Регулятор переменного напряжения

Регулятор переменного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнк

Социапнсткческик республик

ПИСА ИЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 13.03.80 (21) 2893607/24-07 с присоединением заявки ЭЙ (23) Приоритет

Опубликовано 07.02.82. Бктллетеиь J% 5

Дата опубликования описания 07 .02.82 (51)M. Кл.

Н 02 Р 9/30

Н 02 P l l/06

3Ъеударстваниый камнтет

CCCP (53) УДК 621.314. .57(088.8) ао делам мзабретенкк к открытки. (?2) Авторы изобретения

КЭЮВЭич

А.П.Инешин и В.Ф.Масягин

f3,„"„,„"- "

Научно-исследовательский проектно-конструк торскЩ:.: и технологический институт электрических маввен"--ноетеяннеге — - тока Прок пьевского завода "Электромашина" (71) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ то IS

Изобретение относится к электро- технике и предназначено для стабилизации действующего значения выходного напряжения переменного тока электромашинных или статических преобразователей энергии, широко применяемых в качестве автономных источников питания электрооборудования судов и самолетов.

Известны регуляторы напряжения, обеспечивающие стабилизацию выходного напряжения преобразователей по среднему, максимальному или действующему его значению с различным исполнением измерительных и усилительных цепей Г11.

Наиболее близким к предлагаемому является регулятор переменного напряжения, содержащий входной трансформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками, соединенными соответственно с входными выводами и входами двух выпрямителей, функциональный квадратичный преобразователь, подключенный к выходу первоFo выпрямителя, формирователь пилооб-. разного напряжения, опорный стабилитрон, подключенный через сглаживающий RC-фильтр к выходу второго выпрямителя, элемент сравнения сигналов и выходной транзисторный широтно-импульсный усилитель мощности Г2).

Однако известный регулятор переменного напряжения имеет недостаточную статическую точность, обусловленную использованием сравнительно грубого по чувствительности транзисторного широтно-импульсного усилителя, вход которого непосредственно соединен с выходом элемента сравнения сигналов, а также вклю чением формирователя илообразного напряжения в цепь обратной связи. регулятора (между выходом первого выпрямителя и первым входом элемента сравНения сигналов) .

3 90418

Недостатком регулятора является также инерционность, обусловленная наличием сравнительно большой по,стоянной времени цепи заряда-разряда конденсатора в формирователе пилообразного напряжения, подключенного к выходу первого однополупериодного выпрямителя, а также дополнительной постоянной времени при использовании функционального квадра- 1О тичного преобразователя с конденсатором.

Кроме того, в схеме регулятора отсутствует достаточно простая (электрическая) подстройка уровня стаби- 1э лизации выходного напряжения преобразователя, включаемого на вход регулятора, что обычно необходимо по условиям эксплуатации.

Цель изобретения — улучшение его статических и динамических характеристик, а также введение простой подстройки уровня стабилизации входного напряжения, т.е. напряжения, подаваемого с какого-либо преобразо2S вателя на вход регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор переменного напряжения, содержащий входной трансформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками, соединенными соответственно, с входными выводами и входами двух выпрямителей, функциональный квадратичный преобразователь, подключенный к выходу перво- И го выпрямителя, формирователь пилообразного напряжения, опорный стабилитрон, подключенный через сглаживающий КС"фильтр к выходу второго выпрямителя, элемент сравнения сигналов и выходной транзисторный широтно-импульсный усилитель мощности введены операционный усилитель с инвертирующим и неинвертирующим входами и второй опорный стабилитрои, Э а функциональный квадратичный преобразователь выполнен безынерционным в виде последовательной цепочки иэ нелинейного сопротивления и потенциометра подстройки, причем SO второй опорный стабилитрон включен последовательно с первым стабилитроном, образуя цепь питания операционного усилителя с подключением точки соединения стабилитронов к SS его неинвертирующему входу, инвертирующий вход операционного усилителя связан посредством формирова6 ф теля пилообразного напряжения, выполненного, например в виде T-образного RC-фильтра, с выводом движка потенциометра подстройки, а выход операционного усилителя соединен со входом выходного транзисторного широтно-импульсного усилителя мощности и связан с инвертирующим входом последовательно соединенными резисторно-емкостнымн фильтрами низких и высоких частот.

На фиг. 1 приведена блок-схема регулятора напряжения, на фиг. 2— принципиальная схема его входных и преобразующих цепей.

Вход 1 регулятора переменного напряжения связан с первичной обмоткой входного понижающего трансформатора 2, две вторичные обмотки которого нагружены на выпрямители

3 и 4, выполненные по диодной мостовой двухполупериодной схеме выпрямления (фиг. 2). К выходу первого выпрямителя подключен функциональный квадратичный преобразователь ФКП

5 для измерения действующего значе.ния напряжения стабилизируемого преобразователя, подаваемого на вход 1.

ФКП выполняется безынерционным в в виде последовательн ы цепочки из нелинейного сопротивления (например резистора, шунтированного стабилитроном) и сопротивления потенциометра подстройки уровня стабилизации входного напряжения (фиг. 2).

Соответственно, к выходу второго выпрямителя 4 подключена через сглаживающий RC"ôèëüòð 6 последовательная цепочка 7 иэ двух опорных стабилитронов, используемая как стабилизированный источник питания операционного усилителя 8, т.е. с подключением зажимов питания +.и последнего к соответствующим ло полярности выходным клеммам стабилитронной цепочки 7 и присоединением его неинвертирующего (H) входа к общей точке соединения стабилитронов. Общее соединение выходных клемм отрицательной полярности выпрямителей 3 и 4 приводит при этом к образованию элемента 9 сравнения сигналов (фиг. 1), образуемого последовательным и встречным соединением выходных напряжений ФКП (относительно движка его выходного потенциометра) и напряжения первого опорного стабилитрона (нижнего в

5 9041 цепочке 7 на фиг. 2.) . Выходное напряжение элемента 9 сравнения подается далее как сигнал ошибки регулятора через формирователь 10 пилообразного напряжения (например

Т-образный сглаживающий RC-фильтр) на инвертирующий (Л) вход операционного усилителя 8, переводя его, а также подключенный к его выходу транзисторный усилитель 11 1О мощности в управляемьИ широтно-импульсный режим работы. Дпя повышения быстродействия и обеспечения необходимости качества переходных процессов выход операционного усилителя 8 связан с его инвертирующим входом цепью гибкой отрицательной обратной связи, выполненной для исключения нарушения широтно-импульсного режима. работы 2б усилителя 8 в виде последовательного соединения резисторно-емкостных фильтра 12 низких частот и фильтра 13 высоких частот с соот" ветственно выбранными параметрами (фиг. 2), что учтено также на блок-схеме фиг. 1 введением дополнительного элемента 14 сравнения сигналов на втором (инвертирующем входе усилителя 8. 30

В статическом установившемся режиме рабОты и номинальном выходном напряжении стабилизируемого преобразователя, подаваемом на вход

1, напряжения на выходных вторичных обмотках трансформатора 2 имеют величины, достаточные после выпрямления мостами 3 и 4 для питания соответственно функционального квадратичного преобразователя 5 и цепоч- ки опорных 7 стабилитронов, связанных с клеммами питания операционного усилителя 8. При этом выходное напряжение ФКП 5, снимаемое с движка подстройки его потенциометра, близко по величине (среднему значению) к напряжению первого опорного стабилитрона, и поэтому на дифференциальный вход операционного усилнтеля 8 поступает -с выхода элемента

9 сравнения через формирователь 10 пилообразного напряжения сигнал ошибки постоянного тока небольшой величины с наложенной на него пилообразной составляющей напряжения переSS менного тока с частотой удвоенной по отношению к входному напряжению. Скважность выходного широтно-, импульсного сигнала операционного, 86 6 усилителя 8 и транзисторного усилителя Il мощности, определяемая используемым принципом вертикального управления, т.е. совместнык действием на входе усилителя 8 пилообразного напряжения переменного тока и сигнала ошибки постоянного тока, близка к ее среднему значению (g 0,5).

Соответственно, при появлении возму ..ающего воздействия, например при ударном приеме-сбросе нагрузки преобразователя, включенного на вход регулятора, входное напряжение от- клоняется от исходного номинально.го значения, что соответственно безынерционно отражается на величине выходного напряжения ФКП 5 н после сравнения с напряжением опорного стабилитрона цепочки У на величине постоянной составляющей сигнала ошибки, поступающего с выхода элемента

9 сравнения через формирователь 1О пилообразного напряжения на дифференциальный вход операционного усилителя 8. Изменение соотношения величин постоянной и переменной пилообразной составляющих напряжения сигнала ошибки на входе усилителя 8 таким образом отражается на величине скважности его широтно-импульсного сигнала, что после его воздействия через транзисторный усилитель 1I мощности, подключенный к управляющему входу стабилизируемого преобразователя в энергии, его выходное напряжение а следовательно, и входное напряжение регулятора восстанавливаются с высокой степенью точности до исходного номинального значения.

Воздействие цепи гибкой отоииятальной обратной связи 12-13-I4, охватывающей операционный усилитель 8 и придающей ему свойства ПИД-регулятора, частично, компенсирует инерционность формирователя !О пилообразного напряжения и формирует необходимое качество переходных процессов восстановления входного напряжения.

При необходимости уровень стабилиэируемого напряжения на входе 1 может быть изменен в необходимых пределах (йМ) относительно номинального значения перемещением движка выходного потенциометра ФКП 5, приводящим к изменению коэффициента передачи канала обратной связи ре" гулятора (звеньев 2, 3 и 5 на блоксхеме фиг. 1) .

904 l

Технико-экономический эффект изобретения определяется существен-: ным улучшением статической точности ,регулятора, который, благодаря вве" депию чувствительного операционного усилителя и второго опорного стабилитрона и переносу формирователя пилообразного напряжения на выход элемента сравнения сигналов, облацает большим коэффициентом уси- Ig ления, лучшей временной стабильностью характеристики, позволяя к тому же изменять в необходимых пределах (Ы7), уровень стабилизации выходного напряжения преобразователя энергии, а также повышением быстродействия и улучшением качества переходных процессов регулятора, бла годаря предлагаемому безынерционному исполнению измерительного функ- рб ционального квадратичного преобразователя и охвату введенного операциопного усилителя корректирующей цепью гибкой обратной связи.

Формула изобретения

Регулятор переменного напряжения, содержащий входной трансформатор с ЗО одной первичной и двумя втори%ными обмотками, соединенными соответственно с входными выводами и входами двух выпрямителей, функциональный квадратичный преобразователь, подключенный к выходу первого выпрямителя, формирователь пилообразного напряжения, опорный стабилитрон, подключенный через сглаживающий RC-фильтр к выходу второго выпрямителя, элемент сравнения сигналов н выходной транзисторный широтЗб 8 . йо"импульсный усилитель мощности, отличающийся тем, что, с целью улучшения статических и динамических характеристик и подстройки уровня стабилизации входного напряжения, введены операционный усилитель с инвертирующим и неинвертируннцим входами и второй опорный стабилитрон, а функциональный квадратичный преобразователь выполнен безынерционньм в виде последовательной цепочки из нелинейного сопротивления и потенциометра подстройки, причем второй опорный стабилитрон включен последовательно с первым стабилитроном, образуя цепь питания операционного усилителя с подключением точки соединения стабилитронов к его неинвертирующему входу, инвертирующий вход операционного усилителя связан посредством формирователя пилообразного напряжения, выполненного, например, в виде Т-образного RC-фильтра, с выводом движка потенциометра подстройки, а выход операционного усилителя соединен со входом выход,ного транзисторного широтно-импульсного усилителя мощности и связан с инвертирующим входом последовательно соединенными резисторно-емкостными фильтрами низких и высоких частот.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бунаков В.Л. и др. Полупроводниковые регуляторы напряжения и ча" стоты электрических машин. М.-Л., "Энергия",.19бб, гл. 1, з 1-3, гл.4, 1"4.

2. Голубев П.В. Проектирование статических преобразователей,N., "Энергия", 1974, с. 190, рис. 4-8в, 4-8ã.

904186

Составитель Р.Андреев

Редактор А.Лежнина Техред Л. Пекарь Корректор Н.Швыдкая

Заказ 163/46 Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.-, д. 4/5

Филиал ППП Патент, F Ужгород, ул. Проектная, 4