устройство управления мощностью

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ, содержащее силовой полупроводниковый ключ, включенный между входными и выходными выводами, формирователь синхроимпульсов, входом подключенный к входным выводам силового полупроводникового ключа, вывод подключения управляющего кода, отличающееся тем, что введен параллельно последовательный регистр сдвига, выход n-го разряда которого подключен к входу формирователя запускающих импульсов и к своему входу последовательного ввода, тактовый вход регистра сдвига подключен к входу формирователя синхроимпульсов, а вход параллельного ввода к выводу подключения управляющего кода, при этом вход разрешения параллельного ввода соединен с выводом подключения сигнала переключения режимов работы регистра сдвига, а вход разрешения записи информации к выводу подключения сигнала разрешения записи информации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для импульсного регулирования мощности, преимущественно инерционных электрохимических установок.

Известно устройство [1] для импульсного регулирования мощности переменного тока, регулирующее мощность путем подключения нагрузки к сети на время, кратное целому числу полупериодов сетевого напряжения в течение задаваемого интервала импульсного регулирования. Оно содержит формирователь синхроимпульсов, выход которого подключен к счетным входам счетчиков такта и длительности импульса мощности, счетные выходы которых подключены к установочному входу счетчика длительности импульсов и входу триггера управления, выход котоpого через ключ соединен с управляющим входом вентиля. Генератор импульсов подключен к входу регистра, выход которого соединен со счетным входом двоичного суммирующего счетчика, параллельные входы которого поразрядно подключены к первым входам цифрового компаратора, на вторые входы которого поступает сигнал длительности интервала регулирования.

Недостатком этого устройства является то, что его техническая реализация требует большого числа элементов, в том числе цифровых.

Известно также устройство [2] содержащее силовой полупроводниковый ключ на тиристоре, ключ управления тиристором, формирователь синхроимпульсов, выход которого подключен к тактирующему входу параллельного регистра, первый разрядный выход которого подключен к входу ключа управления тиристором, а остальные к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выводом подключения управляющего кода. Выход переноса сумматора подключен к первому разрядному входу параллельного регистра, остальные входы которого подключены к выходу сумматора. Формирователь синхроимпульсов обеспечивает перезапись входного кода сумматора в параллельный регистр в момент равенства входного переменного напряжения нулю. Сумматор складывает значение входного управляющего кода с выходным кодом параллельного регистра, в момент переполнения сумматора на одном из входов параллельного регистра формируется сигнал логической единицы, который включает на один полупериод питающего напряжения тиристор, последовательно с которым соединена нагрузка. Паузы между включениями тиристора определяютcя долей используемой нагрузки мощности.

Недостатком прототипа является большая частота включения коммутации тиристора и объекта управления, что уменьшает срок их работы. Так, при использовании 50% мощности тиристор должен переключаться через каждый полупериод питающего напряжения.

Цель изобретения уменьшение частоты коммутации и использование наиболее простой элементной базы.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее силовой полупроводниковый ключ, включенный между входными и выходными выводами, формирователь синхроимпульсов, входом подключенный к входным выводам силового полупроводникового ключа, вывод подключения управляющего кода, введен параллельно- последовательный регистр сдвига, выход n-го разряда которого подключен к входу формирователя запускающих импульсов и к своему входу последовательного ввода, тактовый вход регистра сдвига подключен к выходу формирователя синхроимпульсов, а вход параллельного ввода к выводу подключения управляющего кода, при этом вход разрешения параллельного ввода соединен с выводом подключения сигнала переключения режимов работы регистра сдвига, а вход разрешения записи информации к выводу подключения сигнала разрешения записи информации.

Регистр сдвига заменяет работу сумматора и параллельного регистра, при этом по сложности регистр сдвига эквивалентен параллельному регистру, а сумматор по сложности их превосходит.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства управления мощностью; на фиг. 2 пример управляющего кода; на фиг. 3 временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит формирователь 1 синхроимпульсов, входом подключенный к входному выводу устройства, а выходом к тактовому входу (C1) регистра 2 сдвига, выход n-го разряд Q_n которого подключен через формирователь 3 запускающих импульсов к управляющему входу силового полупроводникового ключа 4 и к своему входу Р последовательного ввода. Вход параллельного ввода Д соединен с выводом переключения устройства к сигналу управляющего кода. Входы разрешения параллельного ввода V и разрешения записи информации С2 соединены с выводами подключения устройства к сигналам переключения режимов работы регистра 2 сдвига соответственно. Указанные выводы подключены к соответствующим выходам процессора 5. Объект 6 управления включен последовательно с силовым полупроводниковым ключом 4.

Устройство работает следующим образом. Формирователь 1 синхроимпульсов преобразует переменное напряжение сети (фиг. 3а) в последовательность прямоугольных импульсов (фиг. 3б) с частотой 2f_с, где f_c частота напряжения сети.

В начальный момент на входе разрешения параллельного ввода V регистра 2 сдвига присутствует сигнал логического "0". После ввода информации с клавиатуры в процессор 5 на входе V сдвига выставляется сигнал логической "1", затем управляющий код выставляется на шину данных процессора 5. На следующем такте выдается строб записи на вход С2 регистра 2, в результате чего происходит запись управляющего кода в регистр 2 сдвига. После записи управляющего кода последовательно снимаются сигналы с входов С2, V и управляющий код с шины данных. Так как выход Q_n регистра 2 сдвига подключен к входу последовательного ввода информации, то при V 0 код, записанный в регистр 2 сдвига, будет перемещаться по кольцу с частотой 2f_с, следовательно, полупроводниковый ключ 4 будет открыт в полупериоды, которым соответствует наличие в управляющем коде сигнала высокого уровня (фиг. 3 в, г).

Таким образом, за один интервал управления, равный полупериодам напряжения сети, происходит одно переключение (фиг. 3г) независимо от процента использования мощности.

Разрядность сдвига регистра 2 определяет дискрет управления мощностью и количеством позиций в управляющем коде, при этом число единиц в коде равно ближайшему целому числу отношения (N n)/100, где N требуемый процент использования мощности. Например, при n 100 устройство управляет мощностью с дискретом 10% (что вполне достаточно для бытовых нагревательных приборов), при этом количество m единиц в управляющем коде соответствует 10m% использования мощности. На фиг. 2 показан пример кода для n 10 при использовании 50% мощности.

В качестве силового полупроводникового ключа 4 могут быть использованы тиристоры или симистор, (пример выполнения формирователя 3 запускающих импульсов в случае использования симистора приведен в ж. "Радио", N 11, 1990, с. 47. В случае использования тиристоров формирователь 3 можно выполнить, используя рис. 1 в ж. "Радио", N 4, 1986, с. 46. В этом же журнале на с. 47 дан другой вариант формирователя 3).

Формирователь 1 синхроимпульсов может быть выполнен по схеме рис. 1 (см. там же), включая трансформатор Т1, диодный мост, резисторы Р3, Р4, Р5 и логические элементы ДД1.2 и ДД1.3.

В качестве регистра 2 сдвига можно использовать цепочку микросхем К155ИР1, каждая из которых имеет 4 разрядных выхода. Для формирования управляющего кода, управления работой регистра 2 сдвига можно использовать любое программируемое устройство, например микропроцессор серии 1816.