Регулятор освітлення освітлювальних пристроїв (для ламп накалювання)

Реферат: Регулятор освітлення освітлювального пристрою містить вузол трансформатора, вузол випрямляча, вузол симістора, освітлювальний пристрій, один контакт якого під'єднано до виходу вузла симістора, а другий - до мережі 220 В, причому в регулятор освітлення освітлювального пристрою введені послідовно під'єднані: незгладженим виходом вузла випрямляча до входу формування синхроімпульсів вузла синхронізації, виходом сформованих синхроімпульсів вузла синхронізації до входу синхронізації вузла генератора, виходом низькочастотних імпульсів вузла генератора до підрахункового входу лічильника вузла задавання цифри, паралельними виходами лічильника вузла задавання цифри до паралельних входів лічильника вузла цифрового перетворення. UA 101420 U (12) UA 101420 U UA 101420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Заявлене рішення є симісторним регулятором змінного струму, належить до електротехніки і може бути використаним для плавного регулювання: потужності нагрівачів, освітлення освітлювальних пристроїв, вихідної напруги випрямлячів для живлення електрохімічного обладнання, швидкості обертання двигунів у швейних машинках, електричних дрелях і в іншому схожому обладнанні. Сучасні тенденції розвитку схожих регуляторів диктують підвищені вимоги до таких їхніх показників, як: дуже плавне регулювання вихідної напруги, простота управління регулятором, надійність і довговічність елементів електричної схеми, широкий діапазон регулювання і інші показники, які поліпшують характеристики регулятора. Для прикладу, на цей час відомі: тиристорний перетворювач напруги (а.с. № 2246748 С1, патент РФ, МПК 7 G05F 5/02, тиристорный преобразователь напряжения, В.В. Пешков, номер заявки № 2003123724/0, заявл. 31.07.2003, опубл. 20.02.2005) і пристрій імпульсно-фазового управління (а.с. № 2160957, патент РФ, МПК Н02М 1/08, Н02М 1/06, устройство импульснофазового управления, И.И. Ушаков, А.М. Кузьмичев, номер заявки № 99102346/09, заявл. 08.02.1999, опубл. 20.12.2000). До тиристорного перетворювача напруги, представленого першим, входять: інтегратор випрямленої напруги, ключ розрядки конденсатора, компаратор, формувач імпульсів управління тиристором і джерело напруги управління. Використання в електричній схемі малої кількості функціональних блоків призводить до невеликих затрат на виготовлення, простоти в налагоджуванні і здешевлення регулятора. Судячи з опису роботи регулятора, він задовольняє тим характеристикам, які заклали його розробники в електричну схему - лінійна залежність між напругою управління і вихідною напругою. Розглянувши функціональну схему регулятора, можна зробити такі висновки: а) добиваючись лінійної залежності між напругою управління і вихідною напругою, розробники звузили діапазон регулювання напруги через використання інтегратора випрямленої напруги, схема якого, сама по собі, має вузькі межі регулювання і, до того ж, на виході формує косинусоїдальну випрямлену напругу, яка дозволяє регулятору працювати тільки на вузьких ділянках косинусоїди; б) для розширення діапазону регулювання регулятора, розробники пропонують використати в схемі ключа мікроконтактне реле, а в схемі інтегратора - високоякісний операційний підсилювач. Але використання контактних реле знижує надійність схеми і скорочує час виробітку її, а використання високоякісних підсилювачів здорожчує регулятор; в) в регуляторі розробники використали метод вертикального імпульсно-фазового управління [1] тиристорами і симісторами. В цьому методі імпульс управління симістором формується в момент порівняння: в цьому випадку, косинусоїдальної напруги, яка подається на один із входів компаратора з виходу інтегратора, з напругою управління, яка подається на другий вхід компаратора з джерела напруги управління. При цьому всяке спотворення форми напруги косинусоїди, яке має місце в неідеальній схемі інтегратора, призводить до погіршення роботи регулятора. Цей недолік можна подолати, якщо в регуляторі використати не косинусоїду, а пилкоподібну або трикутну форму напруги, але тоді не буде досягнуто лінійної залежності між напругою управління і вихідною напругою. Це протиріччя призводить до нестійкої роботи регулятора і, загалом, до погіршення якості перехідних процесів. Найбільш близьким за сукупністю ознак і технічним результатом до заявленого рішення є пристрій імпульсно-фазового управління, представлений другим. До нього входять: фільтр, два компаратори, генератор опорної напруги, підсилювач, ключ, формувач імпульсів управління, два вихідні ключі управління тиристорами чи симісторами. Вихідні ключі пристрою імпульснофазового управління виробляють за формою такі ж імпульси управління симісторами, що й вузол управління симістором заявленого рішення. Електрична схема пристрою імпульснофазового управління трохи складніша за схему тиристорного перетворювача напруги, яка представлена першою, але у виготовленні теж нескладна і проста в налагоджуванні. Якщо звернути увагу на опис роботи пристрою, то цей пристрій також задовольняє тим характеристикам, які в його роботу заклали розробники - спрощення схеми пристрою, зниження ціни на виготовлення і підвищення надійності. Робота електричної схеми пристрою дає можливість зробити деякі висновки: а) порівнюючи пристрій серії ЕПУ 1М, який виробляє промисловість РФ і на який послались розробники, з тим пристроєм, який вони заявили, можна зробити висновок, що складність електричної схеми змінилась в незначній мірі (майже не змінилась), бо одні елементи замінені на другі. Також не змінилась надійність - основа схеми залишилась та ж. Ціна теж не змінилась; 1 UA 101420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 б) метод вертикального імпульсно-фазового управління [1] тиристорами, який використано в пристрої, дає можливість зробити той же висновок, що й для тиристорного перетворювача напруги, який представлено в першому прикладі, - вузький діапазон регулювання, що звужує технічні і технологічні можливості використання пристрою. Цей пристрій імпульсно-фазового управління за кількістю загальних ознак прийнятий за прототип. В основу заявленого рішення поставлено задачу на створення такої електричної схеми регулятора, яка б: а) підвищувала довговічність під'єднуваного навантаження: нагрівачів, освітлювального обладнання, двигунів і таке інше; б) мала широкий діапазон регулювання; в) мала дуже плавне регулювання; г) мала просте і зрозуміле управління; а також мала інші показники, які поліпшують характеристики регулятора. Поставлена задача вирішується у використанні в електричній схемі регулятора надійної, довговічної, високочастотної, малоспоживаючої (від джерел живлення) і більш досконалої цифрової елементної бази. До того ж, в електричній схемі регулятора використано, як більш досконалий, цифровий метод управління [1] симісторами. Також, поставлена задача вирішується й тим, що регулятор освітлення освітлювальних пристроїв, відповідно до заявленого рішення, містить вузол трансформатора, вузол випрямляча, вузол синхронізації, вузол генератора, вузол задавання цифри, вузол цифрового перетворення, вузол управління симістором, вузол симістора, освітлювальний пристрій, де всі вузли регулятора живляться напругою з вузла випрямляча, другі входи вузла генератора і вузла задавання цифри під'єднані до кнопок управління "Світліше" і "Темніше", інші входи вузла цифрового перетворення і вузла управління симістором під'єднані до виходів вузла синхронізації і вузла генератора. Порівнюючи характеристики відомих регуляторів із заявленим, можна зробити такий висновок: а) в порівнянні з регулятором першого прикладу, у заявленого відсутні інтегратор, порівнювач і формувач імпульсів, тому й відсутні всі недоліки регулятора першого прикладу; б) в порівнянні з пристроєм другого прикладу, у заявленого відсутні фільтр, компаратори, генератор опорної напруги, підсилювач, ключ і формувач імпульсів, тому в заявленому регуляторі теж відсутні всі недоліки пристрою другого прикладу. Зважаючи на те, що регулятор першого прикладу і пристрій другого прикладу були розроблені ще в той час, коли промисловість не випускала досконалих мікросхем управління і розміри тих радіоелементів були значно більшими, то й габарити регулятора першого і пристрій другого прикладів значно більші ніж у заявленого регулятора. Суть заявленого рішення пояснюється принципово відмінною електричною схемою регулювання за блок-схемою, яка показана на кресленні. Блок-схема має такі вузли: вузол трансформатора 1, вузол випрямляча 2, вузол синхронізації 3, вузол генератора 4, вузол задавання цифри 5, вузол цифрового перетворення 6, вузол управління симістором 7, вузол симістора 8, освітлювальний пристрій 9. Регулятор освітлення освітлювального пристрою, скорочено регулятор, працює таким чином: з вмиканням тумблера "Мережа" напруга з мережі 220 В подається на вузол трансформатора 1. З вторинної обмотки трансформатора напруга подається на вузол випрямляча 2. З вузла випрямляча 2 випрямлена напруга подається на всі вузли регулятора. В момент подачі напруги на всі вузли регулятора спрацьовує схема обнулення у вузлі задавання цифри 5, яка обнулює лічильник цього вузла в початковий нульовий стан. Після цього обнуления освітлювальний пристрій залишається вимкнутим і не світиться, а регулятор постає в стан готовності до праці з ним. Якщо натискати кнопку "Темніше", вона не буде спрацьовувати, бо пристрій і так вимкнено. Якщо натискати кнопку "Світліше", вона спрацює, увімкнеться пристрій. Він почне повільно і плавно засвічуватись. Чим довше тримати кнопку "Світліше" натиснутою, тим сильніше буде світлішати освітлювальний пристрій - аж до максимальної його яскравості. При відпусканні кнопки "Світліше" освітлення освітлювального пристрою зафіксується на зазначеному рівні. Кнопка "Темніше" спрацює тільки при освітленому пристрої. Якщо пристрій світиться, то, при натиснутій кнопці "Темніше", він буде повільно і плавно зменшувати свою яскравість. Чим довше тримати кнопку "Темніше" натиснутою, тим освітлення буде плавно зменшуватись - аж до повного його зникнення. Поки пристрій світиться, відпускання кнопки "Темніше" зафіксує його освітлення на зазначеному рівні. Така робота пристрою з кнопками пояснюється функціональною схемою таким чином: при натисканні кнопки "Світліше" напруга живлення з вузла випрямляча 2, через контакти кнопки, подається на дозвільний вхід генератора вузла генератора 4. Генератор починає виробляти 2 UA 101420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 імпульси, які подаються на підрахунковий вхід лічильника вузла задавання цифри 5. Також напруга живлення через контакти кнопки "Світліше" подається на вхід прямого і зворотнього підрахунку імпульсів того ж лічильника вузла задавання цифри 5 і лічильник починає прямий підрахунок імпульсів. Якщо кнопка відпущена, лічильник перестає рахувати імпульси блокується робота вузла генератора 4. Лічильник запам'ятовує підраховану кількість імпульсів генератора. З пам'яті інформація передається на паралельні виходи цього ж лічильника вузла задавання цифри 5. З паралельних виходів інформація в двійковому (цифровому) коді подається на паралельні входи запису інформації лічильника вузла цифрового перетворення 6. На дозвільний вхід запису інформації лічильника, цього вузла, подаються короткі синхроімпульси з вузла синхронізації 3. В момент подачі, кожний наступний синхроімпульс стирає кожну попередньо записану інформацію на паралельних входах цього ж лічильника і дозволяє записати ту ж, або нову подальшу інформацію, яка постійно подається на паралельні входи лічильника вузла цифрового перетворення 6. На підрахунковий вхід цього лічильника подаються імпульси з другого виходу вузла генератора 4 і підраховуються ним. В якийсь момент підрахунку, певна кількість імпульсів збігається з записаною інформацією в пам'яті лічильника на паралельних входах і на виході переносу цього лічильника вузла цифрового перетворення 6 виробляється одиночний імпульс збігу цих двох цифр. Такий процес - стирання наступним синхроімпульсом попередньої інформації, записаної з паралельних входів попереднім синхроімпульсом, і запис в пам'ять лічильника наступної інформації, потім підрахунок імпульсів генератора до його збігу з записаною наступною інформацією і, через цей збіг, вироблення на виході переносу лічильника одиночного імпульсу збігу двох цифр повторюється постійно, поки увімкнено регулятор і натиснута або відпущена кнопка "Світліше". При відпущеній кнопці "Світліше" лічильник вузла задавання цифри 5 тримає в пам'яті підраховану кількість імпульсів і цей підрахунок не зміниться доти, поки не буде натиснута будьяка кнопка. Через це, на виході переносу лічильника вузла цифрового перетворення 6 виробляється одиночний імпульс збігу двох цифр - підрахованої кількості імпульсів лічильника вузла задавання цифри 5 і підрахованої кількості імпульсів лічильника вузла цифрового перетворення 6. Цей імпульс збігу знаходиться на незмінній відстані в часі від попереднього синхроімпульсу і подальшого. Тому освітлення пристрою залишається незмінним. Якщо кнопку "Світліше" натиснути знову, то, до записаної в пам'ять лічильника вузла задавання цифри 5 кількості імпульсів, додаються подальші імпульси з вузла генератора 4, підраховуються, записуються в пам'ять і передаються на паралельні виходи цього лічильника. Оновлена інформація з цих виходів подається на паралельні входи лічильника вузла цифрового перетворення 6, порівнюється з підрахованою цим лічильником кількістю імпульсів з вузла генератора 4 і, тому, на виході переносу цього лічильника, виробляється одиночний імпульс збігу цих цифр зміщений у часі від попереднього і подальшого синхроімпульсів. Симістор вузла симістора 8 відкривається і напруга з мережі 220В на пристрої підвищується. Пристрій починає засвічуватись яскравіше. Якщо кнопку "Світліше" не відпускати, то, в результаті описаних вище процесів, лічильник вузла 5 заповниться до максимальної цифри, а на виході переносу лічильника вузла 6 імпульс збігу буде зміщений у часі на найбільшу відстань від попереднього синхроімпульсу і найменшу відстань до подальшого. Симістор відкривається повністю. На пристрій подається вся напруга з мережі і він починає світитись з максимальною яскравістю. Відпускання і натискання в цей час кнопки "Світліше" вже не впливає на яскравість пристрою. При натисканні кнопки "Темніше" напруга живлення з вузла випрямляча 2, через контакти кнопки, подається на дозвільний вхід вузла генератора 4. З генератора вироблені імпульси подаються на підрахунковий вхід лічильника вузла задавання цифри 5. Також, напруга живлення, через контакти кнопки "Темніше", подається на вхід прямого і зворотнього підрахунку імпульсів цього ж лічильника тільки з від'ємним значенням і лічильник починає зворотній підрахунок імпульсів. Таким чином, від раніше записаної кількості імпульсів йде їх віднімання. Таке віднімання призводить, в результаті описаних вище процесів, до вироблення на виході переносу лічильника вузла цифрового перетворення 6 одиночного імпульсу збігу двох цифр, який зміщується у часі на відстань ближчу до попереднього синхроімпульсу і дальшу від подальшого. Симістор, при цьому, плавно і повільно вимикається, а яскравість пристрою, від максимальної, плавно і повільно зменшується до її повного зникнення. При відпусканні кнопки "Темніше", поки пристрій ще світиться, в лічильнику вузла задавання цифри 5 залишається в пам'яті підрахована кількість імпульсів і цей підрахунок не змінюється доти, поки не буде натиснута будь-яка кнопка. Через описані вище процеси, одиночний імпульс збігу двох цифр, який виробляє лічильник вузла цифрового перетворення 6 на своєму виході переносу, знаходиться на незмінній відстані в часі від попереднього і подальшого синхроімпульсів. Симістор залишається увімкненим на фіксованому рівні, а пристрій світиться з фіксованою 3 UA 101420 U 5 10 15 20 25 незмінною яскравістю. Такі ж процеси, які описані вище з кнопкою "Світліше", відбуваються і з повторним натисканням кнопки "Темніше". Тільки, при цьому, йде віднімання імпульсів в лічильниках вузлів 5 і 6 від підрахованих і запам'ятованих раніше, а, в результаті, через описані вище процеси, одиночний імпульс збігу двох цифр зміщується в часі на відстань ближчу до попереднього синхроімпульсу і дальшу до подальшого. Це призводить до вимкнення освітлення. Вузол управління симістором 7 працює таким чином: на один з трьох входів (заповнювальний вхід) вузла постійно подаються імпульси з другого виходу (вихід високочастотних імпульсів) вузла генератора 4. На другий вхід (вхід запуску) вузла подаються короткі синхроімпульси з вузла синхронізації 3, які являються імпульсами дозволу на пропускання імпульсів з вузла генератора 4. Імпульси вузла генератора 4 заповнюють імпульс дозволу, фронт підйому якого починається з моменту запуску схеми вузла управління симістором 7 синхроімпульсами з вузла синхронізації 3, а фронт спаду - якого завершується моментом повернення цієї схеми вузла 7 в попередній стан одиночними імпульсами збігу двох цифр, які виробляються на виході переносу лічильника вузла цифрового перетворення 6 і подаються на третій вхід (відновлювальний вхід) вузла управління симістором 7. Така синхронізована серія імпульсів з виходу вузла управління симістором 7 подається на базу транзистора вузла симістора 8, до емітера якого під'єднано трансформатор гальванічної розв'язки. З вторинної обмотки трансформатора синхронізована серія імпульсів подається на електрод управління симістором вузла симістора 8. Напруга з мережі 220 В подається на освітлювальний пристрій 9 через р-n-р-n переходи симістора вузла симістора 8. Вузол синхронізації 3 з випрямленої незгладженої напівсинусоїди виробляє короткі (в часі) синхроімпульси, які збігаються з фазою переходу синусоїдальної напруги змінного струму мережі 220 В через електричний нуль, і подає їх на вхід вузла генератора 4, вузла цифрового перетворення 6 і вузла управління симістором 7. Вузол генератора 4, після подачі на нього дозвільної напруги, виробляє: низькочастотні імпульси, що подаються на підрахунковий вхід лічильника вузла задавання цифри 5, і високочастотні -, що подаються на підрахунковий вхід лічильника вузла цифрового перетворення 6 і на заповнювальний вхід вузла управління симістором 7. 30 Джерела інформації: 1. Преобразовательная техника. В.С. Руденко, В.И. Сенько, И.М. Чиженко. - К.: "Вища школа", 1978. - С. 121-127. 35 40 45 50 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Регулятор освітлення освітлювального пристрою, що містить вузол трансформатора, вузол випрямляча, вузол симістора, освітлювальний пристрій, один контакт якого під'єднано до виходу вузла симістора, а другий - до мережі 220 В, який відрізняється тим, що в регулятор освітлення освітлювального пристрою введені послідовно під'єднані: незгладженим виходом вузла випрямляча до входу формування синхроімпульсів вузла синхронізації, виходом сформованих синхроімпульсів вузла синхронізації до входу синхронізації вузла генератора, виходом низькочастотних імпульсів вузла генератора до підрахункового входу лічильника вузла задавання цифри, паралельними виходами лічильника вузла задавання цифри до паралельних входів лічильника вузла цифрового перетворення, виходом переносу лічильника вузла цифрового перетворення до відновлювального входу вузла управління симістором, виходом вузла управління симістором до входу вузла симістора; при цьому: вихід вузла синхронізації також під'єднано до входу запису лічильника вузла цифрового перетворення і до входу запуску вузла управління симістором, вихід високочастотних імпульсів вузла генератора під'єднано до підрахункового входу лічильника вузла цифрового перетворення і до заповнювального входу вузла управління симістором, одні контакти кнопок "Світліше" і "Темніше" під'єднані до напруги живлення вузла випрямляча, другий контакт кнопки "Світліше" під'єднано до дозвільного входу вузла генератора і до входу прямого і зворотнього підрахунку імпульсів лічильника вузла задавання цифри, другий контакт кнопки "Темніше" під'єднано до дозвільного входу вузла генератора. 4 UA 101420 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5