Регулируемый источник тока Советский патент 1990 года по МПК H02M3/135 

высокого быстродействия систем регулирования тока, построенных на его основе. Регулируемый источник тока ефдержит один ведущий и N-1 ведомых, работающих на общую нагрузку, па- рЈллельно включенных усилительно-преобразовательных устройств ГУЛУ) 1 и 2, каждое из которых содержит регулятор 15 тока, сумматор 19, интег

ратор 3, релейный элемент 5, компаратор 21, силовой каскад 24, датчик 25 тока, три ключа 7-9, блок 13 компенсации и блок 17 адаптации. Источник тока обеспечивает заданное распределение выходных токов составляющих УПУ в квазиустановившемся и переходном режиме работы 2 з.Поф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Оно может быть использовано в качестве быстроперестраиваемого по мощности регулируемого источника питания для систем электропривода, систем электротехнологии, гальванотехники и др. Целью изобретения является повышение надежности работы и степени унификации источника тока при сохранении высокого быстродействия систем регулирования тока, построенных на его основе. Регулируемый источник тока содержит один ведущий и N-1 ведомых, работающих на общую нагрузку, параллельно включенных усилительно-преобразовательных устройств (УПУ) 1 и 2, каждое из которых содержит регулятор 15 тока, сумматор 19, интегратор 3, релейный элемент 5, компаратор 21, силовой каскад 24, датчик 25 тока, три ключа 7-9, блок 13 компенсации и блок 17 адаптации. Источник тока обеспечивает заданное распределение выходных токов составляющих УПУ в квазиустановившемся и переходном режиме работы. 2 з.п. ф-лы. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода, в быстропе- рёрастраиваемых по мощное и регулиру- ейых источниках питания.

Целью изобретения является увеличение надежности и повышение степени унификации регулируемого источника т|ока на основе параллельно работающих широтно-импульсных преобразователей (ШИП) .

На фиг.1 приведена функциональная схема регулируемого источника тока; на фиг„2 - схема регулятора тока с блоками компенсации и адаптации .

Регулируемый источник тока (фиг„1) содержит один ведущий 1 и N-1 ведо- м;ых 2 усилительно-преобразовательных блоков (УПБ).

В каждом УПБ 1 и 2 имеются задающие генераторы, собранные на интеграторах 3 и 4 и релейных элементах 5 и 6, которые объединяются в схему генератора ключами 7-9 и 10-12„ Блоки 13 и 14 компенсации изменения коэффициента передачи соединены с выходами регуляторов 15 и 16 тока„ Блоки 17 и 18 адаптации подключены через сумматоры 19 и 20 к компараторам 21 и 22, Выходы которых через силовые каскады 23 и 24 и датчики 25 и 26 тока связаны с нагрузкой 27 о Для пояснения работы в устройстве отмечены контакты (точки) 28-57„

Блок 17 содержит (фиг.2) резисторы 58-61, усилитель 62 и конденсатор 63. Блок 15 содержит резисторы 64-66 конденсатор 67 и усилитель 68. Выход 69 усилителя 68 соединен с входом блока 13, который содержит резисторы 70-71, ключ 72, цепочки 73, аналогичные резистору 71 и ключу 72, числом, равным 2.

0

5

0

5

0

5

0

5

Вход 74 блока 13 соединен с точкой 43 блока 15. Вывод 75 резистора 70 через выход 76 соединен с точкой 42 сумматора 19„ Выход 77 усилителя 62 через резисторы 78 и 79 соединен с усилителем 80, выход 81 которого соединен с точкой 49. Нагрузка 27 подключена к блокам 1 и 2 через ключи

82 и 83.

i

Регулируемый источник тока работает следующим образомо

Предположим, что в первом УПБ ключи 7 и 9 замкнуты, ключ 8 разомкнут, а во втором УПБ (и остальных УПБ 2) ключи 10 и 12 разомкнуты, ключ 11 замкнут. В этом случае первый преобразователь является ведущим, а остальные - ведомыми.

Пусть в исходном состоянии напряжение на выходе интегратора 3 равно напряжению срабатывания порогового (релейного) элемента 5. Пороговый элемент находится в состоянии, при котором его выходное напряжение положительно, и под действием этого напряжения интегратором 3 формируется линейно падающее напряжение„При достижении выходным напряжением ин тегратора 3 порога отпускания реле напряжение на выходе последнего меняет знак, в результате «его напряжение начинает возрастать до тех пор, пока его величина не станет равной порогу срабатывания релейного элемента. Далее релейный элемент меняет состояние и начинается процесс убывания напряжения. Таким образом, в схеме интегратор 3 - релейный элемент 5 организуется автоколебательный режим работы, так что напряжение на выходе интегратора 3 имеет форму равнобедренного треугольника, постоянную амплитуду и период Т, а на- пряжеьие на выходе релейного эленостью и полярностью, зависящими величины и знака выходного напряж ния регулятора тока УПБ 2.

Таким образом осуществляется с хронная работа широтно-импульсных модуляторов всех УПБ, составляющи регулируемый источник тока

Регулирование тока в N-м канал осуществляется с помощью пропорци нально-интегрального регулятора 1 (16) на контакты 34 и 35 которого подаются соответственно заданное истинное значения тока канала, до 15 полненного блоком 13 компенсации, устраняющего взаимное влияние кана лов регулирования тока друг на дру га и тем самым обеспечивающего неи менность настройки параметров рег

10

мента 5, имеет форму симметричных двухпоЛярных прямоугольных импульсов постоянной амплитуды и с тем же периодом Т.

Напряжение с выхода интегратора 3 вместе с выходным напряжением сумматора 19 поступает на вход реверсивного компаратора 21„ Генератор пилообразного напряжения, состоящий из интегратора 3 и релейного элемента 5, вместе с реверсивным компаратором 21 образуют широтно-импульсный модулятор, так что выходное напряжение блока 21 представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с указанным периодом следования Т и длительностью и полярностью, зависящими соответственно от величины и знака выходного напряжения ре- 20 лятора 15 (16) тока при изменении гулятора УПБ 1. Эти импульсы управ- числа параллельно работающих УПБ.

ляют транзисторными ключами силового каскада 23„

Выходное напряжение релейного элемента 5 УПБ 1 поступает не только на вход интегратора 3 УПБ 1, но и на входы всех остальных Ы-2 УПБ, составляющих регулируемый источник тока. Опорные напряжения широтно-импульсных модуляторов каждого из ведомых УПБ формируются идентично, поэтому здесь описано формирование его для случая N-20

Выходное напряжение релейного элемента 5 ведущего УПБ 1 поступает через замкнутые ключи 9 и 11 на вход релейного элемента 6 ведомого УПБ 2 и обуславливает его синхронное с элементом 5 переключение, так что выходное напряжение элемента 6 представляет собой симметричное прямоугольное напряжение, периодом Т и фронтами, практически совпадающими по времени с фронтами выходного напряжения релейного элемента 50

Двухполярное прямоугольное выходное напряжение релейного элемента 6 поступает на вход интегратора 4 УПБ 2 и обуславливает формирование на выходе последнего пилообразного напряжения аналогично тому, как это про- исходило на выходе интегратора 3 под действием входного напряжения.Это напряжение поступает на вход компаратора 22 ведомого УПБ 2 в качестве опорного напряжения широтно-импульс- ного модулятора, формирующего последовательность выходных импульсов с периодом следования Т и длитель-

5346776

ностью и полярностью, зависящими от величины и знака выходного напряжения регулятора тока УПБ 2.

Таким образом осуществляется синхронная работа широтно-импульсных модуляторов всех УПБ, составляющих регулируемый источник тока

Регулирование тока в N-м канале осуществляется с помощью пропорционально-интегрального регулятора 15 (16) на контакты 34 и 35 которого подаются соответственно заданное и истинное значения тока канала, до- 15 полненного блоком 13 компенсации, устраняющего взаимное влияние каналов регулирования тока друг на друга и тем самым обеспечивающего неизменность настройки параметров регу.г

10

20 лятора 15 (16) тока при изменении числа параллельно работающих УПБ.

5

Подключение к нагрузке каждого нового УПБ приводит к снижению коэффициента передачи цепи вход ШИП 5 ток нагрузки, каждого канала незави- иимо от характера нагрузки. Уменьшение коэффициента передачи осуществляется практически пропорционально числу параллельно включенных каналов.

0 При высоких требованиях к динамичес- - ким качествам системы регулирования тока нагрузки в целом и, следовательно, каждого канала, коэффициент передачи регулятора тока канала выбирается большим

Уменьшение коэффициента передачи указанной цепи приводит как к снижению быстродействия канала и системы, так и во многих случаях к ухудшению качества продесса. Для того, чтобы качественные показатели переходного процесса в канале и системе не изменились, пропорционально числу параллельно включенных каналов следует

5 увеличить коэффициент передачу регулятора тока В предлагаемом устройстве это осуществляется уменьшением эквивалентного сопротивления на контакте 44 усилителя 80 регулятора

0 тока (фиг.2). Для этого блок 13 (14) компенсации содержит резистор 70 и N-1 подключенных параллельно ему цепей, содержащих последовательно соединенный резистор 71 и ключ 720 При

5 работе двух УПБ замкнут один ключ 72, параллельно резистору 70 включен один резистор 71 с сопротивлением, равным сопротивлению резистора 70, эквивалентное сопротивление

0

на входе усилителя 80 уменьшается вдвое, коэффициент передачи регулятора тока возрастает вдвое„ При работе трех УПБ замыкаются два ключа 72 и подключается параллельно резистору 70 два одинаковых резистора 71, коэффициент передачи регулятора тока возрастает втрое и .

Блок 17 (18) адаптации обеспечивает неизменность параметров переходных процессов в цепи нагрузки при изменении ее параметров в некоторых пределах На резисторах 58 и 59 и конденсаторе 63 выполнена эталонная модель, задающая желаемую динамику переходного процесса в канале Выходной сигнал модели сравнивается с реальным сигналом тока канала, В случае отличия реального процесса от желаемого появляется корректирующий сигнал, стремящийся приблизить реальный переходный процесс в желаемый

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства в сравнении с известным заключаются в повышении надежности работы и степени унификации усилительно-преобразовательных устройств (ячеек). Эти преимущества достигаются за счет того, что в усилительно-преобразовательных устройствах любого канала обеспечивается заданное распределение токов как в установившихся, так и в переходных режимах. При этом усилительно-преобразовательное устройство (ячейка) любого канала может быть как ведущим, так и ведомым, т.е. они взаимозаменяемы. Указанные технические свойства обеспечивают высокую степень унификации как отдельных УПБ, таки регулируемого источника питания в целом формула изобретения

5

0

5

0

5

0

5

0

5

но-преобразовательного блока, вход силового каскада подключен к выходу компаратора, первый вход которого в первом усилительно-преобразовательном блоке подключен к выходу интегратора, задающего генератора, вход которого подключен к выходу релейного элемента, отличающий- с я тем, что, с целью повышения качества регулирования и обеспечения независимости характера переходного процесса в нагрузке от числа параллельно включенных усилительно-преобразовательных блоков и параметров нагрузки, N усилительно-преобразовательных блоков разделены на один ведущий и N-1 ведомых идентичных усилительно-преобразовательных блоков в каждый из них, кроме первого введены задающий генератор, аналогичный вышеуказанному, блок .компенсации изменения коэффициента передачи, содержащий общий резистор и N-I параллельно включенных цепей, причем каждая из них содержит один ключ и один резистор, первый вывод которого подключен к одному выводу общего резистора, являющемуся входом блока компенсации, а второй вывод через ключ - к другому выводу общего резистора, являющемуся первым выходом блока компенсации, другие выходы которого подключены соответственно к управляющим входам упомянутых ключей, блок адаптации к изменению параметров цепи нагрузок, содержащий операционный усилитель, четыре резистора и конденсатор, один вывод которого подключен к общей шине, а другой вывод - через первый резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, подключенному, в свою очередь, через первый резистор к выходу операционного усилителя, который является выходом блока адаптации, и сумматор, выход которого подключен к второму входу компаратора, выход регулятора тока через блок компенсации подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока адаптации, первый вход которого подключен к второму выходу датчика тока, а второй вход - к входу усилительно-преобразовательного блока.

2, Источник тока по п„1, о т л и- чающийся тем, что число подключенных ключей в блоке компенсации

изменения коэффициента передачи во всех N усилительно-преобразовательных блоках равно числу включенных N-1 ведомых усилительно-преобразовательных блоков.

Зо Источник тока по пЛ, отличающийся тем, что, с целью унификации, каждый задающий генератор снабжен узлом коммутации, содержащим три ключа, первый из них включен между выходом интегратора и входом релейного элемента, второй и третий ключи включены между собой последо$6 ОW

.

«мшаммнф

вательно и подключены между входом и выходом релейного элемента, а точки соединения второго и третьего ключей подключены к первому выходу усилительно-преобразовательного блока, причем в ведущем усилительно-преобразовательном блоке первый и третий ключи замкнуты, а второй ключ разомкнут, в ведомых усилительно-преобразовательных блоках первый и третий ключи разомкнуты, а второй ключ замкнуто