Регулятор мощности переменного тока

 

(72) Авторы изобретения

П. И. Кравец, В. А. Скаржепа и Е. П. Мясников

Киевский ордена Ленина политехнический йнститут им. 50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции (7l ) Заяввтель (54) РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к регулированию электрических величин, в частности мощности.

Известны регуляторы электрической мощности в нагрузке, подключенной к сети переменного тока, содержащие силовую цепь из последовательно соединенных тиристорных ключей и нагрузки, и управляющую цепь, содержащую датчик регулируемой величины, усредняю-. щий фильтр, .компаратор и формировате- 1в ли запускающих импульсов, принцип действия которых основан на усреднении сигналов датчика регулируемой величины с последующим сравнением полученного сигнала обратной связи с заданным

15 .значением и формированием (по резуль» татам сравнения) сигнала на запуск силовых тиристоров Я .

Недостатком таких регуляторов являются значительная инерционность, обусловленная наличием усредняющего фильтра и, как следствие, невысокая статическая и динамическая точность.

Наиболее близким к предлагаемому

:по технической сущности является регулятор мощности, содержащий блок силовых тиристоров, включенный последовательно между входным и выходным выводами, и устройство управления, содержащее последовательно соединенные датчик мгновенного значения выходной мощности, интегратор и компаратор, второй вход которого соединен с выходом задатчика, последовательно соединенные формирователь синхрони- . знрующих импульсов и формирователь запускающих импульсов, при этом выход. формирователя запускающих импульсов соединен с управляющим входом блока силовых тиристоров, а вход формирователя синхрониэирующих импульсов соединен с одним из выходов синхронизирующего трансформатора, вход которого соединен с входными выводами. Принцип работы данного регулятора основан на фазовом управлении силовыми тиристорами с естественным выключением послед877508 4 сеть 1 и подключенную к ней силовую цепь, состоящую из последовательно соединенных блока 2 силовых тиристо,ров и нагрузки 3, последовательно соединенные датчик 4 мгновенного значения выходной мощности, токовая измерительная цепь которого посредством измерительного трансформатора подключена к силовой цепи, .а измерительная ð цепь напряжения подключена параллельно нагрузке, интегратор 5, компаратор

6 и задатчик 7, выход которого соединен со вторым входом компаратора, формирователь 8 запускающих импульсов, выход которого подключен к управляющему входу блока 2 силовых тиристоров, формирователь 9 синхроимпульсов, выгу- ход которого соединен со входом формирователя запускающих импульсов и одним из входов синхронизации интегь- ратора 5, синхронизирующий трансфорь матор 10, вход которого подключен к питающей сети 1, а выходы — один ко входу формирователя 9 синхроимпульсов, другие — к синхрониэирующим входам устройства 11 выключения силовых тиристоров, управляющий вход которого соединен со вторым входом синхронизации интегратора 5 и выходом компаразр тора 6.

Схема регулятора (фиг. 2) дополнительно содержит двухвходовый суммаен тор 12, включенный между выходом инд тегратора 5 и первым входом компаратора 6, блок 13 модулирования погреш.

Ф од ности, вход которого подключен к выходу датчика 4, а выход — ко второму входу сумматора 12.

В качестве датчика мгновенной мощо- ности используется измерительный пре40 у- образователь мощности на датчиках Холпа, них. Момент включения силовых тиристоров определяется соотношением между заданным и средним значениями .мощности и развертывающим сигналом 121.

Однако в таком регуляторе точность поддержания заданного значения зависит от точностных показателей усредняющего фильтра (интегрирующей цепи), причем точность увеличивается с увеличением постоянной времени фильтра.

При этом ухудшаются динамические показатели регулятора, так как сигнал обратной связи не в состоянии передавать быстрые изменения мощности. Таким образом, увеличение статической точности в данном регуляторе связано с ухудшением динамической точности.

Кроме того, при изменении задания ре лирования в регуляторе наблюдаются пе реходные процессы, длительность которых также определяется постоянной фил тра, и которые не позволяют использоват

его в качестве, исполнительного устрой . ства в быстродействующих системах ав томатического регулирования.

Цель изобретения — улучшение дина мических характеристик.

Поставленная цель достигается тем что в устройство введен блок выключе ния силовых тиристоров, синхронизиру ющие входы которого подключены к дру гим выходам синхронизирующего трансформатора, а управляющий вход соедин с выходом компаратора, при этом выхо компаратора соединен с первым входом синхронизации интегратора, второй вх синхронизации которого соединен с вы ходом формирователя синхронизирукицих импульсов.

Кроме того, для дополнительного п вышения точности регулирования в per лятор введен двухвходовый сумматор, включенный между выходом интегратора и входом компаратора, и блок моделирования погрешности, выход которого подключен ко второму входу сумматора, 45 а вход — к выходу датчика мгновенного значения выходной мощности.

На фиг. 1 представлена функциональная схема регулятора мощности; на фиг. 2 — функциональная схема регулятора мощности, обеспечивающая дополнительное увеличение точности; на фиг. 3 " диаграммы питающего напряжения и йогрешности коммутации; на фиг. 4 — принципиальная схема модели погрешностей коммутации.

Функциональная схема регулятора мощности (фиг. 1) содержит питающую, Интегратор 5 выполнен на основе операционного усилителя, интегрирующая емкость которого может закорачиваться ключом, управляемым триггером.

Компаратор 6 выполнен на базе операционного усилителя.

Формирователь 8 запускающих импульсов и формирователь 9,синхроимпульсов выполнены на основе транзисторных импульсных усилителей.

Устройство 11 принудительного выключения силовых тиристоров может быть выполнено на основе тиристорных ключей и коммутирующих емкостей, включенных определенным образом, и может быть включено в схеме параллельно:на5 877508

15

25

35

45

Формула изобретения грузке, (фиг. 1 и фиг. 2) или параллельно блоку 2 силовых тиристоров.

Блок 13 модулирования погрешности может быть выполнен. в виде простейшего суммирующего устройства на резисторах (фиг. 4), суммирующего сигнал датчика 4 мощности и постоянное опорное напряжение. Переменные резисторы служат для установления требуемого соотношения между постоянной и переменной составляющими погрешности.

Принцип работы предлагаемого регулятора основан на фазовом методе управления силовыми тиристорами с вклю. чением их в начале каждой полусинусоиды и выключением в требуемый момент..

Момент выключения тиристоров определяется равенством заданногс и фактического значения интегральной мощности, поступившей в нагрузку в данном полупериоде питающего напряжения. В отличие от известного в предлагаемом регуляторе не требуется развертывающего сигнала, так как выходной сигнал интегратора 5 одновременно является и развертывающим.

В момент перехода напряжения (тока) питающей сети 1 через нуль формирователь 9 синхроимпульсов формирует импульс, который, проходя через формирователь 8 запускающих импульсов, включает силовой тиристор в блоке 2.

Одновременно синхроимпульс поступает на интегратор 5 включая его.

Мощность, потребляемая нагрузкой, измеряется датчиком 4 и интегрируется в интеграторе 5. Проинтегрированиое значение мощности сравнивается с saданныи значением на компараторе 6 и в момент их равенства компаратор формирует импульс, который поступает на устройство 11 выключения тиристоров, и одновременно обнуляет и выключает интегратор 5 ° Устройство 11 выключения тиристоров обеспечивает запирание включенного силового тиристора.

Таким образом, в каждом полупериоде питающего напряжения в нагрузке выделяется заданная величина интегральной мощности, причем любые изменения со стороны питающей сети и нагрузки мгновенно учитываются интегратором и входят в выделенное значение интеграль ной мощности. Это позволяет поддержи. 55 вать заданную величину мощности с точ- ностью, которую может обеспечить датчик мощности и полностью устранить динамические погрешности и переходные процессы как в режййе стабилизации, так н в режиме управления.

Так как сигнал на запирание силовых тиристоров поступает с компаратора в момент равенства фактической и заданной величины мощности, а силовые тиристоры при этом выключаются,не мгновенно, то за время коммутации в нагрузке дополнительно будет выделяться мощность, которая уже не может быть учтена. Это создает дополнительную погрешность, относящуюся к систематической. Величина этой погрешности колеблется в пределах 0,1-1,0Х в зави-. симости от применяемого устройства выключения тиристоров. Так как время выключения тиристоров зависит от величины приложенного обратного напряжения и величины прямого тока, то величина этой погрешности дополнительно изменяется в зависимости от момента. выключения тиристоров.

Для устранения этой погрешности в регулятор введена модель 13 погрешностей коммутации, -которая, в зависимости от величины мгновенной мощности, формирует сигнал, моделирующий величину этой погрешности. Этот сигнал суммируетс с сигналом интегратора .5 и, таким образом, в каждый момент времени учитывается потенциальная по- грешность от коммутации, т. е. срабатывание компаратора происходит с учетом мощности, которая выделена в нагрузке в процессе коммутации.

Использование предлагаемого регуля.тора позволяет получать высокую стати ческую точность регулирования при отсутствии мгновенных пульсаций мощности в режиме стабилизации и переходных процессов в режиме управления, а также на его основе строить прецизионные быстродействующие системы автоматического регулирования

1. Регулятор мощности переменного тока, содержащий блок силовых тиристоров, включенный последовательно между входным и выходным выводами, и устройство управления, содержащее последовательно соединенные датчик мгновенного значения выходной мощности, интегратор и компаратор, второй вход которого соединен с выходом задатчика, последовательно соединенные

7 формирователь синхрониэирующих импульсов и формирователь эанускнющих импульсов, при этом выход формирователя запускающих импульсов соединен с управляющим входом блока силовых тиристоров, а вход формирователя синхронизирующих импульсов соединен с одним из выходов синхрониэирукнцего трансформатора, вход которого соединен с входными выводами, о т л н ч а ю - 30 шийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик, в него введен блок выключения силовых тиристоров, синхрониэирующие входы которого подключены к другим выходам син- 5 хранизирующего.трансформатора, а управляющий вход соединен с,выходом компаратора, при этом выход компаратора соединен с первым входом синхронизации интегратора, второй вход син08 хронизации которого соединен с выходом формирователя синхронизирующих импульсов.

2. Регулятор по и. l, о т л и— ч .а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, выход интегратора соединен со входом компаратора, через введенный двухвходовый сумматор, при этом ко второму входу последнего подключен выход введенного блока моделирования погрешности, вход которого подключен к выходу датчика мгновенного значения выходной мощности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе l. Авторское свидетельство СССР

У 559471, кл. Ci 05 F 1/66, 1975.

2. Патент США В 3373330, кл. 318-308, 1968.