РЕГУЛЯТОР РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
REACTIVE POWER CONTROLLER

Предполагаемое изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах электропитания технологического оборудования, в частности нагревателей прецизионных электропечей.
Известен регулятор реактивной мощности, содержащий подключенные параллельно сети энергоемкий регулируемый элемент дискретного действия, формирователь синхроимпульсов и схему управления, включающую реверсивный счетчик и трехпозиционный орган сравнения [Авторское свидетельство СССР №1624599, кл. H02J 3/18, 1991 г.].
Недостатком такого регулятора является низкая точность, обусловленная дискретностью регулирования.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является регулятор реактивной мощности, содержащий подключенные параллельно сети энергоемкий регулируемый элемент дискретного действия, энергоемкий регулируемый элемент непрерывного действия и формирователь синхроимпульсов, аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к управляющему входу регулятора реактивной мощности, а выходом - к управляющим входам энергоемкого регулируемого элемента дискретного действия, а также компаратор, выход которого соединен с управляющим входом энергоемкого регулируемого элемента непрерывного действия [Авторское свидетельство СССР №1501213, кл. H02J 3/18, 1989 г].
Недостатком такого регулятора реактивной мощности является также низкая точность, обусловленная дискретностью регулирования.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение точности регулирования.
Технический результат достигается тем, что в известный регулятор реактивной мощности, содержащий подключенные параллельно сети энергоемкий регулируемый элемент дискретного действия, энергоемкий регулируемый элемент непрерывного действия, формирователь синхроимпульсов, аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к управляющему входу регулятора реактивной мощности, а выходом - к управляющим входам энергоемкого регулируемого элемента дискретного действия, а также компаратор, выход которого соединен с управляющим входом энергоемкого регулируемого элемента непрерывного действия, введены: цифроаналоговый преобразователь, соединенный входами с выходами аналого-цифрового преобразователя, генератор опорного напряжения, соединенный входом с выходом формирователя синхроимпульсов, устройство вычитания, суммирующий вход которого подключен к управляющему входу регулятора реактивной мощности, вычитающий вход - к выходу цифроаналогового преобразователя, а выход - к суммирующему входу компаратора, инвертирующий вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения.
Схема предложенного регулятора переменного напряжения приведена на чертеже.
Регулятор реактивной мощности (фиг.) содержит подключенные параллельно сети энергоемкий регулируемый элемент дискретного действия 1 (ЭДД), энергоемкий регулируемый элемент непрерывного действия 2 (ЭНД) и формирователь синхроимпульсов (ФСИ) 3, а также аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, подключенный входом к управляющему входу х регулятора реактивной мощности, а выходом - к управляющим входам энергоемкого регулируемого элемента дискретного действия 2, а также компаратор (К) 6, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 7, генератор опорного напряжения (ГОН) 4 и устройство вычитания (УВ) 8.
Компаратор 6 осуществляет функцию преобразования
<mrow><mi>r</mi><mo>=</mo><mrow><mo>{</mo><mrow><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi></mrow></mtd><mtd><mrow><mi>h</mi><mo>≥</mo><mi>g</mi></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>и</mi></mrow></mtd><mtd><mrow><mi>h</mi><mo><</mo><mi>g</mi></mrow></mtd></mtr></mtable></mrow></mrow></mrow>
.
Выход его соединен с управляющим входом r энергоемкого регулируемого элемента непрерывного действия 2. Цифроаналоговый преобразователь 7 соединен входами с выходами аналого-цифрового преобразователя 5. Генератор опорного напряжения (ГОН) 4 соединен входом с выходом формирователя синхроимпульсов 3. Устройство вычитания (УВ) 8 подключено суммирующим входом к управляющему входу х регулятора реактивной мощности, а вычитающим входом - к выходу цифроаналогового преобразователя 7. Его выход соединен с суммирующим входом компаратора 6, инвертирующий вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения 4.
Энергоемкий регулируемый элемент дискретного действия 1 может быть выполнен на основе компактных компенсаторов реактивной мощности КРМ-К-0,4-20-2-10У3, регулируемый элемент непрерывного действия 2 может быть реализован на основе статического тиристорного компенсатора СТК-6/5,0. Генератор опорного напряжения 4 может быть реализован на микросхеме ICL8038. Функцию компаратора 6 выполняет микросхема КР554СА3. Формирователь синхроимпульсов 3 также может быть реализован на микросхеме КР554СА3. Для аналогово-цифрового преобразования может быть использована микросхема К572ПВ1, а для реализации ЦАП 7 - микросхема К572ПА1.
Работа регулятора реактивной мощности происходит следующим образом.
1
2
n
Аналого-цифровой преобразователь 5 управляющего напряжения х формирует цифровой код Х=[x,х,…,x].
Формирователь 3 преобразует напряжение сети e(t) в последовательность импульсов z(t), соответствующих моментам перехода им нулевого уровня.
Генератор опорного напряжения 4, синхронизируемый этой последовательностью, формирует пилообразное убывающее напряжение
<mrow><mi>g</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>Δ</mi><mi>x</mi><mrow><mo>{</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>2</mn><mfrac><mi>t</mi><mi>T</mi></mfrac></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
,
где Т - период сети, Δх - уровень напряжения, соответствующий единице младшего разряда аналого-цифрового преобразователя.
Цифроаналоговый преобразователь 7 осуществляет обратное преобразование
<mrow><msub><mi>x</mi><mi>D</mi></msub><mo>=</mo><mi>Δ</mi><mi>x</mi><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msup><mn>2</mn><mrow><mi>k</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><msub><mi>x</mi><mi>k</mi></msub></mrow></mstyle></mrow>
.
Устройство вычитания (8) формирует разностный сигнал
D
h=x-x,
который компаратором 6 сравнивается с напряжением g(f) генератора 4. В результате на выходе компаратора формируется последовательность импульсов r(f), длительность τ которых зависит от уровня разностного сигнала
<mrow><mi>τ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>h</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>T</mi><mi>h</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>Δ</mi><mi>x</mi></mrow></mfrac></mrow>
.
Из этой зависимости следует, что с увеличением разностного сигнала в диапазоне h∈[0,Δх] длительность возрастает, изменяясь в диапазоне τ∈[0,Т/2].
Величина реактивной мощности q в нагрузке определяется суммой двух компонентов:
D
C
q=q+q,
D
C
где q и q - соответственно мощности дискретного и непрерывного регулируемых элементов.
Мощность дискретного регулируемого элемента определяется минимальным дискретным уровнем ее приращения Δq и двоичным управляющим кодом Х
<mrow><msub><mi>q</mi><mi>D</mi></msub><mo>=</mo><mi>Δ</mi><mi>q</mi><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msup><mn>2</mn><mrow><mi>k</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><msub><mi>x</mi><mi>k</mi></msub></mrow></mstyle></mrow>
.
Мощность непрерывного регулируемого элемента определяется длительностью интервала τ его включенного состояния
<mrow><msub><mi>q</mi><mi>C</mi></msub><mo>=</mo><mi>Δ</mi><mi>q</mi><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>τ</mi></mrow><mi>T</mi></mfrac></mrow>
Выражение для реактивной мощности регулятора имеет вид
q=Δq(DX+χ),
n-1
1
0
где D=(2…22) - двоичный код управления дискретным регулируемым элементом, χ=2τ/T - относительная длительность интервала включения регулируемым элементом непрерывного действия.
Таким образом, в отличие от известного устройства, погрешность которого не может меньше дискретного уровня изменения мощности, предложенный регулятор реактивной мощности обеспечивает непрерывное регулирование, что обеспечивает достижение поставленной цели.