Стабилизирующий источник вторичного электропитания постоянного тока Советский патент 1989 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации электроснабжения автономных объектов.

Цель изобретения - повышение качества стабилизации выходного напряжения в переходных режимах.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого стабили- зирующего источника вторичного электропитания постоянного тока.

Устройство содержит управляемый выпрямитель 1, сглаживающий фильтр 2, блок 3 импульсно-фазового управления, первый сумматор 4, второй сумматор 5, третий сумматор 6, источник 7 сигнала задания, интегратор-ограничитель. 8, источник 9 эталонного напряжения, усилитель-ограничи- тель 10, источник И сигнала ограничения , блок 12 сравнения, первый 13 и второй 14 усилители, первый 15 и второй 16 вентили. На схеме показаны также первичный источник 17 многофазг ного напряжения и нагрузка 18 Управляемый выпрямитель 1, силовой вход которого соединен с выводами для подключения первичного источника 17 многофазного напряжения, и сглажива- НЛ1ИЙ фильтр 2, выход которого соединен с выводами для подключения нагрузки 18, включены последовательно, суммирующий вход первого сумматора 4 подключен к выходу, источника 7 сигна- ла задания, а первый вычитанлций вход - к выходу сглаживающего фильтра 2. Первый суммирукщий вход второго сумматора 5 соединен с выходом источника 9 эталонного напряжения, а вто- рой суммирующий вход через интегратор ограничитель 8 - с выходом первого сумматора 4. Управлякщий вход блока 3 импульсно-фазового управления подключен к выходу второго сумматора 5, а синхронизирующий вход и выход - соответственно к силовому и управляющему входам управляемого выпрямителя 1 Суммирукщий вход блока I2 сравнения соединен с выходом источника 11 сиг- нала ограничения, вычитающий вход напряжения отрицательной полярности - с выходом второго сумматора 5, а выход - с входом первого усилителя 13. Второй вычитающий вход первого сум- матора 4 через последовательно включенный первый вентиль 15 и второй услитель 14 подключен к выходу первого усилителя 13, соединенному через

второй вентиль 16 с вычитающим входом второго сумматора 5. Суммируюший вход третьего сумматора 6 подключен к вы- ходу источника 7 сигнала задания, вычитающий вход - к выходу сглаживающего фильтра 2, а выход через усили- тель-ограничитель 10 - к третьему суммирукнцему входу второго сумматора 5.

Источник втрричного электропитания р аботает следующим образом.

С выхода первичного источника 17 на синхронизирующий вход блока 3 импульсно-фазового управления и силовой вход управляемого выпрямителя 1 подается многофазное переменное напряжение. Выпрямитель 1 преобразует его в постоянное напряжение, которое сглаживается фильтром 2 и поступает в нагрузку 18. Напряжение первичного источника 17 выбирается такой величины,, чтобы при номинальном нагрузочном токе выходное напряжение устройства было равно номинальному. При изменении нагрузки путем регулирования углов управления вентилями выпрямите.- ля J по сигналам от блока 3 импульсг но-фазового управления осуществляется стабилизация выходного напряжения.

Возможными режимами работы вторичного источника электропитания являются также переходные процессы, вызванные коммутацией нагрузки, не превышающей номинальную, В этих режимах также необходимо стабилизировать выход-я. ное напряжение с высокой точностью за счет быстрого регулирования сигнала управления. Источник вторичного электропитания может в течение определенг ных интервалов времени работать в режимах с нагрузкой, превышающей номи на:г1ьную.. В этих режимах из-за повышения падения напряжения в цепях сглаживающего фильтра 2 и уменьшения на:пряжения первичного источника 17 выходное напряжение устройства может снижаться ниже номинального на время перегрузки. Кроме того, возможны ре;«имы короткого замыкания (к.з.) нагрузки 18 на определенное время, когда выходное напряжение становится близко к нулю. После отключения и устранения перегрузки выходное напряжение должно плавно восстановиться до номинального без возникновения перенапряжения. Последнее не должно также возникать при введении устройства в работу.

При настройке данного источника вторичного электропитания предварительно определяется амплитуда опорных сигналов в блоке 3 импульсно-фазового управления и формируется сигнал ограничения источником 11, не превышакщий измеренную амплитуду опорных сигналов. Уровни ограничения напряжения на выходе интегратора ограничителя 8 и коэффициент пропорциональности сумматора 5 по соответствующему входу выбираются такими, чтобы изменение сигнала управления за счет изменения напряжения интегратора-ограничителя 8 было достаточным дпя стабилизации выходного напряжения устройству при колебаниях нагрузки от холостого хода до номинальной, отклонении напряжения первичного источника 17 во всем диапа зоне температур окружающей среды, изменении параметров блока 3 импульсно- фазового управления и системы регулирования. Эталонное напряжение источии ка 9 выбирается таким, чтобы при нулевых напряжениях интегратора-ограничителя 8 и усилителя-ограничителя 10 сигнал на выходе сумматора 5 соответствовал половине диапазона регулирования сигнала управления. Уровни ограничения напряжения на выходе усилителя-ограничителя 10 и коэффициент пропорциональности сумматора 5 по соответствующему входу выбираются такими, чтобы выходной сигнал сумма- тора 5 превьппал амплитуду опорных сигналов в блоке 3 импульсно-фазового управления и уровень сигнала ограничения источника 11 при максимальном напряжении усилителя-ограничителя 10 независимо от величины выходного сигнала интегратора-ограничителя 8.

В момент включения устройства его выходное напряжение равно нулю. В сумматоре 6 из сигнала задания источника 7 вычитается выходной сигнал фильтра 2 и на выходе сумматора 6 формируется сигнал ошибки, имеющий наибольшее значение при нулевом выходном напряжении устройства. Этот сигнал усилива- ется и подводится к сумматору 5. Напряжение на выходе сумматора 5 стремится увеличиться и стано.вится более сигнала ограничения источника 1I. При этом на выходе блока 12 сравнения появляется отрицательный сигнал, который усиливается усилителем 13, открывает вентиль 16 и воздействует на вход напряжения отрицательной пог

г ю tS 20 25 ЗО Q

45CQ5

лярности сумматора 5. В результате выходной сигнал сумматора 5 уменьшается и становится близким к сигналу ограничения, но все же несколько его превышает, поскольку огр ичение осуществляется по отклонению (превышению) напряжения на выходе сумматора 5 от сигнала ограничения источника I1. На вход блока 3 импульсно-фазового управления поступает сигнал управления, близкий к амплитуде опорных сигналов, что обеспечивает минимальный угол управления вентилями выпрямителя 1 и максимальное его напряжение. Одновременно отрицательный сигнал с выхода усилителя 13 через усилитель 14 и вентиль 5 воздействует на сумматор 4, что приводит к появлению на входе интегратора-ограничителя 8 большого отрицательного сигнала, перезаряжающего интегратор-ограничн-° тель 8 и делающего напряжение на его выходе наиболее отрицательным независимым от сигнала источника 7 и выходного напряжения устройства. За счет усилителя-ограничителя 10 выходной сигнал сумматора 5 остается в начальный момент положительным и равным сигналу ограничения источника 11. Сигнал управления максимален и по мере повышения выходного напряжения устройства уменьшается сигнал ошибки на выходе сум -штора 6. При этом уменьшается сигнал на выходе сумматора 5 и в определенный момент времени становится меньше сигнала ограничения. С этого момента напряжение на выходе блока 12 сравнения меняет знак на положительный, вентиль 16 закрывается и отключает ограничение сигнала управления, позволяя выходному сигналу сумматора 5 изменяться пропорционально его вxoдны. сигналам. Одновременно выходной сигнал усилителя 14 становится положительным, вентиль 15 закрывается и отключает перезаряд интегратора-ограничителя 8, позволяя тем самым изменяться напряжению на выходе последнего пропорционально интегралу сигнала ошибки между сигналом задания источника 7 и выходным напряжением устройства. За счет этого напряжение на входе интегратора-огра-- ничителя 8 возрастает до величины, обеспечивающей равенство сигнала задания и выходного напряжения без возникновения каких-либо перенапряже ний на-выходе источника вторичного

электропитания. Причем перенапряжений не возникает при включении устрой ства на любую нагрузку от холостого хода до номинальной благодаря поддержанию в начальный момент минимального напряжения интегратора-ограничителя 8, быстрому уменьшению сигнала усилителя 10 по мере возрастания BMXoj Horo напряжения и плавному последующему повышению напряжения интегратора-ограничителя 8 без его переколебаний. Исключение перенапряжений при пуске повышает качество стабилизации напряжений и благрпри ятио сказывается на работе источника вторичного электропитания нагрузки 8

. В нормальных режимах работы при коммутации нагрузки 18 также уменьшаг ются провалы и выбросы выходного на-, пряжения устройства за счет быстрого регулирования сигнала управления через сумматор 6 и усилитель-ограничитель 10,

В режимах перегрузок выходное напряжение уменьшается и становится меньше сигнала задания. Сигнал ошибки на выходе сумматоров 4 и 6 увеличивается, что приводит к повышеш-по напряжения на выходе интегратора-ограничителя 8, усилителя 10 и, как .следствие к повышению сигнала управления т на выходе сумматора 5, Поскольку вы-: ходное напряжение устройства не может поддерживаться в режиме перегрузки равным сигналу задания даже при минимальном угле управления (максимальном сигнале управления), то действие выходных сигналов интегратора- ограничителя 8 и усилителя-ограничителя 10 приведет к превышению-сигнала управления на выходе сумматора 5 над сигналом ограничения источника П Перезаряд интегратора-ограничителя В не обязательно произойдет до мини- 1,ального напряжения, а функциональные блоки 12-16 и собственно интегратор- ограничитель 8 могут начать работать в импульсном автоколебательном режиме при котором напряжение интегратора- ограничителя 8 будет совершать небольшие колебания вблизи уровня, достаточного для формирования выходного сигнала сумматора 5, равного сигналу ограничения, т,е, напряжение интегратора- ограничителя 8 будет менее своего максимального значения, Поэтому после сброса нагрузки до меньшего значения на выходе фильтра. 2 выброс выходного

0

0

25

5

50 напряжения будет уменьшенным. Это -также повышает качество стабилизации выходного напряжения,

- В режиме к,з, напряжение на выходе устройства равно нулю и источник втор ричного электропитания работает аналогично режиму пуска. Отличаются значения токов в силовом тракте, а система регулирования работает в реяШме перезаряженного до минимума интегратора-ограничителя 8 с формированием максимального сигнала управления за счет усилителя-ограничителя 10, Отг ключение к,з, и переход в нормальный режим сопровождается плавным повышением выходного напряжения.

Формула изобретения

Стабилизируюпшй источник вторичного электропитания постоянного тока, содержащий последовательно включенные управляемый выпрямитель, силовой вход которого соединен с выводами для подключения первичного источника многофазного напряжения, и сглажива- кщий фильтр, выход которого соединен с выводами для подключения нагрузки, первый сумматор, первый суммирующий вход которого подключен к выходу источника сигнала задания, а первый вычитающий вход - к выходу сглажива- юш;его фильтра, второй сумматор, первый суммирующий вход котрого соединен с выходом источника эталонного напряжения, а второй суммирующий вход через интегратор-ограничитель - с выходом первого сумматора, блок импуль- сно-фазового управления, управляющий вход которого подключен к выходу второго сумматора, а синхронизирующий вход и выход - соответственно к силовому и управляющему входам управляемо- 45 го выпрямителя, отличаюши й-° с я тем, что, с целью повышения качества стабилизации выходного напряжения в переходных режимах, в него введены блок сравнения, источник сигн.ала ограничения, два усилителя, два вентиля, третий сумматор и усилитель-ограничитель, причем суммируюший вход блока сравнения соединен с выходом источника сигнала ограничения, вычитающий вход - с выходом второго сумматора, а выход - с входом первого усилителя, второй вычитающий вход первого сумматора через последовательно включенные первый вентиль и второй

30

35

40

55

714730448

усилитель подключен к выходувыходу источника сигнала задания, вы- первого усилителя, соединенному че- читающий вход - к выходу сглаживакяде- рез второй вентиль с вычитающим вхо- го фильтра, а выход через усилитель- дом второго сумматора, суммирующий, ограничитель - к третьему суммирую-- вход третьего сумматора подключен к щему входу второго сумматора,

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания автономных объектов. Цель изобретения - повышение качества стабилизации выходного напряжения в переходных режимах. Силовой тракт составляют управляемый выпрямитель 1 и сглаживающий фильтр 2. Кроме того, имеются блок 3 импульсно-фазового управления, сумматоры 4-6, источник 7 сигнала задания, интегратор-ограничитель 8, источник 9 эталонного напряжения, усилитель-ограничитель 10, источник 11 сигнала ограничения, блок 12 сравнения, усилители 13, 14, вентили 15, 16. В процессе стабилизации выходного напряжения источником 7 формируется сигнал задания, сумматором 4 выделяется сигнал рассогласования, интегратором-ограничителем 8 вырабатывается напряжение, пропорциональное интегралу от сигнала рассогласования, а сумматором 5 - сигнал регулирования для блока 3 импульсно-фазового управления. В переходных режимах источником 11 выдается эталонный сигнал ограничения сигнала управления, сумматором 6 и усилителем-ограничителем 10 выделяется дополнительный сигнал рассогласования, который учитывается в сумматоре 5 при формировании сигнала регулирования. При этом выходной сигнал интегратора-ограничителя 8 изменяют с помощью блока 17 сравнения, усилителей 13, 14 и вентилей 15, 16 таким образом, чтобы в любом режиме работы он поддерживался на минимальном уровне. Это снижает влияние инерционности интегратора-ограничителя 8 на качество стабилизации выходного напряжения в переходных режимах. 1 ил.