RU2003171C1 - Устройство дл регулировани переменного напр жени - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к электротехнике , предназначено дл  использовани  в системах электропитани  переменным током-различных электротехнических устройств и позвол ет повысить быстродействие регулировани -напр жени  на нагрузке. Сущность изобретена: регулирование напр жени  на нагрузке 21 осуществл етс  с помощью фазового управлени - встречно-параллельными тиристорами 19 и 20. Формирование импульсов управлени  дп  каждого тиристора осуществл етс  в первой половине рабочего дп  соответствующего тиристора полупериода напр жени  в зависимости от значени  интеграла от квадрата напр жени  сети, измеренного во второй половине предшествующего нерабочего полупериода напр жени  таким образом, что обеспечиваетс  поддержание заданного действующего значени  напр жени  на нагрузке При включении устройства регул тор обеспечивает плавное увеличение напр жени  на нагрузке, 3 на

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  использовани  в системах электропитани  переменным током различных электротехнических устройств , например осветительных приборов.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  устройства дл  регулировани  переменного напр жени ,

На фиг. 1 приведена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы в установившемс  режиме; на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов при включении устройства.

Устройство дл  регулировани  переменного напр жени  содержит первичный преобразователь напр жени  1, фазосдви- гающий блок 2, первый 3 и второй 4 пороговые элементы, квадратор 5, сумматор 6 по модулю 2, модул тор 7, источник опорного напр жени  8, формирователь импульсов сброса 9, интегратор со сбросом 10, переключатель 11, апериодический фильтр 12, компаратор 13, первый 14 и второй 15 логические элементы И, первый 16 и второй 17 импульсные усилители, выводы 18 дл  подключени  к питающей электрической сети , первый 19 и второй 20 тиристоры, нагрузку 21,ч

В регул торе переменного напр жени  нагрузка 21 подключена через даа встречно- параллельно включенных тиристора 19 и 20 к питающей электрической сети 18, к которой подключен также первичный преобразователь напр жени  1, выход которого подключен к объединенным входам фазосд- вигагащего блока 2, первого порогового элемента 3 и квадратора 5, выход которого подключен к информационному входу модул тора 7, управл ющий вход которого объединен с вторыми входами первого 14 и второго 15 элементов И и подключен к выходу сумматора 6 по модулю 2, первый вход которо го объединен с третьим входом второго элемента И 15 и подключен к выходу первого порогового элемента 3, а второй вход через второй пороговый элемент 4 подключен к выходу фазрсдвигающего блока 2, информационный вход интегратора 10 подключен к выходу модул тора 7, управл ющий вход через формирователь импульсов сброса 9 подключен к выходу второго порогового элемента 4, а выход подключен к первому входу компаратора 13, второй вход которого через апериодический фильтр 12 подключен к выходу переключател  11, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напр жени  8, а второй вход соединен с шиной нулевого потенциала , выход компаратора 13 подключен к объединенным входам первого и второго 15

элементов И, выходы которых подключены к входам соответственно первого 16 и вто- рого17 импульсных усилителей, третий вход первого элемента И 14 подключен к выходу

второго порогового элемента 4, выходы первого 14 и второго 15 элементов И через первый 16 и второй 17 импульсные усилители подключены к управлающим электродам соответственно первого 19 и второго 20 тиристоров .

На фиг. 2, по сн ющей работу регул тора переменного напр жени  в установившемс  режиме, выходные сигналы элементов устройства обозначены символом и с индексом, соответствующем номеру элемента на функциональной схеме (фиг. 1). Устройство работает следующим образом. Коммутирующий элемент переключател  11 находитс  в положении а, переходные

процессы в апериодическом фильтре t2 закончены и, следовательно, на его выходе действует сигнал, равный опорному напр жению . Этот сигнал поступает на второй вход компаратора 13.

Напр жение электрической сети 18 выражено уравнением

cot,

где UM, (tf - амплитуда и частота, поступает на объединенные входы фззосдвигающего блока 2, первого порогового элемента 3 и квадратора 5. На выходе фазосдвигающего блока формируетс  гармонический сигнал,

сдвинутый относительно питающего напр жени  на четверть периода:

40

Кмз1п (ал-И),

где Kt - коэффициент передачи первичного преобразовател  напр жени  1,

На выходе первого порогового элемента 3 формируетс  последовательность пр - моугольных импульсов

Ue при 0 т Т/2: UQ- {

1 Опри772 г Т.

где Ue - напр жение, соответствующее уровню логической единицы.

Сигнал на выходе квадратора 5

.2,/,2

о о

п. I n1 -

U5 K5Ur KrK5UM SllT (Wt

-J-Ki2K5UM2(1-cos2 wi).

(1)

где Ki - коэффициент передачи первичного преобразовател  напр жени  1;

КБ- коэффициент передачи квадратора 5.

Сигнал U2 с выхода фазосдвигающего блока 2 поступает на вход второго порогового элемента 4, на выходе которого формируетс  последовательность пр моугольных импульсов

U4

(о

Ue при ЗТ/4;

при Т/4 и 3T/4 tu7«S Т.

Сигналы из и U4 с выходов первого 3 второго 4 пороговых элементов поступают соответственно на первый и второй входы сумматора 6 по модулю2, на выходе которого формируютс  импульсы

Ue при T/4 и S ЗТ/4;

U6 U2®U4 J

I ОприТ/4 г Т/2иЗТ/4 | Т.

Выходной сигнал ив сумматора б по модулю 2 управл ет модул тором 7. При коэффициент передачи модул тора 7 равен , при , коэффициент передачи модул тора 6 принимает значение .

Модул тор 7 преобразует выходной сигнал квадратора 5 таким образом, что на выходе модул тора 7 формируетс  напр жение

-us 1/2Ki 2K5UM2{cos2 ) Т/4;

ЗТ/4;

и Н{2}

U5 1/2Ki2K5UM2(1-cos2 tot) лриТ/4 г Т/2; 3T/4 t Т.

Выходной сигнал модул тора поступает на информационный вход интегратора 10 со сбросом. Установка интегратора 10 осуществл етс  короткими импульсами сброса иэ с выхода формировател  9 импульсов сброса. Импульсы сброса формируютс  в моменты, соответствующие отрицательным фронтам выходных импульсов второго порогового элемента, т. е. моменты времени и .

Выходные импульсы ug формировател  9 задают такты работы регул тора напр жени . Длительность такта равна половине периода напр жени . В течение каждого такта осуществл етс  формирование импульса управлени  дл  соответствующего тиристора . Рассмотрим процесс формировани  импульса управлени  в первом такте, начало которого соответствует моменту , a окончание - моменту . В начале такта () интегратор 10 импульсом ид установлен в исходное состо ние . С момента начинаетс  интегрирование выходного сигнала модул тора 7 по закону

10

J .

Т/4

(3)

Отчетом (1) и 02) в интервале Т/2) напр жение и то равно

ui0 Ki2K5Kio / u2dt

Т/4

и, следовательно, пропорционально среднему квадрату напр жени  сети на расшир ющемс  интервале усреднени . Таким образом, с помощью интегратора 10 в интервале времени ( :S Т/2) осуществл етс  измерение квадрата действующего значени  напр жени  сети. В момент времени выходной сигнал интегратора 10 равен

/Т ТуЈ ) о то U KrKsKio / UM2sln2uMdt

Wт/4

K KsKioUUT

35

8

(4)

и пропорционален квадрату действующего значени  сети, которое равно U V2UM/2. В момент времени выходной сигнал интегратора 10 достигает уровн  U0 nepe0 ключени  компаратора 13. Значение U0 соответствует требуемому значению квадрата действующего напр жени  на нагрузке 21. В момент происходит переключение компаратора 13; сигнал на его выходе скач5 ком измен ет значение с уровн  логической единицы Uo до уровн  логического нул . Этот сигнал действует на объединенных первых входах первого 14 и второго 15 логических элементов И. Так как на объединен0

ных вторых входах этих элементов в течение

интервала ( ST/2) с выхода сумматора по модулю 2 действует напр жение , то при Т/2 сигналы .

В интервале ( ЗТ/4) в соответ- 5 ствии с выражением (2) выходной сигнал модул тора 7 мен ет знак, поэтому при интегрировании напр жени  и согласно (3) происходит уменьшение выходного сигнала интегратора 10 от максимального значени  (4).

При достижении выходным сигналом Ою интегратора 10 уровн  переключени  компаратора 13 в момент времени напр жение на выходе компаратора 13 скачкомувеличиваетс  от 0 до уровн  иа логической единицы. Этот сигнал поступает на объединенные первые входы первого 14 и второго 15 элементов И, на вторых входах которых действует сигнал ие с уровнем логической единицы с выхода сумматора 6 по модулю 2. На третьем входе первого элемента И 14 действует сигнал с выхода второго порогового элемента 4, а на третьем входе второго элемента И 15 - сигнал из Н) с выхода первого порогового элемента 3.

Следовательно, в момент на выходе первого элемента И 14 формируетс  передний фронт импульса управлени , который через первый импульсный усилитель 16 поступает в управл ющий электрод первого тиристора 19, напр жение на аноде которо- го положительное. Следовательно, § момент времени t2 происходит включение первого тиристора 19 и напр жение сети прикладываетс  к нагрузке 21. Диаграмма напр жени  U21 на нагрузке (дл  случа  активной нагрузки) показана на фиг. 2.

Таким образом, в интервале ( Т/2), т. е. Б течение четверти периода сети, предшествующей рабочему дл  соответствующего тиристора полупериоду напр жени , происходит измерение квадрата действующего значени  напр жени  сети и определение момента времени 12. при котором интеграл от квадрата напр жени  в интервале равен квадрату заданного действующего зна- чени  напр жени  (заштрихованный участок на фиг. 2), В интервале и ЗТ/4 в зависимости от измеренного квадрата действующего значени  напр жени  формируетс  отпирающий импульс дл  первого тиристора в момент времени , В этом случае интеграл от квадрата напр жени  за интервал равен гаадрагу заданного действующего значени  напр жени  на нагрузке. При увеличении напр жени  сети уменьшаетс  значение t2 и, еле- доезтельно, увеличиваетс  угол включени  тиристора:

а,

Диапазон регулировани  угла включени  0 а зг/2 , что соответствует изменению напр жений от 50 до 100% от номинального.55

Так как включение тиристора осуществл етс  в интервале Ј ЗТ/4, т. е. в течение четверти периода сетевого напр жени , то, следовательно, максимальна  за 0

5 0 5

0 5 0 5

0

5

держка включени  тиристора не превышает четаерти периода, т, е. 5 медл  общепромышленных сетей. Следовательно, предполагаемое устройство дл  регулировани  переменного напр жени  имеет повышенное по сравнению с известными устройствами аналогичного назначени  быстродействие.

Формирование имнульса управлени  дл  второго тиристора 20 происходит аналогично , но в интервале 5T/4.

На фиг,. 3 приведены диаграммы работы регул тора переменного напр жени  при включении, по сн ющие ограничение переходного тока при активной нагрузке. В выключенном состо нии коммутирующий элемент переключател  11 находитс  в положении б, поэтому на входе и выходе апериодического фильтра 12 и, следовательно , втором входе компаратора 13 напр жение равно 0. При этом углы включени  тиристоров равны а -л/2. При переключении коммутирующего элемента переключател  11 е положение а происходит увеличение выходного напр жени  апериодического фильтра 12 по закону

-t/0

(1-e },

где В- посто нна  времени фильтра 12.

Напр жение та с выхода апериодиче- скр,ого фильтра 12 поступает на второй вход компаратора 13 и задает значение напр жени  на нагрузке. В результате в переходном режиме углы включени  измен ютс  от л /2 в начале процесса до установившегос  значени , соответствующего заданному действующему значению напр жени  на нагрузке, например, а 0 при равенстве действующего напр жени  питающей сети заданному значению. Таким образом, при включении устройства происходит плавное увеличение напр жени  на нагрузке, благодар  чему ограничиваютс  переходные токи , увеличиваетс  надежность и рок службы электрооборудовани . Посто нна  времени $ выбираетс  в зависимости от параметров нагрузки. Дл  электрических ламп накаливани , например, она составл ет несколько периодов сети.

Таким образом, применение в регул торе переменного напр жени  двух пороговых элементов, фазосдвигающих блоков, формировател  импульсов сброса, сумматора по модулю 2, двух элементов И, модул тора и квадратора позвол ет повысить быстродействие устройства.

Другим важным достоинством регул тора переменного напр жени   вл етс  высока  помехоустойчивость, что обусловлено

интегрированием сигнала, пропорционального квадрату сетевого напр жени . ,

Использование предлагаемого регул тора переменного напр жени  дл  питани  электрооборудовани  различного назначени  позволит улучшить качество электроФормула изобретени 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее два встречно-параллельно включенныхтиристора .включенные последовательно между выводами дл  подключени  нагрузки и выводами дл  ггод- ключени  сети два импульсных усилител , выходы которых подключен к управл ющим выводам первого и второго тиристоров , первичный преобразователь напр жени , подключенный входом к аы- водам дл  подключени  сети, фоме того, интегратор, компаратор, апериодический фильтр, переключатель и источник опорного напр жени , отличающеес  тем, что в него введены два пороговых элемента, фа- зосдвигающий блок, формирователь импульсов сброса, сумматор по модулю два, два элемента И. модул тор квадратор, вход которого соединен е входом фазосд- вигающего блока и первого порогового элемента и подключен с выходу первичного преобразовател  напр жени , а выход подключен к информационному входу модул тора , управл ющий вход которого обьэнергии , увеличить надежность м срок службы электротехнических устройств. (56) SU № 1259228, А1, G 05 F 1/44, 1976.

SU № 1117604, А1, G 05 F 1/44, 1984.

Я. П. Кунгас, П. М. Твардовский. Автоматизаци  управлени  и реализовани  напр жени  в осветительных установках. - М.: Энерги , 1979.

Q единен с вторыми входами первого и второго элементов И и подключен к выходу сумматора по модулю два, а выход соединен с информационным входом интегратора , управл ющий вход которого через 5 формирователь импульсов сброса подключен к выходу второго порогового элемента, а выход - к первому входу компаратора, второй вход которого через периодический фильтр подключен к выходу переключате- 0 л , первый вход которого соединен с выходом источника опорного напр жени , а второй вход - с нулевым выводом, выход компаратора подключен к объединенным первым входам первого и второго злемвн- 5 тов И, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго импульсных усилителей, третий вход первого элемента И объединен с вторым вхо  Дом сумматора по модулю два и подключен к выходу второго порогового элемента, вход которого соединен с выходом фазосдвигающего блока, третий вход второго элемента И объединен с первым g входом сумматора по модулю два и подключен к выходу первого порогового элемента .

w

7ИГ

Tt

//Ґ

Г

гх

j,

и

7i/2.

7X

и

/ /

и,/

Г (Л Г / /

V V V V

фаг.3