РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ALTERNATING VOLTAGE REGULATOR

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в системах прецизионного регулирования технологических параметров, в частности в регуляторах температуры.
Известен регулятор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, включенный между входными и выходными выводами, аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выводами для подключения сигнала управления, формирователь синхроимпульсов, подсоединенный входом к входным выводам, а выходом - к счетному входу счетчика, источник сигналов «лог.0», сумматор, первый вход которого соединен со старшими разрядами аналого-цифрового преобразователя, а выход - с управляющими входами регулирующего органа дискретного действия, и компаратор, первый вход которого соединен с выходом младших разрядов аналого-цифрового преобразователя, второй вход - с выходом счетчика, а выход - с младшим разрядом второго входа сумматора, старшие разряды которого подсоединены к выходу источника сигналов «лог. 0» [А.с. 1325431 SU, G05F 1/20].
Недостатком этого регулятора является неравномерность регулировочной характеристики, выраженная в отклонении приращения мощности в нагрузке от расчетного значения при регулировании, что обусловлено отклонениями параметров регулировочных обмоток и ключей от номинальных значений.
Более близким по технической сущности к предложенному техническому решению является регулятор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, включенный между входными и выходными выводами, аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выводами для подключения сигнала управления, а также счетчик, формирователь синхроимпульсов, подсоединенный входом к входным выводам, а выходом - к счетному входу счетчика, источник сигналов "лог. 0", сумматор, первый вход которого соединен со старшими разрядами аналого-цифрового преобразователя, а выход - с управляющими входами регулирующего органа дискретного действия, и компаратор, первый вход которого соединен с выходом младших разрядов аналого-цифрового преобразователя, второй вход - с выходом счетчика, а выход - с младшим разрядом второго входа сумматора, старшие разряды которого подсоединены к выходу источника сигналов "лог. 0", преобразователь кодов, вход которого соединен с выходами старших разрядов аналого-цифрового преобразователя, а выход - с установочным входом счетчика [А.с. 2386993 C1, G05F 1/00].
Недостатком данного регулятора напряжения является то, что в качестве регулирующего органа дискретного действия выступает трансформатор, в котором вторичная обмотка секционирована таким образом, чтобы числа витков в различных секциях относились как целые числа степени два, что требует изготовления специальных трансформаторов. Также несовершенство данного регулятора проявляется в том, что корректировать уровень мощности, соответствующий входному коду, можно только в сторону добавки энергии.
Технический результат изобретения - повышение точности регулирования действующего значения напряжения.
Технический результат достигается тем, что в известный регулятор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, включенный между входными и выходными выводами, а также счетчик, формирователь синхроимпульсов, подсоединенный входом к входным выходам, а выходом - к счетному входу счетчика, и компаратор, первый вход которого соединен с выходом преобразователя кодов длительности, второй вход - с выходом счетчика, введены два блока «лог. И» и блок «лог. ИЛИ», RS-триггер, установочный вход которого соединен с выходом компаратора, а вход сброса - со старшим разрядом с выхода счетчика, прямой и инверсный выходы триггера присоединены к входам блоков «лог. И», преобразователь кодов начального уровня, на вход которого поступает управляющий код, а выход соединен с входом блока «лог. И», преобразователь кодов конечного уровня, на вход которого поступает управляющий код, а выход соединен с входом блока «лог. И», преобразователь кодов длительности, на вход которого подключен управляющий код.
Схема предложенного регулятора переменного напряжения изображена на фиг.1. Он содержит дискретно-регулируемый трансформатор 1, формирователь синхроимпульсов 2, входы которого подключены к выводам для подключения сети, а выход соединен со счетным входом счетчика 3. Выход счетчика 3 соединен младшими разрядами с первым входом компаратора 7. К второму входу компаратора 7 подключен выход преобразователя кодов длительности 9. Выход компаратора 7 подключен к входу установки RS-триггера 8. Старший разряд с выхода счетчика 3 соединен с входом сброса счетчика 3 и с входом сброса RS-триггера 8. Управляющий код поступает на входы преобразователя кодов длительности 9, преобразователя кодов начального уровня 10 и преобразователя кодов конечного уровня 11. К первому входу блока «лог. И» 5 подключен инверсный выход RS-триггера 8, а на второй вход подключен выход преобразователя кодов начального уровня 10. На первый вход блока «лог. И» 6 подключен прямой выход RS-триггера 8, а на второй вход подключен выход преобразователя кодов конечного уровня И. Выходы блоков «лог. И» 5 и 6 подключены на входы блока «лог. ИЛИ» 4. Разрядные линии с выхода блока «лог. ИЛИ» 4 подключены к соответствующим электронным ключам в секциях дискретно-регулируемого трансформатора 1.
Формирователь синхроимпульсов 2 выполнен на микросхеме 554САЗ, счетчик 3, блоки «лог. И» 5 и 6, блок «лог. ИЛИ» 4, RS-триггер 8, преобразователь кодов длительности 9, преобразователь кодов начального уровня 10, преобразователь кодов конечного уровня 11, компаратор 7 реализованы на микросхеме микроконтроллера AT90S1200.
На фиг.2 изображены временные диаграммы, поясняющие принцип функционирования предложенного регулятора переменного напряжения.
1
n
N
N1
Nn
1
q
1
q
K
К1
Kn
Работа предложенного регулятора переменного напряжения происходит следующим образом. Каждый разряд кода Y=[у…у], поступающего с выхода блока логического «ИЛИ», присоединен к электронному ключу, который подключает соответствующую секцию трансформатора к нагрузке. В начальном состоянии содержимое счетчика равно нулю, а на прямом и инверсном выходах RS-триггера соответственно значение логического нуля и единицы, в результате на вход дискретно-регулируемого трансформатора поступает код Y=[y…y], пропускаемый блоком логическое «И» 5. Формирователь синхроимпульсов 2 формирует из напряжения сети короткие импульсы, соответствующие началу каждого полупериода напряжения сети. С началом полупериода импульс с выхода формирователя синхроимпульсов 2 поступает на счетный вход счетчика 3, что приводит к инкрементации содержимого счетчика 3. Код S=[s…s] с выхода счетчика 3 поступает на один из входов компаратора 7, который сравнивает его с кодом G=[g…g], поступающим на второй вход компаратора от преобразователя кодов длительности 9. В случае равенства кодов S и G компаратор выдает сигнал на установочный вход RS-триггера. В этом случае на прямом и инверсном выходах RS-триггера соответственно будут логическая единица и логический ноль. Блок «лог. И» 6 пропустит код Y=[y…y] на вход дискретно-регулируемого трансформатора. В результате произойдет подключение к нагрузке другой секции трансформатора. Как только на старшем разряде счетчика появится логическая единица, сбрасывается содержимое счетчика и состояние RS-триггера. Начинается новый цикл регулирования. Далее работа устройства повторяется.
1
q
Момент τ переключения между секциями определяется кодом G=[g…g] с выхода преобразователя кодов 9:
где - число, соответствующее двоичному коду G, а Т - период сетевого напряжения.
1
2
i
n
1
2
i
n
'
'
'
'
Последовательность уровней мощности Р,Р,…, P,…Р соответствует коэффициентам трансформации дискретно-регулируемого трансформатора. В соответствие реальным уровням можно поставить идеальные уровни мощности P ,Р ,…, P ,Р , обеспечивающие равномерное приращение мощности.
Длительность цикла регулирования будет определяться разрядностью q кода S, поступающего с выхода счетчика 3
где  - число, соответствующее i-му состоянию счетчика.
За цикл регулирования в нагрузку будет передана энергия
где  - суммарный уровень мощностей секций на начальном уровне,  - суммарный уровень мощностей секций на конечном уровне.
Средняя мощность за цикл регулирования определяется выражением:
Для компенсации отклонения уровней мощности средняя мощность за цикл регулирования равняется идеальному уровню.
N
K
При техническом исполнении данного регулятора величина d определяется конкретной реализацией счетчика 3, т.е. его разрядностью. Разрядность кодов Y и Y равна количеству секций дискретно-регулируемого трансформатора.
N
K
N
K
Программирование преобразователей кодов начального и конечного уровней, а также преобразователя кода длительности осуществляется следующим образом. Каждому входному коду соответствует идеальный уровень мощности, обеспечивающий равномерное приращение. В качестве начального уровня выбирается ближайший к идеальному меньший фактический уровень мощности, которому соответствует определенный номер секции. Номер секции кодирует номер разряда кода Y, в котором будет находиться единичное значение. Затем в качестве конечного уровня выбирается ближайший к идеальному больший фактический уровень мощности, которому соответствует определенный номер секции. Номер секции кодирует номер разряда кода Y, в котором будет находиться единичное значение. Исходя из полученных кодов Y и Y, величины d, определяемой разрядностью счетчика, а также по фактическим уровням мощности, используя выражение для среднего значения мощности за период регулирования, рассчитывается величина g, которая будет момент переключения между начальным и конечным уровнем. Такой расчет повторяется для каждого входного кода.
В предложенном регуляторе переменного напряжения может быть использован любой трансформатор с секционированной обмоткой в отличие от известного устройства, где обмотка трансформатора секционирована таким образом, чтобы числа витков в различных секциях относились как целые числа степени два. Введенный преобразователь кода знака позволяет корректировать уровень мощности в сторону уменьшения, что при выполнении условия равномерности регулировочной характеристики сохраняет исходный диапазон регулирования.