МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ

Многоканальный широтно-имнульсный регулятор мощности.
Предлагаемая полезная модель относится к области электричества, а именно производству, преобразованию и распределению электрической энергии и может быть использовано для регулирования температуры различных объектов, содержащих электрические нагревательные элементы, в частности в промышленности переработки термопластичных, резинотехнических и других полимерных материалов для многоканального регулирования температуры зон обогрева экструдеров, вакуум-формовочных и литьевых машин.
При производстве деталей из термопластичных материалов, например, при вакуумформовке, для обеспечения необходимой пластичности и качества продукции, материал (листы полистирола) предварительно подвергают нагреву до заданной температуры при помощи термо-нагревательных элементов (ТЭН), затем формуют. Для изменения и подбора температурного поля мощность, подводимая к каждому ТЭНу регулируется в широких пределах при помощи терморегуляторов.
МПКО 05 D 23/19
Из технической литературы (например, Золотарев С. Регулятор мощности - Радио №11, 1989 г. с. 66) известно устройство регулятора мощности с широтно-импульсным регулированием, в котором коммутация тринисторов (силовых ключей) происходит в момент перехода сетевого напряжения через нуль. В описанном устройстве в качестве регулирующего элемента используется переменный резистор. При перемещении движка переменного резистора из одного крайнего положения в другое изменяется соотношение скоростей зарядки и разрядки интегрирующего конденсатора, а, следовательно, и числа импульсов сетевого напряжения, тем самым производится регулировка мощности в нагрузке от О до 100%.
Недостатками данного устройства являются:
-нестабильность работы регулятора в результате потери емкости конденсатора с течением времени;
-невозможность точной установки фиксированного уровня мощности;
-невозможность синхронного изменения уровня мощности сразу во всех каналах многоканального регулятора.
Наиболее близким по технической сущности является многоканальное устройство для регулирования температуры по а.с.1164677 МПК G 05 D 23/19 содержащее датчик температуры, задатчики температуры, элементы памяти и нагреватели, число которых равно числу каналов, два нуль органа, делитель напряжения, коммутатор, формирователь тактовых импульсов, делитель частоты, источник эталонного напряжения, первые входы каждого нуль - органа подключены через соответствующие контакты коммутатора к датчикам температуры, второй вход одного нуль-органа подключен к выходам задатчиков температуры, через соответствующие контакты коммутатора и через делители напряжения - к второму входу другого нуль-органа, выход источника эталонного напряжения подключен к входам задатчиков температуры, вход формирователя тактовых импульсов подключен к сети переменного тока, а выход через делитель частоты - к управляющему входу коммутатора, каждый элемент памяти содержит симистор, по два D-триггера и два тиристорных оптрона, у которых соединены между собой одни из одноименных входных электродов и разноименные выходные электроды, а один из выходных электродов подключен к управляющему электроду симистора, а другие выходные электроды соединены с одним из электродов симистора и одним из вводов сети переменного тока, другой электрод симистора связан с другим вводом сети переменного тока через соответствующий нагреватель, D- входы D-триггеров подсоединены к выходам первого и второго нуль-органов соответственно , а С - входы связаны между собой через соответствующие контакты коммутатора - с выходом формирователя тактовых импульсов
Недостатками этого устройства являются:
l/.
- невозможность стабилизации темнературного поля в нроцессе регулирования мощности.
Целью предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей широтно-импульсного регулятора мощности.
Указанная цель достигается тем, что управление мощностью инерционных нагрузок обеспечивают подключением нагрузки в течение целого числа полупериодов питающего напряжения, причем количество полупериодов подключенного состояния нагрузки каждого канала пропорционально уровню мощности на нагрузке, интерваи отключенного состояния нагрузки устанавливают одинаковым для всех каналов и регулируемым в диапазоне регулирования, а интервал подключенного состояния нагрузки каждого канала регулирования составляет не менее 10 периодов импульсного регулирования, причем период импульсного регулирования устанавливают не менее 20 мс.
На фиг. 1 представлена временная диаграмма работы генератора импульсного регулирования.
На фиг. 2 представлена временная диаграмма, поясняющая работу предлагаемого многоканального щиротно-импульсного регулятора мощности при интервале отключенного состояния нагрузки для всех каналов равном 9 периодам генератора импульсного регулирования.
На фиг. 3 представлена временная диаграмма, поясняющая работу предлагаемого многоканального щиротно-импульсного регулятора мощности при интервале отключенного состояния нагрузки для всех каналов равном 5 периодам генератора импульсного регулирования.
На фиг. 4 представлена временная диаграмма, поясняющая работу предлагаемого многоканального щиротно-импульсного регулятора мощности при интервале отключенного состояния нагрузки для всех каналов равном О периодам генератора импульсного регулирования.
На фиг. 5 представлена структурная схема предлагаемого многоканального щиротно-импульсного регулятора.
В качестве примера интервал подключенного состояния нафузки выбран равным 10 периодам импульсного регулирования, причем для каждого канала регулирования количество периодов импульсного регулирования может быть различно и выбрано от О до 10, например, для i-ro канала , для i+1 канала , для i+2 канала  (см. фиг 2-4). Интервал отключенного состояния нагрузки одинаков для всех каналов и регулируется в щироких пределах, например от 9 до О, как на фиг. 2-4.
Такой щиротно-импульсный регулятор позволяет управлять мощностью инерционных нагрузок как индивидуально (каждый канал в отдельности в интервале подключенного состояния нагрузки), так и одновременно (все каналы в интервале отключенного состояния нагрузки). Это упрощает процесс регулирования мощностью нагрузок за счет возможности синхронного изменения уровня мощности во всех каналах многоканального регулятора и позволяет стабилизировать рабочие режимы независимо от внешних воздействий. Например, изменение питающего напряжения, приведет к изменению мощности на нагрузке, что можно компенсировать путем изменения интервала отключенного состояния нагрузки.
Кроме того, повышение точности и стабильности процесса регулирования мощности в многоканальной нагрузке достигается за счет синхронизации интервалов включенного и отключенного состояния нагрузки от генератора импульсного регулирования, не синхронизированного с питающим напряжением, а также сохранения информации об уровне мощности каждого канала в цифровом виде между регулировками.
На фиг. 5 изображена структурная схема многоканального широтноимпульсного регулятора.
Обозначения на схеме: генератор импульсного регулирования 1, формирователь интервалов отключенного состояния нагрузки на п каналов 2, задатчик интервала отключенного состояния нагрузки на п каналов 3, формирователь интервалов подключенного состояния нагрузки 4, многоканальный селектор подключенного состояния нагрузки 5, многоканальный силовой ключ 6, многоканальная нагрузка 7, табло индикации режима многоканальной нагрузки 8.
Устройство работает следующим образом.
Генератор импульсного регулирования 1 вырабатывает импульсы напряжения, с периодом следования импульсов не менее 20 мсек не синхронизированные с фазой питающей сети и амплитудой, достаточной для работы электронной схемы, которые подаются на формирователь интервалов отключенного состояния нагрузки на п каналов 2 и формирователь интервалов подключенного состояния нагрузки 4. Сигнал с выхода задатчика интервала отключенного состояния нагрузки 3 подается на другой вход формирователя интервалов отключенного состояния нагрузки на п каналов 2. При помощи задатчика производится выбор интервалов отключенного состояния нагрузки для всех п каналов. Формирователь интервалов отключенного состояния нагрузки на п каналов 2 вырабатывает импульс, длительность которого при помощи задатчика интервала отключенного состояния нагрузки на п каналов 3 может быть выбрана в пределах от О до т. Этот импульс подается на вход формирователя интервалов подключенного состояния нагрузки 4 и в интервале отключенного состояния нагрузки блокирует выработку интервалов подключенного состояния нагрузки. Далее формирователь интервалов 4 вырабатывает интервалы подключенного состояния нагрузки, которые подаются на п- канальный селектор подключенного состояния нагрузки 5. Нри помощи п- канального селектора для каждого канала производится выбор одного из интервалов в диапазоне от О до k интервалов, которые подаются на пканальный силовой ключ 6. С выхода п- канального силового ключа 6, в момент времени когда напряжение переходит через нуль, сигнал подается в многоканальную нагрузку 7 и на табло индикации режима многоканальной
нагрузки 8. При помощи табло индикации режима многоканальной нагрузки 8 производится контроль за работой всего устройства в целом, а так-же за состоянием каждой из нагрузок в отдельности.
Практическое использование предложенного регулятора обеспечивает повышение точности и стабильности процесса регулирования и существенное упрощение конструкции.
Предлагаемое техническое рещение является промышленно-применимым, подтверждением является факт изготовления устройства на ФГУП « ПО «Завод имени Серго и испытания его на вакуумформовочной мащине.