Устройство для формирования управляющего сигнала

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I) Дополнительное к авт. свид-ву № 491127 (22) Заявлено 24.06.80 (21) 2943899/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 07.02.82. Бюллетень № 5 .Дата опубликования описания 17.02.82 (51) М, Кл, G 05 F 1/66

Государстееииый комитет

СССР

153) УДК 62.50 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

П. И. Кравец и В. А. Скаржепа

Киевский ордена Ленина политехнический инсти

Великой Октябрьской социалистической р (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЮЩЕГО

СИГНАЛА

Изобретение относится к автоматическому регулированию электрической мощности в нагрузке и может быть использовано в качестве исполнительного устройства в системах автоматического регулирования, например температурного режима электротермического оборудования.

По основному авт. св. № 491127 известно устройство для формирования управляющего сигнала, содержащее последовательно соединенные квадратор, интегратор, пиковый детектор и блок вычитания, ко второму входу которого подключен интегратор, к выходу — блок сравнения, выход которого соединен с блоком силовых тиристоров, на вход которого подключен источник синусоидального напряжения, второй вход которого подключен к квадратору.

Принцип работы фазового устройства основан на фазовом управлении силовых тиристоров с естественным выключением послед- ° них. Момент ьключения силовых тиристоров определяется равенством между заданным значением и опорным развертывающим сигналом, сформированным из квадрата сетевого напряжения и постоянного напряжения, пропорционального среднему значению квадрата сетевого напряжения за полупериод питающего напряжения. Такой опорный сигнал позволяет устранять возмущения со стороны питающей сети и при постоянной величине нагрузки стабилизировать мощность

5 в ней (1).

Однако при изменении величины нагрузки мощность не стабилизируется, а изменяется в соответствии с изменением сопротивления нагрузки R . Действительно, при изменении К„на величину ЬК„, мощность, выделяемая в нагрузке, будет равна Р„= 11 /

/(R„ +- ЬК„), т. е. будет наблюдаться приращение мощности в нагрузке на величину

ЬР„= Р„((ЬК» (К„) ) 1 ЬК„(К„) )

Рассмотренный недостаток устройства

15 формирования управляющего сигнала не позволяет использовать его для регулирования мощности в нагрузке, величина которой изменяется. Кроме того, как известно, в цепях переменного тока выделяемая мощность зависит от величины сдвига фаз тока и напряжения, а рассмотренный регулятор не учитывает и этого фактора.

Целью изобретения является регулирование мощности при изменяющейся величине активной нагрузки.

903843

На фиг. 1 представлена функциональная схема управляющего устройства для регулирования мощности при изменяющейся величине активной нагрузки; на фиг. 2 — функциональная схема устройства регулирования мощности для изменяющейся активно-индуктивной нагрузки с постоянным значением

cosy; на фиг. 3 — функциональная схема устройства для регулирования мощности при изменяющейся активно-индуктивной нагрузке с переменным значением cosy на фиг. 4— функциональная схема управляемого фазосдвигающего блока; на фиг. 5 — принципиальная схема управляемого фазосдвигающего блока; на фиг. 6 — принципиальная схема управляемого интегратора; на фиг. 7диаграмма работы устройства при изменяющейся величине сопротивления нагрузки.

Функциональная схема устройства для формирования управляющего сигнала регулирования мощности при изменяющейся величине активной нагрузки содержит источник синусоидального напряжения и подключенную к нему силовую цепь, состоящую из последовательно соединенных блока силовых тиристоров 2 и нагрузки 3, а также управляющую цепь из последовательно соединенных квадратора 4, интегратора 5, пикового детектора 6, блока вычитания 7 и блока сравнения

8, причем вход квадратора 4 подключен к источнику 1, выход блока сравнения 8 — к

$e

Поставленная цель достигается тем, что устройство для формирования управляющего сигнала снабжено последовательно соединенными согласующим блоком, выпрямителем, вторым вычитателем и вторым интегратором, а также последовательно соединенными датчиком тока нагрузки и вторым выпрямителем, выход которого соединен со вторым входом второго блока вычитания, вход согласующего блока подключен к источнику синусоидального напряжения, выход второго интегратора соединен со вторым управляющим входом первого интегратора, а управляющий первый вход второго интегратора подключен к выходу формирователя синхроимпульсов, второй — к выходу блока сравнения.

С целью регулирования мощности при изменяющейся величине активно-индуктивной нагрузки с постоянным значением cos q, дополнительно введен фазосдвигающий блок, включенный между согласующим блоком и первым выпрямителем.

С целью регулирования мощности при изменяющейся величине активно-индуктивной нагрузки с переменным значением cos g, фазосдвигающий блок выполнен управляемым, его вход подключен к выходу согласующего блока, второй вход соединен со вторым выходом второго выпрямителя, первый выход соединен со входом первого выпрямителя, а второй выход подключен к третьему управляюгцему входу второго интегратора.

ic

1$

И и зо з$

4S управляющему входу блока силовых тиристоров 2, вторый выход интегратора 5 соединен со вторым входом блока вычитания 7, а второй вход блока сравнения 8 — с выходом задатчика 9, последовательно соединенные согласующий блок 10, первый выпрямитель

11, второй вычитатель 12 и второй интегратор 13, причем вход согласующего блока 10 подключен к источнику 1, выход второго интегратора 13 соединен с первым управляющим входом первого интегратора 5, а первый управляющий вход второго интегратора 13 подключен к выходу блока сравнения 7, формирователь синхроимпульсов 14, вход которого подключен к источнику 1, а выход — ко вторым управляющим входам первого 5 и второго 13 интеграторов, последовательно соединенные датчики тока нагрузки 15 и второй выпрямитель 16, выход которого соединен со вторым входом второго вычитателя 12.

Для чисто активной нагрузки ток и напряжение в силовой цепи совпадают между собой по фазе, а рассогласование между ними по амплитуде служит информацией об изменениях в величине нагрузки. Если в силовой цепи имеется сдвиг фаз между током и напряжением, то для правильного функционирования устройства этот сдвиг необходимо устранить, а в среднее значение рассогласования между током и напряжением ввести коэффициент, соответствующий значению

cos cp.

При постоянной величине фазового сдвига в устройство достаточно ввести фазосдвигающий блок 17 (фиг. 2), вход которого подключен к выходу согласующего блока 10, а выход соединен со входом первого выпрямителя 11, при этом соответственно изменяют и коэффициент передачи интегратора 13.

Если фазовый сдвиг между током и напряжением изменяется в процессе работы устройства, то необходимо постоянно обеспечивать подстройку фазы с целью обеспечения работоспособности цепи компенсации изменения нагрузки. Для этой цели в устройство формирования управляющего сигнала вводят управляемый фазосдвигающий блок

18 (фиг. 3), вход которого подключен к выходу согласующего блока 10, выход соединен со входом первого выпрямителя 11, второй вход подключен ко второму выходу второго выпрямителя 16, а управляющий выход соединен с третьим управляющим входом второго интегратора 13.

Функциональная схема управляемого фазосдвигающего блока 18 (фиг. 4) содержит управляемую фазосдвигающую цепь 19 (фиг. 5), два формирователя синхроимпульсов 20 и 21, узел управления 22, состоящий из двух RS-триггеров и 4-х элементов И, два аналоговых ключа 23 и 24 и интегратор

25, причем вход управляемой фазосдвигающей цепи 19 соединен с выходом согласующего блока 10 (цепь 26), а выход — со вхо903843 о

5 дом первого выпрямителя 11 (цепь 27) и входом первого формирователя синхроимпульсов 20, вход второго формирователя синхроимпульсов 21 подключен ко второму выходу второго выпрямителя 16 (цепь 28), выход формирователей 21 и 20 подключен ко входам узла управления 22, выход которого соединен с управляющими входами аналоговых ключей 23 и 24, информационные входы которых подключены к источникам опорного напряжения 29 и 30, а выходы соединены со входом интегратора 25, выход которого подключен к управляющему входу второго интегратора 13 (цепь 31).

Согласующий блок 10 выполнен на основе согласующего трансформатора и резистивного настраиваемого делителя, подключенного ко вторичной обмотке этого трансформатора.

Принципиальная схема управляемой фазосдвигающей цепи может быть выполнена как показано на фиг. 5, где в качестве управляемого резистора применен резисторный оптрон У К .

Управляемые интеграторы могут быть выполнены на основе операционных усилителей по схеме, приведенной на фиг. 6, где резистивный оптрон V>R> используется для изменения коэффициента передачи интегратора.

Устройство работает следующим образом.

Для устранения влияния изменения нагрузки на выделяемую мощность сигнал о величине тока, протекающего в силовой цепи, снимаемый с датчика тока 15, поступает через выпрямитель 16 на второй вход вычитателя 12. Одновременно на первый вход вычитателя 12 поступают мгновенные значения напряжения сети, прошедшие через согласующий блок 10 и выпрямитель 11 (предварительно при настройке регулятора мгновенные значения напряжения сети приравниваются мгновенным значениям сигнала датчика тока при номинальной нагрузке). Эти два сигнала вычитаются между собой на вычитателе 12, а их алгебраическая разность поступает на второй интегратор 13, который, для исключения временного интервала, когда ток в силовой цепи отсутствует, включается сигналом с блока сравнения 8. Выходной сигнал второго интегратора 13 поступает на второй управляющий вход первого интегратора

5 и управляет коэффициентом передачи этого интегратора, уменьшая коэффициент передачи, если сопротивление нагрузки RÄ увеличивается, и увеличивая его, если К„уменьшается. При этом максимальное значение выходного сигнала интегратора 5, записываемое в пиковый детектор 6, будет зависеть как от величины напряжения питающей сети, так и от величины нагрузки. В этом случае устройство для формирования управляющего сигнала обеспечивает параметрическую стабилизацию Ucp aa полупериод и постоянг

Зо

6 ство величины К/R что и обеспечивает постоянство заданного значения мощности Р„=

= К 1- ср/Кн.

На фиг. 7 приведены графики, объясняющие принцип стабилизации мощности при изменениях напряжения питающей сети и нагрузки.

В случае, если нагрузка носит активноиндуктивный характер, что возожно, например, при включении нагрузки через силовой трансформатор, в силовой цепи наблюдается фазовый сдвиг между током и напряжением.

В этом случае для правильной работы регулятора необходимо фазосдвигающим блоком

17 устранить этот сдвиг так, чтобы мгновенные значения сигналов датчика тока 15 и напряжения сети совпадали по фазе, и соответствующим образом изменить коэффициент передачи второго интегратора 13, что будет соответствовать введению коэффициента cosy.

Если фазовый сдвиг непрерывно изменяется, то в этом случае необходимо применить устройство автоматической подстройки фазы, которое непрерывно обеспечивает соответствие фаз питающей сети и сигнала датчика тока и соответственно изменяет коэффициент передачи второго интегратора 13, который, в свою очередь, изменяет коэффициент передачи первого интегратора 5. Для этого из сигналов датчика тока и согласующего блока 10 формирователями 21 и 20 формируют синхроимпульсы нулевых значений, которые поступают на устройство управления 22 и в зависимости от временных рассогласований между синхроимпульсами переключаются триггеры, которые включают в течение длительности рассогласования один или второй аналоговые ключи (23 или 24), обеспечивая подачу на интегратор 25 опорных напряжений требуемой полярности.

Блок 18 представляет собой следующую систему и, таким образом, в интеграторе 25 будет присутствовать сигнал, характеризующий рассогласование по фазе. Выходной сигнал интегратора 25 в виде сигнала обратной связи 31 поступает на управляемую фазосдвигающую цепь 19, которая и обеспечивает соответствие фаз сигналов напряжения сети и датчика тока, при этом одновременно вводят корректирующий сигнал 31 на интегратор 13, обеспечивая ему требуемый коэффициент передачи.

Использование предлагаемого устройства для формирования управляющего сигнала в качестве регулятора электрической мощности позволяет стабилизировать мощность в широком диапазоне изменения сопротивления нагрузки и соэ<р, что при высоком быстродействии регулятора позволяет строить высококачественные системы автоматического регулировчия, например температуры электропечей.

903843

Формула изобретения

1. Устройство для формирования управляющего сигнала по авт. св. М 491127, отличающееся тем, что, с целью регулирования мощности при изменяющейся величине активной нагрузки, в него введены последовательно соединенные согласующий блок, выпрямитель, второй блок вычитания и второй интегратор, а также последовательно соединенные датчик тока нагрузки и второй выпрямитель, выход которого соединен со вторым входом второго блока вычитания, вход согласующего блока подключен к источнику синусоидального напряжения, выход второго интегратора соединен со вторым управляющим входом первого интегратора, а управляющий первый вход второго интегратора подключен к выходу формирователя синхроимпульсов, второй — к выходу блока сравнения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью регулирования мощности при

8 изменяющейся величине активно-индуктивной нагрузки с постоянным значением cosy, устройство дополнительно снабжено фазосдвигающим блоком, вход которого подключен к выходу согласующего блока, а выход соединен со входом первого выпрямителя.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью регулирования мощности при изменяющейся величине активно-индуктивной нагрузки с переменным значением

cosy,фазосдвигающий блок выполнен управляемым, его вход подключен к выходу согласующего блока, второй вход соединен со вторым выходом второго выпрямителя, первый выход соединен со входом первого выпрямителя, а второй выход подключен к третьему управляющему входу второго интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

2о Ко 491127, кл. G 05 F 1/66, 1973.

903843

Составитель О. Наказная

Редактор Н. Гунько Техред А. Бойкас Корректор Г. Огар

Заказ 114/29 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4