RU2002294C1

RU2002294C1 - Ac voltage stabilizer

Info

Publication number: RU2002294C1
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Малафеев
Original assignee: Сергей Иванович Малафеев
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1991-08-08
Publication date: 1993-10-30

Abstract

Использование: изобретение относитс к электротехнике , предназначено дл использовани в системах искусственного освещени производственных помещений и позвол ет повысить быстродействие регулировани напр жени на нагрузке Сущность изобретени регулирование напр жени на нагрузке осуществл етс с помощью фазового управлени встречно-параллельными тиристорами. Формирование импульсов управлени дл каждого тиристора происходит в два такта В первом такте, соответствующем нерабочему дл тиристора полупериоду напр жени , интегрируетс сигнал, пропорциональный напр жению сети, и определ етс момент времени, при котором интеграл от напр жени сети от начала периода до этого момента времени равен заданному средневыпр мленному значению напр жени на нагрузке Во втором такте, соответствующем рабочему дл тиристора полупериоду напр жени , в зависимости от интеграла от напр жени сети формируетс импульс управлени дл тиристора таким образом, что обеспечиваетс поддержание заданного средневыпр мленного значени напр жени на нагрузке. При включении устройства обеспечиваетс плавное увеличение напр жени на нагрузке 3 илUsage: the invention relates to electrical engineering, is intended for use in artificial lighting systems of industrial premises and allows to increase the speed of voltage regulation on the load The invention is regulated voltage on the load is carried out by phase control antiparallel thyristors. The formation of control pulses for each thyristor takes place in two cycles. In the first cycle, which corresponds to the half-period of the non-working voltage for the thyristor, a signal proportional to the voltage of the network is integrated, and a moment is determined at which the integral of the voltage from the beginning of the period to this time is equal to the set average rectified value of the voltage across the load. In the second cycle, corresponding to the half-period of the voltage working for the thyristor, depending on the integral of the network voltage, a control pulse is applied to the thyristor in such a way that it maintains a predetermined average rectified value of the voltage across the load. When you turn on the device provides a smooth increase in voltage at a load of 3 silt

Description

Изобретение относитс к электротехнике и предназначено дл использовани в системах искусственного освещени производственных помещений.The invention relates to electrical engineering and is intended for use in artificial lighting systems in industrial premises.

Целью изобретени вл етс повышение быстродействи устройства.The aim of the invention is to increase the speed of the device.

На фиг. 1 приведена функциональна схема устройства дл стабилизации переменного напр жени дл питани осветительных приборов; на фиг. 2 - диаграммы, по сн ющие принцип его действи в установившемс режиме; на фиг. 3 - диаграммы процессов при включении устройства.In FIG. 1 is a functional diagram of an apparatus for stabilizing an alternating voltage for powering lighting fixtures; in FIG. 2 are diagrams explaining the principle of its operation in steady state; in FIG. 3 - diagrams of processes when the device is turned on.

Устройство дл стабилизации переменного напр жени дл питани осветительных приборов содержит выводы 1 дл подключени питающей электрической сети , измерительный трансформатор 2 напр жени , вторична обмотка которого снабжена отводом от среднего витка, ДБЗ пороговых элемента 3 и 4. два интегратора 5 и 6 со сбросом, два компаратора 7 и 9, апериодический фильтр 8, два элемента И 10 и 12, переключатель 11, два импульсных усилител 13 и 15, источник 14 опорного напр жени , выводы 16 дл подключени нагрузки 17, два встречно-параллельных тиристора 18 и 19. При этом два встречно-параллельных тиристора 18 и 19 включены последовательно между выводами 16 дл подключени нагрузки 17 и выводами 1 дл подключени сети, к которым подключена первична обмотка измерительного трансформатора напр жени 2, отвод отсреднего витка вторичной обмотки которого подключен к шине нулевого потенциала, каждый из крайних выводов этой обмотки подключен к информационному входу соответствующего интегратора 5 или 6 и через соответствующий пороговый элемент 3 или 4 - к входу сброса соответствующего интегратора 5 или 6, выход каждого из которых подключен к первому входу соответствующего компаратора 7 или 9, вторые входы которых объединены и через апериодический фильтр 8 подключены к выходу переключател 11, первый вход которого соединен с выходом источника 4 опорного напр жени , а второй вход соединен с шиной нулевого потенциала , выход каждого из компараторов 7 и 9 подключен к первому входу соответствующего элемента И 10 или 12, второй вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего порогового элемента 3 или 4, а выход подключен к входу соответствующего импульсного усилител 13 или 15,The device for stabilizing an alternating voltage for supplying lighting devices contains terminals 1 for connecting a power supply network, a voltage measuring transformer 2, the secondary winding of which is taped off from the middle coil, DBZ of threshold elements 3 and 4. two integrators 5 and 6 with a reset, two comparator 7 and 9, an aperiodic filter 8, two And 10 and 12 elements, a switch 11, two pulse amplifiers 13 and 15, a reference voltage source 14, terminals 16 for connecting a load 17, two counter-parallel thyristors 18 and 19. In this case, two counter-parallel thyristors 18 and 19 are connected in series between the terminals 16 for connecting the load 17 and the terminals 1 for connecting the network to which the primary winding of the voltage measuring transformer 2 is connected, the tap of the secondary turn of the secondary winding of which is connected to the zero potential bus, each from the extreme terminals of this winding is connected to the information input of the corresponding integrator 5 or 6 and through the corresponding threshold element 3 or 4 - to the reset input of the corresponding integrator 5 or 6, you the path of each of which is connected to the first input of the corresponding comparator 7 or 9, the second inputs of which are combined and connected through the aperiodic filter 8 to the output of the switch 11, the first input of which is connected to the output of the reference voltage source 4, and the second input is connected to the zero potential bus, the output of each of the comparators 7 and 9 is connected to the first input of the corresponding element And 10 or 12, the second input of each of which is connected to the output of the corresponding threshold element 3 or 4, and the output is connected to the input pulse amplifier 13 or 15,

Устройство дл стабилизации переменного напр жени дл питани осветительных приборов работает следующим образом. В установившемс режиме (фиг. 2)A device for stabilizing an alternating voltage for supplying lighting devices operates as follows. In steady state (Fig. 2)

коммутирующий элемент переключател 11 находитс в положении а, переходные процессы в апериодическом фильтре 8 закончены и, следовательно, на его выходеthe switching element of the switch 11 is in position a, the transients in the aperiodic filter 8 are completed and, therefore, at its output

действует сигнал, равный опорному напр жению Us Uo. Этот сигнал поступает на объединенные вторые входы компараторов 7 и 9.a signal equal to the reference voltage Us Uo acts. This signal is fed to the combined second inputs of the comparators 7 and 9.

Напр жение питающей электрическойSupply voltage

сети поступает на вход измерительного трансформатора 2 напр жени . Напр жени с двух концов вторичной обмотки этого трансформатора, наход щиес в противо- фазе, поступают на входы первого 3 и второго 4 пороговых элементов, на входах которых формируютс сигналы соответственноThe network is fed to the input of a voltage transformer 2. The voltages from the two ends of the secondary winding of this transformer, which are in opposite phase, are applied to the inputs of the first 3 and second 4 threshold elements, at the inputs of which signals are generated, respectively

о приО t Т/2 ( UJ 0); o at О t Т / 2 (UJ 0);

1М 1M

Us Us

Ue при Т/2 t T() ;Ue at T / 2 t T ();

UenpnO t T/2 ( 0) О при Т/2 ()UenpnO t T / 2 (0) О at T / 2 ()

где Ue - напр жение, соответствующее уровню логической where Ue is the voltage corresponding to the logical level

U2 , IJ2 - напр жени на первом и втором выходах вторичной обмотки измерительного трансформатора 2 напр жени .U2, IJ2 are the voltages at the first and second outputs of the secondary winding of the voltage transformer 2.

Выходные напр жени первого 3 и второго 4 пороговых элементов управл ют двум каналами устройства, осуществл ющими включение двух тиристоров в соответствующие полупериоды сетевого напр жени .The output voltages of the first 3 and second 4 threshold elements control two channels of the device, which enable the inclusion of two thyristors in the corresponding half-periods of the mains voltage.

Первый канал образован первым интегратором 5, первым компаратором 7, первым элементом И, первым импульсным усилителем 13 и осуществл ет фазовое управление первым тиристором 18. Второй канал содержитThe first channel is formed by the first integrator 5, the first comparator 7, the first element And, the first pulse amplifier 13 and performs phase control of the first thyristor 18. The second channel contains

второй интегратор 6, второй компаратор 9, второй элемент И 12, второй импульсный усилитель 15 и управл ет вторым тиристором 18 Работа обоих каналов происходит аналогично, но в противофазе. В первомthe second integrator 6, the second comparator 9, the second element And 12, the second pulse amplifier 15 and controls the second thyristor 18. The operation of both channels is similar, but in antiphase. In the first

канале в начале периода (t 0) первый интегратор 5 устанавливаетс отрицательным фронтом импульса LM в исходное состо ние Us 0. Далее первый интегратор 5 интегрирует сигнал U. , пропорциональный нэпр же ию питающей сети. В момент времени t1 при достижении выходным сигналом первого интегратора 5 уровн Uo переключени первого компаратора 7, т.е. приIn the channel at the beginning of the period (t 0), the first integrator 5 is set by the negative edge of the LM pulse to the initial state Us 0. Then, the first integrator 5 integrates the signal U., which is proportional to the power supply network. At time t1, when the output signal of the first integrator 5 reaches the switching level Uo of the first comparator 7, i.e. at

K5 /U2 dt Uo,K5 / U2 dt Uo,

оabout

где Кг - коэффициент передачи первого интегратора 5, сигнал на выходе первого компаратора 7 измен ет уровень с Ue до 0. Процесс интегрировани продолжаетс , иwhere Kg is the transfer coefficient of the first integrator 5, the signal at the output of the first comparator 7 changes the level from Ue to 0. The integration process continues, and

при достижении выходным сигналом первого интегратора 5 уровн Uo переключени первого компаратора 7 сигнал на выходе последнего принимает значение U - UFwhen the output signal of the first integrator 5 reaches the level Uo of switching the first comparator 7, the signal at the output of the latter takes the value U - UF

Первый элемент И 10 выполн ет логиче- ское умножение импульсов с выходов первого порогового элемента 3 и первого компаратора 7. В результате в интервале времени 2 t Т на управл ющем электроде первого тиристора 18с выхода первого элемента И 10 через импульсный усилитель 13 действует отпирающий импульс. Следовательно , в момент времени t2 происходит включение первого тиристора 18 и напр жение сети прикладываетс к нагрузке 17. Ди- аграмма напр жени Ui дл случа активной нагрузки показана на фиг. 2.The first element And 10 performs a logical multiplication of pulses from the outputs of the first threshold element 3 and the first comparator 7. As a result, in the time interval 2 t T, a trigger pulse acts on the control electrode of the first thyristor 18 c of the output of the first element And 10 through the pulse amplifier 13. Therefore, at time t2, the first thyristor 18 is turned on and the mains voltage is applied to the load 17. The voltage diagram Ui for the case of active load is shown in FIG. 2.

Таким образом, в первом полупериоде (О t Т/2) происходит измерение среднего значени напр жени питающей сети и определение момента времени ti, при котором интеграл от части полуволны напр жени в интервале(0 t ti) равен заданному среднему за полупериод значению напр жени (заштрихованный участок U2 на фиг. 2), во втором полупериоде (Т/2 t T) в зависимости от измеренного среднего значени напр жени формируетс отпирающий импульс дл первого тиристора в момент времени t2 Т - ti. В этом случае интеграл от напр жени за интервал (t2 t Т) равен заданному средневыпр мленному значению напр жени на нагрузке. При увеличении амплитудного значени напр жени сети уменьшаетс значение ti и, следовательно, увеличиваетс угол включени тиристораThus, in the first half-cycle (О t Т / 2), the average voltage of the mains voltage is measured and the instant of time ti is determined at which the integral of a part of the half-wave voltage in the interval (0 t ti) is equal to the specified average half-cycle voltage value (shaded portion U2 in Fig. 2), in the second half-cycle (T / 2 t T), a trigger pulse is generated for the first thyristor at time t2 T - ti depending on the measured average voltage value. In this case, the integral of the voltage over the interval (t2 t T) is equal to the specified average rectified value of the voltage across the load. With an increase in the amplitude value of the mains voltage, the value of ti decreases and, therefore, the thyristor switching angle increases

а -тa-t

2тг2tg

Работа второго канала устройства, обеспечиваемого управление вторым тиристором 19, происходит аналогично, но в противофазе.The work of the second channel of the device, the control of the second thyristor 19, is similar, but in antiphase.

Так как измерение напр жени осуществл етс в первом полупериоде за врем Т/2 (дл общепромышленных сетей 10 мс), а отработка возмущени осуществл етс в следующем полупериоде, то, следовательно , врем задержки управлени в предлагаемом техническом решении составл ет половину периода сети. те. 10 мс. Таким образом, предлагаемый стабилизатор имеет повышенное по сравнению с известным устройствам аналогичного назначени быстродействие .Since the voltage measurement is carried out in the first half-cycle during T / 2 (for general industrial networks 10 ms), and the disturbance is tested in the next half-cycle, therefore, the control delay time in the proposed technical solution is half the network period. those. 10 ms Thus, the stabilizer according to the invention has improved performance compared to known devices of a similar purpose.

На фиг. 3 приведены диаграммы работы стабилизатора при включении, по сн ющиеIn FIG. Figure 3 shows the stabilizer operation diagrams when turned on, illustrating

5 10 15 5 10 15

0 5 0 5 0 5 0 5

00

5 0 55 0 5

процесс ограничени переходною тока при активной нагрузке. В выключенном состо нии коммутирующий элемент переключател 11 находитс в положении б, поэтому на входе апериодического фильтра 8 и. следовательно , вторых входах компараторов 7 и 9 напр жение равно 0. При этом углы включени тиристоров равны л. При переключении коммутирующего элемента переключател 11 в положение а происходит увеличение выходного напр жени апериодического фильтра 8 по закону -t/0the process of limiting the transient current under active load. In the off state, the switching element of the switch 11 is in position b, therefore, at the input of the aperiodic filter 8 and. therefore, the voltage of the second inputs of the comparators 7 and 9 is 0. In this case, the switching angles of the thyristors are equal to l. When switching the switching element of the switch 11 to position a, the output voltage of the aperiodic filter 8 increases according to the law -t / 0

Us Uo(1 - е),Us Uo (1st - e),

где в - посто нна времени фильтра 8.where c is the time constant of filter 8.

Напр жение Us с выхода апериодического фильтра 8 поступает на объединенные вторые входы первого 7 и второго 9 компараторов и задает значение среднего напр жени на нагрузке. В результате в переходном режиме углы включени измен ютс от л в начале процесса до установившегос значени , соответствующего заданному средневыпр мленному значению напр жени на нагрузке, например, п - а при равенстве питающего напр жени заданному значению. Таким образом , при включении устройства происходит плавное увеличение напр жени на нагрузке , благодар чему увеличиваютс надежность и срок службы ламп. Посто нна времени 0 выбираетс в зависимости от параметров тепловой модели нагрузки и дл ламп накаливани составл ет несколько периодов сети.The voltage Us from the output of the aperiodic filter 8 is supplied to the combined second inputs of the first 7 and second 9 comparators and sets the value of the average voltage at the load. As a result, in the transition mode, the switching angles vary from k at the beginning of the process to a steady-state value corresponding to a predetermined average rectified value of the voltage across the load, for example, n - a, with the supply voltage equal to the given value. Thus, when the device is turned on, a smooth increase in voltage at the load occurs, thereby increasing the reliability and service life of the lamps. A time constant of 0 is selected depending on the parameters of the thermal load model and for incandescent lamps is several periods of the network.

Таким образом, предлагаемое устройство дл стабилизации переменного напр же- ни дл осветительных приборов обеспечивает повышенное быстродействие регулировани . Другим важным достоинством предлагаемого технического решени вл етс высока помехоустойчивость, что обусловлено интегрированием сигнала, пропорционального сетевому напр жению.Thus, the proposed device for stabilizing the alternating voltage for lighting devices provides increased control performance. Another important advantage of the proposed technical solution is its high noise immunity, which is due to the integration of a signal proportional to the mains voltage.

Использование устройства дл стабилизации переменного напр жени дл питани осветительных приборов позволит улучшить качество электроэнергии, увеличить надежность и срок службы ламп.The use of an AC voltage stabilization device to power lighting devices will improve the quality of electricity, increase the reliability and life of the lamps.

(56) Авторское свидетельство СССР N; 1117604, кл. С 05 F1/44, 1984.(56) Copyright certificate of the USSR N; 1117604, cl. C 05 F1 / 44, 1984.

Кунге Я.А., Твардовский П.М. Автоматизаци управлени и регулирование напр жени в осветительных установках. М Энерги , 1979. с. 39, рис. 22.Kunge Y.A., Twardovsky P.M. Automation of control and voltage regulation in lighting installations. M Energy, 1979. p. 39, fig. 22.

Claims

The claims

DEVICE FOR STABILIZING AC VOLTAGE for powering lighting devices, containing two counter-parallel thyristors connected in series between the terminals for connecting the load and the terminals for connecting the network, two pulse amplifiers whose inputs are connected to the control terminals of the first and second thyristors, a voltage measuring transformer, the primary winding of which is connected to the terminals for connecting the network, an integrator, a comparator, an aperiodic filter, a switch, and a reference source voltage, characterized in that two threshold elements are introduced, a second integrator, a second comparator and two AND elements, and the voltage coil of the measuring transformer is tapped from the middle coil, which is connected to the zero potential bus, the first and second integrators have reset inputs, in this case, each of the extreme terminals of the secondary winding of the measuring transformer is connected to the information input of the corresponding integrator and through the corresponding threshold element to the reset input of the corresponding integrator Gratora, the output of each of which is connected to the first input of the corresponding comparator, the second inputs of which are combined and connected through the aperiodic filter to the output of the switch, the first input of which is connected to the output and the voltage reference, and the second input is connected to the zero potential bus, the output of each of the comparators is connected to the first entrance of the corresponding

element And, the second input of each of which is connected to the output of the corresponding threshold element, and the output is sub-connected to the input of the corresponding pulse amplifier.

T

ILJ

I - G1-1

17

4Ur77777r fe

4

u

to 0

u

FIG. 2.

t

and

r

KA..f (L L

I / U UD /

FIG. 5

///

V v