Регулятор переменного напряжения

Регулятор переменного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 н744893

Союз Советскнх

Соцналнстнческнх реслублнк (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву% 58968 1 (22) Заявлено 10. 1 1.77(2 I ) 2542331/24-07 (51) М. Кд.

Н 02 Р 13/14//

; G 05 Р Ol/16 с присоединением заявки.%—

Гооударстванный комитет (23) Приоритет— до делам нзооретеннй открытнй

Опубликовано 30.06.80. Бюллетень И 24 (5З) УДК 621.316. . 722 (088.8) Дата опубликования описания 02.07.80 (72) Авторы изобретения А- В. Кобзев, Ю. М. Лебедев, Г. Я. Михапьченко и В. Д. Семенов

Научно-исследовательский институт автоматики . и электротехники при Томском институте автоматизированных, (71) Заявитель систем управления и радиоэлектроники (54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим регуляторам переменного напряжения, и может быть использовано в качестве источника питания для аппаратуры радиоэлектроники, средств связи, электротехнических установок, особенно в тех случаях, где важны минимальные массо-габаритные характеристики, требуется повышенное быстродействие регулирования и стабилизации напряжения и его высокое качество.

По основному авт.свид. 14 589681 известен регулятор переменного напряжения, содержаший модулятор и демодулятор, выполненные в виде однофаэных мостовых инверторов на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью. Диагональ модулятора образует входные зажимы, подключенные к сети,.диагональ демодулятора включена в рассечку между входным и выходным зажимами, а в другие диагонали модулятора и демодулятора включены обмот2 ки высокочастотного трансформатора.

Схема управления содержит задаюший генератор, один иэ выходов которого связан с управляюшими входами ключей модулятора, а два других через два фазосдвигаюших блока, один из которых выполнен с управляемым углом задержки, а другой — с управляюшим углом опережения, соединены с управляюшими входами двух пар смежных ключей демодуля1О тора. При этом управляющие входы обоих фаэосдвигаюших блоков объединен Я.

Известный регулятор переменного напря жения характеризуется высокими

15 массо-габаритными показателями, повы-» шенным быстродействием и позволяет получать выходное напряжение высокого качества.

Однако с помошью этого регулятора можно производить регулирование питаюшего напряжения только по разомкнутому циклу, что зачастую позволяет использовать его лишь в качестве исполнительного органа B источниках питания и существенно ограничивает его функциональные возможности.

Бель изобретения — расширение функциональных возможностей регулятсра переменного напряжения.

Поставленная цель достигается тем., что в регулятор переменного напряжения введены входной и выходной фильтры, датчик перехода выходного напряжения через нуль, выходом подключенный ко входу распределителя импульсов, источник задающего напряжения и измерительный орган, входами подсоединенный через трансформатор к выходному фильтру„а выходом - к одному из входов дифференциального усилителя, выход которсго подключен к управляющему входу схемы управления регулирующего органа, а другой вход — к источнику задающего .напряжения, содержащего источник опорного напряжения и генератор пилообразного напряжения регулируемой амплитуды, причем управляющие входы упомянутого измерит епьного органа подключ ены к выходам распределителя импульсов, а управляющий вход генератора пилообразного напряжения соединен с выходом датчика перехода выходного напряжения ч-рез нуль.

Кроме того, измерительный орган выполнен в виде двух одинаковых каналов и селектора, причем каждый канал содержит интегратор с памятью, выход которого зашунтирован ключом и через согласующее устройство подключен к одному из входов селектора, при этом управляю-. щие входы измерительного органа образованы цепями управления упомянутых ключей.

Интеграторы с памятью выполнены в виде однополупериодных выпрямителей, соединенных выходами со входами л С-цепей охваченных контуром положительной единичной обратной связи.

Генератор пилообразного напряжения может быть включен последовательно с источником опорного напряжения., При выполнении источника опорного напряжения в виде компенсационного стабилизатора, генератор пилообразного напряжения может быть включен в цепь его обратной связи.

На фиг 1 приведена функциональная схема регулятора переменного напряже= ния, на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие работу регулятора.

4893 4

Регулятор переменного напряжения содержит регулирующий орган 1, подсоединенный через входной фильтр 2 к зажимам питающей сети„. а через выходной фильтр 3 — к нагрузке 4. Регулируюший орган 1 состоит из модулятора 5 и демодулятора 6, выполненных в виде однофазных мостовых инверторов на полностью у-правляемых ключах 7-10 и

10 11-14 с двусторонней проводимостью, соответственно, причем диагональ модулятора 5 подключена параллельно входному фильтру 2,. а диагональ демодулятора

6 включена в рассечку проводов между входными 2 и выходными 3 фильтрами.

Другие диагонали модулятора 5 и демодулятора 6 подсоединены к обмоткам высокочастотного трансформатора 15.

Управление работой ключей 7-10 и

2о 11-14 регулирующего органа 1 осуществляется с помощью схемы 16 управления с задающим генератором 17, один выход которого связан с управляющими входами кп1очей 7-10 модулятора 5, а другой .,5 через фа"-овый блок 18 с управляемым углом задержки связан с управляющими входами смежных ключей 11 и 12 демодулятора 6. Третий выход задающего

::, енератооа 17 через второй фазосдвигаю:-:о ший блок 19 с управляемым углом опережения соединен с другой парой смежньк ключей j 3 и j 4 демодулятора 6, при этом входы фаэосдвигаюших блоков 18 и 1 9 объединены и образучот вход схемы

5 16 управпечия„

Параллельно выходнсму фичьтру 3 под= ключен трансформатор 20, втори пые ооБ H В которого и одсо едп .-! Ii!! B противофазе к сигнальным входам ь змеоительного органа 21, выполненного в виде двух одинаковых каналов, содержащих интеграторы 22 и 23 с памятью выходы которых зашунтированы ключами 24 и

25 и через согласу.ошие устройства 26 и 27 подключены кс входам селектора

28. Каждый из интеграторов 22 и 23 состоит из однополупериодного выпрямителя 29, интегрирующей Я С-цепи C резистора 30 и конденсатора 31) „охваченной с помощью согласующего устройства 32, выполненного: с единичным коэффициентом передачи по напряжению положительной обратной связью. Дополнительная обмотка Г трансформатора 20 подсоединена ко входу датчика 33, перехода вьг:одного напряжения через нулЬ, выходом подключенного ко входу распределителя

34 импульсов соединенного выходами с

5 74 цепями управления ключей 24 и 25.

Выход измерительного органа 21, образованный селектором 28, подключен к одному извходов дифференциального усилителя 35, выходом подсоединенного ко входу схемы 16 управления. Другой вход дифференциального усилителя 35 связан с выходом источника 3 озадающего напряжения, состоящего из источника 37 опорного напряжения и генератора

38 пилообразного напряжения регулируемой амплитуды, при этом управляющий вход генератора 38 пилообразного напряжения соединен с выходом датчика 33 перехода выходного напряжения через нуль. При выполнении источника 37 опорного напряжения нерегулируемым, генератор 38 пилообразного напряжения включен последовательно с ним, а при использовании в качестве этого источника компенсационного стабилизатора генератор 38 пилообразного напряжения подключен в цепь его обратной связи.

Регулятор работает следующим образом.

При значении питающего напряжения ниже номинального, регулирующий орган

1 переходит в режим вольтодобавки, преобразуя при этом питающее напряжение в напряжение 39 (фиг. 2), что о6еспечивается соответствующими значениями углов задержки *p и опережения Я,Ь,, выработанных фазосдвигающими блоками

18 и 19. Напряжение 39 поступает на вход фильтра 3, преобразуясь на его выходе в сглаженное синусоидальное напряжение 40, которое прикладывается к нагрузке 4 и первичной обмотке A трансформатора 20 и через обмотку Г подается на вход датчика 33 перехода выходного напряжения через нуль. При каждом переходе напряжения 40 через. нуль на выходе датчика 33 формируются мгновенные импульсы напряжения 41, поступающие на вход „34 импульсов. Благодаря делению во времени на два, на выходах распределителя

34 напряжение 41 преобразуется в импульсные последовательности напряжений 42 и 43, подающихся в цепи управления ключей 24 и 25 измерительного органа 21. иначе

Таким образом, выходное напряжение интеграторов 22 и 23 пропорционально среднему значению выходного напряжения регулятора (напряжение 40) и не зависит от его формы. Процесс интегрироваЗБ ния напряжения 40 на фиг. 2 отражен монотонно возрастающими . участками кривых 44 и 45. При смене полярности напряжения 40, благодаря наличию в структуре интеграторов 22 и 23 выпря @ мителей 29, на последующем полупериоде напряжения 40 уровни напряжений 44 и

45, достигнутые в результате интегрирования, фиксируются, однако, вследствие паразитного разряда конденсаторов 31, < величина зафиксированных уровней изменяется на всем интервале фиксации (спадающие участки кривых 44 и 45).

Поскольку постоянная времени паразитнс го разряда конденсаторов 31 большая, о спад зафиксированных уровней происходит практически по линейному закону.

Перед очередным интегрированием (т.е. при последующем переходе напряжения 40 через нуль) с выходов распре целителя 34 импульсов в цепи управления ключей 24 и 25 поступают импульсы

43 и 43, замыкающие ключи 24 и 25 на время своей длительности. КонденсаОдновременно выходное напряжение

40 через обмотки Б и В трансформатора 20 прикладывается ко входам интеграторов

22 и 23 с памятью измерительного ор- " гана 21. Так как обмотки Б и В под4893 6 соединены ко входам интеграторов 22 и

23 в противофазе друг относительно друга, интеграторы 22 и 23 также работают в противотакт, то есть интегратор 22 интегрирует, например положительную полуволну напряжения 40, а интегратор

23 — отрицательную. Процесс интегрирования описывается дифференциальным уравнением

1а . С +0-0 +U

О1Ф с Ьу су (1) где Я. — величина сопротивления резистора 30, — величина емкости конденсатора

31, L4. — напряжение на конденсаторе 31, Щ<- напряжение на выходах интеграторов 22 и 23

И-Ю вЂ” выходное напряжение согласующего устройства 32.

Поскольку- согласующие устройства 32 выполнены с единичным коэффициентом передачи по напряжению, то LL< = Kcy и уравнение (1) принимает вид

25 du, вс — =ц

c3t в

I,>4 торы 31 разря>«а>отся и выходные напряжения 44 и 45 интеграторов 22 и 23 обнуляются.

С выходов интеграторов 22 и 2 на.. пряжения 44 и 45 через согласующие устройства 26 и 27 поступают на входы селектора 28,который выделяет из напря>кений 44 и 45 участки, соответству10ца<е интервалу их фиксации. В результате этого на выходе селектора 28 возникает напряжение 46„. подающееся на один из

Входов дифференциального усилителя 35,. выполняющего роль элемента сравнения сигнала обратной связи (напря «eíèå 46;: с задающим напряжением при одновременНОМ .у™-ИЧЕНИИ ПОПУЧИВ!ЦР1-ОСЯ O .II" J»IGI) G

ОН1ибки» ПОследний при стабильном пита-" ющем напряжении должен быть сформиро- ван в виде постоянного напряжения с ы-; —.

Н!!»!а-!Ь!!11М JPOBEIBivI ПУЛ» СаЦИЙ G JPII Р... . стабильном имеет ступенчатую форму.

В противном случае снижается точность

2егулирова!Н1я и стабилизации питающе= го напряжения, возрастает коэффициент искажений Выходного напряжения„ухудшаются энергетические характеристики регуляторе в целом. Обеспечен!!э этого i>QJ1QeIfg ДОСТПт аеТСЯ 1В»! РМ ВКП„-ОИРПИЯ структуру источника 36 зада;ощего EG- пряжения генератора 38 пилообразного .

I1G1IpsI>«eпия регулируемой амп»питуды»

EI Q выходное напряжение 47, сумми12уясь с постоя напряжением, выраоатывае=: мым па выходе источника - 7 опорного нап"2я>«ения позволяет подучить зада>оц!РР напря>«ение 48, синфазное с сигналом

46 обратной связи. Регулируя амп>ттуг>.-. . пилообразного няпря>ке!1ия 4 7, МО «;10 сформироьать сглаженный! сигнал 49, ошибки, поступающий на вход схемы 16 управления. Под воздействием сигналG

49 ошибки входное напряжение 50 задающего генератора 17 смекается физо=сдвигаюп!ими блоками 18 II 19 " требуемые углы задер>«кп о . 0 н опере>кения J3) . Выходные напряжения 51 !1

52 фазосдвигающих блоков 18 и 1 9 подаются в цепи управления ключей =,114 демодулятора 6., коммутируя их па заданном временном интервале и обес:r чивая необходимьй режим 2аботы (вольтодобавка, неискаженная neper.e÷G энергии, вольтодобавка) демодулятора 6 регулирующего органа 1.

Таким образом у предлагаемого регу:= лятора переменного напряжения сущест- венно расширены функциональные воз« с>«-= ности регулятора по сравнени>о с извест-нымн. Быстродействие регулирования и стабилизации Выходного напряжения характеризуе": я попупериодным запаздыBGE1iIРм !2 «Онтуве ОбратнОЙ сВЯзи. G тОН ность стабилизации Определяется коэффициентом передачи замкнутой системы.

Формула из-...бретснич

)и

1. Регупятор пере!Ненного напря>«ен";.. по авт,св», !> 589681, о т л и ч а юшийся тем, TQ» с целью pGclllllpeHIIF. !!2унк тиоп= пьных Возмо>«ностей, ВВедены

> "» Входной и Выходной фильтры, датчик перехода ВЬ1ход! о! о напр >«ения через нуль, !

2blX0H0V НO>IKWJD 3 BH!IbJA «O 9XOII I- pGCIIpep ellH"тепя иvwrllbcoe, .источник задающего ад 21!же>!Ня и 1:змер>тепьный орган, .вхо== ,Й дами по,,соэдиveнны" через трансформаI"Qp к выходпо...;у фв:ьтру„, а Выходом— к ОднОМ1 из ВходОВ диц>ференциального

УСИЛ11ТРПЯ.„ВЫХОД КОТОРОГО ПОДКП1ОЧРН к блоку управпения регулирующего орга: » па. а дг»ГОЙ Вход -- к источнику заде10. .цего напряжения,. содержащего источник

Опорного напря>«ения и генератор пило2бразного надоя>«еч!и".1 12РГулируемой

Д1,1пл>1туд 1:- рн»1РМ управля1о,цие Входы упор!япутого измеоитепьного органа подключены к Выходам распределителя импульсов а управпя:.Ош>!Й вход генера; QpG пилообраз>!Ого напряжения соединell с Вы>ходок. датчика перехода вь1ходи пp:- -РБ -я че-р з нуль.

» Р;»; „-..!автор 10 Ir (0 и N ц а ю с ", .Bv. что измерительный орган

>-. О-,»пса В В!1Де ДВ Х Саит!а«-:e,, «а На лов е. селе«тсра, прп-.>-ем каждый «анап, содержит интегратop с памятью, выход которого зашунтирован ключом и через согпасующ .B устройство подключен к

::дному из Входов селектора, при этом

- 1!равлп01 !!!Р в" Оды измерительнОГО ОрГана Образованы цепям>! у-правления упомян-утых ключей.

3, Регулятор по пп. 1 и 2I о т л ич а 10- IU и Й с я тем, что интеграторы с памятью Выпопнень;: е виде Однополунериодных выпрямителей, соединенных со входами Я С-цепей, охваченных контуром положительной единичной обратной

СВЯЗИ. —."-:. Регудятор по пп, 1-3Ä о т л и,";; а ю щ и Й с я чем, что генератор пилообразного напряжения включен по744893

10 следовательно с источником опорного напряжения.

5. Регулятор по пп. 1-3, о т л и ч аю ш и и ся тем, что источникопорногонапряжения выполнен в виде компенсацион, ного стабилизатора, а генератор пилообразного напряжения включен в цепь его обратной связи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Мю 589681, кл. Н 02 Р 13/14.