Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1987 года по МПК H02M7/04 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, к которым предъявляются высокие требования по стабилизации и быстродействию выхода в установившийся режим.

Цель изобретения - улучшение энер гетических показателей путем повышения эффективности компенсации пульсаций выходного напряжения.

На фиг. 1 приведена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы его работы.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит первый выпрямитель 1, выход которого подключен к входу фильтра 2 низкой частоты, подключенного вьссодом к первому входу первого.сумматора 3 и к входу усилителя 4 переменного напряжения, дифференциатор 5, второй сумматор 6, первый вход которого подключен к входу дифференциатора 5 и к выходу первого сумматора 3, первый ключ 7 с блоком 8 управления, содержащим последовательно соединенные первый формирователь 9 прямоугольного напряжения, второй выпрямитель 10, расширитель 11 импульсов, элемент 12 задержки, логический элемент НЕ 13, двухвходовый логический элемент И 14 по первому входу, второй вход которого подключен к выходу расширителя 11 импульсов, второй ключ 15, второй формирователь 16 прямоугольного напряжения, вход которого соединен с выходом дифференциатора 5 и с входом второго ключа 15, выход которого подключен к второму входу второго сумматора 6, блок 17 совпадения, первый вход которого подключен к выходу второго формирователя прямоугольного напряжения 16, второй вход - к выходу первого формирователя прямоугольных напряжений 9, а выход - к управляющему входу второго ключа 15. Вход первого ключа 7 присоединен к выходу усилителя 4 переменного напряжения, и к входу блока 8 управления, выход - к второму входу первого сумматора 3, а управляющий вход - к выходу блока В управления.

Для обеспечения компенсации пере- менной составляющей напряжения в первом сумматоре 3 усилитель 4 переменного напряжения выполнен инвертирующим.

5

0

5

0

5

0

5

0

Первый 9 и второй 16 формирователи прямоугольного напряжения выполнены по схеме двухпорогового компаратора с зоной нечувствительности. На их выходах формируются прямоугольные импульсы единичной амплитуды и совпадающие по знаку с напряжением на их входе Зона нечувствительности формирователя 9 напряжения определяется амплитудой сигнала с выхода усилителя 4 напряжения в установившемся режиме и выбирается с запасом вьш1е ее. Зона нечувствительности формирователя 16 напряжения выбирается из условия отстройки от сигнала с выхода дифференциатора 5 в установившемся режиме.

Блок 17 совпадения выполнен инвертирующим, причем при отсутствии I совпадения знаков напряжений на

его входах на выходе присутствует сигнал логической 1 удерживающий второй ключ 15 в выключенном состоянии. При совпадении положительных или отрицательных знаков напряжений на входах блока 17 совпадения на его выходе формируется сигнал логического нуля, осуществляющий включение второго ключа 15.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме пульсирующее напряжение с выхода выпрямителя 1 поступает на фильтр 2 низкой частоты, в котором осуществляется первый этап поглощения переменной составляющей напряжения. Напряжение с выхода фильтра поступает на вход инвертирующего усилителя 4 переменного напряжения и на первый вход первого сумматора 3.

Выход блока 8 управления находится в состоянии (логический нуль на выходе), при котором первый ключ 17 замкнут и объединяет выход усилителя 4 напряжения с вторым входом первого сумматора 3.

Выделяемое усилителем 4 переменного напряжения напряжение пульсации не содержит постоянной составляющей и находится в противофазе с пульсациями напряжения на его входе, которое поступает на первый вход сумматора 3. В сумматоре 3 осуществляется окончательная компенсация пульсаций. Так как выделенная на выходе первого сумматора 3 постоянная составляющая напряжения не изменяется

3

во времени, то на выходе дифференциатора 5 напряжение равно нулю и второй сумматор 6 работает в режиме повторителя напряжения с выхода первого сумматора 3. Формирователь 9 прямоугольного напряжения в блоке 8 управления выбирается таким образом, чтобы его порог чувствительности был выше наибольших пульсаций в напряжении на выходе усилите- ля 4 переменного напряжения в установившемся режиме. При этом все последующие элементы в блоке 8 управления не всзбуждаютйя и на его

выходе сохраняется логический нуль, при котором ключ 7 замкнут.

Так как на входах первого 9 и второго 16 формирователей прямоугольного напряжения сигналы ниже их порога чувствительности, то на

обоих входах блока 17 совпадения присутствуют логические нули,поэтому с его выхода на управляющий вход . второго ключа 15 поступает сигнал высокого уровня (логическая единица) , удерживающий этот ключ в разомкнутом состоянии.

Таким образом, второй сумматор 6 работает как повторитель напряжения с выхода первого сумматора 3.

При скачкообразном увеличении напряжения на входе устройства, например при подключении источника переменного напряжения на вход выпрямителя 1, напряжение на выходе сгла- живающего фильтра 2 низкой частоты быстро выходит на уровень установившегося значения, переходит его и совершает несколько быстро затухающих колебаний около линии установившегося значения (см. фиг. 2, где изображены напряжения на выходах блоков Uj , где i - порядковый номер блока согласно фиг. 1). Начиная с момента включения, на выходе усилителя 4 напряжения появляется напряжение, превьшзающее порог чувствительности формирователя 9 прямоугольного напряжения в блоке 8 управления. В формирователе 9 прямоугольного нап- ряжения вырабатывается сигнум-фуйк- ция от выделенной переменной составляющей. При этом второй двухполупе- риодный выпрямитель 10 формирует последовательность однополярных им- пульсов со скважностью, определяемой порогюм чувствительности формирователя 9 прямоугольного напряжения.На

5

J5

0

5

0

5

0

5

О4

выходе расширителя 11 импульсов имеет место сплошной сигнал в течение всего переходного процесса. Этот сигнал проходит в виде логической 1 на второй вход логического элемента И 14 и запускает элемент 12 задержки. До срабатывания элемента

12задержки на его выходе присутствует логический О, следовательно, на выходе логического элемента НЕ

13и на первом входе логического элемента И 14 - логическая 1.Поэтому логическая единица проходит на вькод логического элемента И 14 и переводит первый ключ 7 в разомкнутое состояние. Это переключение осуществляется без задержки практически в момент начала переходного процесса. Пока ключ 7 paзoмкнyт процесс выхода усилителя 4 напряжения на рабочий участок не оказывает влияние на качество выходного напряжения устройства. При этом первый сумматор 3 работает как повторитель напряжения с выхода фильтра 2 низкой частоты. На втором сумматоре 6 осуществляется суммирование сит- нала от первого сумматора 3 с его первой производной от дифференциа- тора 5, поступающей на второй вход сумматора 6 через включенный второй

ключ 15. Включенное состояние ключа 15 обеспечивается наличием совпадения знаков сигналов от формирователей 9 и 16 прямоугольного напряжения на входах инвертирующего блока 17 совпадения, с выхода которого на управляющий вход второго ключа 15 поступает сигнал логического О.

Суммирование сигнала с выхода первого сумматора 3 с его первой производной от дифференциатора 5 позволяет существенно увеличить скорость достижения установившегося значения. Через заданное время t (см. фиг. 2). соответствующее моменту пepecJeчeния возрастающего напряжения на выходе фильтра 2 низкой частоты с уровнем установившегося значения, срабатьша- ет элемент 12 задержки, на его выходе появляется логическая 1. После инверсии в логическом элементе НЕ 13 сигнал логического О поступает на первый вход логического элемента И 14. На его выходе появляется логический О, что приводит к замыканию первого ключа 7 (возврат в исходное положение). С этого момен

512

та на выходе первого сумматора 3 выделяется постоянная составляющая на уровне установившегося значения. Так как постоянная времени фильтра 2 низкой частоты является пара- метром, который не зависит от значений входного сигнала, то можно считать, что всегда время от начала переходного процесса при включении до момента первого пересечения возрастающего напряжения на выходе фильтра с линией установившегося значения будет неизменным и поддающимся вычислению по параметрам фильтра.

В момент включения первого ключа 7 напряжение на его выходе скачком изменяется от нуля до значения напряжения на выходе усилителя 4 напряжения в этот же момент времени.Поэтому в напряжении на выходе первого сумматора 3 в момент включения ключа 7 будет иметь место небольшой и кратковременный перепад, который существенно усиливается дифференциатором 5, формируя наряду с полезным сигналом одной полярности, кратковременный сигнал обратной полярности,амплитуда которого может существенно превьшать полезный сигнал. На фиг. 2 видно, что знак прямоугольно

го напряжения , сформированный из полезного сигнала U., совпадает со знаком сигнала Ug, что обеспечивает включенное состояние второго ключа 15 от блока 17 совпадения толь jKo в течение времени действия полезного сигнала от дифференциатора 3. В результате напряжение на втором входе второго сумматора 6 (Uj ) содержит только полезный сигнал, что существенно улучшает форму выходного напряжения Ug по сравнению с прототипом.

Кроме того, отключенное состояние второго ключа в установившемся режиме позволяет сохранить уровень пульсаций на выходе второго сумматора 6 не хуже, чем на выходе первого сумматора 3.

При скачкообразном снижении напряжения на входе устройства (отключении) характер переходного процесса на. выходе фильтра 2 низкой частоты близок к описываемому при включении. Отличие состоит в быстром снижении напряжения до нуля с после- дующим быстро затухаюпдасм колебанием около нулевой линии. Кроме того,име

06

ет место, в момент начала переходно-. го процесса, возбуждение блока 8 управления без задержки отключается первый ключ 7 и через время, равное t, возвращается в исходное положение .

Здесь от начала процесса в течение времени t снижающееся напряжение с вьсхода фильтра (без компенсации) проходит на выход первого сумматора 3.

В течение времени t - t второй ключ 15 находится в замкнутом состоянии, так как имеет место совпа- дение знаков сигналов от формирова-. телей 9 и 16 прямоугольного напряжения. Так как первая производная и5 от снижающегося напряжения U отрицательная, то во втором сумматоре 6 будет происходить вычитание входных сигналов, обуславливающее крутой фронт (высокую скорость) снижения выходного напряжения.

Начиная с момента истечения вре

мени t включается первый ключ 7 и

продолжающиеся колебания напряжения с выхода фильтра 2 низкой частоты будут компенсироваться в сумматоре 3 .

Влияние ложного сигнала на выходе дифференциатора 5, обусловленное моментом включения первого ключа 7, устраняется ключом 15, формирователем 16 напряжения и блоком 17 совпадения, аналогично описанному вьшге режиму скачкообразного повышения - напряжения.

. Предлагаемое устройство можно применить в различных сферах народного хозяйства (релейная защита,автоматика и измерения в энергосистемах, а также в устройствах про- мьшшенной автоматики и управления), где требуются источники питания выпрямленным напряжением,обладающие высоким быстродействием выхода в режим и с низким уровнем пульсаций, в том числе и при переходных процессах.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий первый выпрямитель, вькод которого подключен к входу фильтра низкой частоты, подключенного выходом к первому входу первого сумматора и к входу усилителя переменного напряжения, дифференциатор, второй сум7

матор, первый вход которого подключен к входу дифференциатора н выходу первого сумматора, первый ключ и блок управления.им, включающий в себя последовательно соединенные первый формирователь прямоугольного напряжения, второй выпрямитель, расширитель импульсов,элемент задержки, логический элемент НЕ и по первому входу двухвходовый логический элемент И, второй вход которого соединен с выходом расширителя импульсов, а выход, являющийся выходом блока управления, - с управляющим входом первого ключа, при этом вход блока управления подключен к выходу усилителя переменного напряжения и к рабочему входу первого ключа, выход которого соединен с вторым входом первого сумСоставитель Е.Мельникова Редактор А.Долинич Техред В. Кадар Корректор Е.Сирохман

Заказ 7455/55 Тираж 661Подписное

ВНИИГШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

83910 а

матора, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей путем повышения эффективности компенсации пуль- 5 сации выходного напряжения с сохранением высокого быстродействия, дополнительно введены второй ключ, второй формирователь прямоугольного напряжения и блок совпадения,причем вход второго формирователя прямоугольного напряжения подключен к выходу дифференциатора и к рабочему, входу второго ключа, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, а управляющий вход - с выходом блока совпадения, первый вход которого подключен к выходу второго, а второй вход - к выходу первого формирователя прямоугольного напряжения.

W

15

20

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, к которьм предъявляются высокие требования по стабилизации и быстродействию выхода в установившийся режим. Цель изобретения - улучшение энергетических показателей путем повьппения эффективности компенсации пульсаций выходного напряжения. При скачкообразном снижении напряжения на входе устройства имеет место быстрое снижение напряжения до нуля с последующим быстро затухающим колебанием около нулевой линии. В этом случае также имеет место, в момент начала переходного процесса , возбуждение блока 8 управления, без задержки отключается первый ключ 7, через некоторое время возвращающийся в исходное состояние. При включении ключа 7 продолжающиеся колебания напряжения с выхода фильтра 2 низкой частоты будут компенсироваться в сумматоре 3. Влияние ложного сигнала на выходе дифференциатора 5, обусловленное моментом включения ключа 7, устраняется ключом 15,формирователем 16 напряжения и блоком 17 совпадения. 2 ил. С S (Л to 00 со