РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ


RU (11) 2043649 (13) C1

(51) 6 G05F1/44 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 92003057/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.10.30 
(45) Опубликовано: 1995.09.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU N 1117604. AI, C 05F 1/44, 1984. SU N 635468. AI, C 05B 1/44, 1984. Кунгс Н.А., Твардовский П.М. Автоматизация управления и регулирования напряжения в осветительных установках. - М.: Энергия, 1975 г, с.39, рис.22. 
(71) Заявитель(и): Малафеев Сергей Иванович; Мамай Виктор Степанович 
(72) Автор(ы): Малафеев Сергей Иванович; Мамай Виктор Степанович 
(73) Патентообладатель(и): Малафеев Сергей Иванович; Мамай Виктор Степанович 

(54) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ 

Использование: изобретение относится к электротехнике, предназначено для использования в системах электропитания осветительных приборов и позволяет повысить точность регулирования напряжения на нагрузке. Регулирование напряжения на нагрузке осуществляется с помощью фазового управления встречно-параллельными тиристорами. Сущность изобретения: формирование импульсов управления для каждого тиристора осуществляется в рабочем для соответствующего тиристора полупериода напряжения в зависимости от интеграла от квадрата разности напряжения сети и заданного опорного значения напряжения, измереннго в течение нерабочего полупериода напряжения таким образом, что обеспечивается поддержание заданного действующего значения напряжения на нагрузке. При включении устройства регулятор обеспечивает плавное увеличение напряжения на нагрузке. 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах электропитания переменным током осветительных приборов, в частности, ламп накаливания.

Известны регуляторы напряжения для осветительных приборов, содержащие два встречно-параллельно включенных тиристора, соединенных последовательно с нагрузкой питающей электрической сети, два импульсных усилителя, выходы которых подключены к управляющим электродам первого и второго тиристоров, первичный преобразователь напряжения, вход которого подключен к выходным выводам устройства, а выход подключен к вычитающему входу элемента сравнения, суммирующий вход которого подключен к задающему устройству, а выход через блок фазового управления соединен с входами первого и второго импульсных усилителей [1] В известных регуляторах напряжения при изменении напряжения питающей электрической сети или тока нагрузки осуществляется регулирование выходного напряжения путем изменения угла включения тиристоров в зависимости от разности заданного значения напряжения и измеренного. Недостатками известных регуляторов напряжения для осветительных приборов являются низкая точность, обусловленная влиянием изменений частоты питающей сети и малой чувствительностью регулятора, а также низкое быстродействие, т.к. время регулирования составляет несколько периодов сети.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулятор напряжения для осветительных приборов, содержащий два встречно-параллельно включенных тиристора, соединенных последовательно с нагрузкой и питающей электрической сети, два импульсных усилителя, выводы которых подключены к управляющим электродам первого и второго тиристоров, первичный преобразователь напряжения, подключенный входом к выводам для подключения сети, интегратор, компаратор, апериодический фильтр, переключатель и источник опорного напряжения [2] Недостатком этого устройства является низкая точность регулирования, для повышения которой в него введены пороговый элемент, квадратор, элемент НЕ, два элемента сравнения, сумматор, делитель напряжения, два управляемых ключа, второй компаратор и второй интегратор, первый и второй интеграторы выполнены со сбросом, их информационные входы подключены к выходам соответственно сумматора и второго элемента сравнения, а выходы соединены с первыми входами соответственно первого и второго компараторов, вторые входы которых объединены и подключены к шине нулевого потенциала, а выходы подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго импульсных усилителей, второй вход первого элемента И объединен с управляющими входами второго управляемого ключа и второго интегратора и соединен с выходом порогового элемента, второй вход второго элемента И объединен с управляющими входами первого управляемого ключа и первого интегратора и подключен через элемент НЕ к выходу порогового элемента, вход которого объединен с входом квадратора и подключен к выходу первичного преобразователя напряжения, информационные входы первого и второго управляемых ключей объединены и подключены к выходу первого элемента сравнения, а выходы подключены соответственно к первому входу сумматора и суммирующему входу второго элемента сравнения, вычитающий вход которого объединен с вторым входом сумматора и через делитель напряжения подключен к выходу квадратора, вычитающий вход первого элемента сравнения подключен к выходу квадратора, а суммирующий вход соединен с выходом апериодического фильтра, вход которого через переключатель соединен с выходом источника опорного напряжения.

На фиг.1 приведена функциональная схема регулятора напряжения для осветительных приборов; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства в установившемся режиме; на фиг.3 диаграммы процессов при включении устройства. На временных диаграммах выходные сигналы элементов устройства обозначены символом U с индексом, соответствующим номеру элемента на функциональной схеме.

Регулятор напряжения для осветительных приборов содержит выводы 1 для подключения питающей электрической сети, первичный преобразователь напряжения 2, пороговый элемент 3, квадратор 4, элемент НЕ 5, два элемента сравнения 6 и 13, делитель напряжения 7, апериодический фильтр 8, два управляемых ключа 9 и 10, переключатель 11, сумматор 12, два интегратора со сбросом 14 и 15, источник опорного напряжения 16, два компаратора 17, 18, первый элемент, два И 19 элемента И 21 и 22, два тиристора 24 и 25 и нагрузку 23. При этом первичный преобразователь напряжения 2 подключен к выводам 1 для подключения к питающей электрической сети, выход первичного преобразователя напряжения 2 подключен ко входам квадратора 4 и элемента 3, выход которого подключен к управляющим входам ключа 10 и действует сигнал, равный опорному напряжению U8 U0. Этот сигнал поступает на суммирующий вход первого элемента сравнения 6. Напряжение электрической сети.

U Uмsin t, где Uм и амплитуда и частота, поступает через первичный преобразователь напряжения 2 на объединенные входы квадратора 4 и порогового элемента 3. На выходе порогового элемента 3 формируется последовательность прямоугольных импульсов

U3= где Ue напряжение, соответствующее уровню логической единицы.

Сигнал на выходе квадратора

U4 K22K4U2 K22K4Uм2sin2 t, где К2 коэффициент передачи первичного преобразователя напряжения 2;

К4 коэффициент передачи квадратора.

Напряжение с выхода квадратора 4 поступает на вход делителя напряжения 7, на выходе которого формируется сигнал

U7 0,5U4 0,5K22K4Uм2sin2 t.

На выходе элемента НЕ 5 формируется последовательность импульсов

U5= 

Сигналы U3 с выхода порогового элемента 3 и U5 с выхода элемента НЕ 5 управляют ключами соответственно 10 и 9 и интеграторами соответственно 15 и 14. При U5 Ue первый управляемый ключ 9 находится в замкнутом состоянии, а при U5 0 в разомкнутом. При U3 Ue второй управляемый ключ 10 разомкнут, а при U3 0 разомкнут. Установка первого 14 и второго 15 интеграторов в состояния U14 0; U15 0 осуществляется передними фронтами импульсов U5 и U3 соответственно.

Сигнал с выхода первого элемента сравнения 6, равный разности

U6 U0-K22K4Uм2sin2 t, поступает на объединенные входы первого 9 и второго 10 управляемых ключей. Дальнейшие преобразования сигналов осуществляются по двум параллельным каналам. Первый канал образован последовательно соединенными управляемыми ключом 9, сумматором 12, первым интегратором 14, первым компаратором 17, первым элементом И 19, первым импульсным усилителем 21 и обеспечивает управление первым тиристором 24. Второй канал образован вторым управляемым ключом 10, элементом сравнения 13, вторым интегратором 15, вторым компаратором 18, вторым элементом И 20, вторым импульсным усилителем 22 и обеспечивает управление вторым тиристором 25. Работа каждого из каналов происходит в два такта одинаковой длительности, равных половине периода питающей сети. Рассмотрим работу первого канала. В момент времени t 0 первый интегратор 14 установлен в состояние U14 0. При 0 < t T/2 сигнал U5 Ue и первый управляемый ключ 9 замкнут. При этом выходное напряжение сумматора 12

U12 U9-U7 U0-K22Uм2 sin2t+0,5K22K4Uм2sin2 t

U0-0,5K22K4Uм2sin2 t.

Напряжение U12 поступает на вход первого интегратора 14, выходной сигнал которого изменяется по закону

U14= K14 (Uo-0,5K22K4U2мsin2<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/969.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>t)dt где К14 коэффициент передачи первого интегратора 14.

Таким образом выходное напряжение первого интегратора 14 пропорционально отклонению интеграла квадрата напряжения сети от заданного значения. В момент времени t T/2 выходной сигнал первого интегратора 14 равен

U14(T/2) Uo K22K4K14 

Первое слагаемое последнего выражения соответствует заданному значению квадрата действующего напряжения на выходе устройства, а второе слагаемое пропорционально квадрату действующего напряжения сети. Если эти значения равны, то при t T/2 выходное напряжение первого интегратора 14 U14(T/2) 0, а при t T/2 это значение U14(T/2) > 0, и, следовательно, при t T/2 происходит переключение первого порогового элемента 17 и формирование управляющего импульса для первого тиристора 24. Если U14(T/2) > 0, что соответствует случаю, когда действующее напряжение сети меньше заданного, то включение первого тиристора 24 также происходит при t T/2, т.е. в начале полупериода.

Если действующее значение напряжения сети превышает заданное значение, то выходной сигнал первого интегратора U14 достигает значения U14 0 при t t2, а при t T/2 значение U14(T/2) < 0. В интервале T/2 < t T выходной сигнал элемента НЕ 5 U5 0. Следовательно, первый управляемый ключ 9 разомкнут. Поэтому на выходе сумматора действует напряжение.

U12 0,5K22K4Uм2sin2 t, которое поступает на вход первого интегратора 14. В результате этого выходное напряжение первого интегратора 14 увеличивается по закону

U14 Uo K22K4K14 + 0,5 K22K4K14U2мsin2<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/969.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>t dt

и в момент времени t t3 достигает значения U14 0. Это приводит к переключению компаратора 17 и формированию импульса управления тиристором 24. Угол включения первого тиристора определим из выражения (1), подставив в него U14 0. В результате получим

Uo- K22K4K14U2м + K22K4K14U2м<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/945.gif" ALIGN=ABSMIDDLE> K22K14U2м sin20

С учетом приближенного соотношения sinx x + последнее выражение примет вид:

Uo- K22K4K14U2м + K22K4K14U2м 0 откуда

(2)

Из полученного уравнения (2) следует, что угол включения тиристора зависит только от амплитуды входного напряжения Uм и настроечных параметров регулятора: K2, K4, K14 и U0 и не зависит от изменений частоты питающей электрической сети. Следовательно, по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения предлагаемый регулятор имеет повышенную точность за счет снижения чувствительности к изменениям частоты питающей сети.

Кроме того, за счет того, что в первом полупериоде осуществляется интегрирование усиленной разности напряжения сети и опорного напряжения, то по сравнению с известным устройством, в котором интегрируется полное напряжение сети, увеличивается чувствительность регулятора.

Таким образом, в интервале (0 < t T/2), т.е. в течение нерабочего для соответствующего тиристора полупериода питающего напряжения происходит измерение квадрата действующего напряжения сети и определение момента времени t2, при котором интеграл от квадрата напряжения в интервале 0 < t t2 равен квадрату заданного действующего значения напряжения (заштрихованный участок фиг. 2). В интервале T/2 < t T в зависимости от измеренного квадрата действующего значения напряжения формируется отпирающий импульс для соответствующего тиристора в момент времени t3. В этом случае интеграл от квадрата напряжения за интервал t3< t T равен квадрату заданного действующего значения напряжения на нагрузке. При увеличении напряжения сети уменьшается значение t2 и, следовательно, увеличивается угол включения тиристора (2). Так как включение тиристора осуществляется в течение рабочего полупериода сетевого напряжения по результатам измерения в предшествующем полупериоде, то, следовательно, максимальная задержка включения тиристора не превышает половины периода, т.е. 10 мс для общепромышленных сетей.

Формирование импульса управления для второго тиристора 25 происходит аналогично, но в интервале 0 < t T/2.

На фиг.3 приведены диаграммы работы регулятора напряжения при включении, поясняющие ограничение переходного тока при активной нагрузке.

В выключенном состоянии устройства коммутирующий элемент переключателя 11 находится в положении "б", сигналы на выходах и входах апериодического фильтра 8 равны 0. Это соответствует установке регулятора, равной 0. Включение регулятора производится переключателем 11. После переключения коммутирующего элемента переключателя 11 в положение "а" к входу апериодического фильтра 8 подключается опорное напряжение Uo. В результате этого происходит увеличение выходного напряжения апериодического фильтра 8 по закону.

U8 Uo(1-e-t/To), где То постоянная времени апериодического фильтра 8.

Напряжение U8 с выхода апериодического фильтра 8 поступает на суммирующий вход первого элемента 6 и задает значение напряжения на нагрузке.

В результате в переходном режиме углы включения изменяются от в начале процесса до установившегося значения, соответствующего заданному действующему значению напряжения на нагрузке, например, = 0 при равенстве действующего значения напряжения питающей сети заданному значению. Таким образом, при включении устройства происходит плавное увеличение напряжения на нагрузке, благодаря чему ограничиваются переходные токи, увеличивается надежность и срок службы электрооборудования. Постоянная времени То апериодического фильтра выбирается в зависимости от параметров нагрузки. Для электрических ламп накаливания она составляет несколько периодов сети.

Таким образом, предлагаемый регулятор напряжения для осветительных приборов позволяет повысить точность регулирования напряжения.

Использование предлагаемого регулятора напряжения для осветительных приборов в электрических системах позволит увеличить надежность и срок службы ламп и улучшить качество электроэнергии. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ, содержащий два встречно-параллельно включенных тиристоров, включенных между выводами для подключения нагрузки и выводами для подключения сети, два импульсных усилителя, выводы которых подключены к управляющим электродам первого и второго тиристоров, первичный преобразователь напряжения, подключенный входом к выводам для подключения сети, интегратор, компаратор, апериодический фильтр, переключатель и источник опорного напряжения, отличающийся тем, что в него введены пороговый элемент, квадратор, элемент НЕ, два элемента сравнения, сумматор, делитель напряжения, два управляемых ключа, второй компаратор и второй интегратор, первый и второй интеграторы выполнены со сбросом, их информационные входы подключены к выходам соответственно сумматора и второго элемента сравнения, а выходы соединены с первыми входами соответственно первого и второго компараторов, вторые входы которых объединены и подключены к шине нулевого потенциала, а выходы подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго импульсных усилителей, второй вход первого элемента И объединен с управляющими входами второго управляемого ключа и второго интегратора и соединен с выходом порогового элемента, второй вход второго элемента И объединен с управляющими входами первого управляемого ключа и первого интегратора и подключен через элемент НЕ к выходу порогового элемента, вход которого объединен с входом квадратора и подключен к выходу первичного преобразователя напряжения, информационные входы первого и второго управляемых ключей объединены и подключены к выходу первого элемента сравнения, а выходы подключены соответственно к первому входу сумматора и суммирующему входу второго элемента сравнения, вычитающий вход которого объединен с вторым входом сумматора и через делитель напряжения подключен к выходу квадратора, вычитающий вход первого элемента сравнения подключен к выходу квадратора, а суммирующий вход соединен с выходом апериодического фильтра, вход которого через переключатель соединен с выходом источника опорного напряжения.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru