регулятор переменного напряжения

Формула изобретения

Регулятор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, включенный между входными и выходными выводами, и аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выводами для подключения сигнала управления, а также соединенные входом с входными выводами формирователь синхроимпульсов и цепочку из каскадно соединенных умножителя частоты, формирователя импульсов и счетчика, а также компаратор и сумматор, первый вход которого соединен с выходом старших разрядов аналого-цифрового преобразователя, младший разряд второго входа – с выходом компаратора, а старшие разряды – с источником сигналов “лог.0”, причем выход формирователя синхроимпульсов соединен с нулевым установочным входом счетчика, выход сумматора – с управляющим входом регулирующего органа дискретного действия, а первый вход компаратора – с выходом младших разрядов аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что в него дополнительно введены преобразователь кодов, подключенный входом к выходу счетчика, а выходом – ко второму входу компаратора, а также первый и второй дешифраторы, подключенные входами к выходу счетчика, причем выход первого дешифратора соединен с входом управления вычитанием счетчика, а выход второго – с сигналом управления его суммированием.

Описание изобретения к патенту

Предполагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах и системах регулирования параметров технологических процессов.

Известен регулятор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, включенный между входными и выходными выводами, и аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выводами для подключения сигнала управления, а также сумматор, источник сигналов "лог.0" и цепочку из каскадно соединенных счетчика и компаратора, подключенного выходом к младшему разряду первого входа сумматора, старшие разряды которого соединены с источниками сигналов "лог.0", а вторые входы - с выходами старших разрядов аналого-цифрового преобразователя, младшие разряды которого подключены ко второму входу компаратора [1].

Недостатком такого регулятора является наличие инфранизкочастотных составляющих в спектре выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному техническому решению является регулятор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, включенный между входными и выходными выводами, и аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выводами для подключения сигнала управления, а также соединенные входом с входными выводами формирователь синхроимпульсов и цепочку из каскадно соединенных умножителя частоты, формирователя импульсов и счетчика, а также компаратор и сумматор, первый вход которого соединен с выходом старших разрядов аналого-цифрового преобразователя, младший разряд второго входа - с выходом компаратора, а старшие разряды - с источником сигналов "лог.0", причем выход формирователя синхроимпульсов соединен с нулевым установочным входом счетчика, выход сумматора - с управляющим входом регулирующего органа дискретного действия, а первый вход компаратора - с выходом младших разрядов аналого-цифрового преобразователя [2].

Недостатком такого регулятора является неравномерность регулирования, вызванная разными уровнями приращения выходного напряжения при одинаковых изменениях уровня управляющего сигнала. Это обусловлено тем обстоятельством, что изменение коэффициента передачи регулирующего органа дискретного действия происходит в фиксированные моменты времени, равномерно распределенные в каждом из полупериодов изменения напряжения сети. Вследствие этого приращения действующего значения выходного напряжения будут неодинаковыми. В начале полупериода они минимальные, а в его середине - максимальные.

Предполагаемым изобретением решается задача улучшения равномерности регулирования.

Для достижения этого технического результата в известный регулятор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, включенный между входными и выходными выводами, и аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выводами для подключения сигнала управления, а также соединенные входом с входными выводами формирователь синхроимпульсов и цепочку из каскадно соединенных умножителя частоты, формирователя импульсов и счетчика, а также компаратор и сумматор, первый вход которого соединен с выходом старших разрядов аналого-цифрового преобразователя, младший разряд второго входа - с выходом компаратора, а старшие разряды - с источником сигналов "лог.0", причем выход формирователя синхроимпульсов соединен с нулевым установочным входом счетчика, выход сумматора - с управляющим входом регулирующего органа дискретного действия, а первый вход компаратора - с выходом младших разрядов аналого-цифрового преобразователя, дополнительно введены преобразователь кодов, подключенный входом к выходу счетчика, а выходом - ко второму входу компаратора, а также первый и второй дешифраторы, подключенные входами к выходу счетчика, причем выход первого дешифратора соединен с входом управления вычитанием счетчика, а выход второго - с сигналом управления его суммированием.

Электрическая схема предложенного регулятора переменного напряжения изображена на фиг.1.

Регулятор переменного напряжения содержит регулирующий орган 1 дискретного действия, аналого-цифровой преобразователь 2 с выходным кодом Х=(x₁,x₂,...x_n+m ), представленным кодом V=(v₁,v₂,...v _n)=(x₁,x₂,...x_n) младших разрядов и кодом Y=(у₁,y₂,...y _m)=(x_n+1,X_n+2,...x_n+m,) старших разрядов, формирователь 3 синхроимпульсов, умножитель 4 частоты, формирователь 5 импульсов, счетчик 6, компаратор 7 с двумя n-разрядными входами H=(h₁,h₂,...h _n) и V=(v₁,v₂,...v_n ), сумматор 8 с двумя входами W=(w₁,w₂,...w _m) и Y=(y₁,y₂,...y_m ) и одним выходом Z=(z₁,z₂,...Z_m ) одинаковой разрядности m, источник 9 сигналов "лог.0" с (m-1)-разрядным выходом L=(l₁,l₂,...l _m-1), преобразователь 10 кодов с q-разрядным входом G=(g₁,g₂,...g_q) и n-разрядным выходом H=(h₁,h₂,...h_n), а также первый дешифратор 11 и второй дешифратор 12.

Регулирующий орган 1 дискретного действия может быть, например, выполнен на трансформаторе, вторичная обмотка которого секционирована, причем числа витков в различных секциях относятся как целые числа степени два. Последовательно с каждой секцией включен управляющий ключ первой группы, параллельно цепочке из последовательно включенных секций и управляемых ключей первой группы подсоединены управляемые ключи второй группы, соединенные между собой последовательно. Управляющие входы управляемых ключей первой и второй групп соединены через инверторы так, что вход инвертора подключен к управляющему входу ключа первой группы, а его выход - к управляющему входу ключа второй группы. Управляемые ключи могут быть выполнены на симисторах или тиристорах с оптронной развязкой, включенных в диагонали выпрямительных мостов, и снабжены оптронной гальванической развязкой, инверторы - на микросхемах 15 33 ЛАЗ. Аналого-цифровой преобразователь 2 может быть выполнен на микросхеме 572ПВ1, формирователь 3 синхроимпульсов и формирователь 5 импульсов - на компараторе 554САЗ. Преобразователь 10 кодов, компаратор 7, сумматор 8 и источник 9 сигналов "лог.0" могут быть реализованы на микросхеме микроконтроллера AT90S1200.

На фиг.2 приведены диаграммы, на которых изображены изменения во времени в течение одного полу периода напряжения сети:

a) - входного напряжения е сети,

b) - напряжения z на выходе формирователя 3 синхроимпульсов,

c) - напряжения f на выходе формирователя 5 импульсов,

d) - коэффициента k передачи напряжения регулирующим органом 1 дискретного действия,

e) - напряжения m на выходе первого дешифратора 11,

f) - состояний g, h и v соответственно счетчика 6, выхода преобразователя 10 кодов и выхода младших разрядов аналого-цифрового преобразователя 2, определяемых компонентами их кодов G=(g₁,g₂,...g_q), H=(h ₁,h₂,...h_n) и V=(v₁ ,v₂,...v_n) с помощью соотношений

; , ,

g) - напряжения р на выходе второго дешифратора 12,

h) - напряжения r на выходе компаратора 7,

р) - выходного напряжения u сети.

Устройство работает следующим образом. Из входного напряжения сети (фиг.2,а) умножитель 4 частоты формирует гармонический сигнал с частотой, кратной частоте напряжения сети и превышающей ее в 2^q раз, где q - разрядность счетчика 6. Из этого сигнала формирователь 5 импульсов формирует прямоугольные импульсы (фиг.2,с) той же частоты.

Счетчик 6 осуществляет преобразование последовательности импульсов в двоичный код G. Этот код преобразователем 10 кодов преобразуется в код Н, который компаратором 7 сравнивается с кодом V младших разрядов аналого-цифрового преобразователя 2 (фиг.2,f). Синхронизация работы счетчика с напряжением сети обеспечивает синхроимпульсами (фиг.2,b), формируемыми формирователем 3 синхроимпульсов из напряжения сети. Эти импульсы, поступая на установочный нулевой вход счетчика 6, осуществляют обнуление его в начале каждого полупериода напряжения сети.

При выполнении условия равенства кодов Н и V компаратор 7 формирует сигнал "лог.1", который поступает на младший разряд первого входа W сумматора 8 (фиг.2,h). Остальным m-1 разрядам этих входов сумматора 8 соответствуют уровни "лог.0" кода L, формируемого источником 9 сигналов "лог.0".

Сумматор 8 осуществляет формирование m-разрядного кода Z управления регулирующим органом 1 дискретного действия путем суммирования (в двоичной системе счисления) m-разрядного кода Y с кодом W, образованным посредством объединения кода L, сформированного источником 9 сигналов "лог.0", и сигнала r, сформированного компаратором 7, т.е.

Z=(Y+[Lr])₂.

Под действием изменяющегося в течение каждого полупериода напряжения сети кода G происходит дискретное изменение коэффициента передачи k регулирующего органа 1 дискретного действия (фиг.2,d). Момент дискретного изменения определяется моментом равенства кодов H=V, а величина этого изменения - минимальным дискретным уровнем k, определяемым максимальным уровнем коэффициента передачи k _max и разрядностью m кода управления Z регулирующим органом 1 дискретного действия

Вследствие этого выходное напряжение (фиг.2,р) в течение каждого полупериода также претерпевает скачкообразное изменение. Действующее значение выходного напряжения зависит как от момента такого изменения, так и от того уровня коэффициента передачи регулирующего органа 1 дискретного действия, относительно которого это изменение произошло.

Изменение величины управляющего сигнала х приводит к изменению кода X. При этом код V младших разрядов определяет момент скачкообразного изменения выходного напряжения (фиг.2,р), а код Y старших разрядов - величину начального уровня. Число дискретных моментов скачкообразного изменения выходного напряжения составляет N_Т=2ⁿ, а число уровней коэффициента передачи регулирующего органа 1 дискретного действия N_К=2^m. Таким образом, общее число дискретных уровней действующего значения выходного напряжения составляет N=N_T N_К=2^m+n.

Преобразователь 10 кодов запрограммирован таким образом, чтобы интервалы времени между смежными моментами переключения регулирующего органа дискретного действия уменьшались по мере приближения моментов переключения к середине каждого полупериода напряжения сети. При этом для обеспечения равномерного приращения действующего значения выходного напряжения моменты переключения _i; должны определяться из соотношения

где Т - период изменения напряжения сети.

Таким образом, регулятор переменного напряжения обеспечивает равномерность регулировочной характеристики в широком диапазоне напряжений. Это делает эффективным его применение в цифровых системах управления, не критичных к форме выходного напряжения, в частности электроприводах, прецизионных регуляторах температуры, регуляторах освещения.

Источники информации

1. А.с. 1456939 СССР, кл. G 05 F 1/20. Регулятор переменного напряжения / В.В.Юдин, Б.Б.Малков. - Опубл. в Б.И., 1989, №5.

2. А.с. 1396127 СССР, кл. G 05 F 1/14. Регулируемый преобразователь переменного напряжения / В.В.Юдин, Б.Б.Малков. - Опубл. в Б.И., 1988, №18.