Система автоматического регулирования

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«i>959051 (61) Дополнительное к авт. свид-ву

{gq М.g> (22) Заявлено 2905.80 (21) 29 31901/24-07 с присоединением заявки Ио (23) Приоритет

G 05 F. 1/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 1509р2, Бюллетень ¹ 34

Р ) УДК 621.316. .722.1(088.8) Дата опубликования описания 1509.82 (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, в частности питания электрофизических установок. 5

Известно устройство для получения двух последовательно соединенных стабилизированных источников постоянных напряжений иэ двух. отдельных нес. табилиэированных источников постоянных т 0 напряжений с помощью двух стабилизаторов последовательного типа, в которых база регулирующего транзистора соединена. через сопротивление с входным постоянным напряжением и со сред-

15 ней точкой делителя напряжения из сопротивления и опорного диода, включенного на .суммарное выходное напряжение (1), Однако это устройство является маломощным поскольку в качестве исполнительного элемента используются транзисторы, применение же тиристоров требует принципиально нового решения. Не предусмотрены также автоматический выбор и замена неисправных исполнительных устройств на исправные и имеющие требуемые регулировочные характеристики и минимизация напряжения цени нагрузки относительно общей шины.

Известно устройство для компенсации падения напряжения на линии с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями с помощью автоматического регулятора напряжения и поддержания величины выходного напряжения на заданном уровне в зависимости от диапазона уставки. Это достигается эа счет независимого автоматического переключения отводов секционного трансформатора по сигналам, снимаетым с трансформаторов тока 52).

Недостатками этого устройства являются отсутствие ттлавности регулировки, автоматического выбора и замены неисправных исполнительных устройств на исправные и иметсщие требуеььте регулировочные характеристики и минимизации напряжения цепи нагрузки относительно общей шины.

Известен регулятор напряжения, содержащий трансформатор, имеющий первичную, вторичную и дополнительную обмотки, контактное устройство, вспомогательный переключатель и индуктор. Вторичная обмотка трансформатора имее1 множество отводов.

Контактное устройство состоит иэ основного и вспомогательного селекторных контактов. Вспомогательный кон3

959051 такт сдвинут в пространстве относительно основного контакта на полови. ну расстояния между отводами вторичной обмотки и подключен к дополнительной обмотке, напряжение которой составляет половину величины напряжения между соседними отводами °

Второй конец дополнительной обмотки подключен к вспомогательному переключателю. Регулятор обеспечивает прерывание тока нагрузки вторичной обмотки при пониженном вдвое напряжении через индуктор, который заьыкается накоротко в момент подключения к нагрузке основного .контакта контактирующего устройства. Применение допоЛнительной обмотки позволяет исключить возникновение электрической дуги в момент йереключения отводов (3).

Недостатками такого устройства являются отсутствие плавности регулирования, автоматического выбора и замены неисправных исполнительных устройств на исправные и имеющие требуемые регулировочные характеристики и минимизации напряжения цепи нагрузки относительно общей шины.

Наиболее близкой к изобретению является система автоматического регулирования, содержащая управляющий преобразователь код - напряжение управления, аналоговый выход которого соединен с первым входом регулятора тока, второй вход которого .соединен с выходом датчика сигнала обратной связи, включенного последовательно с нагрузкой. Система содержит и последовательно между собой соединенных исполнительных устрсфств, содержащих ступенчато управляемые тиристорные выпрямители, шунтированные вентилями, и включает в себя регулируемый управляемый выпрямитель с системой импульсно-фазового управления 1.4 $.

Недостатками известной системы являются низкое качество регулирования, определяемое ступенчатым включением исполнительных устройств, недостаточная надежность, обусловленная тем, что в это устройство не производится автоматический выбор и замена неисправных исполнительных устройств.на исправные и имеющие требуемые регулировочные характеристики и отсутствие минимизации напряжения цепи нагрузки относительно общей шины.

Из-эа большой потребляемой от сети реактивной мощности мощным тириоторным электроприводом, приходится .ставить компенсатор реактивной Мощности на ту же мощность, что и электропривод. Поэтому данное изобретение может найти широкое применение, наряду с электрической аппаратурой, также и в мощных электроприводах.

Система питания ускорительнонакопительного комплекса представляет собой черезвычайно энергоемкую, сложную и дорогую систему. Поэтому черезвычайно важно повышение ее

5 надежности путем автоматического выбора и замены неисправных исполнительных устройств на исправные и имеющие требуемые регулировочные характеристики.

10 В сйстеме,питания проектируемого . ускорительно-накопительного компекса, особенно во второй его ступени, в которой используются сверхпроводящие электромагниты, очень жесткие

1 . требования предъявляются к напряжению цепи нагрузки относительно общей шины, вследствие трудности обеспечения. изоляции цепи нагрузки относительно общей шины на напряжение 500. В и выше. Поэтому проектируемая система должна обеспечить минимальное напряжение цепи нагрузки относительно общей шины. Это обеспечивает надежность работы .системы и уменьшение ее стоимости, за счет снижения требований к изоляции.

Целью изобретения является ïîâûшение качества автоматического регулирования при минимальной величине потребляемой из сети в режиме

-30 выпрямпения реактивной мощности и скорости ее изменения.

Поставленная цель достигается тем, что в систему автоматического регулирования введены послецователь35 но соединенные между собой и исполнительных устройств, каждое из которых включает в.себя управляеьый выпрямитель с блоком импульсно-фазового управления и шунтировано ком40 мутирующим устройством, причем вход .каждого исполнительного устройства соединен с выходом регулятора напряжения, вход .которого соединен через первый ключ с общей точкой схемы, 45 через второй ключ — с выходом первого источника напряжения смещения, через третий ключ — с выходом одного из m интеграторов, в цепи обратной связи каждого из которых через четвертый ключ включен резистор, а через пятый ключ — с выходом регулятора тока., вход каждого интегратора через шестой ключ соединен с, выходом второго источника напряжения смещения, через седьмой ключ—

55 с выходом третьего источника нап.ряжения смещения, с полярностью, противоположной полярности второго источника напряжения смещения, а через восьмой ключ — с общей точкой

60 схем, при этом выходы интеграторов соедийены с входами фиксаторов максимального и минимального значений напряжения, выходы этих фиксаторов, так же как и кодовые выходы управляюще65 го преобразователя код-напряжение уп9590 - 1

35 равления, соединены с входами логического управляющего устройства, выходы которого соединены с управляющими входами всех ключей и входами коммутирующих устройств; кроме того, в систему введены два устройства сравнения абсолютных значений напряжения датчика обратной связи с напряжением управления и- устройство фиксации несовпадения знака ошибки регулирования со знаком сигнала уп- 10 равления, выходы которых подключены к входам логическОго управляющего устройства.

На чертеже представуена блоксхема системы автоматического ре- . 15 гулирования.

Система содержит управляющий преобразователь 1 код — напряжение, аналоговый выход которого соединен с первым входом регулятора тока 20

2, второй вход которого соединен с выходом датчика сигнала обратной связи 3, включенного последовательно с .нагрузкой 4. Система содержит и последовательно соединенныХ между собой исполнительных устройств 5, включающих.в себя управляемые выпрямители с системами импульсно-фаэового управления. Исполнительные устройства шунтированы коммутирующими устройствами 6. Вход каждого исполнительного устройства соединен с выходом регулятора напряжения 7. Вход каждого регулятора напряжения соединен через первый ключ 8 с общей точкой схемы, через второй ключ 9 с выходом первого источника напряжения смещения U„, через третий ключ 10 - с выходом одного из общего количества, равного m, интеграторов 11. В цепи обратной связи каждо- 40 го интегратора через четвертый ключ

12 включен резистор 13. Входы первой группы регуляторов напряжения (соединенных через. ключ 10 с выходом первого интегратора, верхнего на 45 чертеже) через пятый ключ 14 соединены с выходом регулятора тока. Вход

1 каждого интегратора через шестой ключ 15 соединен с выходом второго источника. напряжения смещений (Ug) и через седьмой ключ 16 — с .выходом третьего источника. напряжения смещения, с полярностью, противоположной полярности второго источника напряжения смещения, а через восьмой ключ

17 - с общей точкой схемы. Выходы интеграторов соединены с входами фиксаторов максимального 18 и минимального 19 значений напряжения управления, выходы которых соединены с входами логического управляющего устройства 20, выходы которого соединены с управляющими входами всех ключей и выходами коммутирующих устройств. Кроме того, в систему введены два устройства сравнения 21 и

22 абсолютных значений напряжения датчика обратной связи с напряжением управления и устройство фиксации 23 несовпадения знака ошибки регулирования со знаком сигнала управления, выходы которых подключены ко входам устройства 20. Кодовые выходы управляющего преобразователя 1 соединены с входами устройства 20.

Устройство содержит п интеграторов с относящимися к ним ключами и фиксаторами максимального и минимального значений сигнала управления регулятора напряжения и исполнительных устройств с относящимися к ним регуляторами напряжения, коммутирующими устройствами и ключами.

Выходные сигналы фиксаторов максимального 18 и минимального 19 значений сигнала управления на входе логического управляющего устройства 20 обозначены как Х„. и У„, а выходные сигналы устройства 20, управляющие ключами и коммутирующими устройствами, обозначены на выходе устройства .

На выходах фиксаторов 18 и 19 те же сигналы обозначены буквами Х и У с соответствующими номерами, а на входах ключей — буквами А, В, С, D, Е, F с соответствующими номерами.

Принцип работы системы заключается в следующем .

При включении системы s работу сигналы с кодовых выходов преобра зователя 1, поступающие на вход устройства 20, совместно с сигналами, поступающими на входы устройства 20 с выходов устройств сравнения 21 и 22 и устройства 23 с помощью устройства

20 производят открывание и закрывание ключей и коммутирующих устройств, в схеме, в соответствии с текущим значением сигнала управления на выходе. преобразователя 1 и значением сигнала обратной связи, определяемым регулируемой величиной.

Предположим, что производится запуск системы при.нулевых начальных условиях регулируемой величины, то есть когда ток в нагрузке равен нулю, а на выходах преобразователя 1 установилось определенное напряжение управления и определенный код, соответствующий этому напряжению.

При этом устройство 20 открывает ключи 10 и 15, относящиеся к первому (верхнему на чертеже) интегратору 11, выход которого через ключ 10, соединен со входами регулятора напряжения 7 первой запускаемой группы исполнительных устройств.

Ключи 12 и 17.этого интегратора, а также ключи. 8 и коммутирующие устройства 6 первой группы, открытые перед началом запуска систем, закрываются. Первый интегратор 11 начинает интегрировать напряжение

959051 щее устройство этой ступеньки, кэк это описано для (t-1)-го и (I-l)-ro интеграторов. В момент срабатывания

65 смещения U . Напряжение на его выходе при этом увеличивается до тех пор, пока не срабатывает фиксатор

18 максимального значения. Выходные сигнатпя этого фиксатора устройства

20 вызывают открывание ключей 10 и 15 второго интегратора и ключа

17 первого интегратора.

Ключи 12 и 17 второго интегратора и ключи 15 первого интегратора, а также ключи 8 второй запускаемой группы (подключенной входами к . выходу второго интегратора) исполнительных устройств, закрываются.

Кроме того, закрываются коммутирующими устройствами 6 второй группы исполнительных устройств. Второй интегратор начинает интегрировать напряжение U, . И так далее, до тех пор, пока разница между сигналом управления и сигналом обратной связи не уменьшается настолько, что сработает сравнивающее устройство 21. Выходные "игналы этого устройства с помощью устройства 20 вызывают закрывание ключа 15 и открывание ключа интег-25 ратора 16 K-ro, который запускается последним, то есть ключ 15 которого включен в момент срабатывания сравнивающего. устройства 21. Напряжение на выходе К-ro интегратора начинает 3() уменьшаться. И происходит этот процесс до тех пор, пока не сработает фиксатор 19 К-го интегратора. При этом замыкаются ключи 12 и 17 и размываются ключи 10 и 16 К-ro интегратора. 35

Эаьыкаются также ключи 8 К-й группы исполнительных устройств и открываются коммутирующих устройств этой группы. Кроме того, размыкается ключ

17 и заьыкается ключ 16 предыдущего 40 по порядку запуска (К-1)-го интегратора до тех пор, пока снижение напряжения на выходе (К-1)-го интегратора не вызывает срабатывание фиксатора 19 (К-1)-го интегратора. 45

При этом ключи 10 и 16 (K-1)-го интегратора разьикаются, а ключи 12 и

17 замыкаются. Замыкаются также ключи 8 (К-1)-й запускаемой группы ис.полнительных устройств и открываются коьжутирующие устройства этой группы. Кроме того, открывается ключ 16 (K-2)-го интегратора, и так до тех

hop, пока не останется ровно столько включенных источников питания, сколь- 55 ко необходимо для обеспечения регулируемой величины в статике. Это количество определяется предварительным расчетом и .заложено в структуру логического управляющего устройства.

В момент срабатывания фиксатора 19 последней отключаемой ступеньки запуска срабатывают ключи и коммутируюпрецизионного сравнивающего устройства 22 открываются ключи 12 и 17 первого интегратора- и размыкается

его ключ 10. Заьыкается также ключ

14. При этом выход регулятора тока подключается к входам регулятора напряжения первой группы исполнительных устройств, Таким образом, если нагрузкаэлектромагнит, то переходный процесс происходит быстро и с минимальным перерегулированием.

В случае уменьшения сигнала управления на выходе преобразователя

1, если сигнал управления на выходе этого преобразователя стал меньше сигнала обратной связи, то срабатывает устройство фиксации 23, что вызывает закрывание ключа 14 и отключение регулятора тока 2 от исполнительных устройств первой группы, открываются все ключи 12, раз ряжая конденсаторы интеграторов.

Открываются также все ключи 17 и закрываются все ключи 10, 15 и 16.

Ключи 9 включаются, подключая входы всех регуляторов напряжения к напряжению смещения О,, обеспечивающему инверторный режим работы исполнительных устройств, пока опять не.сработают устройства сравнения 21 (при сработанном состоянии устройства фиксации ). После этого последовательно, как описано, вводится ровно столько исполнительных устройств, сколько нужно для получения установившегося значения регулируемой величины, соответствующего новому значению сигнала управления. Однако запуск этот производится при выведенной первой группе исполнительных устройств, начиная со второй группы. После обратного срабатывания фиксатора несовпадения знаков 23, как описано, к входам регулятора напряжения первой группы подключается выход регулятора тока, который и.завершает переходный процесс.

При нулевом значении сигнала управления на выходе преобразователя 1 в сработанном состоянии устройства сравнения .21 устройство 20 открывает - все ключи 8, 12,и 17 и все коммутирукщие устройства 6, а все остальные ключи закрывает.

Таким образом, при работе систеьы автоматического регулирования как в установившемся состоянии, так и в переходных процессах почти все управляемые выпрямители, входящие в структуру исполнительных устройств, работают при малых величинах углов управления и за счет этого, при одинаковой мощности устройства, по срав-. нению с обычиым управляемым выпрямителем, работающим в системе автома959051

15

25

35

45 тического.регулирования, потребляют от сети гораздо меньшую реактивную мощность. Выходные напряжения последовательно между собой соеди- . ненных исполнительных устройств, содержащих выпрямители с системами импульсно-фазового управления, автоматически и плавно вводятся и выводятся одно за другим в функции от величины и знака ошибки регулирования.

Формула изобретения

Система автоматического регулирования, содержащая управляющий преобразователь код — напряжение управления, аналоговый выход которого соединен с первым входом регулятора тока, второй вход которого соединен с выходом датчика сигнала обратной связи, включенного последовательно с нагрузкой, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что,,с целью повышения качества автоматического регулирования при минимальной величине потребляемой.из сети в режиме выпрямления реактивной мощности и скорости ее изменения, в нее введены последовательно соединенные между собой и исполнительных устройств, каждое из которых включает в себя управляемый выпрямитель с блоком импульсно-фазового управления и.шунтировано коммутирующим устройством, причем вход каждого испол-. нительного устройства соединен с выходом регулятора напряжения, вход которого соединен через первый ключ с общей точкой схемы, через второй ключ - с выходом первого источника напряжения смещения, через третий ключ — с выходом одного из m интеграторов, в,цепи .обратной связи каждого иэ которых через четвертый ключ включен резистор, а через пятый ключ — с выходом регулятора тока, вход каждого интегратора через шестой ключ соединен с выходом второго источника напряжения смещения, через седьмой ключ — с выходом третьего источника напряжения смещения, с полярностью, противоположной полярности второго источника напряжения смещения, а.через седьмой ключ с общей точкой схемы, при этом выходы интеграторов соедиены с входами фиксаторов максимального и минимального значения напряжения, выходы этих фиксаторов,так же как и кодовые выходы управляющего преобразователя код — напряжение управления, соединены с входами- логического управляющего устройства, выходы которого сое- динены с управляющими входами всех ключей и выходами коммутирующих устройств, кроме того, в систему введены два устройства сравнения абсолютных значений напряжения датчика обратной связи с напряжением управления и устройство фиксации несовпадения знака ошибки регулирова- . ния со знаком сигнала управления, выходы которых подключены к входам логического управляющего устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ Р 3050151, кл. G 05 F 1/56, 1977 °

2. Патент ФРГ Р 2616798, кл. G 05 F 1/14,.1978.

3. Патент СШЛ М 4130789, кл. G 05 F 1/14, 1977.

4. Гусев О.A, Кофман В.М., Лебедев Ю.В. и др. Повышение качества регулирования магнитного поля протонных синхротронов для медленного вывода частиц. - Труды Третьего

Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, т.2, М., "Наука", 1973, с.12, рис.3.

959051

i Ei, и fr Н

Сост авит ель С. Ситко

Редактор А, Гулько Техред Л. Пекарь Корректор О. Билак

Заказ 7015/64 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ю филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4