Система автоматического регулирования Советский патент 1982 года по МПК G05F1/08 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, в частности питания электрофизических установок. Известно устройство для получения двух последовательно соединенных стабилизированных источников постоянных напряжений из двух.отдельных несГтабилизированных источников постоянны напряжений с помощью двух стабилизаторов последовательного типа, в которых база регулирующего транзистора соединена через сопротивление с входным постоянным напряжением и со средней точкой делителя напряжения из соп ротивления и опорного диода, включенного на суммарное выходное напряжение 1.. Однако это устройство является Мсшомощным поскольку в качестве исполнительного элемента используются транзисторы, применение же тиристоров требует принципиально нового ре шения. Не предусмотрены также автоматический выбор и замена неисправных исполнительных устройств на исправные и имеющие требуете регулировочные характеристики и минимизация нап ряжения цепи нагрузки относительно общей шины. Известно устройство для компенсации падения напряжения на линии с активным, индуктивным и емкостным сопротивленияьди с помощью автоматического регулятора напряжения .и поддержания величины выходного напряжения на заданном уровне в зависимости от диапазона уставки. Это достигается за счет независимого автоматического переключения отводов секционного трансформатора по сигналам, снимаемом с трансформаторов тока Г2. Недостатками этого устройства являются отсутствие плавности регулировки, автоматического выбора и замены неисправных исполнительных устройств на исправные и имеющие требye «e регулировочные характеристики и минимизации напряжения цепи нагрузки относительно общей шины. Известен регулятор напряжения, содержащий трансформатор, имекадий первичную, вторичную и дополнительную обмотки, контактное устройство, вспомогательный переключатель и индуктор. Вторичнёш обмотка трансформатора имее множество отводов. Контактное устройство состоит из основного и вспомогательного селекторных контактов. Вспомогательный контакт сдвинут в пространстве относительно основного контакта на половину расстояния между отводами вторичной обмотки и подключен к юполнительной обмотке, напряжение которой составляет половину величины напряжения между соседними отводами Второй конец дополнительной обмотки подключен к вспомогательному переключателю. Регулятор обеспечивает прерывание тока нагрузки вторичной обмотки при пониженном вдвое напряжении через индуктор, который замыкается накоротко в момент подключения к нагрузке основного контакта контактирующего устройства. Применение дополнительной обмотки позволяет исключить возникновение электрической дуги в момент переключения . отводов 3.

Недостатками такого устройства являются отсутствие плавности регулирования, автоматического выбора и замены неисправных исполнительных устройств на исправные и именадие требуемые регулировочные характеристики и минимизации напряжения цепи нагрузки относительно общей шины.

Наиболее близкой к изобретению является система автоматического регулирования, содержащая управляющий преобразователь код - напряжение управления, аналоговый выход которого соединен с первым входом регулятора тока, второй вход которого .соединен с выходом датчика сигнала обратной связи, включенного последовательно с нагрузкой. Система содержит п последовательно между собой соединенных исполнительных устройств содержащих ступенчато управляемые тиристорные выпрямители, шунтированные вентилями, и включает в себя регулируемый управляемый выпрямитель с системой и.мпульсно-фазового управления 4 .

Недостатками известной системы являются низкое качество регулирования, определяемое ступенчатым включением исполнительных устройств, недостаточная надежность, обусловленная тем, что в это устройство не производится автоматический выбор и замена неисправных исполнительных устройств на исправные и имеющие требуемые регулировочные характеристики и отсутствие минимизации напряжения цепи нагрузки относительно общей шины.

Из-за большой потребляемой от сети реактивной мощности мощным тиристорным электроприводом, приходится .ставить компенсатор реактивной мощности на ту же мощность, что и электропривод. Поэтому данное изобретение может найти широкое применение, наряду с электрической аппаратурой, также и в мощных электроприводах.

Система питания ускорительнонакопительного комплекса представляет собой чрезвычайно энергоемкую, сложную и дорогую систему. Поэтому чрезвычайно важно повышение ее

надежности путем автоматического выбора и замены неисправных исполнительных устройств на исправные и имеющие требуемые регулировочные характеристики.

O В системе .питания проектируемого ускорительно-накопительного компекса, особенно во второй его ступени, в которой используются сверхпроводящие электромагниты, очень жесткие

j. требования предъявляются к напряжению цепи нагрузки относительно общей шины, вследствие трудности обеспечения, изоляции цепи нагрузки относительно общей шины на напряжение 500. В и выше. Поэтому проектируемая система должна обеспечить минимальное напряжение цепи нагрузки относительно общей шины. Этр обеспечивает надежность работы .системы и уменьшение ее стоимости, за счет снижения требований к изоляции.

Целью изобретения является повышение качества автоматического регулирования при минимальной величине потребляемой из сети в режиме

0 выпрямления реактивной мощности и скорости ее изменения.

Поставленная цель достигается тем, что в систему автоматического регулирования введены последовательно соединенные между собой п исполнительных устройств, каждое из,которых включает в. себя управляемый выпрямитель с блоком импулъсно-фаэового управления и шунтировано коммутирующим устройством, причем вход .каждого исполнительного устройства соединен с выходом регулятора напряжения, вход которого соединен через первый ключ с общей точкой схемы,

г через ключ - с выходом первого источника напряжения смещения, через третий ключ - с выходом одного из m интеграторов, в цепи обратной связи каждого из которых через четвертый ключ включен резисто), а через пятый ключ - с выходом регулятора тока, вход каждого интегратора через шестой ключ соединен с , галходом второго источника напряжения смещения, через седьмой ключ 5 с выходом третьего источника напряжения смещения, с полярностью, противоположной полярности второго источника напряжения смещения, а через восьмой ключ - с общей точкой

0 схеш, при этом выходы интеграторов соединены с входами фиксаторов максимального и минимального значений напряжения, выходы этих фиксаторов, так же как и кодовые выходы управляющего преобразователя код-напряжение управления, соединены с входами логического управляющего устройства, выходы которого соединены с управля щими входами всех ключей и входами коммутирующих устройств; кроме того в систему введены два устройства сравнения абсолютных значений напря жения датчика обратной связи с напр жением управления и устройство фиксации несовпадения знака ошибки регулирования со знаком сигнала управления, выходы которых подключены к входам логического управляющего устройства. На чертеже представ{1ена блоксхема системы автоматического регулирования. Система.содержит управляющий преобразователь 1 код - напряжение, аналоговый выход которого соединен с первым входом регулятора тока 2, второй вход которого соединен с выходом датчика сигнала обратной связи 3, включенного последовательно с нагрузкой 4. Система содержит п последовательно соединенных между собой исполнительных устройств 5, включающих, в себя управляемые выпря мители с системами импульсно-фазово го управления. Исполнительные устройства шунтированы коммутирующими устройствами 6. Вход каждого исполни тельного устройства соединен с выхо дом регулятора напряжения 7. Вход каждого регулятора напряжения соединен через первый ключ 8 с общей точкой схемы, через второй ключ 9 с выходом первого источника напряжения смещения U , через третий КЛЮЧ: 10 - с выходом одного из общего количества, равного т, интеграто ров 11. В цепи обратной связи каждо го интегратора через четвертый ключ 12 включен резистор 13. Входы первой группы регуляторов напряжения Ссоединенных через.ключ 10 с выходо первого интегратора, верхнего на чертеже) через пятый ключ 14 соединены с выходом регулятора тока. Вхо каждого интегратора через шестой ключ 15 соединен с выходом второго источника напряжения смещений (а) и через седьмой ключ 16 - с выходом третьего источника, напряжения смеще ния, с полярностью, противоположной полярности второго, источника напряжения смещения, а через восьмой клю 17 - с общей точкой схемы. Выходы интеграторов соединены с входами фиксаторов максимального 18 и минимального 19 значений напряжения управления, выходы которых соединен с входами логического управляющего устройст.ва 20, выходы которого соединены с управляющими входами всех ключей и выходами коммутирующих уст ройств. Кроме того, в систему введены два устройства сравнения 21 и 22 абсолютных значений напряжения датчика обратной связи с напряжением управления и устройство- фиксации 23 несовпадения знака ошибки регулирования со знаком сигнала управления, выходы которых подключены ко входам устройства 20. Кодовые выходы уп- равляющего преобразователя 1 соединены с входами устройства 20. Устройство содержит п интеграторов с относящимися к ним ключами и фиксаторами максимального и минимального значений сигнала управления регулятора напряжения и исполнительных устройств с относящимися к ним регуляторами напряжения, коммутирующими устройствами и ключами. Выходные сигналы фиксаторов максимального 18 и минимального 19 значений сигнала упра.вления на бходе логического управляющего устройства 20 обозначены как Х.,- и У , а выходные сигналы устройства 20, управляющие ключами и коммутирующими устройствами, обозначены на выходе устройства . 20 как А., В, С,, 0 ,. Е, F , G , Н. На выходах фиксаторов 18 и 19 те Ж1В сигналы обозначены буквами X и У с соответствующими номерами, а на входах ключей - буквами А, В, С, D, Е, F с соответствующими номерами. Принцип работы системы заключается в следующем. При включении системы в работу сигналы с кодовых выходов преобразователя 1, поступающие на вход устройства 20, совместно с сигналами, поступающими на входы устройства 20 с выходов устройств сравнения 21 и 22 и устройства 23 с помощью устройства 20 производят открывание и закрывание ключей и коммутирующих устройств, в схеме, в соответствии с текущим значением сигнала управления на выходе преобразователя 1 и значением сигнала обратной связи, определяемым регулируемой величиной. Предположим, что производится запуск системы при. нулевых начальных условиях регулируемой величины, то есть когда ток в нагрузке равен нулю, а на выходах преобразователя 1 установилось определенное -напряжение управления и определенный код, соответствующий этому напряжению. При этом устройство 20 открывает ключи 10 и 15, относящиеся к первому (верхнему на чертеже) интегратору 11 , выход которого через ключ 10, соединен со входами регулятора напряжения 7 первой запускаемой группы исполнительных устройств. Ключи 12 и 17. этого интегратора, а также ключи 8 и коммутируквдие устройства 6 первой группы, открытые перед началом запуска систекы, закрываются. Первый интегратор 11 начинает интегрировать напряжение смещения U. Напряжение на его выходе при этом увеличивается до тех пор, пока не срабатывает фиксатор 18 максимального значения. Выходные сигналы этого фиксатора устройства 20 вызывают открывание ключей 10 и 15 второго интегратора и ключа 17 первого интегратора. Ключи 12 и 17 второго интегратора и ключи 15 первого интегратора, а также ключи 8 второй запускае мой группы (подключенной входами к выходу второго интегратора исполнительных устройств, закрываются. Кроме того, закрываются коммутируюЩИМИ устройствами 6 второй группы И полнительных устройств. Второй интегратор начинает интегрировать напряжение и., , И так далее, до тех пор пока разница между сигналом управления и сигналом обратной связи не уменьшается настолько, что сработает сравнивающее устройство 21. Выход ные сигналыэтого устройства с помо щью устройства 20 вызывают закрывание ключа 15 и открывание ключа инте ратора 16 К-го, который запускается последним, то есть ключ 15 которого включен в момент ср,абатывания сравнивающего устройства 21. Напряжение на выходе К-го интегратора начинает уменьшаться.Р происходит этот процесс до тех пор, пока не сработает фиксатор 19 К-го интегратора. При этом замыкаются ключи 12 и 17 и размывают ся ключи 10 и 16 К-го интегратора. Эамлкаются также ключи 8 К-й группы исполнительных устройств и открываются коммутирующих устройств этой группы. Кроме того, размыкается ключ 17 и замыкается ключ 16 предыдущего по порядку запуска (к-1)-го интегратора до тех пор, пока снижение напряжения на выходе (K-l)-ro интегратора не вызывает срабатывание фиксатора 19 (K-l)-ro интегратора. При этом ключи 10 и 16 (к-1)-го интегратора размыкаются, а ключи 12 и 1 за1« ыкаются. Замыкаются также ключи 8 (К-1)-й запускаемой группы исполнительных устройств и открываются коммутирующие устройства этой группы. Кроме того, открывается ключ 16 (К-2)-го интегратора, и так до тех hop, пока не останется ровно столько включенных источников питания, сколь ко необходимо для обеспечения регули руемой величины в статике. Это количество определяется предварительным расчетом и заложено в структуру логического управлянвдего устройства. В момент срабатывания фиксатора 19 последней отключаемой ступеньки запуска срабатывают ключи и коммутирую щее устройство этой ступеньки, как это описано для (1-1)-го и (i-l)-ro интеграторов. В момент срабатывания прецизионного сравнивающего устройства 22 открываются ключи 12 и 17 первого интегратора, и размлкается его ключ 10. Замыкается также ключ 14. При этом выход регулятора тока подключается к входам регулятора напряжения первой группы исполнительных устройств. Таким образом, если нагрузка электромагнит, то переходный процесс происходит быстро и с минимальным перерегулированием. В случае уменьшения сигнала управления на выходе преобразователя 1, если сигнал управления на выходе этого преобразователя стал меньше сигнала обратной связи, то срабатывает устройство фиксации 23, что вызывает закрывание ключа 14 и отключение регулятора тока 2 от исполнительных устройств первой группы, открываются все ключи 12, раз-ряжая конденсаторы интеграторов. . Открываются также все ключи 17 и закрываются все ключи 10, 15 и 16. Ключи 9 включаются, подключая входы всех регуляторов напряжения к напряжению смещения U , обеспечивающему инверторный режим работы исполнительных устройств, пока опять не сработают устройства сравнения 21 (при сработанном состоянии устройства фиксации). После этого последовательно, как описано, вводится ровно столько исполнительных устройств, сколько нужно для получения установившегося значения регулируемой величины, соответствующего новому значению сигнала управления. Однако запуск этот производится при выведенной первой группе исполнительных устройств, начиная со второй группы. После обратного срабатывания фиксатора несовпадения знаков 23, как описано, к входам регулятора напряжения первой группы подключается выход регулятора тока, который и.завершает переходный процесс. При нулевом значении сигнала управления на выходе преобразователя 1 в сработанном состоянии устройства сравнения 21 устройство 20 открывает все ключи 8, 12,и 17 и все коммутирующие устройства 6, а все остальные ключи закрывает. Таким образом, при работе системы автоматического регулирования как в установившемся состоянии, так и в переходных процессах почти все управляемые выпрямители, входящие в структуру исполнительных устройств, работают при малых величинах углов управления и за счет этого, при одинаковой мощности устройства, по сравнению с обычным управляемым выпрямителем, работающим в системе автоматического регулирования, потреОляют от сети гораздо меньшую реактивную мощность. Выходные напряжения последовательно между собой соединенных исполнительных устройств, содержащих выпрямители с системами импульсно-фазового управления, автоматически и плавно вводятся и выводятся одно за другим в функции от величины и знака ошибки регулирования.

Формула изобретения .

Система автоматического регулирования, содержащая управляющий преобразователь код - напряжение управления, аналоговый выход которого соединен с первым входом регулятора тока, второй вход которого соединен с выходом датчика сигнала обратной связи-, включенного последовательно с нагрузкой, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества автоматического регулирования приминимальной величине потребляемой из сети в режиме выпрямления реактивной мощности и скорости ее изменения, в нее введены последов.ательно соединенные между собой п исполнительных устройств, каждое из которых включает в себя управляемый выпрямитель с блоком импульсно-фазового управления и. шунтировано коммутирующим устройством, причем вход каждого исполнительного устройства соединен с выходом регулятора напряжения, вход которого соединен через первый ключ с общей точкой схемы, через второй ключ - с выходом первого источника напряжения смещения, через третий ключ - с выходом одного из m интеграторов, в депи обратной связи каждго из которых через четвертыйключ включен резистор, а через пятый

ключ - с выходом регулятора тока, вход каждого интегратора через шестой ключ соединен с выходом второго источника напряжения смещения, через седьмой ключ - с выходом третьего источника напряжения смещения,

с полярностью, противоположной ПО

лярности второго источника напряжения смещения, а через седьмой ключ с общей точкой ,при этом выходы интеграторов соедиены с входами фиксаторов максимального и минимального значения напряжения, в лходы зтих фиксаторов, так же как и кодовые выходы управляющего преобразователя

код - напряжение управления, соединены с входами логического управляю щег.о устройства, выходы которого соединены с управлянидими входами всех ключей и выходами коммутирующих

устройств, кроме того, -в систему введены два устройства сравнения абсолютных значений напряжения датчика обратной связи с напряжением управления и устройство фиксации несовпадения знака ошибки регулирования со знаком сигнала управления, выходы которых подключены к входам логического управляющего устройства.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент ФРГ № 3050151, кл. G 05 f 1/56, 1977.

2.Патент ФРГ № 2616798, кл. G 05 F 1/14, 1978.

3.Патент США № 4130789, кл. G 05 F 1/14, 1977.

4.Гусев О.А., Кофман В.М., Лебедев Ю.В. и др. Повышение качества

регулирования магнитного поля протонных синхротронов для медленного вывода частиц. - Труды Третьего Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, т.2, М.,

Наука, 1973, с.12, рис.3. At Bi CL 3i II Fi Ir t I III ti Ут ymi И l