Автоматический регулятор коэффициента мощности

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5Н 4 С 05 F 1/70

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ус . Р

Фиг1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4036759/24-07 (22) 07.02.86 (46) 23.10.87. Бюл. У 39 (71) Каунасский литейный завод "Цен— тролит" (72) В.P.Íîðâàéøàñ, P.Ë.Ïðàíöêÿâè÷þñ, П.И.Балазас и P. — Й.Б.Иарма (53) 621.316:925(088.8) (56) Установка индукционной тигельной электропечи ИЧТ-10/2,5-04. Эксплуатационная документация ЛНС

621012, 1972.

Авторское свидетельство СССР

У 754567, кл. Н 02 J 3/18, 1978.. SU„„1347077 А1 (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах автоматического регулирования реактивной мощности промышленной частоты как в отдельных силовых установках, так и в линиях электропередачи в целом, в частности в устройствах автоматического регулирования реактивной мощности индукционных печей на литейных заводах.

Целью изобретения является расшире3

1347077 ние области применения и повышение точности. регулирования. для этого в регулятор введены фазовращатель 1, фазовый детектор 4, блок автоматического регулирования 6, формирователь пилообразного напряжения 11, дешифраторы 18, 22, 30, линейки наборного поля управления по sin

Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования реактивной мощности промышленной частоты как отдельных силовых установок, так и в линиях электропередачи в целом, в частности к устройствам автоматического регулирования реактивной мощности индукционных печей на литейных заводах.

Целью изобретения является расширение области применения регулятора и повышение точности регулирования.

На фиг.1 изображена общая схема автоматического регулятора. коэффи— циента мощности; на фиг,2 — временные диаграммы характерных режимов регулятора.

В состав регулятора {фиг.1) входит фазовращатель 1, вход которого подключен от трансформатора 2 напряжения, а выход соединен с усилителем 3, который соединен с фазовым детектором 4. Трансформатор 5 тока соединен с блоком 6 автоматического регулирования, который через усили— тель 7 соединен с фазовым детектором 4, выходы которого соединены с компаратором 8 и усилителем 9. Тактовый генератор 10 соединен с формирователем 11 пилообразного напряжения, соединенным с компаратором 12 и ключом 13. Генератор 14 стробирующих импульсов соединен с ключом 13, выход которого соединен со счетчиком 15, выходы которого соединены со счетчиком 16, соединенным со счетчиком 17, который через дешифратор 18 соединен с линейкой 19 наборного поля по

sin q . Выход логического усилителя

20 соединен с аналого-цифровым преобразователем 21, который через дешифратор 22 и линейку 23 наборного управления по току соединен со счет5 чиком 16, первый выход которого соединен с делителем 24 частоты, который соединен со счетчиком 25, второй вход которого соединен с формирова10 телем 26 импульсов управления. Управляющий цифровой сумматор 27 соединен с компаратором 8, счетчиком 25, регистрами 28 и 29 памяти соответственно младшего и старшего разрядов, 15 которые имеют обратные связи. Pe— гистр 29 памяти старшего разряда соединен с дешифратором 30.

Автоматический регулятор коэффициента мощности работает следующим

20 образом.

Напряжение сети через трансформатор 2 напряжения поступает на фазовращатель 1, где происходит задержка о фазы напряжения на 90 . С фазовра25 щателя 1 через усилитель 3 импульсы напряжения поступают на фазовый детектор 4.

Ток нагрузки через трансформатор

5 тока поступает на блок 6 автомати30 ческого регулирования, на выходе которого импульсы тока практически не изменяются по величине, в то время как ток нагрузки может изменяться примерно в 1000 раз. С блока 6 через усилитель 7 импульсы тока поступают на фазовый детектор 4.

На выходах детектора 4 разность потенциалов равна нулю, т,е, U .

1347077

15

25

= О, в том случае, если гармонические колебания, подаваемые на входы фазового детектора, сдвинуты по фазе на Т /2 один относительно другого. Это достигается введением фазовращателя 1 в цепи напряжения.

Таким образом, на выходе фазового детектора разность потенциалов равна нулю в том случае, если напряжение сети и ток нагрузки совпадают по фазе, т,е. если нагрузка активная.

Если нагрузка емкостная, ток по фазе опережает напряжение, а на выходе

1 2 фазового, детектора Б4 ) U,. Если нагрузка индуктивная, ток по фазе отстает от напряжения, а на выходе

1 тт 2 фазового детектора U4

С выходов фазового детектора 4 потенциалы поступают на входы усилителя 9. Последний построен так, что он производит усиление только по модулю, .т.е. выходное напряжение Uz зависит только от разницы потенциалов, но не зависит от их полярности. Таким образом, на выходе усилителя 9 присутствует положительное напряжение 09, пропорциональное по величине фазовому сдвигу тока относительно напряжения сети, но не зависящее от направления сдвига, которое поступает на компаратор 12.

Для определения направления сдвига, т.е. для определения вида реактивности нагрузки, используется компаратор 8, входы которого подключены к выходам фазового детектора 4.

I 2

Если нагрузка емкостная U4 > U4,íà выходе компаратора 8 присутствует логическая "1" если нагрузка индуктив2 ная U4 U на выходе компаратора присутствует логический "0". С выхо— да компаратора 8 информация посту— пает на управляемый цифровой сумматор 27.

Частотой. переключения конденсаторных батарей управляет тактовый генератор 10, вырабатывающий прямоугольные импульсы, имеющие форму меандра U . С выхода тактового генератора 10 импульсы поступают на формирователь 11 пилообразного напряжения Uö . С приходом импульса отрицательной полярности U« на выходе формирователя 11 пилообразного напряжения появляется пилообразное напряжение положительной полярности

Уп, которое поступает на компаратор 12, В компараторе 12 происходит сравI нение напряжения U, поступающего с усилителя 9, с амплитудой пилообразного напряжения U,1, поступающего с формирователя пилообразного 11 напряжения. Когда амплитуда пилообразного напряжения превышает напряжение с усилителя 9, на выходе компаратора появляется логический "0". Время от отрицательного перепада U, на выходе тактового генератора 10 до по11 ll явления логического 0 (U,2 ) на выходе комп аратора 1 2 пропорционально напряжению на выходе усилителя 9, т.е. пропорционально фазовому сдвигу тока нагрузки относительно напряжения сети.

С выхода компаратора 12 импульсы поступают на вход ключа 13. На другой вход которого поступают импульсы с тактового генератора 10. Ключ открыт в промежутке времени от появления отрицательного перепада U q на выходе тактового генератора 10 до

11 11 появления логического 0 (U <2 ) на выходе к омп ар атора 1 2, и через него с генератора 1 4 с тробирующих импул ьсов строб-импульсы с частотой 1 МН2 поступают на счетчик 15. Таким образом, количество строб-импульсов 0,з, поступающих на счетчик 15, пропорционально фазовому сдвигу тока нагрузки относительно напряжения сети.

Счетчик 15 представляет собой делитель частоты с управляемым коэффициентом деления. С суммарного выхода счетчика 15 импульсы поступают на счетчик 16, который по своей конструкции похож на счетчик 15, но кроме суммарного выхода в нем имеется и пересчетный выход, т.е. на нем появляется каждый 4096 импульс относительно входных импульсов. С пересчетного выхода импульсы, поступают на счетчик 17, который управляет дешифратором 18, имеющим 16 выходов, которые включают соответствующую линейку 19 наборного поля управления, управляющего коэффициентом деления счетчика 15. Таким образом, каждый пересчетный импульс с выхода счетчика 16 переключает счетчик 17 на высший разряд, тем самым включая поочередно все старшую линейку 17 наборного поля управления. Линейки наборного поля управления подобраны таким образом, что на суммарном

1347077

55 выходе счетчика 15 частота выходных импульсов возрастает по синусоидальному закону по времени.

Ток нагрузки через трансформатор

5 тока поступает на усилитель 20, имеющий логарифмическую передаточную характеристику. Напряжение с усилителя 20 поступает на 16-ти разрядный аналого-цифровой преобразователь 21, который управляет дешифратором 22, имеющим 16 выходов, которые включа— ют соответствующую линейку 23 наборного поля управления, управляющего коэффициентом деления счетчика 16.

Таким образом, на суммарном выходе счетчика 16 частота выходных импульсов изменяется по логарифмическому закону в зависимости от тока нагрузки..

Коэффициент деления счетчика 16, управляемый наборным полем 23 управления, подобран таким образом, что на суммарном выходе счетчика 16 количество выходных импульсов в 16 раз превышает количество единичных емкостей, нужных для переключения, чтобы компенсировать реактивную составляющую тока нагрузки, Единственная емкость соответственно равна минимальной емкости конденсаторной батареи, используемой в регуляторе реактивной мощности.

Наборные поля 19 и 23 управления аналогичны по своей конструкции. Они представляют собой матричные диоды поля, состоящие из 16 линеек по 12 выходов, которые подключены к входам управляемых счетчиков 15 и 16. Подбирая определенное количество диодов и их расположение в линейках, а также переключая линейки в строго определенном порядке, наборным полем управления можно управлять коэффициентом деления счетчика по любому закону.

С суммарного выхода счетчика 16. импульсы поступают на делитель 24 частоты с коэффициентом деления 16.

Количество импульсов на выходе делителя 24 частоты соответствует количеству единичных емкостей, нужных для компенсации реактивной составляющей тока нагрузки. В начале каждого такта в делителе 24 частоты, представляющем собой счетчик с коэффициентом пересчета 16, импульсом с тактового генератора 10 записывается число, равное восьми, В связи с

1О

30 этим первый импульс на выходе делителя 24 частоты появляется с приходом импульса на его входе, Это позволяет поддерживать реактивную составляющую тока нагрузки с отклонением, равным половине реактивной составляющей тока, создаваемой включением единичной емкости„ относительно выбранной реактивной величины составляющей тока нагрузки. Так как с суммарного выхода счетчика 15, а тем более с суммарного выхода счетчика

16, импульсы распределены неравномерно по времени, то применение де лителя 24 частоты позволяет получить на его выходе импульсы, которые более равномерно распределены по времени.

С выхода делителя 24 частоты импульсы поступают на вход счетчика

25, в котором накапливается информация о том, сколько надо в данный момент переключить единичных емкостей, чтобы скомпенсировать отклонение реактивной составляющей тока.

Эта информация со счетчика 25 поступает на управляемый цифровой сумматор 27. В конце каждого измерительного такта после обработки информации счетчик 25 обнуляется импульсом с формирователя 26 импульсов управления.

На формирователь 26 импульсов управления поступают импульсы с тактового генератора 10 и компаратора 12.

После появления на выходе компарато.— ра 12 логического "0", т.е. после запирания ключа 13 и прекращения прохождения через него стробирующих импульсов с генератора 14 стробирующих импульсов, на одном из выходов формирователя 26 импульсов управле-. ния появляется импульс с низким логическим уровнем, который, поступая на регистры, 28 и 29 памяти,производит перезапись в них информации с управляемого цифрового сумматора 27, После появления на выходе тактового генератора 10 логического "0", на другом выходе формирователя 26 импульсов управления появляется импульс с низким логическим уровнем, который, поступая на счетчики 15-17 и 25, устанавливает их в нулевое состояние.

Управляемый цифровой сумматор 27, получая информацию со счетчика 25 о количестве единичных емкостей, нужных переключить в данный момент, а

1347077

55

7 с компаратора 8 о характере отключения реактивной составляющей тока, и учитывая данные, записанные в регистрах 28 и 29 памяти, вычисляет общую емкость, нужную для компенсации индуктивной составляющей тока нагруз. ки, распределяют эту емкость на конденсаторные батареи в зависимости от их емкости и выдает эти данные на регистры 28 и 29 памяти. Выходы 10 четырехразрядного регистра 28 памяти управляют включением четырех конденсаторных батарей, емкость которых имеет отношение 1:2:4:8, т.е. к более старшему разряду подключена 15 конденсаторная батарея в два раза большей емкости по сравнению с младшим разрядом. Выходы четырехразрядного регистра 29 памяти через дешифратор 30, имеющий 15 выходов, уп- 20 равляют включением 16 конденсаторных батарей, где емкость каждой в

16 больше емкости конденсаторной батареи, включаемой самим младшим разрядом регистра 28 памяти. Притом

7 эти 15 конденсаторных батарей включаются последовательно от начала к концу, а выключаются последовательно от кочца к началу.

Изменяя задержку фазы напряжения в фазовращателе 1, можно выбрать любую величину реактивной составляю— щей тока нагрузки, как индуктивную, так и емкостную, которую будет поддерживать данный автоматический регулятор коэффициента мощности.

Изменяя начальное выходное напряжение на выходе потенциометриче- . ского усилителя, можно изменить зону 40 нечувствительности автоматического регулятора коэффициента мощности, т.е. можно задавать максимальное отклонение от выбранной величины реактивной составляющей тока нагрузки, при котором еще не происходит переключение конденсаторньгл батарей.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Автоматический регулятор коэффициента мощности, содержащий трансформатор напряжения, трансформатор тока, генератор стробирующих импульсов и тактовый гЕнератор, четыре счетчика, формирователь импульсов управления и ключ, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расшире-. ния области применения регулятора и повышения точности регулирования, в него введен фазовращатель, четыре усилителя, фазовый детектор, блок автоматического регулирования, два компаратора, формирователь пилообразного напряжения, три дешифратора, линейки наборного поля управления по sin q и управления по току, аналого-цифровой преобразователь, делитель частоты, управляемый цифровой сумматор, регистры памяти младшего и старшего разрядов, причем вход фазовращателя подключен к трансформатору напряжения, а выход соединен с первым усилителем, выход которого соединен с фазовым детектором, трансформатор тока соединен с вторым усилителем и с блоком автоматического регулирования, который через третий усилитель соединен с фазовым детектором, два выхода которого соединены с первым компаратором и с четвертым усилителем, который соединен с вторым компаратором, тактовый генератор соединен с ключом, с делителем частоты, с формирователем импульсов управления и с формирователем пилообразного напряжения, выход которого соединен с вторым компаратором, выход которого соединен с вторым входом ключа и формирователем импульсов управления, первый выход которого соединен с четырьмя счетчиками, а второй выход соединен с регистрами памяти младшего и старшего разрядов, генератор стробирующих импульсов соединен с третьим входом, выход которого соединен с первым счетчиком, выход которого соединен с вторым счетчиком, выход второго усилителя соединен с аналого-цифровым преобразователем, который через первый дешифратор и линейку наборного поля управления по току соединен с вторым счетчиком, первый выход которого соединен с делителем частоты, а второй выход через третий счетчик, второй дешифратор, линейку наборного поля управления по sin y соединен с первым счетчиком, первый управляемый вход уп равляемого цифрового сумматора соеди нен с компаратором, второй вход— с четвертым счетчиком, третий вход с третьим дешифратором и четвертый и пятый входы — с выходами регистратором памяти младшего и старшего разрядов, а выходы управляемого цифро—

Составитель О.Наказная

Техред И.Попович

Редактор О.Головач

Корректор В.Бутяга

Заказ 5119/46

Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4

9 347077 10 вого сумматора соединены с входами да соединен с третьим дешифратором, вышеупомянутых регистров памяти, вы- а выход делителя частоты соединен с ход регистра памяти старшего разря- вторым входом четвертого счетчика.