RU2088051C1

RU2088051C1 - Device for illumination control

Info

Publication number: RU2088051C1
Application number: RU9696110384A
Authority: RU
Inventors: Г.М. Газизов; Ф.Н. Валеев; Ф.М. Сайфуллин; А.М. Мухаметшин; А.А. Шакиров
Original assignee: Газизов Гайса Мазитович; Валеев Файраз Наилович; Шакиров Альберт Амирзянович
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 1997-08-20

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: each channel of device has integrator 4, comparator 5, AND gate 6, OR gate 7, inverter 8. In addition device has power transformer 1, synchronization circuit 2, counter 3, flip-flop 9, multivibrator 10, first pulse generator 11, second pulse generator 12, high-frequency oscillator 13, smooth switching circuit 14, first thyristor VS1, second thyristor VS2. EFFECT: stabilization of output voltage when surges are present in mains. 2 dwg

Description

Устройство управления освещением. Lighting control device.

Изобретение относится к устройствам управления во многофазных электрических сетях промышленной частоты. Наиболее целесообразно применение изобретения для управления уровнем освещенности в корпусах птичников. The invention relates to control devices in multiphase electric networks of industrial frequency. The most appropriate application of the invention to control the level of illumination in the buildings of the houses.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого устройства является устройство управления освещением, известное из описания к авторскому свидетельству СССР N 690459, кл.H 05 B 37/02, публ. 1979. Известное устройство содержит три канала управления фазами питания, каждый из которых имеет два тиристорных ключа, соединенных с фазой питания, два формирователя импульсов и силовой трансформатор напряжения соответствующей фазы, причем выход каждого формирователя импульсов соединен со входом управления соответствующего тиристорного ключа, анод каждого из которых соединен с катодом другого. The closest analogue (prototype) of the proposed device is a lighting control device, known from the description of the USSR copyright certificate N 690459, class H 05 B 37/02, publ. 1979. The known device contains three channels for controlling the supply phases, each of which has two thyristor switches connected to the supply phase, two pulse shapers and a voltage power transformer of the corresponding phase, the output of each pulse shaper connected to the control input of the corresponding thyristor switch, the anode of each which is connected to the cathode of another.

Недостатком этого устройства является то, что не возможно стабилизировать напряжение на нагрузке при скачках амплитуды напряжения питания и не возможен режим работы плавного включения и выключения напряжения на нагрузке. The disadvantage of this device is that it is not possible to stabilize the voltage at the load during surges in the amplitude of the supply voltage and it is not possible to operate smoothly turning the voltage on and off at the load.

Задача изобретения повышение помехоустойчивости, расширение функциональных возможностей и эксплуатационной надежности. The objective of the invention is improving noise immunity, expanding functionality and operational reliability.

Указанная задача решается за счет того, что в устройство управления освещением, состоящее из трех каналов управления фазами питания, каждый из которых содержит два тиристорных ключа, соединенных с фазой питания, два формирователя импульсов и силовой трансформатор напряжения соответствующей фазы, при этом выход каждого формирователя импульсов соединен с входом управления соответствующего тиристорного ключа, анод каждого из которых соединен с катодом другого, введены высокочастотный генератор и схема плавного включения и выключения, а каждый канал управления фазами питания снабжен схемой синхронизации, счетчиком импульсов, триггером, мультивибратором, интегратором, компаратором, схемами И и ИЛИ и инвертором, причем вторичная обмотка трансформатора соединена со входом схемы синхронизации, прямой выход которой соединен с входами сброса счетчика и триггера и с входом интегратора, первый и второй инверсные выходы схемы синхронизации соединены с запирающими входами первого и второго формирователей импульсов соответственно, счетный вход счетчика соединен с выходом высокочастотного генератора, выход счетчика соединен с первым входом схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом схемы И, первый вход которой соединен с выходом компаратора, сигнальный вход которого соединен с выходом интегратора, второй вход схемы "И" соединен с вторым выходом схемы плавного включения и выключения, сигнал на котором появляется при достижении сигналом на ее первом выходе своего максимального значения, который соединен с входом управления высокочастотного генератора, выход схемы "ИЛИ" соединен с входом инвертора, выход которого соединен с входом установки триггера, выход которого соединен с входом разрешения мультивибратора, выход которого соединен с входами усилителей мощности первого и второго формирователей импульсов. This problem is solved due to the fact that the lighting control device, consisting of three channels for controlling the supply phases, each of which contains two thyristor switches connected to the supply phase, two pulse shapers and a power voltage transformer of the corresponding phase, with the output of each pulse shaper connected to the control input of the corresponding thyristor switch, the anode of each of which is connected to the cathode of the other, a high-frequency generator and a smooth on and off circuit are introduced, and each power phase control channel is equipped with a synchronization circuit, a pulse counter, a trigger, a multivibrator, an integrator, a comparator, AND and OR circuits, and an inverter, the secondary winding of the transformer connected to the input of the synchronization circuit, the direct output of which is connected to the reset inputs of the counter and trigger and to the input integrator, the first and second inverse outputs of the synchronization circuit are connected to the locking inputs of the first and second pulse shapers, respectively, the counting input of the counter is connected to the high frequency generator, the output of the counter is connected to the first input of the OR circuit, the second input of which is connected to the output of the And circuit, the first input of which is connected to the output of the comparator, the signal input of which is connected to the output of the integrator, the second input of the "And" circuit is connected to the second output of the soft start circuit and off, the signal on which appears when the signal at its first output reaches its maximum value, which is connected to the control input of the high-frequency generator, the output of the circuit "OR" is connected to the input of the inverter, the output otorrhea connected to the input for setting the latch, the output of which is connected to the enable input of the multivibrator, whose output is connected to inputs of the power amplifiers first and second pulse shaping.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства управления освещением. In FIG. 1 is a structural diagram of a lighting control device.

Устройство содержит три канала (А, В, С), силовой трансформатор напряжения соответствующей фазы 1, схему синхронизации 2, счетчик 3, интегратор 4, компаратор 5, схему И 6, схему ИЛИ 7, инвертор 8, триггер 9, мультивибратор 10, первый формирователь импульсов 11, второй формирователь импульсов 12, высокочастотный генератор 13, схему плавного включения и выключения 14, первый тиристор VS1, второй тиристор VS2, выключатель S1 и нагрузку Rn. Вторичная обмотка трансформатора 1 соединена с входом схемы синхронизации 2, прямой выход которой соединен с входами сброса счетчика 3 и триггера 9 и с входом интегратора 4. Первый и второй инверсные выходы схемы синхронизации 2 соединены с запирающими входами первого 11 и второго 12 формирователей импульсов соответственно. Счетный вход счетчика 3 соединен с выходом высокочастотного генератора 13. Выход счетчика 3 соединен с первым входом схемы ИЛИ 7, второй вход которой соединен с выходом схемы И 6. Первый вход схемы "И" соединен с выходом компаратора 5, сигнальный вход которого соединен с выходом интегратора 4. Второй вход схемы И 6 соединен с вторым выходом схемы плавного включения и выключения 14, сигнал на котором появляется при достижении сигналом на ее первом выходе своего максимального значения который соединен с входом управления высокочастотного генератора 13. Выход схемы "ИЛИ" 7 соединен с входом инвертора 8, выход которого соединен с входом установки триггера 4. Выход триггера 4 соединен с входом разрешения мультивибратора 10, выход которого соединен с входами усилителей мощности первого 11 и второго 12 формирователей импульсов. The device contains three channels (A, B, C), a power voltage transformer of the corresponding phase 1, synchronization circuit 2, counter 3, integrator 4, comparator 5, circuit I 6, circuit OR 7, inverter 8, trigger 9, multivibrator 10, the first a pulse shaper 11, a second pulse shaper 12, a high-frequency generator 13, a smooth on and off circuit 14, a first thyristor VS1, a second thyristor VS2, a switch S1, and a load Rn. The secondary winding of the transformer 1 is connected to the input of the synchronization circuit 2, the direct output of which is connected to the reset inputs of the counter 3 and trigger 9 and to the input of the integrator 4. The first and second inverse outputs of the synchronization circuit 2 are connected to the locking inputs of the first 11 and second 12 pulse shapers, respectively. The counting input of the counter 3 is connected to the output of the high-frequency generator 13. The output of the counter 3 is connected to the first input of the OR circuit 7, the second input of which is connected to the output of the circuit And 6. The first input of the circuit "AND" is connected to the output of the comparator 5, the signal input of which is connected to the output integrator 4. The second input of circuit And 6 is connected to the second output of the on and off circuit 14, the signal on which appears when the signal at its first output reaches its maximum value, which is connected to the control input of the high-frequency generator RA 13. The output of the OR circuit 7 is connected to the input of the inverter 8, the output of which is connected to the input of the trigger setup 4. The output of the trigger 4 is connected to the enable input of the multivibrator 10, the output of which is connected to the inputs of the power amplifiers of the first 11 and second 12 pulse shapers.

На фиг. 2 представлены эпюры в характерных точках, обозначенных на фиг. 1. In FIG. 2 shows plots at the characteristic points indicated in FIG. one.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Устройство содержит единый для всех фазных каналов высокочастотный генератор импульсов 13, выполненный на логических элементах цифровой микросхемы и управляемый по частоте переменным резистором. Включенным в хронирующую цепочку генератора 13, который задает угол включения тиристоров. Переменный резистор изменяет частоту высокочастотного генератора 13 от 5 кГц до 1 мГц, т.е. в 200 раз. При этом угол включения тиристоров изменяется от 0 практически до 180. Схема управления плавным включением и выключением освещения 14 также управляет частотой генератора 13 и под действием сигналов с таймера, входящего в ее состав, в определенные моменты времени плавно включает и выключает освещение за счет увеличения и уменьшения сигнала на своем первом выходе. The device contains a single high-frequency pulse generator 13, uniform for all phase channels, made on the logic elements of a digital microcircuit and frequency-controlled by a variable resistor. Included in the timing chain of the generator 13, which sets the angle of inclusion of the thyristors. A variable resistor changes the frequency of the high-frequency generator 13 from 5 kHz to 1 MHz, i.e. 200 times. In this case, the turn-on angle of the thyristors varies from 0 to almost 180. The control circuit for smoothly turning the lighting on and off 14 also controls the frequency of the generator 13 and, under the action of the signals from the timer included in it, at certain times it smoothly turns the lighting on and off by increasing and signal reduction on its first output.

Число каналов управления равно числу используемых фаз питающей сети. Каналы идентичны и взаимозаменяемы. The number of control channels is equal to the number of phases used in the supply network. Channels are identical and interchangeable.

В каждом канале управления отрицательные полупериоды напряжения с вторичной обмотки силового трансформатора 1, через первый и второй инверсные выходы схемы синхронизации 2, поступают на первый 11 и второй 12 формирователи импульсов, поочередно их закрывая. In each control channel, negative half-periods of voltage from the secondary winding of the power transformer 1, through the first and second inverse outputs of the synchronization circuit 2, are supplied to the first 11 and second 12 pulse shapers, closing them in turn.

В моменты приближения сетевого напряжения к нулю в схеме синхронизации 2 формируются узкие прямоугольные импульсы с частотой 100 Гц, которые поступают на вход сброса счетчика 3 и обнуляют его к начале каждого полупериода и одновременно сбрасывают триггер 9. На счетный вход счетчика 3 поступают высокочастотные импульсы от генератора 13. После отсчета 64 импульсов на выходе счетчика 3 появляется сигнал логической "1", который подается на первый вход схемы ИЛИ. When the mains voltage approaches zero in synchronization circuit 2, narrow rectangular pulses with a frequency of 100 Hz are generated, which are fed to the reset input of counter 3 and reset to zero at the beginning of each half-cycle and simultaneously reset trigger 9. High-frequency pulses from the generator are sent to the counting input of counter 3 13. After counting 64 pulses at the output of the counter 3, a logical signal “1” appears, which is fed to the first input of the OR circuit.

Импульсы с частотой 100 Гц с прямого выхода схемы синхронизации 2 также поступают на вход интегратора 4, на выходе которого формируются импульсы пилообразной формы с частотой следования 100 Гц. Импульсы пилообразной формы с интегратора 4 поступают на сигнальный вход компаратора 5, на опорный вход которого подается образцовое напряжение необходимой величины. При уменьшении пилообразного напряжения до уровня образцового на выходе компаратора формируется уровень логической "1", после достижения полообразным напряжением наименьшего значения оно начинает снова возрастать и при повышении до уровня образцового на выходе компаратора формируется уровень логического 0. Таким образом, на выходе компаратора формируются прямоугольные импульсы с частотой 100 Гц, заднии фронты которых жестко привязаны к передним фронтам импульсов с прямого выхода схемы синхронизации 2. Pulses with a frequency of 100 Hz from the direct output of the synchronization circuit 2 also go to the input of the integrator 4, the output of which is formed pulses of a sawtooth shape with a repetition rate of 100 Hz. The pulses of a sawtooth shape from the integrator 4 are fed to the signal input of the comparator 5, to the reference input of which an exemplary voltage of the required value is supplied. When the sawtooth voltage decreases to the level of exemplary at the output of the comparator, the logical level “1” is formed, after reaching the smallest voltage by the polished voltage, it starts to increase again and when it increases to the level of the exemplary output, the level of logical 0 is formed. Thus, rectangular pulses are formed at the output of the comparator with a frequency of 100 Hz, the trailing edges of which are rigidly attached to the leading edges of the pulses from the direct output of the synchronization circuit 2.

Импульсы с выхода компаратора 5 поступают на первый вход схемы И 6, на второй вход которой поступает сигнал со схемы плавного включения и выключения 14. Импульсы с компаратора 5 появятся на выходе схемы И 6 лишь тогда, когда на второй вход поступит уровень логической "1" с второго выхода схемы 14. Уровень логической "1" на втором выходе схемы 14 появится лишь тогда, когда сигнал с первого выхода схемы 14 достигнет своего максимального значения и частота генератора 13 перестанет увеличиваться. The pulses from the output of the comparator 5 are fed to the first input of the And 6 circuit, the second input of which receives a signal from the smooth on and off circuit 14. The pulses from the comparator 5 will appear at the output of the And 6 circuit only when the logical "1" level arrives at the second input from the second output of the circuit 14. The logic level “1” at the second output of the circuit 14 will appear only when the signal from the first output of the circuit 14 reaches its maximum value and the frequency of the generator 13 stops increasing.

Импульсы с выхода схемы 6 поступают на второй вход схемы ИЛИ 7 и в зависимости от того, какой импульс поступит первым на вход схемы 7, такой импульс будет и на выходе схемы 7. The pulses from the output of circuit 6 are received at the second input of the OR circuit 7 and, depending on which pulse arrives first at the input of circuit 7, such a pulse will also be at the output of circuit 7.

Импульсы с выхода схемы 7 через инвертор 8 поступают на вход установки триггера 9, при этом на выходе триггера 9 устанавливается уровень логической "1", который запускает мультивибратор 10. Работает мультивибратор 10 до появления сигнала логического "0" на выходе триггера 9. Импульсы частотой 6 кГц и длительностью 150 мкс с мультивибратора 10 поступают на вторые входа формирователей импульсов 11 и 12. Положительные импульсы усиливаются лишь тем усилителем мощности формирователей импульсов 11 и 12, где отсутствует закрывающее отрицательное напряжение со схемы синхронизации 2, поступающее на первые входы формирователей импульсов. Поэтому из встречно включенных тиристоров VS1 и VS2 включится тот, у которого в рассматриваемый полупериод напряжение на аноде по отношению к катоду положительно. В конце полупериода тиристор закроется и в очередной полупериод сетевого напряжения откроется второй тиристор ключа. The pulses from the output of circuit 7 through the inverter 8 are fed to the input of the trigger 9 installation, while the output of the trigger 9 is set to the logical level “1”, which starts the multivibrator 10. The multivibrator 10 is activated until a logical “0” signal appears at the output of the trigger 9. Pulses with a frequency 6 kHz and a duration of 150 μs from the multivibrator 10 are fed to the second inputs of the pulse shapers 11 and 12. Positive pulses are amplified only by the power amplifier of the pulse shapers 11 and 12, where there is no closing negative voltage from the synchronization circuit 2, supplied to the first inputs of the pulse shapers. Therefore, one of the on-board thyristors VS1 and VS2 will turn on, for which the voltage at the anode with respect to the cathode is positive in the half-period under consideration. At the end of the half-cycle, the thyristor will close and in the next half-cycle of the mains voltage, the second thyristor of the switch will open.

Для стабилизации выходного напряжения на нагрузке Rn служит узел, состоящий из интегратора 4 и компаратора 5, который каждый полупериод сравнивает входное пилообразное напряжение с образцовым постоянным напряжением и при равенстве пилообразного и образцового сигналов вырабатывается управляющий импульс логической "1", длительность которого определяется амплитудой пилообразного напряжения. При уменьшении амплитуды пилообразного напряжения длительность управляющего импульса увеличивается и наоборот. Изменение амплитуды пилообразного напряжения зависит от изменения амплитуды напряжения фазы питания. To stabilize the output voltage at the load Rn, a unit consisting of an integrator 4 and a comparator 5 is used, which compares the input sawtooth voltage with the reference constant voltage each half-cycle and, when the sawtooth and reference signals are equal, a logical control pulse “1” is generated, the duration of which is determined by the amplitude of the sawtooth voltage . With a decrease in the amplitude of the sawtooth voltage, the duration of the control pulse increases and vice versa. The change in the amplitude of the sawtooth voltage depends on the change in the amplitude of the voltage of the supply phase.

Итак, если на выходе схемы ИЛИ 7 импульс со счетчика 3, то угол включения тиристоров или напряжение на нагрузке Rn определяется положением движка переменного резистора в генераторе 13, если на выходе схемы 7 импульс с компаратора 5, то угол включения тиристоров меняется автоматически в зависимости от изменения напряжения питания, тем самым поддерживается стабильное напряжение на нагрузке. So, if the output from the circuit OR 7 is a pulse from the counter 3, then the turn-on angle of the thyristors or the voltage at the load Rn is determined by the position of the variable resistor slider in the generator 13, if the output from the circuit 7 is a pulse from the comparator 5, then the turn-on angle of the thyristors changes automatically depending on changes in the supply voltage, thereby maintaining a stable voltage at the load.

Обычный режим работы устройства режим стабилизации напряжения на нагрузке, амплитуда напряжения при этом определяется уровнем образцового напряжения на опорном входе компаратора 5. The normal operating mode of the device is the voltage stabilization mode at the load, the voltage amplitude is determined by the level of the reference voltage at the reference input of the comparator 5.

Однако при увеличении напряжения питания настолько, что пилообразное напряжение выходит за порог, срабатывания компаратора 5, углом включения тиристоров начинает управлять импульс со счетчика 3, который в режиме стабилизации поступает на вход схемы ИЛИ 7 после импульса с компаратора 5. Таким образом, при скачках питающего напряжение на нагрузке не уменьшается ниже определенного уровня, который устанавливается переменным резистором генератора 13. However, with an increase in the supply voltage so that the sawtooth voltage goes beyond the threshold for the comparator 5 to operate, the impulse from the counter 3 starts controlling the angle of the thyristors, which in the stabilization mode is fed to the input of the circuit OR 7 after the impulse from the comparator 5. Thus, with power surges the voltage at the load does not decrease below a certain level, which is set by a variable resistor of the generator 13.

Так как для всех каналов управления использован общий генератор 13, на обеих полуволнах питающего напряжения работают общие фазосдвигающие узлы, значения угла включения тиристоров практически одинаковы и в нагрузке будет отсутствовать уравнительный ток, вызываемый их неравенством. Незначительное различие в значениях угла включения может быть из-за конечной длительности импульса синхронизации конечного значения частоты следования импульсов с генератора 13. Since a common oscillator 13 was used for all control channels, common phase-shifting nodes operate on both half-waves of the supply voltage, the values of the thyristor switching angle are almost the same and there will be no surge current caused by their inequality in the load. A slight difference in the values of the angle of inclusion may be due to the finite duration of the synchronization pulse of the final value of the pulse repetition rate from the generator 13.

Предлагаемое устройство управления освещенности обладает повышенной помехоустойчивостью, расширенной функциональной способностью и эксплуатационной надежностью. The proposed lighting control device has increased noise immunity, enhanced functional ability and operational reliability.

Claims

A lighting control device consisting of three control channels for the supply phases, each of which contains two thyristor switches connected to the supply phase, two pulse shapers and a power voltage transformer of the corresponding phase, while the output of each pulse shaper is connected to the control input of the corresponding thyristor switch, anode each of which is connected to the cathode of the other, characterized in that a high-frequency generator and a smooth on and off circuit are introduced into it, and each channel The power supply phase is equipped with a synchronization circuit, a pulse counter, a trigger, a multivibrator, an integrator, a comparator, AND and OR circuits and an inverter, the secondary winding of the transformer connected to the input of the synchronization circuit, the direct output of which is connected to the reset inputs of the counter and trigger and to the input of the integrator, the first and second inverse outputs of the synchronization circuit are connected to the locking inputs of the first and second pulse shapers, respectively, the counting input of the counter is connected to the output of the high-frequency gene a radiator, the counter output is connected to the first input of the OR circuit, the second input of which is connected to the output of the And circuit, the first input of which is connected to the output of the comparator, the signal input of which is connected to the output of the integrator, the second input of the circuit And is connected to the second output of the smooth on and off circuit, the signal on which appears when the signal at its first output reaches its maximum value, which is connected to the control input of the high-frequency generator, the output of the OR circuit is connected to the input of the inverter, the output of which is connected to Odom setup trigger, the output of which is connected to the enable input of the multivibrator, whose output is connected to the inputs of power amplifiers first and second pulse shaping.