РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
VARIABLE VOLTAGE CONTROLLER

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах и системах регулирования параметров технологических процессов, в частности прецизионных регуляторах температуры.
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 [А.с. 145639 SU, G05F 1/20].
Недостатком такого регулятора является неравномерность регулировочной характеристики, выраженная в изменениях приращений мощности в нагрузке 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, формирователь синхроимпульсов, подсоединенный входом к входным выходам, 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 также является неравномерность регулировочной характеристики, выраженная в изменениях приращений мощности в нагрузке при регулировании, что обусловлено отклонениями параметров регулировочных обмоток и ключей от номинальных значений.
Технический результат предполагаемого изобретения заключается в снижении погрешности регулирования.
Для достижения технического результата в известный 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 выходам, 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", введен преобразователь кодов, вход которого соединен с выходами старших разрядов аналого-цифрового преобразователя, а выход - с установочным входом счетчика.
Электрическая схема предложенного регулятора переменного напряжения изображена на фиг.1.
1
2
n+m
1
2
n
1
2
n
1
2
m
n+1
n+2
n+m
1
2
m-1
1
2
m
1
2
m
1
2
m
Регулятор переменного напряжения содержит регулирующий орган дискретного действия 1, включенный между входными 2 и выходными 3 выводами, аналого-цифровой преобразователь 4 с выходным кодом X=[YV]=(х, х,…х), представленным кодом V=(v, v,…v)=(х, х,…х) младших разрядов и кодом Y=(y, y,…y)= (х, х,…х) старших разрядов, соединенный входом с выводами 5 для подключения сигнала управления, а также счетчик 6, формирователь синхроимпульсов 7, подсоединенный входом к входным выходам, а выходом - к счетному входу счетчика 6, источник 8 сигналов "лог.0" с (m-1)-разрядным выходом L=(l, l,…l), сумматор 9, компаратор 10 и преобразователь кодов 11. Первый вход сумматора 9 Y=(y, y,…y) соединен со старшими разрядами аналого-цифрового преобразователя. Его второй вход W=(w, w,…w) объединяет выходы источника 8 сигналов "лог.0" и компаратора 10, причем выход компаратора соответствует младшему разрядному коду этого входа W=[L r]. Выход Z=(z, z,…z) сумматора 9 соединен с управляющими входами регулирующего органа дискретного действия.
1
2
m
1
2
q
Первый вход V=(v, v,…v) компаратора 10 соединен с выходом младших разрядов аналого-цифрового преобразователя, а второй входам G=(g, g,…g) - с выходом счетчика 6.
1
2
m
1
2
g
Вход преобразователя кодов 11, осуществляющего преобразование кода старших разрядов Y=(y, y,…y) в код Н=(h, h,…h) установки счетчика 6, т.е. H=(Y).
Регулирующий орган 1 дискретного действия 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 выполнены на симисторах или тиристорах с оптронной развязкой, включенных в диагонали выпрямительных мостов, и снабжены оптронной гальванической развязкой, инверторы - на микросхемах 1533ЛАЗ.
1
2
M
1
2
M
1
2
1
2
3
2
M-1
M
M-1
1
2
М-1
Коэффициенты трансформации трансформатора образуют дискретную последовательность значений k, k,…, k, изменяемых под действием управляющего кода Y. Этим значениям соответствуют уровни мощности P, P, …, P. Разности между смежными уровнями образуют добавки мощности ΔР=Р-Р, ΔР=Р-Р,…, ΔР=Р-Р, которые для получения равномерной регулировочной характеристики выбираются одинаковыми ΔР=ΔР=…=ΔР=ΔР.
Аналого-цифровой преобразователь 4 выполнен на микросхеме 572ПВ1, формирователь синхроимпульсов 7 - на микросхеме 554САЗ, счетчик 6, преобразователь кодов 11, компаратор 10, сумматор 9 и источник 8 сигналов "лог.0" реализованы на микросхеме микроконтроллера AT90S1200.
На фиг.2 приведены диаграммы, на которых изображены изменения во времени дискретных скалярных величин
,
у
у+1
соответствующих кодам G и V, а также изменения мощности в нагрузке для двух значений смежных значений уровней мощности Р, Р (фиг.2, а) и  (фиг.2,б), где  Зависимости g(t) являются целочисленными функциями времени. Однако для упрощения они изображены в виде наклонных прямых линий.
Устройство работает следующим образом. Аналого-цифровой преобразователь преобразует управляющий сигнал х в цифровой код
,
представленный двумя блоками: блоком старших разрядов
и блоком младших разрядов . Блок старших разрядов Y определяет опорный уровень коэффициентов трансформации регулируемого органа дискретного действия, а блок младших разрядов - момент изменения его на следующий более высокий уровень.
Из входного напряжения сети формирователем 7 формируются синхроимпульсы z, соответствующие моментам прохождения сетевым напряжением нулевого значения. Эти импульсы поступают на счетный вход счетчика 6, предварительно установленный в состояние Н, определяемое преобразователя кодов 11 из старшего разряда Y. Счетчик осуществляющего формирование циклически изменяющегося m-разрядного кода G. Период изменения этого кода, определяющий длительность цикла регулирования, составляет
, где
и может изменяться под действием управляющего кода Н. Код Н определяется кодом старших разрядов Y, что может быть описано дискретной функцией дискретного аргумента h=h(y). Потому длительность цикла регулирования также является функцией дискретного скалярного аргумента
Характер этой функции регулируется преобразователем кодов 11.
При выполнении условия g<v компаратор 10 формирует сигнал "лог.1", который поступает на младший разряд первого входа W сумматора 10. Остальным m-1 разрядам этих входов сумматора соответствуют уровни "лог.0" кода L, формируемого источником 9 сигналов "лог.0".
Сумматор 10 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 11, т.е.
2
Z=(Y+[Lr])
у
Под действием изменяющегося в течение каждого полупериода напряжения сети кода G происходит дискретное изменение коэффициента передачи регулирующего органа 1 дискретного действия. Момент дискретного изменения определяется моментом равенства g=v, а величина этого изменения - добавкой мощности Δр, соответствующей коду Y. Вследствие этого мощность в нагрузке также претерпевает скачкообразное изменение в течение каждого периода регулирования
где
- длительность действия добавки мощности в цикле регулирования.
За цикл регулирования в нагрузку будет передана энергия
y,v
у
у
y
R
y
R
у
w=(Р+ΔР)τ(v)+P[T(y)-τ(v)]=PT(y)+ΔРτ(v)
Среднее значение мощности в нагрузке при этом составляет
у+1
у
у+1
у
R
Преобразователь кодов 11 программируется таким образом, чтобы отклонение уровня мощности от расчетного значения Р до значения , приводящее к изменению приращения мощности от ΔР=Р-Р до  компенсировалось таким изменением длительности цикла регулирования от T до , при котором среднее значения мощности осталось бы на прежнем уровне, как это показано на диаграммах фиг.2 пунктирной линией. Этому условию соответствует соотношение
,
с помощью которого по известным фактическим значениям уровней мощности дискретно регулируемого элемента осуществляют программирование преобразователя кодов, обеспечивающее одинаковые уровни дискретных приращений мощности при регулировании. Именно это обстоятельство обеспечивает повышение точности регулирования параметров технологических процессов.