов одним из которых является блок силовых тиристоров, а другим нагрузка, а также цепь управления, включающую последовательно соединенные датчик регулируемого параметра, преобразователь сигнала датчика в частоту импульсов, счетчик, схему сравнения, а также блок выключения силовых тиристоров, цифровой задатчик, выходы которого соединены с вторыми входами схемы сравнения, формирователь синхронизирующих им-i пульсов, вход которого подключен к питающей сети, а выход соединен с управляющим входом блока силовых тиристоров, причем блок выключения силовых тиристоров включен параллелно одному из элементов силовой цепи.

Принцип работы регулятора заключается в следующем.

Импульс от формирователя, задающего цикл работы регулятора, включает силовой ключ и одновременно устанавливает в нулевое состояние счетчик. На нагрузке появляется напряжение, которое, преобразуясь преобразователем напряжение-частота в число импульсов, подсчитывается в счетчике и в момент равенства числа импульсов в счетчике заданной величине, компаратор выдает сигнал выключения силового ключа.

В зависимости от применяемого датчика описываемый регулятор может регулировать различные электрические величины, в частности среднее, действующее напряжение, мощность в нагрузке. Он может работать как в цепях постоянного, так и переменног тока 5.

бсновным недостатком известного регулятора является то, что в нем не учитывается влияние энергии, накопленной в цепях выключения тиристоров и разряжающейся через нагрузк при их выключении. Это снижает точность регулирования. Из-за этого также ухудшается линейность выходной регулировочной характеристики.

Действительно, формирование сигнла выключения тиристоров определяется равенством числа импульсов, сформированных преобразователем напряжение-частота, и заданием. Си| нал выключения зависит только от того напряжения, которое пропуска.ет через силовой ключ от источника питания. После выключения же тиристора к нагрузке дополнительно прикладывается напряжение, источником которого служит цепь выключения. Это напряжение также преобразуется в число импульсов и дополнительно записывается в счетчик, однако изза того, что перед следующим циклом работы регулятора счетчик сбрасывается в ноль, эта дополнительная информация стирается и в процессе

0 регулирования участия не принимает. Ошибка от этого неучтенного напряжения достигает нескольких процентов и зависит как от величины сопротивления нагрузки, так и от формы

5 напряжения источника питания. Особенно существенной оказывается ошибка при регулировании напряжения или мощности в цепях переменного тока, так как ее величина зависит

0 от момента выключения силового ключа .

Пример регулировочных характеристик регулятор мощности без учета коммутирующих цепей (а) и с учетом

5 влияния коммутирующих цепей (б) по|казан на фиг. 3.

Цель изобретения - увеличение точности регулирования и обеспечение линейности регулировочной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровом тиристорном регуляторе, содержащем силовую цепь, подключенную к питающей сети и состоящую из последовательно соединенных двух элементов, одним из которых является блок силовых тиристоров, а другим - нагрузка, а также цепь управления, включающую последовательно соединенные датчик регулируемого параметра в частоту импульсов, счетчик, схему сравнения и блок выключения силовых тиристоров, цифровой задатчик, выходы которого соединены с вторыми входами схемы сравнения, а также формирователь синхронизирующих импульсов, выход которого подключен к управляющим входам блока силовых тиристоров, причем блок выключения силовых тиристоров включен параллельно одному из элементов силовой цепи, установочный вход счетчика подключен к выходу схемы сравнения .

. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого цифрового регулятора; на фиг. 2 - функциональная схема упрощенного регулятоpa; на фиг. 3 вид регулировочной характеристики; на фиг.4- диаграммы р боты регулятора; на фиг. 5- принципиаль ная схема блока выключения силовых т ристоров ;на фиг.6- функциональная схе ма преобразователя напряжение-частот Функциональная схема цифрового ре гулятора (фиг, 1) содержит питающую сеть 1 и подключенную к ней силовую цепь, состоящую из последовательно соединенных блока силовых тиристоров 2 и нагрузки 3, последовательно соединенные датчик k регулируемого параметра, преобразователь 5 сигнала датчика в частоту импульсов, счетчик 6, схему 7 сравнения и блок 8 выключения силовых тиристоров , подключенный параллельно блоку силовых тиристоров, а также цифровой задатчи 9, выходы которого соединены с вторыми входами схемы сравнения, и формирователь 10 синхронизирующих импульсов, вход которого подключен к питающей сети, а выход соединен с управляющим входом блока силовых тиристоров, нулевой установочный вход счетчика подключен к выходу схемы сравнения. . Для регулирования электрических параметров в цепях постоянного тока а также при асинхронном регулировани в цепях переменного тока формирователь синхронизирующих импульсов работает автономно. Блоком силовых тиристоров может служить симметричный тиристор или два встречно-параллельно включенных тиристора. В качестве преобразователя регули руемого параметра в частоту импульсов (преобразователь напряжение-частота) можно использовать, например, преобразователь, выполненный по прин ципу интегрирования входного сигнала с переменной направления интегрирования или с импульсной обратной связью (фиг. 6), который содержит интегратор 11, двухуравневый компара тор 12, аналоговые переключатели 13, источник И опорного напряжения. Блоком включения силовых тиристоров может служить схема по фиг. 5, выполненная на основе тиристорных ключей 15 и коммутирующих конденсато ров 16, включенных согласно. Используя возможности соёременной элементной базы, можно упростить схе му регулятора за счет применения реверсивного счетчика с возможностью 2 записи информации. В этом случае схема 7 сравнения будет представлять собой N-входовой логический элемент ИЛИ-НЕ, функциональная схема упрощенного регулятора приведена на фиг. 2. Для этого регулятора выходы задатчика Э подключены к информационным входам реверсивного счетчика 6, а выходы счетчика подключены к входам схемы 7 сравнения, управляющий вход записи информации в счетчик подключен к выходу схемы 7 сравнения. Принцип работы цифрового регулятора основан на фазовом методе управления силовыми тиристорами с включением их в начале каждой полуволны и выключением их а требуемый момент. Момент выключения тиристоров определяется равенством заданного и фактического значения интегральной мощности, поступившей в нагрузку в течение включенного состояния силового тиристора, с учетом неучтенной мощности коммутирующих цепей , поступившей в нагрузку в предыдущем цикле управления. В момент перехода напряжения пи тающей сети Lc (фиг. ) через ноль формирователь 10 синхронизирующих импульсов формирует импульс Ц, который включает силовой тиристор в блоке 2. Мощность, поступающая в нагрузку, измеряется датчиком мгновенной мощности и4(фиг. k), преобразуется в частоту импульсов преобразователем 5, которые суммируются в счетчике 6. Выходной код счетчика N, / «сравнивается с заданным Ng и в момент их равенства схемы 7 сравнения выдает импульс на выключение силового тиристора блоком 8. Одновременно этот же импульс обнуляет счетчик 6. Мощность, поступающая в нагрузку после обнаружения счетчика, определяется энергией, накопленной в коммутирующих цепях и досчитывается а счетчике 6. Таким образом, к концу периода коммутации в счетчике будет записано число, соответствующее величине дополнительной мощности, поступившей в нагрузку. В следующем полупериоде питающей сети счетчик начинает подсчитывать мощность, начиная с записанного в нем числа, и, таким образом, учитывает в новом полупериоде мощность от цепей коммутации, неучтенную в предыдущем полупериде. Упрощенная схема (фиг. 2) имеет некоторые особенности.- При ее работе. импульсы от преобразователя 5 сосчитывают число, записанное в счетчике 6, и в момент обнуления счетчика схе мы 7 сравнения выдает импульс, котор запускает блок 8 выключения силовых тиристоров и записывает в счетчик 6 заданное значение регулирования. Вре менная диаграмма изменения состояния счетчика показана на фиг. ((jj . Упрощенная схема регулятора обеспемивает ту же динамическую и статическую точность, но содержит меньшее число микросхем за счет упрощения схемы сравнения. В результате учета мощности комму тации, связанной с цепями выключения силовых тиристоров, выходная регулировочная характеристика становится линейной, а статическая погрешность стремится к нулю. Формула изобретения Цифровой тиристорный регулятор, содержащий силовую цепь, подключенную к питающей сети и состоящую из последовательно соединенных двух элементов, одним из которых является блок силовых тиристоров, а другим - нагрузка, а также цепь правления, включающую последовательно соединенные датчик регулируемого параметра, преобразователь сигнала датчика в частоту импульсов, счетчик, схему сравнения, а также блок выключения силовых тиристоров, цифровой задатчик, выходы которого соединены с вторыми входами схемы сравнения, формирователь синхронизирующих импульсов, вход которого подключен к питающей сети, а выход соединен с управляющим входам блока силовых тиристоров, причем блок выключения силовых тиристоров включен параллельно одному из элементов силовой цепи, о т ли чающийся тем, что, с целью увеличения точности регулирования и обеспечения линейности регулировочной характеристики , установочный вход счетчика подключен к выходу схемы сравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР W (69962, кл. G 05 F 1/30, 1975. 2. Патент Японии № 52-251 5, кл. 58Н2, 1977. 3.Патент США № И09194,кл. 323-17, 1978. 4.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2884702/24-07, кл. G 05 F 1/66, 1980. 5.Патент США W 40951б5,кл. 323-17, 1978.

фиг.

дзи.г з NJC-I 1 ЬД фиг

/5Д

Ох А-

Г

фи.5 х.