Цифровой тиристорный регулятор

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗ

К, АВТО (Е1) Д (22)Залилеи с присоелин

9кударственный комитет

СССР (23) П рнори

Опубли

Дата о

60 делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (7!) Заявитель (54) ЦИфРОВОй ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР

Изобретение относится к автомати= ческому регулированию электрических величин, в частности мощности, действующего или среднего значения напряжения переменного или постоянного тока, и может быть использовано в качестве высокоточного исполнительного устройства в прецизионных цифровых системах автоматического регулирования, например температурного режима электротермического оборудования.

Известны тиристорные регуляторы электрических величин, содержащие силовую цепь из последовательно соединенных тиристорных ключей и нагрузки и управляющую цепь, содержащую последовательно соединенные датчик регулируемой величины, интегрирующее устройство, схему сравнения и устройство выключения силовых тиристоров, принцип действия которых ос" нован на широтно-.импульсном методе управления с выключением силовых тиристоров в жестко фиксированный момент времени и принудительным sblK лючением их в требуемый момент 7Я, 2),(31 и Г4 .

Такие регуляторы обеспечивают вы сокую динамическую точность и быст. родействие. Однако они имеют невысокую статическую точность, нели 0 нейную выходную регулировочную харак теристику и требуют дополнительныя устройств для устранения этих недос" татков.

А это усложняет схемы регуляторов и затрудняет их настройку.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому являетоя цифровой тиристорный регулятор, содержащий силовую цепь, подключенную

20 к питающей сети,я состоющую из flocледовательно соединенных двух элементов одним из которых является блок .силовых тиристоров, а другим9)4992 4 нагрузка, а также цепь управления, включающую последовательно соединенные датчик регулируемого параметра, преобразователь сигнала датчика в частоту импульсов, счетчик, схему сравнения, а также блок выключения силовых тиристоров, цифровой задатчик, выходы которого соединены с вторыми входами схемы сравнения, формирователь синхронизирующих импульсов, вход которого подключен к питающей сети, а выход соединен с управляющим входом блока силовых тиристоров, причем блок выключения силовых тиристоров включен параллель но одному из элементов силовой цепи.

Принцип работы регулятора заключается в следующем.

Импульс от формирователя, задающего цикл работы регулятора, включает силовой ключ и одновременно устанавливает в нулевое состояние счетчик, На нагрузке появляется напряжение, которое, преобразуясь преобразователем напряжение-частота в число импульсов, подсчитывается в счетчике и в момент равенства числа импульсов в счетчике заданной величине, компаратор выдает сигнал выключения силового ключа.

В зависимости от применяемого датчика описываемый регулятор может

I регулировать различные электрические величины, в частности среднее, действующее напряжение, мощность в нагрузке. Он может работать как в цепях постоянного, так и переменного тока (5), основным недостатком известного регулятора является то, что s нем не учитывается влияние энергии, накопленной в цепях выключения тиристоров и разряжающейся через нагрузку при их выключении. Это снижает точность регулирования. Из-за этого также ухудшается линейность выходной регулировочной характеристики.

Действительно, формирование сигнала выключения тиристоров определяется равенством числа импульсов, сформированных преобразователем напряжение-частота, и заданием. Сигнал выключения зависит только от того напряжения, которое пропуска. ет через силовой ключ от источника питания. После выключения же тиристор<> к нагрузке дополнительно прик25 влияния коммутирующих цепей (б) по казан на фиг. 3.

5

55 ладывается напряжение, источником которого служит цепь выключения.

Это напряжение также преобразуется в число импульсов и дополнительно записывается в счетчик, однако изза того, что перед следующим циклом работы регулятора счетчик сбрасывается в ноль, эта дополнительная информация стирается и в процессе регулирования участия не принимает.

Ошибка от этого неучтенного напряжения достигает нескольких процентов и зависит как от величины сопротивления нагрузки, так и от формы напряжения источника питания. Особенно существенной оказывается ошибка при регулировании напряжения или мощности в цепях переменного тока, так как ее величина зависит от момента выключения силового ключа.

Пример регулировочных характеристик регулятор мощности без учета коммутирующих цепей (а) и с учетом

Цель изобретения — увеличение точности регулирования и обеспечение линейности регулировочной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровом тиристорном регуляторе, содержащем силовую цепь, подключенную к питающей сети и состоящую из последовательно соединенных двух элементов, одним из которых является блок силовых тиристоров, а другим - нагрузка, а также цепь управления, включающую последовательно соединенные датчик регулируемого па-, раметра в частоту импульсов, счетчик, схему сравнения и блок выключения силовых тиристоров, цифровой задатчик, выходы которого соединены с вторыми входами схемы сравнения, а также формирователь синхронизирующих импульсов, выход которого подключен к управляющим входам блока силовых тиристоров, причем блок выключения силовых тиристоров включен параллельно одному из элементов силовой цепи, установочный вход счетчика подключен к выходу схемы сравнения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого цифрового регулятора; на фиг. 2 - функциональная схема упрощенного регулято"

5 9549 ра; на фиг. 3 - вид регулировочной характеристики; на фиг.4- диаграммы работы регулятора;на фиг.5- принципиальная схема блока выключения силовых тиристоров;на фиг.6- функциональная схе- s ма преобразователя напряжение-частота.

Функциональная схема цифрового регулятора (фиг. 1) содержит питающую сеть 1 и подключенную к ней силовую цепь, состоящую из последовательно t0 соединенных блока силовых тиристоров

2 и нагрузки 3, последовательно соединенные датчик 4 регулируемого параметра, преобразователь 5 сигнала датчика в частоту импульсов, счет- 15 чик 6, схему 7 сравнения и блок 8 выключения силовых тиристоров, подключенный параллельно блоку силовых тиристоров, а также цифровой задатчик

9, выходы которого соединены с вто- ю рыми входами схемы сравнения, и формирователь 10 синхронизирующих импульсов, вход которого подключен к питающей сети, а выход соединен с управляющим входом блока силовых ти- 25 ристоров, нулевой установочный вход счетчика подключен к выходу схемы сравнения. . Для регулирования электрических параметров в цепях постоянного тока, щ а также при асинхронном регулировании в цепях переменного тока формирователь синхронизирующих импульсов работает автономно.

Блоком силовых тиристоров может служить симметричный тиристор или два встречно-параллельно включенных тиристора.

В качестве преобразователя регулируемого параметра в частоту импуль- 4в сов (преобразователь напряжение-частота) можно использовать, например, преобразователь, выполненный по принципу интегрирования входного сигнала с переменной направления интегри- 4> рования или с импульсной обратной связью (фиг. 6), который содержит интегратор 11, двухуравневый компаратор 12, аналоговые переключатели 13, источник !4 опорного напряжения.

Блоком включения силовых тиристоров может служить схема по фиг. 5, выполненная на основе тиристорных ключей 15 и коммутирующих конденсаторов 16, включенных согласно.

Используя возможности современной элементной базы, можно упростить схему регулятора за счет применения реверсивного счетчика с возможностью

92 6 записи информации. В этом случае схема 7 сравнения будет представлять собой N-входовой логический элемент

ИЛИ-НЕ, функциональная схема упрощенного регулятора приведена на фиг. 2.

Для этого регулятора выходы задатчика

9 подключены к информационным входам реверсивного счетчика 6, а выходы счетчика подключены к входам схемы

7 сравнения, управляющий вход записи информации в счетчик подключен к выходу схемы 7 сравнения.

Принцип работы цифрового регулятора основан на фазовом методе управления силовыми тиристорами с включением их в начале каждой полуволны и выключением их в требуемый момент.

Момент выключения тиристоров определяется равенством заданного и фактического значения интегральной мощности, поступившеЙ в нагрузку в течение включенного состояния силового тиристора, с учетом неучтенной мощности коммутирующих цепей; поступившей в нагрузку в предыдущем цикле уравления.

В момент перехода напряжения пи" тающей сети U (фиг. 4) через ноль формирователь 10 синхронизирующих импульсов формирует импульс U,,который включает силовой тиристор в блоке 2. Мощность, поступающая в нагрузку, измеряется датчиком мгновенной мощности 4 0д(фиг. 4), преобразуется в частоту импульсов преобразователем

5, которые суммируются в счетчике 6.

Выходной код счетчика Й („ сравнивается с заданным Ng и в момент их равен" ства схемы 7 сравнения выдает импульс на выключение силового тиристора блоком 8, Одновременно этот же импульс обнуляе т счетчик 6. Мощность, поступающая в нагрузку после обнаружения счетчика, определяется энергией, накопленной в коммутирующих цепях и досчитывается в счетчике 6. Таким образом, к концу периода коммутации в счетчике будет записано число, соот ветствующее величине дополнительной мощности, поступившей в нагрузку.

В следующем полупериоде питающей сети счетчик начинает подсчитывать мощность, начиная с записанного в нем числа, и, таким образом, учитывает в новом полупериоде мощность от цепей коммутации, неучтенную в предыдущем полупериоде.

Упрощенная схема (фиг. 2) имеет некоторые особенности.. При ее работе

954992 импульсы от преобразователя 5 сосчитывают число, записанное в счетчике

6, и в момент обнуления счетчика схемы 7 сравнения выдает импульс, который запускает блок 8 выключения силовых тиристоров и записывает в счетчик 6 заданное значение регулирования. Временная диаграмма изменения состояния счетчика показана на фиг. 4 061 >, Упрощенная схема регулятора обес- !О печивает ту же динамическую и статическую точность, но содержит меньшее число микросхем за счет упрощения схемы сравнения.

8 ррееззууллььттаатте е ууччеетта а ммоощщннооссти комму- >s тации, связанной с цепями выключения силовых тиристоров, выходная регулировочная характеристика становится линейной, а статическая погрешность стремится к нулю. 20 раметра, преобразователь сигнала датчика в частоту импульсов, счетчик, схему сравнения, а также блок выключения силовых тиристоров, цифровой задатчик, выходы которого соединены с вторыми входами схемы сравнения

1 формирователь синхронизирующих импульсов, вход которого подключен к питающей сети, а выход соединен с управляющим входом блока силовых тиристоров, причем блок выключения силовых тиристоров включен параллельно одному из элементов силовой цепи, о тл и ч а ю шийся тем, что, с це" лью увеличения точности регулирования и обеспечения линейности регулировочной характеристики, установочный вход счетчика подключен к выходу схемы сравнения.

Формула изобретения

Цифровой тиристорный регулятор, содержащий силовую цепь, подключенную к питающей сети и состоящую из последовательно соединенных двух элементов, одним из которых является блок силовых тиристоров, а другим - нагрузка, а также цепь фправления, включающую последовательно соединенные датчик регулируемого паИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство CCCP

N 469962, кл. G 05 F 1/30, 1975. д 2. Патент Японии и 52-25145, кл. 58Н2, 1977

3. Патент США N 4109 194,кл. 323- 17, 1978.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2884702/24-07, кл. G 05 F 1/66, 1980.

5. Патент США М 4095165,кл. 323- 17, 1978.

9549 92 (Риг.6

Составитель Ю. Андреев

Редактор С. Тараненко Техред М.Надь Корректор Н. Король

Заказ 6434/50 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Г осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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