ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения

Классы МПК:H02M5/22 выполненных на газоразрядных, электронных или полупроводниковых приборах с управляющим электродом 
G05D23/19 с использованием электрических средств 
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-11-16
публикация патента:

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может использоваться в регуляторах температуры с автоматическим резервированием каналов управления. Технический результат заключается в повышении надежности работы заявленного устройства при возникновении в его выходной цепи перегрузок по току. В состав устройства входят клемма - источник входного сигнала, первый и второй сумматоры, интегратор, релейные элементы, с первого по девятый компараторы, с первого по третий динамические D-триггеры, силовые ключи, датчики тока, логический элемент «3ИЛИ», клеммы для подключения источников напряжения фаз А, В, С, выходные клеммы, нагрузка с нулевым выводом, клемма установки нулевых начальных условий в датчиках тока. Для повышения надежности, достигаемой за счет многоуровневой защиты от перегрузок по току, в регулятор напряжения введен логический элемент «3ИЛИ», входы которого подключены к дискретным выходам датчиков тока фаз А, В, С, а выход соединен с R-входами динамических D-триггеров и со стробирующими входами первого, второго и третьего релейного элемента и со стробирующими входами седьмого, восьмого и девятого компараторов. В результате при возникновении перегрузки по току происходит перевод релейных элементов, D-триггеров в состояние, при котором силовые ключи размыкаются, а седьмой, восьмой и девятый компараторы переключаются в идентичное состояние, приводящее к «насыщению» интегратора, что дублирует функции стробирующих входов релейных элементов. 8 ил. многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282

Рисунки к патенту РФ 2471282

многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может использоваться в регуляторах температуры с автоматическим резервированием каналов управления.

Известна система управления с автоматическим резервированием (SU № 1294152, G05B 9/03, Н05К 10/100, заявл. 02.08.85, опубл. 07.02.87, бюл. № 5), содержащая интегрирующие развертывающие преобразователи, блоки диагностирования, датчики обратных связей, ключевой коммутатор, исполнительный механизм. Недостатком устройства является его недостаточно высокая надежность, вызванная отсутствием средств диагностирования ключевых коммутаторов.

Известен многозонный интегрирующий развертывающий преобразователь (МРП) (SU № 1283801, G06G 7/12, заявл. 22.05.85, опубл. 15.01.87, бюл. № 2), содержащий сумматоры, группу параллельно работающих интеграторов, нечетное число релейных элементов.

Устройство характеризуется высокой надежностью в работе при единичных отказах релейных элементов и относится к классу систем с самодиагностированием активных компонентов схемы и автоматическим вводом в работу работоспособных элементов (Цытович Л.И. Многозонный развертывающий преобразователь с адаптируемой в функции неисправности активных компонентов структурой // Приборы и техника эксперимента. - М.: АН СССР, 1988. - № 1. - С.81-85).

Недостатком известного технического решения является невозможность его работы при нулевых по выходу отказах релейных элементов, что может быть связано, например, с аварийным отключением источника электропитания. Таким образом, устройство характеризуется недостаточно высокой надежностью при отказе источника электропитания. Кроме того, в нем отсутствует многоуровневая защита от перегрузок по току.

Известен МРП (SU № 1183988, G06G 7/12, заявл. 27.04.84, опубл. 07.10.85, Бюл. № 37), содержащий сумматоры, интегратор, релейные элементы, входную и выходную клеммы.

Устройство относится к классу автоколебательных частотно-широтно-импульсных (ЧШИМ) преобразователей интегрирующего типа, обладает высокой помехоустойчивостью и точностью работы, что обусловлено замкнутым характером структуры МРП и наличием интегратора в прямом канале регулирования.

Однако известное техническое решение обладает ограниченными функциональными возможностями, низкой кратностью резервирования при его использовании для управления силовыми преобразователями и отсутствием эффективной защиты от перегрузок по току.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является многозонный регулятор переменного напряжения (патент SU № 2408969, МПК Н02М 5/293, заявл. 23.12.09, опубл. 10.01.11, бюл. № 1), содержащий последовательно включенные источник сигнала задания и первый сумматор, выход которого подключен к входам трех релейных элементов, выходы которых подключены к входам второго сумматора, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, три компаратора, входы которых подключены к выходом соответствующих релейных элементов, три ключевых элемента, каждый из которых включен между источником соответствующей фазы трехфазного источника напряжения и нагрузкой, соединенной по схеме «звезда» с нулевым выводом, выход второго и третьего компараторов подключены к управляющему входу второго и третьего ключевых элементов соответственно, четвертый компаратор и динамический D-триггер, причем вход четвертого компаратора подключен к силовому входу первого ключевого элемента, а выход соединен с С-входом D-триггера, D-вход D-триггера соединен с выходом первого компаратора, а выход D-триггера подключен к управляющему входу первого ключевого элемента.

Недостатком устройства-прототипа является отсутствие эффективной защиты силовых ключей от перегрузок по току, т.е. устройство обладает низкой надежностью в работе.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении надежности работы многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения при возникновении в его выходной цепи перегрузок по току.

Указанная техническая задача решается тем, что многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, содержащий последовательно включенные источник сигнала задания - входная клемма, первый сумматор, интегратор, выход которого соединен с входом первого и второго и третьего релейных элементов, выходы которых подключены к входам первого, второго и третьего компараторов соответственно, выход первого компаратора соединен с D-входом первого, динамического D-триггера, выход первого D-триггера подключен к управляющему входу первого силового ключа, шины фаз А, В, С, подключенные соответственно через первый, второй и третий силовые ключи к соответствующим входам трехфазной нагрузки с нулевым выводом, причем шина фазы А подключена также к входу четвертого компаратора, выход которого подключен к С-входу первого D-триггера, также содержащий второй сумматор, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, характеризуется тем, что в него введены пятый и шестой компараторы, а также второй и третий D-триггеры, при этом входы пятого и шестого компараторов подключены к шинам фаз В и С соответственно, а выходы соединены с С-входами второго и третьего D-триггеров соответственно, D-вход второго и третьего D-триггера подключен к выходу второго и третьего компараторов соответственно, выход второго и третьего D-триггера подключен к управляющему входу второго и третьего силового ключа соответственно, также введены седьмой, восьмой и девятый компараторы, входы которых подключены к выходам первого, второго и третьего динамических D-триггеров соответственно, а выходы седьмого, восьмого и девятого компараторов подключены ко второму сумматору, также введены датчики тока фаз А, В, С, имеющие аналоговый и дискретный выходы, при этом аналоговые выходы датчиков тока фаз А, В, С подключены к соответствующим входам первого сумматора, входы сброса данных в датчиках тока, подключенные к клемме источника сигнала сброса данных, также имеются R-входы у D-триггеров, стробирующие входы у первого, у второго и у третьего релейного элемента, стробирующие входы у седьмого, у восьмого и у девятого компараторов, также введен логический элемент «3ИЛИ», входы которого подключены к дискретным выходам датчиков тока фаз А, В, С, а выход соединен с R-входами всех динамических D-триггеров и со стробирующими входами первого, второго и третьего релейного элемента и со стробирующими входами седьмого, восьмого и девятого компараторов.

Техническим результатом предлагаемого устройства является его повышенная надежность, достигаемая за счет того, что при перегрузке по току происходит блокировка всей цепочки элементов, осуществляющих управление силовыми ключами многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения.

Отличительной особенностью заявленного решения является то, что в регулятор напряжения введены логический элемент «3ИЛИ», входы которого подключены к дискретным выходам датчиков тока фаз А, В, С, а выход соединен с R-входами динамических D-триггеров и со стробирующими входами первого, второго и третьего релейного элемента и со стробирующими входами седьмого, восьмого и девятого компараторов. В результате при возникновении перегрузки по току происходит перевод релейных элементов, D-триггеров в состояние, при котором силовые ключи размыкаются, а седьмой, восьмой и девятый компараторы переключаются в идентичное состояние, приводящее к «насыщению» интегратора, что дублирует функции стробирующих входов релейных элементов.

Изобретение поясняется чертежами, где на:

фиг.1 дана функциональная схема предлагаемого устройства;

фиг.2 приведена функциональная схема датчика тока;

фиг.3 представлены характеристики основных элементов регулятора напряжения;

фиг.4 приведены временные диаграммы сигналов МРП;

фиг.5 дана структура МРП;

фиг.6, 7 и 8 даны временные диаграммы сигналов заявленного устройства.

В состав устройства (фиг.1) входят последовательно включенные источник сигнала управления 1, первый сумматор 2 и интегратор 3, выход которого подключен к входу первого 4, второго 5 и третьего 6 релейного элемента. Выходы релейных элементов 4, 5, 6 подключены к входам первого 7, второго 8 и третьего 9 компараторов соответственно. D-входы динамических D-триггеров 10, 11 и 12 соединены с выходом первого 7, второго 8 и третьего 9 компаратора соответственно. С-входы D-триггеров 10, 11 и 12 подключены к выходам четвертого 13, пятого 14 и шестого 15 компаратора соответственно. Входы четвертого 13, пятого 14 и шестого 15 компараторов соединены с шинами фаз А, В, С соответственно. Шины фаз А, В, С - клеммы 16, 17, 18 для подключения источников напряжения фаз А, В, С подключены к трехфазной нагрузке с нулевым выводом 19 через первый 20, второй 21 и третий 22 силовой ключ соответственно. Выходы D-триггеров 10, 11, 12 соответственно подключены к входам седьмого 23, восьмого 24 и девятого 25 компаратора, а также соединены с управляющими входами силовых ключей 20, 21 и 22 соответственно. Выходы седьмого 23, восьмого 24 и девятого 25 компараторов соединены с соответствующими входами второго сумматора 26, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора 2. Датчики тока 27, 28, 29 фаз А, В, С имеют аналоговый и дискретный выходы, при этом аналоговые выходы подключены к соответствующим входам первого сумматора 2, входы сброса данных в датчиках тока 27, 28, 29 подключены к клемме источника сигнала сброса данных 30. Введен логический элемент «3ИЛИ» 31, входы которого подключены к дискретным выходам датчиков тока 27, 28, 29 фаз А, В, С, а выход соединен с R-входами всех динамических D-триггеров 10, 11, 12 и со стробирующими входами первого 4, второго 5 и третьего 6 релейного элемента и со стробирующими входами седьмого 23, восьмого 24 и девятого 25 компараторов. Выходные клеммы устройства 32, 33, 34.

В состав датчиков тока 27, 28, 29 входят (фиг.2) трансформатор тока 35, демодулятор (выпрямитель) 36, пороговый элемент 37, сглаживающий фильтр 38 и нормально замкнутый ключ 39.

Блоки многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения имеют следующие характеристики (фиг.3).

Сумматоры 2, 26 выполнены с равными коэффициентами передачи по каждому из входов. В дальнейшем считаем, что эти коэффициенты передачи равны 1,0.

Интегратор 3 реализован с передаточной функцией вида W(p)=1/Тир, где Tи - постоянная времени. Его выходной сигнал нарастает линейно при скачке входного воздействия со знаком, противоположным знаку входного сигнала (фиг.3а).

Релейные элементы 4, 5, 6 имеют симметричную петлю гистерезиса и пороги переключения, удовлетворяющие условию

|±b1|<|±b2|<|±b 3|,

где ±bi - пороги переключения соответствующего из релейных элементов 4, 5, 6. Выходной сигнал каждого из релейных элементов 4, 5, 6 меняется дискретно в пределах ±А/3 (фиг.3б). При наличии стробирующего сигнала логической «1» релейный элемент 4, 5, 6 принудительно переключается и удерживается в состоянии -А/3.

Компараторы первой группы 7, 8, 9 имеют неинвертирующую характеристику с нулевым значением порогов переключения, предназначены для преобразования биполярного входного сигнала в однополярные импульсы (фиг.3в) и выполняют функции повторителей с таблицей истинности

Вход Выход
А/n 1
-А/n0

где ±А - максимальное значение выходного сигнала сумматора 2.

Компараторы второй группы 13, 14, 15 имеют аналогичную характеристику компараторам первой группы 7, 8, 9 и переключаются в состояние «1» при положительной полуволне фазного напряжения (фиг.3д).

Компараторы третьей группы 23, 24, 25 являются безгистерезисными с порогом переключения «+С» (фиг.3г) и предназначены для преобразования однополярных импульсов в биполярные. При наличии стробирующего сигнала логической «1» компараторы третьей группы 23, 24 и 25 принудительно переключаются и удерживаются в состоянии +А/3.

D-триггеры 10, 11, 12 являются динамическими и переключаются по переднему фронту импульса на С-входе в состояние, которое имеет D-вход (фиг.3е). Под действием сигнала логической «1» на R-входе D-триггеры 10, 11, 12 принудительно переключаются и удерживаются в состоянии логического «0».

Силовые ключи 20, 21, 22 переходят в замкнутое положение при сигнале логической «1» на их управляющем входе.

Аналоговые выходы датчиков тока 27, 28, 29, подключенные к сумматору 2, образуют отрицательную обратную связь по току нагрузки. Статическая характеристика «вход-выход» датчиков тока 27, 28, 29 линейная с заданным коэффициентом передачи во всем диапазоне изменения входной координаты.

Логический элемент «3ИЛИ» 31 переключается в состояние логической «1», если хотя бы одна из трех входных логических переменных равна «1».

Демодулятор 36 является однофазным двухполупериодным.

Пороговый элемент 37 переключается в состояние «1» при условии превышения входным сигналом пороговой величины «многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 ».

Фильтр 38, например, апериодический первого порядка является сглаживающим, предназначенным для подавления выходных пульсаций демодулятора 36.

Ключ 39 размыкается при переходе порогового элемента 37 в состояние «1».

Нагрузка 19 в дальнейшем считается активной.

На диаграммах сигналов (фиг.4), построенных для многозонного интегрирующего развертывающего преобразователя (фиг.5), приняты следующие обозначения:

Хвх - входной сигнал (клемма 1);

Yи(t) - выходной сигнал интегратора 3;

YP1, YP2 (t), YP3(t) - выходные сигналы релейных элементов (РЭ) 4, 5, 6 соответственно;

Yвых(t) - выходной сигнал сумматора 26;

Y0 - среднее значение выходных импульсов сумматора 26.

Принцип работы многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения следующий.

Если считаем, что компараторы первой группы 7, 8, 9 отключены от выходов релейных элементов 4, 5, 6. Полагаем также, что выходы компараторов третьей группы 23, 24, 25 отключены от второго сумматора 26, входы которого соединены с выходами релейных элементов 4, 5, 6. В этом случае получается классическая структура многозонного интегрирующего развертывающего преобразователя (МРП) (фиг.5), которая работает следующим образом.

При включении МРП и нулевом входном сигнале Xвх релейные элементы 4, 5, 6 устанавливаются произвольным образом, например, в состояние +А/3 (фиг.4в-д). Под действием сигнала развертки Yи(t) с выхода интегратора 3 (фиг.4б) происходит последовательное переключение в положение -А/3 двух релейных элементов 4 и 5 (т.к. релейные элементы 4 и 5 обладают наименьшими порогами переключения b1 и b2 соответственно) (фиг.4в, г, моменты времени t 01, t02), после чего меняется направление развертывающего преобразования, и сигнал Yи(t) на выходе интегратора 3 нарастает в положительном направлении.

Начиная с момента времени выполнения условия Yи(t)=b1 , МРП входит в режим устойчивых автоколебаний, когда амплитуда сигнала развертки Yи(t) ограничена зоной неоднозначности первого релейного элемента 4 (с минимальными порогами переключения b1), а релейные элементы 5 и 6 находятся в статических и противоположных по знаку выходных сигналов YP2(t), YP3(t) состояниях (фиг.4г, д). Координата Yвых (t) на выходе сумматора 26 формируется за счет переключений первого релейного элемента 4 (фиг.4в) в первой модуляционной зоне, ограниченной пределами ±А/3 (фиг.4е).

При отсутствии X вх (фиг.4a, t<t0) среднее значение Y 0 импульсов Yвых(t) равно нулю. Наличие входной координаты Хвх<(А/3) (фиг.4a, многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 ) влечет за собой изменение частоты и скважности импульсов Yвых(t), так как в интервале t1 (фиг.4в) развертка Yи(t) (фиг.4б) изменяется под действием разности сигналов, подаваемых на сумматор 2 (фиг.4а, е), а в интервале t2-dYи(t)/dt зависит от суммы этих воздействий. В результате Y0многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 Xвх (фиг.4е).

Если в момент времени многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 сигнал Xвх увеличился дискретно до величины (А/3)<Xвх<А (фиг.4а). Это нарушает условия существования режима автоколебаний в первой модуляционной зоне, и МРП переходит на этап переориентации состояний двух релейных элементов 5 и 6, который заканчивается в момент времени t03, когда третий релейный элемент 6 переключается в положение -А/3 (фиг.4д). Координата Yвых(t) достигает уровня -А (фиг.4е), и МРП переходит во вторую модуляционную зону, где в интервалах t1, t2 (фиг.4в) скорость формирования развертывающей функции Yи(t) (фиг.4б) также определяется разностью или суммой сигналов, воздействующих на сумматор 2. При этом сигнал Y0 включает постоянную составляющую -А/3 первой и среднее значение импульсного потока Yвых(t) второй модуляционной зоны (фиг.4е). Переход МРП из одной модуляционной зоны в другую для малых приращений координаты Xвх сопровождается переходом системы через характерные точки с нулевым значением частоты несущих колебаний (режим частотно-нулевого сопряжения модуляционных зон).

МРП в каждой модуляционной зоне представляет собой систему с частотно-широтно-импульсной модуляцией, когда с ростом Xвх частота выходных импульсов уменьшается и на границе раздела модуляционных зон становится равной нулю. При этом во всем диапазоне изменения входного воздействия Xвх амплитудная характеристика Y0=f(X вх) МРП является линейной, что объясняется замкнутым характером структуры МРП и наличием интегратора 3 в прямом канале регулирования.

Работа многозонного интегрирующего регулятора напряжения (фиг.1) практически не отличается от классической схемы МРП (фиг.5).

Действительно, компараторы 7, 8, 9, 13, 14, 15, 23, 24, 25 и динамические D-триггеры 10, 11, 12 через сумматор 26 подключены к сумматору 2 и оказываются «внутри» замкнутого контура регулирования так, как это имеет место с релейными элементами 4, 5, 6 в МРП (фиг.4ж).

Рассмотрим работу многозонного интегрирующего регулятора напряжения в целом. Считаем, что Х ВХ=0. Полагаем также, что переключение блоков 4, 7, 10, 23 происходит синхронно с моментом времени выполнения условия |YИ(t)|=|b1|.

При таких условиях в режиме автоколебаний будет находиться первый релейный элемент 4, имеющий минимальное значение порогов переключения (фиг.6в), а состояние двух других релейных элементов 5, 6 в зависимости от их первоначальной ориентации равно, например, +А/3 и -А/3 соответственно (фиг.4д, е). Выходные сигналы релейных элементов 4, 5, 6 с помощью компараторов первой группы 7, 8 и 9 преобразуются в однополярный сигнал (фиг.6г), что необходимо для стыковки релейных элементов 4, 5 и 6 с D-триггерами 10, 11, 12. Кроме того, компараторы первой группы 7, 8, 9 задают требуемое состояние D-триггеров 10, 11, 12.

Компараторы второй группы 13, 14, 15 переключаются в состояние «1» при формировании положительной полуволны фазного напряжения (фиг.6а, б).

Динамические D-триггеры 10, 11, 12 переключаются по переднему фронту импульсов с выходов компараторов второй группы 13, 14, 15 в состояние, которое имеет их D-вход. В результате в режиме частотно-широтно-импульсной модуляции работает силовой ключ 20 (фаза А) (фиг.6ж), постоянно включен силовой ключ 21 (фаза В) (фиг.6з), а в состоянии «горячего» резерва находится силовой ключ 22 (фаза С) (фиг.6и).

В частности, компаратор второй группы 13 формирует импульсы «1» синхронно с «положительной» полуволной напряжения фазы А (фиг.6а, б). Первый релейный элемент 4 задает необходимое состояние компаратора первой группы 7 и первого D-триггера 10, в которое он переключается по первому импульсу, совпадающему с сигналом «1» на выходе компаратора 7 (фиг.6б, г, ж). Выключение первого D-триггера 10 происходит по первому импульсу в пределах «нулевого» состояния компаратора 7 (фиг.6б, г, ж). В результате на интервале t01-t02 (фиг.6ж) в нагрузке фазы А формируется «нулевая» пауза.

Рассмотрим работу многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения при отказе первого релейного элемента 4 (фиг.7), когда он переходит в неуправляемое состояние +А/3 (фиг.7в). В этом случае первый D-триггер 10 оказывается в статическом состоянии «1», и силовой ключ 20 замыкается (фиг.7ж).

Тогда режим автоколебаний возникает в тракте второго релейного элемента 5, имеющего пороги переключения ±b2 (фиг.7г), и в состояние «включено/выключено» переходит силовой ключ 21 (фиг.7з). Силовой ключ 22 сохраняет свое статическое «нулевое» положение (фиг.7и).

В реальной системе выходной сигнал интегратора 3 (фиг.7г) может превышать пороговый уровень релейного элемента, находящегося в режиме автоколебаний (в данном случае ±b2), на величины |многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 b21|многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 |многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, патент № 2471282 b22|, что вызвано задержкой, вносимой соответствующим из D-триггеров 10, 11, 12. Однако эта задержка соответствует одному периоду напряжения сети и при частоте собственных автоколебаний МРП, исчисляемой долями или единицами герц, может не учитываться.

Дальнейшее поведение многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения при отказе его элементов зависит от характера этих отказов. Например, если произойдет «нулевой» отказ второго релейного элемента 5 (неуправляемое состояние -А/3), то режим автоколебаний сохранится в тракте третьего релейного элемента 6, и система сохранит свою работоспособность. При «единичном» отказе второго релейного элемента 5 (состояние +А/3) система окажется неисправной.

Аналогичная ситуация будет и при отказах других элементов многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения. Например, в неисправное «нулевое» или «единичное» состояние может перейти не релейный элемент 4, а компараторы 7, 23 или D-триггер 10. Их отказы эквивалентны отказам первого релейного элемента 4, так как они совместно с релейным элементом 4 по сути дела представляют собой последовательное включение ключевых элементов, и отказ любого из них эквивалентен отказу всей «цепочки» этих звеньев. Более того, компаратор 13 также может рассматриваться как элемент, входящий в каскад блоков 4, 7, 10, 23, так как при его отказе блокируется весь канал регулирования и происходит переход системы на резервную группу элементов. Такие же процессы происходят и при отказе одного из компараторов 14, 15. В этом случае блокируется один из каналов 5, 8, 11, 24 или 6, 9, 12, 25.

В рассмотренном многозонном интегрирующем регуляторе переменного напряжения для повышения его надежности интегратор 3 может быть выполнен путем включения нескольких параллельно работающих интеграторов. Следует также учитывать, что нерезервируемым остается сумматор 26, который целесообразно выполнять на базе пассивного R-сумматора с достаточным запасом по эксплуатационным характеристикам. Сумматор 2 в реальных схемах является виртуальным (суммирующая точка операционного усилителя интегратора), поэтому резервирования не требует.

В любом случае, свойством самодиагностирования и автоматического резервирования многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения будет обладать только в том случае, если его сигнал рассогласования соответствует работе МРП в первой модуляционной зоне, ограниченной пределами ±А/3.

Аналоговый выход датчиков тока 27, 28, 29 реализует функции отрицательной обратной связи многозонного интегрирующего регулятора переменного напряжения по току нагрузки.

Рассмотрим работу устройства для случая превышения током нагрузки допустимой величины, определяемой порогом включения «С» порогового элемента 37 (фиг.8а, момент t01).

В момент времени t01 хотя бы один из датчиков тока 27, 28, 29 на своем дискретном выходе формирует сигнал логической единицы, который через логический элемент 31 подается на стробирующие входы релейных элементов 4, 5, 6, компараторов 23, 24, 25 и R-входы D-триггеров 10, 11, 12. В результате релейные элементы 4, 5, 6 принудительно переключаются и удерживаются в состоянии -А/3 (фиг.8б-г).

Одновременно D-триггеры 10, 11, 12 переводятся в состояние «0» за счет сигнала «1» на их R-входе, а компараторы 23, 24, 25 оказываются в положении -А/3 (фиг.7д-ж). Выходной сигнал интегратора 3 (фиг.7з) под действием выходного сигнала +А с выхода сумматора 26 достигает зоны «насыщения» -YН операционного усилителя интегратора 3.

При этом реализуется многоуровневая система защиты силовых ключей 20, 21, 22 по току в цепи нагрузки 19, которая работает следующим образом.

Первый уровень: релейные элементы 4, 5, 6 и компараторы 7, 8, 9 принудительно устанавливаются в «0», что препятствует переключению D-тригтеров 10, 11, 12 в «1» и замыканию какого-либо из силовых ключей 20, 21, 22.

Второй уровень: воздействие выходного сигнала логического элемента «3ИЛИ» 31 на R-входы D-триггеров 10, 11, 12 приводит к их установке и удержанию в положении «0», что дублирует функции первого уровня.

Третий уровень: перевод компараторов 23, 24, 25 в положение -А/3 обеспечивает формирование на выходе сумматора 26 импульса максимальной амплитуды +А, под действием которого происходит режим насыщения -YН интегратора 3, когда релейные элементы 4, 5, 6 в случае отказа стробирующих входов принудительно удерживаются в состоянии «0» по информационному входу. Это дублирует функции первого и второго уровней.

Кроме того, при переходе порогового элемента 37 (фиг.2) в состояние «1» происходит отключение аналогового выхода соответствующего из датчиков тока 27, 28, 29 от сумматора 2, что увеличивает вероятность «насыщения» интегратора 3 выходным сигналом сумматора 26, например, при отказе одного из компараторов 23, 24, 25, когда он находится в неуправляемом положении -А/3.

Таким образом, рассмотренное устройство обладает повышенной надежностью в случае перегрузок по току в силовой цепи.

Многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения предполагается использовать при автоматизации процессов гидротермального синтеза на Южноуральском заводе «Кристалл».

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Многозонный интегрирующий регулятор переменного напряжения, содержащий последовательно включенные источник сигнала задания - входная клемма, первый сумматор, интегратор, выход которого соединен с входом первого, и второго, и третьего релейных элементов, выходы которых подключены к входам первого, второго и третьего компараторов соответственно, выход первого компаратора соединен с D-входом первого динамического D-триггера, выход первого D-триггера подключен к управляющему входу первого силового ключа, шины фаз А, В, С, подключенные соответственно через первый, второй и третий силовые ключи к соответствующим входам трехфазной нагрузки с нулевым выводом, причем шина фазы А подключена также к входу четвертого компаратора, выход которого подключен к С-входу первого D-триггера, также содержащий второй сумматор, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, отличающийся тем, что в него введены пятый и шестой компараторы, а также второй и третий D-триггеры, при этом входы пятого и шестого компараторов подключены к шинам фаз В и С соответственно, а выходы - соединены с С-входами второго и третьего D-триггеров соответственно, D-вход второго и третьего D-триггера подключен к выходу второго и третьего компараторов соответственно, выход второго и третьего D-триггера подключен к управляющему входу второго и третьего силового ключа соответственно, также введены седьмой, восьмой и девятый компараторы, входы которых подключены к выходам первого, второго и третьего динамических D-триггеров соответственно, а выходы седьмого, восьмого и девятого компараторов подключены ко второму сумматору, также введены датчики тока фаз А, В, С, имеющие аналоговый и дискретный выходы, при этом аналоговые выходы датчиков тока фаз А, В, С подключены к соответствующим входам первого сумматора, входы сброса данных в датчиках тока подключены к клемме источника сигнала сброса данных, также имеются R-входы у D-триггеров, стробирующие входы у первого, у второго и у третьего релейного элемента, стробирующие входы у седьмого, у восьмого и у девятого компараторов, также введен логический элемент «3ИЛИ», входы которого подключены к дискретным выходам датчиков тока фаз А, В, С, а выход - соединен с R-входами всех динамических D-триггеров и со стробирующими входами первого, второго и третьего релейного элемента и со стробирующими входами седьмого, восьмого и девятого компараторов.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2471282

patent-2471282.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс H02M5/22 выполненных на газоразрядных, электронных или полупроводниковых приборах с управляющим электродом 

Патенты РФ в классе H02M5/22:
регулятор переменного напряжения -  патент 2479102 (10.04.2013)
частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения с распределенной нагрузкой -  патент 2472279 (10.01.2013)
блок питания магнетронов непрерывного генерирования -  патент 2450414 (10.05.2012)
непосредственный трехфазный преобразователь частоты -  патент 2337460 (27.10.2008)
стабилизатор переменного напряжения -  патент 2314628 (10.01.2008)
стабилизатор переменного напряжения -  патент 2306660 (20.09.2007)
способ управления широтно-импульсным регулятором переменного напряжения и устройство для его осуществления -  патент 2228538 (10.05.2004)
способ широтно-импульсной модуляции для последовательно включенных преобразователей -  патент 2227361 (20.04.2004)
способ преобразования напряжения и устройство, его реализующее -  патент 2191462 (20.10.2002)
способ дискретного регулирования напряжения и устройство для его осуществления -  патент 2178943 (27.01.2002)

Класс G05D23/19 с использованием электрических средств 

Патенты РФ в классе G05D23/19:
устройство стабилизации температуры -  патент 2519282 (10.06.2014)
термостат для калибровки и проверки океанографических приборов -  патент 2506624 (10.02.2014)
регулирующая насадка для управления радиаторным клапаном -  патент 2503931 (10.01.2014)
устройство для регулирования температуры -  патент 2475804 (20.02.2013)
частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения с распределенной нагрузкой -  патент 2472279 (10.01.2013)
терморегулятор с функциями фазового регулирования и контроля перехода фазы через ноль -  патент 2459232 (20.08.2012)
способ задания тепловых режимов керамических обтекателей ракет -  патент 2451971 (27.05.2012)
управление отопительной системой на основе требуемой тепловой мощности -  патент 2450313 (10.05.2012)
способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата -  патент 2442934 (20.02.2012)

способ настройки рабочего диапазона температур терморегулирующего устройства -  патент 2400797 (27.09.2010)


Наверх