Способ стабилизации активной мощности тиристорного регулятора и устройство для его осуществления

 

1. Способ стабилизации активной, мощности тиристорного регулятора,при котором измеряют выходной ток рбгулятора ,.выпрямляют и интегрируют измеренное значение в течение интервала протекания тока через тиристорный регулятор, сравнивают полученную в результате интегрирования контролируемую величину с пороговым уровнем и в момент их равенства формируют один из фронтов сигнала управления тиристорным регулятором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации активной выходной мощности тиристорного регулятора, снижения уровня высокочастотных помех, и повышения коэффициента мощности., измеряют среднее значение входного напряжения тиристорного регулятора, измеряют величину указанного порогового уровня обратно пропорционально измеренному среднему значению входного напряжения, формируют первые импульсы в моменты1Йзменения полярности входного напряжения,формируют вторые импульсЫ с частотой следования в tr раз меньшей частоты первых импульсов, синхронизируют ими начало указанного интегрирования, и передний фронт указанного сигнала управления, задний фронт которого формируют в указанный момент равенства контролируемой величины и порогового уровня. 2. Устройство для осуществления способа по П.1, содержащее регулирующий элемент на тиристорах, включенный силовыми выводами между входными и выходными выводами регулятора через датчик выходного тока, а управлянадим входом подключенный к выходу формирователя сигнала управления, первый вйпрямитель , подключенный входом к вы- g ходу датчика выходного тока, а вых.о (Л дом - к первому входу интегратора, выходом соединенного с первым входом блока сравнения, соединенного вторым, входом с выходом формирователя порогового уровня, а.выходом - со входом блока управления, и синхронизатор, от ли чающий ся тем, что, с -j-j. целью повышения точно ги стабилизации активной мощности На выходе регулятора, снижения уровня высокочастотных помех и повышения коэффициента мощ00 ности, оно снабжено делителем частоты , выходом-подключенным к второму 00 входу указанного интегратрра, а входом - к первому выходу указанного NP синхронизатора, подключенного входом к входным выводам регулятора, а вторым выходом - к первому входу введенного блока совпадения, выходом подключенного к входу указанного формирователя сигнала управления, а вторым входом - к выходу введенного триггера, первым входом соединенного с выходом указанного блока сравнения, а вторым входом - с выходом делителя частоты и вторым выпрямителем, который через введенный фильтр подключен к входу указанного формирователя порогового уровня.

«9г «гг

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ЗШ Н 02 P 13 16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ. КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 3502291/24-07 (22) 22.10.82 (46) 15 ° 02.84. Бюл. Р б (72) Б.З.Курчик (71) Ленинградский электротехнический институт связи им.проф.М.A.Áîí÷-Бруевича (53) 621.316 ° 722.1(088.8) (56) 1. Устройства электропитания мощных радиосистем. Под ред.А.А.Ткачева, М., "Энергия", 1972, с. 40-52.

2. Скаржепа В.А. и др. Тиристорные цифровые регуляторы температуры. Киев, "Техника", 1979, с. 179.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 881962, кл. H 02 P. 13/16, 1981 ° (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ AKTHBHOA

МОЩНОСТИ ТИРИСТОРНОГО РЕГУЛЯТОРА И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ стабилизации активной. мощности тиристорного регулятора,при котором измеряют выходной ток регулятора, выпрямляют и интегрируют измеренное значение в течение интервала протекания тока через тиристорный регулятор, сравнивают полученную в результате. интегрирования контролируемую величину с пороговым уровнем и в момент их равенства формируют один из фронтов сигнала управления тиристорным регулятором, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации активной выходной мощности тиристорного регулятора, снижения уровня высокочастотных помех, и повышения коэффициента мощности., измеряют среднее значение входного напряжения тиристорного регулятора, измеряют величину укаэанйого порогового уровня обратно .пропорционально измеренному среднему значению входного напряжения, формируют первые импульсы в моменты изменения полярности входного напряжения, формируют вторые импульсй с частотой следования в я раз меньшей частоты первых импульсов, синхронизируют ими начало укаэанного интегрирования, и передний фронт укаэанного сигнала управления, задний фронт которого формируют в укаэанный момент равенства кОнтролируемой величины и порогового уровня.

2 ° Устройство для осуществления . способа по п.1, содержащее регулирующий элемент на тиристорах, включенный силовыми выводами между входными и выходными выводами регулятора через датчик выходного тока, а управляющим входом подключенный к выходу формирователя сигнала управления, первый выпрямитель, подключенный входом к вы- Я ходу датчика выходного тока, а выходом — к первому входу интегратора, выходом соединенного с первым входом блока сравнения, соединенного вторым С входом с выходом формирователя порогового уровня, а выходом — co входом р блока управления, и синхронизатор, отличающийся тем, что, с целью повыаения точносги стабилизации активной мощности на выходе регулято ра, снижения уровня высокочастотных помех и повышения коэффициента мощности, оно снабжено делителем частоты, выходом-подключенным к второму входу указанного интегратора, а входом - к первому выходу укаэанного синхронизатора, подключенного входом к входным выводам регулятора, а вторым выходом - к первому входу введен ного блока совпадения, выходом подключенного к входу указанного формирователя сигнала управления, а вторым входом - к выходу введенного триггера, первым входом соединенного с выходом укаэанного блока сравнения, а вторым входом - с выходом делителя частоты и вторым выпрямителем, который через введенный фильтр подключен к входу укаэанного формирователя порогового уровня.

1073874

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания систем накала генераторных ламп и различных нагревательных устройств.

Стабилизация температуры таких по- 5 требителей электроэнергии осуществляется путем стабилизации активной мощности, выделяющейся на нагрузке и регулируемой с помощью тиристорного или магнитного регулятора, уста- 10 навливаемого в цепи переменного тока.

Известен способ стабилизации выходной мощности подобного регулятора, состоящий в измерении мгновенных значений выходного напряжения и тока, 15 их перемножении, сравнении произведения с эталонной величиной, выделении сигнала рассогласования, его усилении и преобразовании в сигнал управления регулирующим элементом 1). 20

Недостатком этого способа является его сложность.

Наиболее близким к изобретению является способ стабилизации активной мощности тиристорного регулятора, при которой измеряют выходной ток регулятора, выпрямляют и интегрируют измеренное значение в течение интервала протекания тока через тиристорный регулятор, сравнивают полученную в результате интегрирования З0 контролируемую величину с пороговым уровнем и в момент их равенства формируют один из фронтов сигнала управления тиристорным регулятором С23.

Однако этот способ не может быть применен для питания накала генераторных ламп из-за высокого уровня высокочастотных помех, вызванных искажением формы напряжения на нагрузке и низкой точности стабилиза- 40 ции активной мощности, выделяющейся на нагрузке и определяемой, как

1

Р„„= — Uidto

Известный способ 12(обеспечивает стабилизацию только части активной мощности, равной произведению средних за полупериод. значений напряжения и тока

0,5Т 0,5Т

Р= — ) Udt — ) i8t =Π3

21 2

Н2-т) т) - с, сР

О 0 Ф

При фазовом регулировании синусоидального напряжения, примененном в ГЗ,( у2

p e (q g 91(1®1

Н" R (2 23 37 ((О ,П1. 2 (Ц Р(1 (f+ СО9 0 ) 50

60 где с — угол регулирования °

При у2 4О2 о =о 1- О; Р=Р; Р = j РН2

При а=Ы2=05(7; (=0,2И; Р = — iP

2 1 н1 „ ((2 «((.2R

Следовательно, при изменении сопротивления нагрузки в 4 раза и стабилизации мощности Р((2 мощность, нагревающая нагрузку Р((1, изменяется в 2 раза, что недопустимо для питания накала генераторных ламп и других нагревательных установок.

Кроме того, недостатками укаэанного способа являютСя низкий коэффициент мощности даже при активной нагрузке из-за сдвигов между током и напряжением, большая инерционность установления угла а(. и сложность обес.печения высокой устойчивой системы из-за регулирования мощности по отклонению.

Цель изобретения - повышение точности стабилизации активной выходной мошности регулятора, снижение уровня высокочастотных помех и повышение коэффициента мощности.

Цель достигается тем, что согласно способу стабилизации активной мощности тиристорного регулятора, при котором измеряют выходной ток регулятора, выпрямляют и интегрируют измеренное значение в течение интервала протекания тока через тиристорный регулятор, сравнивают полученную в результате интегрирования контролируемую величину с пороговым уровнем и в момент их равенства формируют один иэ фронтов сигнала управления тиристорным регулятором, измеряют среднее значение входного напряжения тиристорного регулятора, изменяют величину укаэанного порогового уровня обратно пропорционально измеренному среднему значению входного на" пряжения, формируют первые импульсы в моменты изменения полярности входного напряжения, формируют вторые импульсы с частотой следования в р раз меньшей частоты первых импульсов, синхронизируют ими начало укаI ванного интегрирования, и передний фронт укаэанного сигнала управления, задний фронт которого формируют в указ;..нный момент равенства контролируемой величины и порогового уровня.

На фиг.1 показаны осциллограмма, иллюстрирующие предлагаем 1й способ, На фиг.1 обозначеног входное напряжение регулятора, 1g - последовательность первых импульсов; выходной ток регулятора после выпрямленияу

1073874 мТ Т

Р = U(tl (Ца 1X u(tli(t И=

Т Т К=1

О

О О

1ю 2. Оэт в —,« 0 3 cd w4dt= с К=

2nÒ о

U 7

ill ITL П1 М j), П\

=V7 — = — 0 3 — =сопзЬЯ

2 и и 8 cpcpn

120 где З Р - среднее за полупериод сети

25 значение тока нагрузки, l)(57 (3, Я r(tlat).

30 Отсюда

С

8Яп Л

Ю .

T)2uсР ср

Кт.е амперсекундный интервал тока 35 должен быть обратно пропорционален среднему значению питающего напряжения (Д=А ). ). Так как напряже8п

1 .Б2 ние питания отклоняется от своего 40 номинального значения только в не8)(сР.О больших пределах (Ьц =t (5-

3 ср.з (1 -к где Ucp.п- номинальное среднее за полупериод сети значение напряжения, -bU/Ucp0, D=>l бР.o, В соответствии с приведенными на фиг.1 осциллограммами и приведенными соотношениями формируют последовательность первых, импульсов.ig, осу- 55 ществляют.деление частоты в,й раз, формируя тем -самым последовательность вторых импульсов 1, каждый из которых является запускающим для интегратора. 60

Первые импульсы подаются на управляющий вход регулятора в течение промежутка времени, когда напряжение 0 не достигает порогового

»овн«АОРТi. пфр 2 > . .HnH Unopen

1 - последовательность вторых импульсов 1 - напряжение на выходе интегратора>

Ulloð- пороговый уровень, U3, — напря.кение на выходе регулятора.

Основные теоретические положения, позволяющие реализовать предлагаемый способ (питание регулятора осуществляется от однофазной синусоидальной 10

:)сети переменного тока ), следующие только напряжение И превышает по,роговый уровень, запрещают первым импульсам проходить на вход регулятора. Таким образом осуществляют широтно-импульсную модуляцию напряжения на частоте вторых импульсов.

Поскольку каждая полуволна входного напряжения, проходя через регулятор, не искажается, то на входе и выходе регулятора уменьшается уровень радиопомех, а также повышается коэффициент мощности тиристорного регулятора как потребителя.

Известны устройства, содержащие измерители мгновенных значений выходного напряжения тиристорного регулятора и выходного тока, выходами подключенные к блоку умножения, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, подключенного вторым входом к источнику эталонного напряжения, а выходом, через усилитель и формирователь сигнала управления - к управляющему входу тиристорного регулятора 11)и(23.

Недостатком этих устройств является сложность.

Наиболее близким к изобретению является тиристорный регулятор, содержащий регулирующий. элемент на тиристорах, включенный силовыми выводами-между входными и выходными

:выводами регулятора через датчик выходного тока, а управляющими входами подключенный к выходу формирователя сигнала управления, первый выпрямитель, подключенный входом к выходу датчика выходного тока, а выходом — к первому входу интегратора, выходом соединенного с первым входом блока сравнения, соединенного вторым входом с выходом формиро-. вателя порогового уровня, а выходомсо входом блока управления, и синхронизатор ГЗ).

Недостатками этого устройства являются невысокая точность стабилизации активной мощности.на выходе регулятора| высокий уровень помех и низкий коэффициент мощности, что обусловлено искажением формы тока в каждом полупериоде питающего напряжения.

Цель изобретения — повышение точности стабилизации активной мощности на выходе регулятора, снижение уровня высокочастотных помех и повышение коэффйциента мощности.

Цель достигается тем, что устройство для реализации способа стабилизации активной мощности тиристорного регулятора, содержащее регулирующий элемент на тиристорах, включенный силовыми выводами между входными и выходными выводами регулятора через датчик выходного тока, а управляк)щим входом подключенный к выходу формирователя сигнала управления, 1073874 первый выпрямитель, подключенный входом к выходу датчика выходного тока, а выходом — к первому входу интегратора, выходом соединенного с первым входом блока сравнения, соединенного вторым входом с выходом формирователя порогового уровня, а выходом - co входом блока управления, и синхронизатор, снабжено делителем частоты, выходом подключенным к второму входу указанного интегратора, а входом — 10 к первому выходу указанного синхронизатора, подключенного входом к входным вынодам регулятора, а вторым выходом — к первому входу введенного блока совпадения, выходом подключенного к входу укаэанного формирователя сигнала управления, а вторым входом — к выходу введенного триггера, первым входом соединенного с выходом укаэанного блока сравнения, а вторым входом — с выходом делителя частоты и вторым выпрямителем, который через введенный фильтр подключен к входу указанного формирователя порогового уровня. 25

На фиг.2 приведена структурно-функциональная схема устройства, .реализующего предлагаемый способ стабилизации мощности, на фиг.3 - устройство, предназначенное для установки трех пороговых уровней. устройство (фиг.2) содержит тиристорный регулятор 1, включенный между входными выводами 2 и нагрузкой 3, причем н цепи регулятора установлен трансформатор 4 тока, к которому подключен выпрямитель 5 тока нагрузки. Ток выпрямителя 5 подается на вход интегратора б, синхронизированного сигналами, поступающими с выхода делителя 7 частоты сетевого пита- 40 ющего напряжения в и раз. Делитель 7 частоты подключен к синхрониэатору

8, выдающему импульсы в моменты изменения полярности питающего напряжения.

К входным выводам 2 подключен выпря- 45 митель 9 с индуктинным фильтром 10, напряжение на выходе которого в блоке 11,формирования порогоного уровня сравнивается с рядом эталонных .напряжений. Сигналы с выхода интеграто-50 ра 6 и формирователя 11 поступают на вход схемы 12 сравнения, работающей в импульсном режиме. Выход схемы

12 подключен к одному входу, -а выход делителя 7 частоты — к другому нходу триггера 13 с раздельным входом. Выход триггера 13 вместе с ныходом синхронизатора 8 подключен к входам схемы 14 совпадения, управляю" щей формирователем 15 сигналов управления регулятора 1. 60

Изменение порогового уровня, обратно пропорционального среднему значению питающего напряжения, можно осуществить с помощью устройства, 65 изображенного на,фиг.3, предназначен-. ного для установки трех пороговых уровней.

Устройство работает следующим образом.

Среднее значение питающего напряжения сравнивается с двумя эталонными напряжениями UzT 1 и U 2, причем Уэт1 )Оэтг . Если УсР < эт2 то

Unop1 о1 Uo2+Up3 . если 0эт1 ) ср ) Tg то транзистор V 1 открывается и Unopen=

-Up1+Up2 UHNc ч1 . Если Vcp >VPT1 то открывается транзистор 2 и пороговое напряжение становится еще мень 0пор з = "о1 0насчг Цер) ми "ал элементов можно подобрать таким образ ом, чтобы повышение средне го э начения питающего напряжения на 5 и 10% по отношению к минимальному, вызывало соответствующее снижение порогового уровня тоже на 5 и 103.

Работа устройства, изображенного на фиг.1-3, протекает следующим об- . разом.

В момент подключения регулятора

1 к источнику 2 сетевого напряжения синхронизатор 8 начинает формировать импульсы управления тиристорами регулятора 1 в моменты изменения полярности питающего напряжения (кривые 02, и, фиг.1 1, а выпрямитель 9 с фильтром 10 — выпрямлять и фильтровать это напряжение. Открываются тиристоры регулятора 1, ток нагрузки, снимаемый с трансформатора 4 тока, выпрямляется выпрямителем 5, ин.тегрируется интегратором б, синхронизированным делителем 7 частоты и поступает на узел 12 сравнения вместе с пороговым напряжением с формирователя 11 порогового уровня.

Пок а прони те гриров а нный выпрямле нный ток нагрузки меньше порогового уровня сигнал на выходе узла 1 отсутствует и появляется только в момент их равенства. На выходе триггера 3 с раздельным входом формируется импульс, передний фронт которого совпадает с моментами подачи сигналов на триггер с делителя 7 частоты, а задний - с моментом появления сигнала на выходе блока 12. Сигналы с выхода триггера

13 и синхронизатора 8 поступают на блок 14, откуда в моменты их совпадения на блок 15. В результате сигна- лы управления поступают на тиристоры регулятора 1 только в:моменты изменения полярности питающего напряжения и только в ту часть периода низкой частоты, когда проинтегрированный. выпрямленный ток нагрузки меньше порогового уровня.

Технико-экономический эффект, обусловленный предлагаемым способом стабилизации мощности заключается в

l повышении точности стабилизации активной выходной мощности регулятора, полезно используемой для нагревания

1073874 нагрузки и стабилизации температуры, в снижении уровня высокочастотных помех, создаваемых стабилизатором мощности, в повышении коэффициента мощности и в повышении устойчивости стабилизатора.

Стабилизация активной мощности, нагревающей накал генераторной лампы, позволяет резко повысить срок ее службы, так как изменение температуры катода лампы на 2,5Ъ снижает срок ее службы, так как изменение температуры катода лампы на 2,5% снижает срок службр вольфрамовых торированных карбидированных катодов примерно в

3 раза; t5

Существенное снижение уровня ра;диопомех и повышение коэффициента мощности достигается за счет ШИМ на низкой частоте, при которой включение и выключение тиристоров осуществляют в моменты изменения полярности питающего напряжения. При таком регулировании высшие гармоники снижаются пропорционально квадрату их частоты, а

СО59 =1рО °

Повышение устойчивости стабилиза» тора достигается регулированием по двухкратному возмущению (входного напряжения и тока нагрузки), а не по отклонению выходной мощности.

1073874

Риаз

Составитель В.Цишевский

Редактор A.Õèì÷óê Техреду Ж.Кастелевич Корректор М.Демчик

Закаэ 376/53 тираж 467. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 113035-, Москва, K-35, Раушская наб., .д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4