SU983690A1 - Регул тор электрической мощности переменного тока(его варианты) - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в качестве высокоточного исполнитель|1ого устройства в системах автоматического регулировани , например, температурных режимов электротехнического оборудовани .

I Известен регул тор электрической мощности -переменного тока, содержащий силовую цепь из последовательно соединенных тиристорных ключей и нагрузки , и управл ющее устройствгэ, включающее датчик -регулируемой величины, усредн ющий фильтр, компаратор и формиpoaaTeJib синхронизирующих импульсов, развертывающего опорного сигнала и запускающих импульсов Т.

.Недостатком таких регул торов  вл етс  значительна  инерционность, обусловленна  наличием усредн ющего фильтра и, как следствие, невысока  . статическа  и динамическа  точность .

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  регулгугрр мощности переменного тока, содержащий блок тиристоров, включенный в силовую цепь между входной и выходной клеммами , измерительный преобразователь мгновенной мощности, один вход которого подключен к выходу Датчика тока, а другой - к выходу датчика напр жени , включенных в силовую цепь, пос10 ледовательно соединенные первый интегратор и вычитатель, к другому входу которого подключен задатчик, формирователь синхронизирующих импульсов, входом соединенный с входными клемма15 ми, а выходом через формирователь синхронизирующего опорного сигнала подключенный к одному из входов компаратора , выход которого через формирователь запускающих импульсов подключен

20 к управл ющему входу блока тиристоров С 2 .

В таком регул торе точность под деружани  заданного значени  зависит от

точностных показателей усредн ющего фильтра (интегрирующей цепи), причем точность увеличиваетс  с увеличением посто нной времени фильтра. Однако, увеличение статической точности се зано с ухудшением динамической точносТи регул тора, так как сигнал- обратной св зи .с увеличением посто нной фильтра не может передавать быстрые изменени  мощности. Кроме того, при скачкообразном изменении задани  регулировани  в регул торе наблюдаютс  переходные процессы, длительность которых и величина пе зерегулировани  также определ ютс  посто нной времени фильтра.

Целью изобретени   вл етс  увеличение точности и улучшение качества регулировани  мощности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в регул тор электрической мощности переменного тока введены второй интегратор , два аналоговых ключа и блок управлени , причем первый аналоговый ключ включен между выходом измерительного преобразовател  мгновенной мощности и входом первого интегратора, второй аналоговый ключ подключен к входу второго интегратора и выходу вычитател , а выход второго интегратора соединен с вторым входом компаратора , причем вход блока управлени  подключен к выходу формировател  синхронизирующих импульсов, а выходы к управл ющим входам ключей и первого интегратора.

. По второму варианту в устройство дополнительно введены последовательйо соединенные аналоговый ключ, второй интегратор и сумматор, выход которого подключен к второму входу компаратора , второй вход сумматора соединен с выходом задатчика, а вход аналогового ключа подключен к выходу вычитател , и блок управлени , входы которого соединены с выходо1у1 формировател  синхронизирующих импульсов и выходом компаратора, а первый; второй и третий выходы подключены соответственно к управл ющему входу первого интегратора, к управл ющему входу ана логового ключа и к стробирующему входу задатчика.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема регул тора мощности по первому варианту; на фиг. 2 - то же, по второму варианту; на фнг. 3 - временные диагр|Ьммы работы регул тора по

первому варианту; на фиг. Ц - то же, по второму варианту.

Функциональна  схема регул тора по первому варианту (фиг. 1) -содержит входные клеммы 1 и подключенную к ней силовую цепь, состо щую из последовательно соединенных блока силовых тиристоров 2 и нагрузки 3 подключенной к выходным клеммам, устройство управлени  силовыми тиристорами, включающее последовательно соединенные измерительный преобразователь Ц мгновенной мощности, токова  измерительна  цепь которого посредством датчика тока на измерительном трансформаторе 5 тока подключена к силовой цепи, а измерительна  цепь напр жени  подключена к выходу датчика напр жени , подключенного параллельно нагрузке, первый аналоговый ключ 6, интегратор 7, вычитатель 8, второй аналоговый ключ 9, второй интегратор 10, компаратор 11, формирователь 12 запускающих импульсов , выход которого подключен к управл ющему входу блока силовых тиристоров 2, задатчик 13, выход которого соединен с вторым входом вычитател  8, последовательно соединенные формирователь I синхронизирующих импульсов и формирователь 15 синхронизирующего опорного сигнала, выход которого подключен к второму входу компаратора 11, а вход формировател  I синхронизирующих импульсов соединен с входными клеммами 1, блок 1б управлени , вход которого подключен К выходу формировател  И синхронизирующих импульсов,а выходы первый, второй и третий соответственно подключены к управл ющему входу первого ключа 6, к управл ющему .входу второго ключа 9. к управл ющему входу первого интегратора 7.

Claims (2)

1. Устройство управлени  силовыми тирис орами регул тора мощности по второму варианту (фиг. 2) содержит последовательно соединенные измерительный преобразователь Ц мгновенной мощности , первый интегратор 7, вычитатель 8 аналоговый ключ 9, сумматор 17, компаратор 11 и формирователь 12 запускающих импульсов, выход которого подключен к управл ющему входу блока силовых тиристоров 2, последовательно соединённые формирователь It синхронизирующих импульсов и формирователь 15 опорного сигнала, выход которого соединен q вторым входом компаратора 59 11, задатчик 13. выход которого соединен с вторыми входами вычитател  8 и сумматора 17, и блок 16 управлени , входы которого подключены к выходу формировател  синхроимпульсов и к выходу компаратора, а первый, второй и третий выходы соединены соответственно с управл ющим входом первого интег ратора 7. с управл ющим входом аналогового ключа 9, со стробирующим входом задатчика 13Блок управлени  ключами дл  первого регул тора (фиг. 1) содержит счетный триггер 18 и двухвходовой логичес кий элемент И 19, входы которого подключены один к счетному входу триггера , а второй - к инверсному выходу триггера. Блоком силовых тиристоров может служить симметричный силовой тиристор или два встречно-параллельно включенных тиристора. В качестве измерительного преобразовател  мгновенной мощности используетс  измерительный преобразователь мощности на датчике Холла, например ИПМ типа nOZt, определенным образом доработанный дл  увеличени  точности Интеграторы 7 и 10, вычитатель 8 и компаратор 11 выполнены на основе операционных усилителей. Интегрирующа  емкость интеграторов может закорачиватьс  ключом дл  возврата ратора в исходное состо ние. Формирователь 15 синхронизирующего опорного сигнала выполн ет функцию генератора спадающего пилообразного напр жени , синхронизированного сетью Формирователь 12 запускающих импульсов выполнен как транзисторный импуль сный усилитель с трансформаторным выходом; Аналоговыми, ключами могут служить МОП-ключи серий 1КТ682 и другие. Стробирующее устройство задатчика во втором варианте регул тора при произвольном изменении аналогового сигна . ла задани  выполнено на основе устрой ства хранени -выборки аналоговых сигналов. Если же задатчик выполнен таким образом, что изменение сигнала задани  происходит в определенные моменты , то приведённое, стробирующее устройство может отсутствовать, однако моменты изменени  сигнала задани  должны стробироватьс  импульсом с выхода 20 блока управлени . Принцип работы регул тора мощности основан на фазовом методе управлени  0 силовыми тиристорами с естественным ,выключением их. Момент включени  тиристоров в полупериоде питающей сети определ ет:с  соотношением опорного развертывающего сигнала и интеграла от ошибки между заданным значением и сигналом обратной св зи, усредненным за полупериод питающей сети, в первом варианте регул тора, и соотношением опорного сигнала и сигналов задани  и интеграла от ошибки между заданным значением и сигналом обратной св зи, усредненным за полупериод питающей сети во втором варианте регул тора . Дл  первого регул тора в момент пенапр жени  IL питающей сети черехода рез нуль формирователь 1 синхроимпульсов формирует импульс, который запускает формирователь опорного сигнала и переключает счетный триггер 18 в блоке 16 управлени  ключами. Допустим , tpиггep 18 установилс  в нулевое состо ние, при этом ключ 6 разомкнут, а ключ 9 замкнут. Интегратор 10 интегрирует сигнал ошибки, снимаемый с выхода вычитател  8 и представл ющий собой разность величины задани  U и проинтегрированного значени  мгновенной мощности U-J, переданной в на|- рузку в предыдущем полупериоде. 8 момент равенства сигнала интегратора 10 и опорного сигнала 1) , снимаемого с формировател  15, компаратор фор-. мирует импульс, который запускает блок силовых тиристоров 2, обеспечива  подачу импульса мощности в нагрузку . Выключаютс  силовые тиристоры в момент спада тока нагрузки до нулевого значени . Следующий синхроимпульс переключает триггер 18, запускает формирователь 15 опорного сигнала и обнул ет интегратор 7. После переключени  триггера 18 ключ 6 замыкаетс , а ключ 9 размыкаетс . Сигнал, записанный в интеграторе 10, запоминаетс , а ратор 7 готов к интегрированию сигна- . ла мгновенной мощности, снимаемого с измерительного преобразовател  мгновенной мощности. В момент равенства опорного сигнала Ц и сигнала с интегратора 10 U-p компаратор 11 снова выдает сигнал на запуск блока силовых тиристоров 2, формиру  новый импульс мощности. Мгновенные значени  импульса мощности измер ютс  и складыва)отс  в интеграторе 7-Последующим синхроимпульсом блок 1б управлени  переключаетс , ключ 6 размыкаетс , а ключ 9 замыкаетс . При этом сигнал в интеграторе 7 запоминаетс  дл  формировани  ошибки, а интегратор 10 интегрирует ее, формиру  новый регулирующий сигнал. Временные диаграммы работы со ставных элементов этого регул тора приведены на фиг. 3Дл  второго регул тора синхроимпульс и,, запускает формирователь 15 опорного развертывающего сигнала и формирователь импульсов стабильной длительности в блоке 16 управлени . Во врем  существовани  импульса стабильной длительности на выходе 21 ключ 9 замкнут, интегратор 10 интегрирует сигнал разности с выхода вычитател  8, представл ющего собой разность сигналов задани  и обратной св  зи, полученного усреднением за полупериод сигнала, пропорционального мгновенной мощности, переданной в нагрузку в предшествующем полупериоде питающей сети. По окончании импульса на выходе 21 ключ 9 размыкаетс , интегратор 10 превращаетс  в  чейку пам ти, в которой содержитс  корректирующий сигнал сумматором 17, представл ющий собой сумму сигнала задани  и корректирующего сигнала U,Q . Oднoвpeмeннo по окончании импульса узел задержки в блоке 16 управлени  формирует импульс на выходе 22 на обнуление интегратора 7. В момент равенства опорного развер тывающего и регулирующего сигналов компаратор 11 формирует сигнал, который запускает блок силовых тиристоров 2. Мощность, поступающа  в нагрузку, измер етс  датчиком k и усредн етс , в интеграторе 7 формиру  при этом сигнал обратной св зи. С приходом нового синхроимпульса цикл работы регул тора повтор етс . Временные диаграм мы работы регул тора приведены на фиг. . Стробируйщий, импульс на выходе 20 блока 16 управлени  формируетс 7 начина  с момента по влени  синхроимпульса и заканчиваетс  в момент срабатывани  компаратора 11. В этот период задатчик 13 может изменить задающий сигнал, т. е. схема стробировани  повтор ет изменение задающего сиг Таким образом, дл  первого регул тора цикл работы, равный периоду пита ющей сети, состоит из двух подциклов: измерительного и формировани  регулирующего сигнала, равных полупериодам питающей сети. В измерительном подцикле (ключ 6 замкнут, ключ 9 разомкнут ) проводитс  измерение мгновенных значений импульса мощности, поступающих в нагрузку, и формирование сигнала о среднем значении мощности импульса за полупериод, т.. е. реализуетс  зависимость г u --Pcp t)-%J iC-t)uit)at, где Те - период питающей сети; i(t), U(t) - мгновенные значени  тока и напр жени . В подцикле формировани  регулирующего сигнала (ключ 6 разомкнут, ключ 9 замкнут) разность среднего значени  импульса мощности Pcp(t) и заданной величины мощности 1), интегрируетс  в течение Тс/2 интегратором 10, формиру  регулирующий сигнал, т. е. обеспечиваетс  реализаци  функциональной зависимости Тс . Так как в |5егул торе мощности си|- нал обратной св зи формируетс  в течение одного полупериода питающей сети, а второй полупериод используетс  дл  формировани  регулирующего сигнала, инерционность регул тора можно считать равной одному периоду питающей сети, в отличие от известного устройства, имеющего инерционность vi-периодов питающей сети, что позвол ет в предла гаемом регул торе в и раз уменьшить длительность переходных процессов, возникающих при изменении задающих или возмущающих воздействий. Кроме того , раздельное дискретное формирование .сигналов регулировани  и обратной св зи позвол ет исключить перерегулирование в предлагаемом регул торе, неизбежно возникающее при изменении задани  регулировани  в известном устройстве . Действительно, при скачкообразном изменении сигнала задани  сигнал обратной св зи из-за своей инерционности не в состо нии мгновенно изменить свое значение, а это приводит к возникновению ошибки регулировани , котора  в свою очередь вызывает такое увеличение мощности, чтобы за минимально возможное врем  компенсировать возникшую ошибку. В регул торе 9 вследствие того, что обратна  св зь фактически замыкаетс  лишь в определенные моменты времени, интегратор 10 который в подцикле формировани  регулирующего сигнала, име  коэффициент передачи равный единице, измен ет свое состо ние на величину ошибки, обеспечива  в измерительном полупериоде регулирующий сигнал, при котором среднее значение мощности за полупериод соответствует заданному. Таким образом, при любых возмущени х по заданию регул тор обеспечивает переход к новому значению регулировани  за . один период питающей сети без перерегулировани . Во втором варианте регул тора сигнал обратной св зи и регулирующий сиг нал формируютс  в течение одного полу периода питающей сети, т. е. инерцион ность регул тора равна полупериоду пи тающей сети. При изменении задающего сигнала, которое может происходить в моменты существовани  стробирующего импульса (во врем  отсутстви  стробирующего импульса изменени  задающего сигнала не передаютс  на выход задатчика и задание регулировани  в- этот момент равно заданию в момент окончани  стробирующего импульса), регул тор формирует , импульс мощности по заданию, существующий в момент срабатывани  компаратора (или в момент.окончани  стробирующего . импульса) , По окончании импульса мощности, когда в первом интеграторе сформирован сигнал обратной св зи, происходит сравнение сигнала задани  и сигнала обратной св зи, и по разности этих сигналов формируетс  вторым интегратором корректирующий сигнал, который учитывает возможные несоответстви  между задающим сигналом и фактической мощностью, переданной в нагрузку импульсом. При коэффициенте передачи корректирующего интег ратора равном единице, это несоответствие отработано при формировании оче редного импульса мощности. Так как изменение задани  регулировани  не вли ет на корректирующий сигнал, то при номинальных параметрах питающей сети и нагрузки переходной процесс практически отсутствует, т. е. выходна  мощность регул тора соответствует заданной в каждом попупериоде питающей сети. 90 Регул тор может работать и без стробировани  задатчика. Однако ввиду того, что возмущение по заданию может произойти в любой момент времени , например в тот момент, когда уже мощность поступает в нагрузку, изменение задани  оказывает вли ние на корректирующ|ий интегратор и в регул торе в этом случае наблюдаетс  перерегулирование и Зат гивание переходного процесса, значени  величин которого определ ютс  коэффиц| ентом передачи корректирующего интегратора К. При переходной процесс заканчиваетс  за два полупериода питающей сети , а величина перерегулировани  равна возникшему рассогласованию. При уменьшении коэффициента передами величина перерегулировани  падает, а длительность переходного процесса возрастает . Уменьшить величину пёререгулировани  и длительность переходного процесса можно ограничением выходного сигнала корректирующего интегратора. Дл  этого емкость второго интегратора необходимо зашунтировать двум  стабилитронами , включенными встречно-параллельно или последовательно. Уровень ограничени  определ етс  возможным значением отклонений мощности от номинальной при изменении параметров питающей сети и нагрузки. При отработке возмущений по мощности оба регул тора формируют корректирующий сигнал по величине возникшей ошибки, котора  отрабатываетс  в последующем полупериоде. Следовательно. величина возможных отклонений регулируемой мощности от заданной зависиттолько от величины возникших возмущений . Использование предлагаемых регул торов электрической мощности, имеющих высокую статическую точность регулирований и быстродействие близкое к оптимальному , позвол ет строить на их основе быстродействующие прецизионные системы автоматического- регулировани , например, температуры электротермического оборудовани . Формула изобретени  1. Регул тор электрической мощности переменного тока, содержащий блок тиристоров, включенный в силовую цепь между входной и выходной клеммами, измерительный преобразователь мгновенном мощности, один вход которого подключен к выходу датчика тока, а другой - к выходу датчика напр жени , включенных в силовую цепь, последовательно соединенные первый интегратор и вычитатель, к другому входу которого подключен задатчик, формирователь синхронизирующих импульсов, входом соединенный с входными клеммами, а выходом через формирователь синхронизирующего опорного сигнала подключенный к одному из входов компаратора, выход которого через формирователь запускающих импульсов подключен к управл ющему входу блока тиристоров, отличающимис  тем, что, с целью увеличени  точности и улучшени  качества регулировани , в него введены второй интегратор, два аналоговых ключа и блок управлени , причем первый аналоговый ключ включен между выходом измерительного пр еобразовател  мгновенной мощности и входом первого интегратора, второй аналоговый ключ подключен к входу второго ратора и выходу вычитател , а выход второго интегратора соединен с вторым входом компаратора, вход блока управлени  подключен к выходу формировател  синхронизирующих импульсов, а первый , второй и третий выходы блока управлени  соединены соответственно с управл ющим входом первого аналогового ключа, с управл ющим входом второго аналогового ключа, и с управл ющим входом первого интегратора.
2. 2. Регул тор электрической мощности переменного тока, содержащий блок тиристоров, включенный в силовую цепь между входной и выходной клеммами, измерительный преобразователь мгновенНОИ мощности, один вход которого подключен к выходу датчика тока, а друго .й - к выходу датчика напр жени , включенных в силовую цепь, последовательно соединенные первый интегратор и вычитатель, к другому входу которого подключен задатчик, формирователь синхронизирующих импульсов, входом соединенный с входными клеммами, а выходом через формирователь синхронизирующего опорного сигнала подключенный к одному из входов компаратора, выход которого через формироват.ель запускающих импульсов подключен к управл ющему входу блока тиристоров, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  точности и улучшени  качества регулировани , в него введены последовательно соединенные аналоговый ключ, второй интегратор и сумматор , а также блок управлени , причем второй вход сумматора соединен с выходом задатчика, а выход подключен к второму входу компаратора, вход аналогового ключа подключен к выходу вычитател , входы блока управлени  соединены с выходом формировател  синхронизирующих импульсов и выходом компаратора соответственно, а первый, втрой и третий ВЫХОДЫподключены соответственно к управл ющему входу первого интегратора, к управл ющему входу аналогового ключа и к стробирующему входу задатчика.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1.Авторское свидетельство СССР If ,.кл. G 05 F 1/166, 1978.

   2.Патент ФРГ № (1, кл. G 05 F 1/66, 1976.

   I

   Г-

   гл-j

   miJ

   г

   г

   r -t-QIl