Импульсный регулятор мощности переменного тока Советский патент 1983 года по МПК H02M5/22 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ

1

Изобретение относится к регулированию электрических величин и предназначено для использования в качестве регулятора мощности электротермических установок, подключаемых к сети переменного тока.

По основному авт. св. № 873353 известен импульсный регулятор мощности переменного тока, содержащий регистр и последовательно соединенные формирователь синхроимпульсов, элемент И, связанные с шинами записи сигнала управления и шинами установки интервала регулирования, управляемый вентиль, два сумматора и двухвходовый компаратор, выход которого соединен с вторым входом схемы И, а входы - с соответствующими выходами сумматоров, один из которых соединен тактовым входом с выходом формирователя синхроимпульсов, информационными входами с выходами регистра, входи которого соединены с шинами записи сигнала управления, а второй - информационными входами соединен с шинами установки интервала регулирования, а тактовым входом - с выходом элемента И, причем входы предварительной установки регистра н сумматоров соединены с выхоПЕРЕМЕННОГО ТОКА

дом формирователя синхроимпульсов через счетчик.

В схеме И известного устройства происходит выделение импульсов управления, переключающих управляемый вентиль в про5 водящее состояние в момент равенства нулю напряжения сети в течение периода сетевого напряжения Т,- , причем число этих импульсов, равномерно распределенное в течение интервала импульсного регулирова 0 ния Тр, длительность которого определяется дискретным сигналом М установки интервала регулирования, равно дискретному сигналу управления N, записанному в регистр. При этом в нагрузке выделяется мощность, среднее значение которой за интервал регу15 лирования пропорционально сигналу NCO.

Плавность регулирования мощности основным регулятором Невелика и ограничивается тем, что сигнал управления изменяется не чаще одного раза в течение интер ° вала регулирования Тр М-Т. Изменение сигнала управления с больщей частотой и, следовательно, повыщение плавности регулирования мощности, пропорциональной частоте изменения сигнала управления, при исПОЛЬЗОВАНИИ осйовйого регулятбра невозмо кно. . . Цель изобретения - повышейие плавности регулирования мощности. Поставленная цель достигается тем, что импульсный регулятор мощности переменного тока дополнительно снабжен двумя генераторами пачек импульсов, причем тактовый вход первого генератора соединен с выходом формирователя синхроимпульсов тактовый вход второго генератора соединен с выходом схемы И, выход первого генератора соединен с тактовым входом первого сумматора, выход второго генератора соединен с тактовым входом второго сумматора, а информационные входы генераторов соединены с шинами установки .нормирующего и корректирующего сигналов соответственно. На фиг. I изображена блок-схема пред-, лагаемого устройства; на фиг. 2 н 3 - временные диаграммы его работы. Устройство содержит синхронизированный сетью I формирователь 2 синхроимпульсов, последовательно соединенный с элементом И 3 ключом 4, управляемым вентилем 5, нагрузкой 6, а также многоразрядный двухвходовой компаратор 7, выход которого соединен с вторым входом схемы И 3, а входы поразрядно соединены с соответствующими выходами двух накапливающих сумматоров 8 и 9. Сумматор 8 своими информационными входами поразрядно соединен с выходами регистра 10, тактовым входом - с выходом генератора 11 пачки импульсов, а сумматор 9 своими информационными входами соединен с шинами 12 установки интервала регулирования, а тактовым входом - с выходом генератора 13 пачки импульсов, причем входы предварительной установки сумматоров 8 и 9 и регистра 10 соединены с выходом формирователя 2 через счетчик 14, информационные входы регистра 10 соединены с щинами 15 записи сигнала управления, тактовый вход генератора 11 соединен с выходом формирователя 2, тактовый вход генератора 13 соединен с выходом схемы И 3, а информационные входы генераторов П и 13 соединены с шинами 16 и 17 установки нормирующего и корректирующего сигналов соответственно. Схема работает следующим образом. В исходном состоянии сумматоры 8 и 9 очищены, в регистр 10 записан сигнал управления N, а на шинах 12 установки интервала Т подано число М, определяемое из условия. Тр МТс. причем число N никогда не превышает число М; сигналы на входах компаратора 7 равны нулю. Компаратор на каждом i-м такте работы устройства длительностью TC реализует функцию Aj не больше В , где А - число на выходе сумматора 8; Bj - число На выходе сумматора 9. Поскольку в исходном состоянии АО Вв О, то компаратор 7 формирует сигнал «1, подготавливая схему И 3 к велючению по одному входу. На шинах 15 установлен сигнал управления N, не изменяющийся в течение интервала Т,,. На шинах 16 установлен нормирующий сигнал Н, а на шинах 17 установлен корректирующий сигнал К, который может изменяться на каждом такте Т работы устройства. Величины чисел К К Н устанавливаются следующим образом. Если необходимо при помощи сигнала коррекции К наменять выходную мощность на х/о при постоянном сигнале управления М, то диапазон изменения числа К устанавливают от нуля до значения Киакс равного ., 2Nx% К«кс Г00% причем значению К О соответствует наибольшее значение корректируемой мощности в нагрузке 1 равное Г| , Jt% V у+ imjзначению К К|И(с/2 соответствует значение мощности при отсутствии возмущающих и корректирующих воздействий для заданного N, т. е. РО а значение К соответствует наименьшее значение мощности Р,„н л х% R р (, - тщ/ А1ЛЫ О Величина нормирующего сигнала Н при этом устанавливается, равной Кмакс, определяется диапазоном изменения (коррекции) мощности, т. е. постоянна для любых значений К. Дискретность изменения мощности предлагаемым устройством за время Тр равна величине х/к, что значительно меньше по сравнению с прототипом, д.пя которого дискретность регулирования равна 1/М. При появлении напряжения сети 1 формирователь 2 генерирует импульсы синхронизации с частотой сети, поступающие на вход схемы И 3, подготовленной включению компаратором 7. Первый синхропульс (СИ) проходит через схему И 3, включает ключ 4 и вентиль 5, коммутируя к нагрузке 6 импульс мощности длительностью Т. Одновременно СИ запускает тактовой вход генератора 12 формирующего пачку из Н импульсов. Эта пачка поступает на вход сумматора 8, в котором по ее окончании формируется число N-H. Первый СИ, проц1едший через схему 3, запускает генератор 13, формирующий пачку из К импульсов. По окончании пачки в сумматоре 9 формируется число М KI . Оно сравнивается в компараторе 7 с числом NH и сигнал сравнения на первом такте используется для включения вентиля 5 на втором такте. Если , то вентиль 5 вкл|6чается и после прохождения второго СИ увеличивается содержимое сумматора -8, т. е. А 2 N Н, и сумматора 9, т. е. BZ МК|+ МКг- Если А| В,. то вентиль не включается и увеличивается только содержимое суммат:ора 8. В обоих случаях компаратор 7 после второго СИ выдает сигнал, определяющий включение вентиля 5 на третьем такте, и т. д. Таким образом, на каждом i-м такте регулирования после i-ro СИ компаратор 7 сравнивает числа AI и В|, хранящиеся в сумматорах 8 и 9 соответственно, причем А{- NHi, Bj М(К, + Ка +...4-К,), где Kj - сигнал коррекции на j-м рабочем такте, количество которых равно количеству включений вентиля 5 от начала интервала Тр до irro такта включительно. За интервал Тр на нагрузку будет водано N -f AN импульсов мощности, равномерно распределенных по интервалу Тр , причем величина /iN пропорциональна значению х% н служит для изменения первоначального значения мощности на требуемую величину, определяемую х% После М тактов на выходе счетчика 12, имеющего основание счета М, появится сигнал сброса сумматоров 8 и 9 и записи нового значения N в регистр 10. На следующем интервале Tj, работа устройства продолжится так же. Рассмотрим работу предлагаемого устройства при использовании в качестве сигнала коррекции К числа, пропорционального среднему значению мощности каждого пропускаемого к нагрузке импульса сетевого напряжения. Пусть, например, при N 9 и М 18 устройство должно стабилизировать мощность в нагрузке за время Тр при неизмеином сигнале N и изменении средней мощности каждого импульса на ± чт) фиксируется с шагом IO/о. Изменение средней мощности может возникнуть при изменении напряжения в сети или сопротивления нагрузки. Для рассматриваемого примера устанавливаем значение Н 10, К 0,1,.,., 14 согласно уравнений (1) - (3). Для К-14 получим значение мощности Р РМИН . для К-10 получим Р Р и для К--6 соответственно Р Рма« Временные диаграммы (фиг. 2) показывают работу устройства для трех случаев при возникновении после первого такта скачка мощности -f х% или соответственно и при отсутствии коррекции (соответственно кривые изменения потребляемой мгновенной энергии во времени 3i(t), Sgit) и диаграммы распределения импульсов мощности 6 нагрузке. Из диаграмм следует, что при отсутствии коррекции в первом и втором случаях мощность изменится на ±х% соответственно. При использовании основного регулятора это изменение мощности может компенсироваться только на новом интервале Тр соответствующим изменением сигнала управления N, т. е. с запаздыванием на время Тр, снижающим плавность регулирования мощностн.« В дополнительном изобретении при отсутствии возмущения по мощности, т. е. при Х 0, в начале интервала Тр на шинах 17 установлен сигнал коррекции и на первом такте после сравнения чисел Ад Вв О включается вентиль 5. В сумматоры 8 и 9 запишутся соответственно числа А, N Н 90 и В,МК, 180. Так как А, Bt. то на вто|юм такте на шинах 17 установится число Ка 8 и компаратор 7 сравнит числа Ад 2NH 180 и Bj В 180. Поскольку А В,, то на третьем такте вентиль -включится и компаратор 6 сравнит числа AJ 3NH 270 и Вз В2 +МКд 324. Так как /ij Bj, то на четвертом такте вентиль заперт. Состояния схемы на остальных тактах показаны в таблице. Временные диаграммы (фиг; 3) показывают работу предлагаемого устройства. Всего за интервал Тр вентиль Б включается И разори X - 20,обеспечивая коммутацию II импульсов мощности в нагрузке 6 и неизменность величины энергии, выделяемой в нагрузке за время Тр (кривая Эу() на фиг. 3). Следовательно, предлагаемое устройство компенсирует изменение мощности, (например изменение напряжения сети), без запаздывания в текущем интервале Тр и обеспечивает высокую плавность регулирования мощности. Использование новых элементов и связей выгодно отличает предлагаемое устройство от основного регулятора, так как поз воляет увеличить плавность регулирования .мощности пропорционально частоте изменения корректирующего сигнала (т. е. возмущающего воздействия, например, котоРЫй может многократно изменяться в теченир интервала ff 3 результате повышения плавности регу лироваиия мощности возможно более эффективное использование устройства при ptryлировании мощности для малоинерционных объектов, Компенсации возмущающих воздействий (например, со стороны нагрузки или источника энергии), программного изменения мощности и т. д.

Формула изобретения Импульсный регулятор мощности переменного тока по авт. св. № 873353, отличающийся тем, что, с целью повышения плавности регулирования мощности, он дополнительно снабжен двумя генераторами пачек импульсов,. причем тактовый вход первого генератора соединен с выходом формирователя синхроимпульсов, тактовый вход второго генератора соединен с выходом схемы И, выход первого генератора соединен с

тактовым входом первого сумматора, выход второго генератора соединен с тактовым входом второго сумматора, а информационные входы генераторов соединены с щинами установки нормирующего и корректирующего сигналов соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 8733353, по заявке № 2372979/07, кл. Н 02 М 5/22, 1977.