Multizone Frequency- Width-Pulse Integrating Regulators with Relay Algorithm

Цытович Леонид Игнатьевич, д-р техн. наук, профессор, кафедра «Автоматизированный электропривод», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск. Брылина Олеся Геннадьевна, канд. техн. наук, доцент кафедры «Автоматизированный электропривод», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; [email protected]. L.I. Tsytovich, O.G. Brylina, [email protected] South Ural State University, Chelyabinsk, Russian FederationРассмотрена базовая структура и принцип действия многозонного интегрирующего регулятора, в основе которого лежит частотно-широтно-импульсная модуляция. В среде MATLAB + Simulink разработана виртуальная модель многозонного регулятора, на ее основе построены временные диаграммы регулятора. Приведены основные расчетные соотношения и статические характеристики многозонного ре- гулятора: амплитудная и модуляционная характеристики. Отмечены достоинства и недостатки устройств данного класса. Предложены два способа организации «эстафетных» режимов работы релейных элементов, входящих в состав многозонного интегрирующего регулятора. В частности, рассмотрены многозонный регулятор с параметрическим и с число-импульсным «эстафетными» алгоритмами работы релейных элементов. Главным достоинством «эстафетных» режимов является их возможность обеспечивать равномерное распределение потерь мощности между выходными силовыми ключами, что позволяет повысить энергетические показатели системы управления и ее надежность. Приведены структуры многозонных регуляторов с «эстафетными» режимами работы и временные диаграммы их сигналов. Показан пример построения на основе многозонного регулятора переменного напряжения системы управления температурой в электронагревательной установке. При «эстафетном» режиме работы электронагревателей создается «вращающееся» тепловое поле, в результате чего снижается не менее чем в 3–5 раз неравномерность температуры по объему печи. Статья может быть интересна для специалистов, работающих в области информационной и силовой электроники, автоматизации технологических процессов и электропривода в целом. The basic structure and operating principle of the multizone integrating regulator are considered in the paper. The regulator is based on multizone frequency-width-pulse modulation. The virtual model of the multizone regulator is made in the MATLAB + Simulink program. Time diagrams of the regulator are constructed with a virtual model. Main equations and static characteristics of multizone the regulator, in particular, amplitude and modulation characteristics are given. Advantages and disadvantages of the regulators are mentioned. Two ways of relay algorithm are offered in paper. Relay elements are parts of the regulator. In particular, multizone regulator with self-reactance and unit-counting relay algorithm are shown. The main advantage of relay algorithms is the ability to provide a uniform distribution of the power loss between the output power keys. It enables improvement of energy performance of the control system and of its reliability. The structures of multizone regulators with relay algorithms and time diagrams of the signals are given. Example of the temperature control system in the electric heating installation based on the multi-zone AC regulator is provided. The “rotating” thermal field is generated in the “relay” mode of electric heaters. As a result, uneven temperatures in the heating installation are reduced by at least 3–5 times. This paper can be interesting for power and information electronics, electric drive and process automation specialists