Способ непрерывно-импульсного регулирования постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК G05F1/56 H02M3/135 

Изобретение относится к электротехнике и автоматике, а именно к устройствам управления постоянным током в нагрузке при неизменном напряжении источника питания, и может быть использовано в качестве регулятора, постоянного тока широкого применения , во вторичных источниках питания, в следящем электроприводе постоянного тока.

Цель изобретения - уменьшение массы . и обьема и повышение КПД , путем умень - шения амплитуды пульсации тока в формируемых токовых последовательностях.

На фиг. 1 приведены временные диаграммы, поясняющие предложенный способ; на фиг. 2 - схема силового регулятора, реализующего предложенный способ; на фиг. 3 - схема блока управления, реализующего предложенный способ.

Способ непрерывно-импульсного регулирования постоянного тока состоит в формировании двух токовых последовательностей с участками возрастания и убывания тока, причем в установившимся режиме суммируют возрастающие участки тока одной токовой последовательности с убывающими участками тока другой токовой последовательности, причем скважность обеих последовательностей постоянна и равна двум, скорости нара- стания и убывания тока в обоих последовательностях постоянно изменяют исходя из условия постоянства суммы их мгновенных значений. В переходных режимах в зависимости от знакапроизводной входного задающего устройства формируют и суммируют либо только возрастающие, либо только убывающие участки токовых после- ддвательностей.

Устройство, реализующее предложенный способ непрерывно - импульсного регу - лирования постоянного тока, содержит два управляемых ключевых элемента, например тиристоры 1 и 2, два диода 3 и 4, выходные выводы 5, четыре управляемых дросселя 6- 9, три измерителя 10-12 тока, два стабилитрона 13 и 14 и входные выводы.

Отрицательные входной и выходной выводы устройства соединены между собой и подключены к анодам диодов 3 и 4 и анодам стабилитронов 13 и 14. Положительный выходной вывод соединен с первым токовым выводом измерителя 10 тока. Второй токовый вывод измерителя 10 тока соединен с положительным входным выводом через две параллельные ветви из последовательно соединеных элементов. Первая ветвь содержит токовую обмотку измерителя 11 тока дросселей 6 и 8, основную обмотку дросселя 6, тиристор 1 и основную обмотку дросселя 8. Вторая ветвь содержит токовую обмотку измерителя 12 тока дросселей 7 и 9, основную обмотку дросселя 7, тиристор 2 и основную обмотку дросселя 9. Между об- щей точкой соединения катода тиристора 1 с основной обмоткой дросселя б и отрицательным входным выводом включен диод 3 в запирающем направлении по отношению к полярности входного напряжения. Между общей точкой соединения катода тиристора 2 с основной обмоткой дросселя 7 и отрицательным входным выводом включен диод 4 в запирающем направлении по отно шению к полярности входного напряжения. Между общей точкой соединения анода тиристора 1 с основной обмоткой дросселя 8 и отрицательным входным выводом включен стабилитрон 13.

Между общей точкой соединения анода тиристора 2 с основной обмоткой дросселя 9 и отрицательным входным выводом включен стабилитрон 14.

Выводы 15-20 измерителей тока 11, 12 и 10 подключены к входам системы управ- ления регулятором, а управляющие входы 21 - 24 тиристоров 1 и 2 и выводы 25 - 28 и 29 - 32 обмоток управления дросселей 6, 7 и 8, 9 - к выходам системы управления.

Система управления регулятором по- стоянного тока содержит предварительный усилитель 33 задающего сигнала постоянного тока, выход которого подключен к входам двух операционных усилителей 34 и 35 постоянного тока с различными коэффици- ентами усиления. Выход операционного усилителя 34 с большим коэффициентом усиления подключен к входам дифференцирующих устройств 36 и 37, а также к первому входу сумматора 38 сигналов. Выход операционного усилителя 35 с меньшим коэффициентом усиления подключен к первому входу компаратора 39 напряжения, а также к второму входу сумматора сигналов 38. Выход сумматора 38 соединен с первым входом сравнивающего устройства ( компаратора напряжения ) 40 , к второму входу которого подключен выход измерителя 10 тока нагрузки. Выход измерителя 11 тока дросселя б подключен к основному входу управляемого ключа 41, а выход измерителя 12 тока дросселя 7 подключен к основному входу управляемого ключа 42. Выходы управляемых ключей 42 и 41 объединены и подключены к второму входу компаратора 39 напряжения. Выход компаратора напряжения 40 подключен к входу ждущего мультивибратора 43, а также соединен с объединенными основными входами управляемых ключей 44 и 45. Выход дифференцирующего устройства 36 соединен с входом ждущего мультивибратора 46, выход дифференцирующего устройства 37 соединен с входом ждущего мультивибратора 47. Выход ждущего мультивибратора 46 соединен с первым прямым входом триггеров 48 и 49. Выход ждущего мультивибратора 47 соединен с первым инверсными входами триггеров 48 и 49. Выход ждущего мультивибратора 43 соединен с первым входом триггера 50. Выход компаратора напряжения 39 соединен с первыми входами логических элементов И 51 и 52, а также с вторым входом триггера 50. Выход логического элемента 52 соединен с вторым прямым входом триггера 48 и вторым инверсным входом триггера 49. Выход логического элемента 51 соединен с вторым пря- мым входом триггера 49 и вторым инверсным входом триггера 48. Выход триггера 50 соединен с третьим прямым входом триггера 48 и третьим инверсным входом триггера 49. Инверсный выход триггера 48 соединен с управляющими входами ключей 45 и 41, и вторым входом логического элемента 52, а также с входом ждущего мультивибратора 53. Инверсный выход триггера 49 соединен с управляющими входами ключей 44 и 42, вторым входом логического элемента 51 , а также с входом ждущего мульти - вибратора 54. Прямой выход трип ера 48 соединен с входом ждущего мультивибратора 55, а прямой выход триггера 49 соединен с входом ждущего мультивибратора 56. Выход управляемого ключа 44 соединен с входами усилителей 57 и 58 мощности, а выход управляемого ключа 45 соединен с входами усилителей 59 и 60 мощности. Выход ждущего мультивибратора 55 нагружен на первичную обмотку импульсного трансформатора

61, выход ждущего мультивибратора 53 нагружен на первичную обмотку импульсного трансформатора 62, выход ждущего мультивибратора 53 нагружен на первичную обмотку импульсного трансформатора 63, выход ждущего мультивибратора 54 нагружен на первичную обмотку импульсного трансформатора 64, Первая и вторая вторичные обмотки импульсных трансформаторов 63, 61, 62 и 64 соединены с управляющим и главным входами соответствующих ключей 65, 66, 67 и 68. Выходы управляемых ключей 65 и 66 объединены и соединены с управляющим входом тиристора 1. Выходы управляемых ключей 67 и 68 объединены и соединены с управляющим входом тиристора 2. Выходы усилителей 57, 59, 58 и 60 мощности соединены с управляющими входами соответствующих дросселей 7, 6, 8 и 9 силовой схемы.

Устройство, реализующее способ непрерывно-импульсного регулирования постоянного тока, работает следующим образом.

При подаче задающего сигнала напряжения постоянного тока на вход предварительного усилителя 33 постоянного тока этот сигнал усиливается и с выхода усилителя 33 поступает на входы операционных усилителей 34 и 35 постоянного тока с различными коэффициентами усиления. Выходной сигнал усилителя постоянного тока с большим коэффициентом усиления, задающий уровень максимального тока дросселей в процессе возрастания этих токов, поступает на входы двух дифференцирующих устройств 36 и 37 и первый вход сумматора 38 сигналов. Выходной сигнал усилителя 35 постоянного тока с меньшим коэффициентом усиления, задающий уровень минимального тока дросселей в процессе уменьшения этих токов, поступает на второй вход сумматора сигналов 38 и первый вход компаратора амплитуды 39. Выходной сигнал сумматора сигналов 38 поступает на первый вход компаратора 40 амплитуды. Выходной сигнал дифференцирующего устройства 36, реагирующего на увеличение входного задающего сигнала, запускает ждущий мультивибратор 46, а выходной импульс ждущего мультивибратора 46 поступает на первые прямые входы триггеров 48 и 49, выходные сигналы прямых выходов которых запускают ждущие мультивибраторы 55 и 56, выход которых нагружен на первичные обмотки импульсных трансформаторов 61 и 62. Первая и вторая вторичные обмотки импульсных трансформаторов 61 и 62 соединены с управляющим и главным входами ключей 66 и 67. Ключи 66

и 67 под действием импульсов, сформированных ждущими мультивибраторами 55 и 56, переходят во включенное состояние, и положительные импульсы с вторичных обмоток импульсных трансформаторов 61 и 62 поступают на промежутки управляющий электрод- катод тиристоров 1 и 2 и переводят их во включенное состояние.

Под действием напряжения источника

0 питания через основные обмотки управляемых дросселей 6, 7, 8 и 9 и токовые обмотки измерителей 11 и 12 тока этих дросселей начинают протекать токи И и J2, сумма которых проходит через токовую обмотку изме5 рителя 10 тока нагрузки, и выходные выводы 5 . Ток нагрузки постепенно увели - чивается и, когда выходной сигнал измерителя 10 тока, пропорциональный току нагрузки и поступающий на второй вход

0 компаратора 40, станет в момент to равным выходному сигналу сумматора 38, срабатывает компаратор 40. Выходной сигнал компаратора 40 поступает на входы ключей 44 и 45 и через ждущий мультивибратор 43 на

5 прямой вход триггера 50. Триггер 50 переключается и его выходной сигнал поступает на первый инверсный вход триггера 49 и второй прямой вход триггера 48. Сигнал на инверсном входе триггера 49 вызывает его

0 переключение, и выходной сигнал с прямого выхода триггера 49. поступающий через ждущий мультивибратор 46, импульсный трансформатор 62 и ключ 67 на включение тиристора 2 прекращается. Одновременно

5 возникший сигнал на инверсном входе триггера 49, поступающий через ждущий мультивибратор 54, импульсный трансформатор 64 и ключ 68 на управляющий промежуток тиристора 2 в виде импульса

0 отрицательной полярности, вызывает выключение тиристора 2. Ток дросселя 7 начинает падать и проходит уже через включившийся диод 4 и выходные выводы 5, а энергия, накопленная в дросселе 9, воз5 вращается в источник питания через стабилитрон 14. Инверсный выходной сигнал триггера 49 также поступает на управляющие входы ключей 44 и 42 и переводит их во включенное состояние. Ключ 44 подключает

0 выход компаратора 40, контролирующего ток нагрузки, к входам усилителей 57 и 58 мощности, подмагничивающих дроссели 7и 8 и непрерывно изменяющих их индуктивность таким образом, чтобы ток нагрузки

5 -оставался постоянным. Ключ 42 подключает выход измерителя 12 тока, контролирующего ток дросселей 7 и 9, к второму входу компаратора 39 амплитуды, контролирующего минимальное значение тока дросселя 7. В момент 11 равенства выходного сигнала

измерителя 12 уменьшающегося тока дросселя 7 сигналу с выхода операционного усилителя постоянного тока 35. срабатывает компаратор 39 и его выходной сигнал поступает на первые входы логических элементов И 51 и 52, а также инверсный вход триггера 50. Триггер 50 переключается, и его выходной сигнал, поступающий на инверсный вход триггера 49, переключается - создаются условия для переключения триггера 49 по прямому входу. Выходной сигнал с компаратора 39, поступивший на первые входы логических элементов 51 и 52, приводит к появлению выходного сигнала только у элемента 51, так как на его втором входе уже имелся сигнал с инверсного выхода триггера 49. Выходной сигнал логического элемента 51, поступая на первый инверсный вход триггера 48 и второй прямой вход триггера 49, вызывает переключение триггеров 48 и 49 и, соответственно, повторное включение тиристора 2 импульсом ждущего мультивибратора 56 и выключение тиристора 1 импульсом ждущего мультивибратора 53. При этом ток дросселей 7 и 9 начинает опять возрастать, ток дросселя 6 - падать, проходя через диод 3 и выходные выводы, а энергия, накопленная в дросселе 8, возвращается в источник питания через стабилитрон 13. Одновремрнно прекращается сигнал на инберсном выходе триггера 44, что приводит к выключению ключей 44 и 42, снятию сигнала с второго входа логического элемента 51 и возникновению сигнала на инверсном выходе триггера 48, что приводит к выключению ключей 45 и 41 и появлению сигнала на втором входе логического элемента 52. В результате этого через включенный ключ 45 начинается процесс непрерывного управления постоянным током в нагрузке путем подмагничивания дросселей 6 и 9 через усилители 59 и 60 мощности, а через включенный ключ 41 в компараторе 39 сравнивается уменьшающийся ток дросселя б с выходным сигналом операционного усилителя 35 постоянного тока с меньшим коэффициентом усиления, определяющим минимальное значение тока дросселей.

В момент т.2 ток дросселя 6 становится равным току imin, срабатывает компаратор 39 и на первом входе логического элемента 52 появляется сигнал. Так как на втором входе элемента 52 уже имелся сигнал с инверсного выхода триггера 48, то на выходе элемента 52 появляется сигнал . поступающий на второй прямой вход триггера 48 и второй инверсный вход триггера 49, что вызывает очередное включение тиристора 1 и отключение тиристора 2, включение ключей

44, 42 и отключение ключей 45 и 41, Далее процессы в схеме повторяются..

При уменьшении входного задающего сигнала постоянного тока, например, в момент ta срабатывает дифференцирующее устройство 37, реагирующее на уменьшение входного сигнала, и запускает ждущий мультивибратора 47. Выходной импульс мультивибратора 47 поступает на второй

0 инверсный вход триггера 48 и третий инверсный вход триггера 49 . Триггеры 48 и 49 переключаются по инверсным входам независимо от их первоначального состояния, тиристоры 1 и 2 выключаются - ток через

5 дроссели 6,7 и выходные выводы 5 начинает падать. Когда в момент м ток нагрузки достигнет уровня, соответствующего уменьшенному значению суммы минимального и максимального значений задающего сигна0 ла с выхода сумматора 38, то на выходе компаратора 40 появляется сигнал, запускающий ждущий мультивибратор 43. Выходной импульс мультивибратора 43 включает триггер 50, выходной сигнал которого посту5 пает на третий прямой вход триггера 48 и первый инверсный вход триггера 49. Сигнал с прямого выхода триггера 48 запускает ждущий мультивибратор 55, импульс которого включает тиристор 1, и ток дросселей 6

0 и 8 начинает возрастать, а индуктивность дросселей через включенный ключ 44 и усилители 57 и 58 непрерывно изменяется таким образом, что ток нагрузки сохраняется постоянным. Сигнал с выхода измерителя

5 12 тока проходит через включенный ключ 42 и сравнивается в компараторе 39 с выходным сигналом операционного усилителя 35 постоянного тока, соответствующим значению тока imin. В момент t5, когда ток дроссе- т

0 ля 7 равен i min, выходной сигнал компаратора 39 через логический элемент 51 переключает триггеры 48 и 49 в состояния, обеспечивающие включение тиристора 2 и отключение тиристора 1, Далее процессы в

5 схеме повторяются.

При увеличении входного задающего сигнала постоянного тока, например, в момент и, срабатывает дифференцирующее устройство 36, реагирующее на увеличение

0 входного задающего сигнала, и запускает ждущий мультивибратор 46. Выходной импульс мультивибратора 46 поступает на первые прямые входы триггеров 48 и 49. Триггеры 48 и 49 переключаются по прямым

5 входам независимо от их первоначального состояния, и тиристоры 1 и 2 включаются - ток дросселей и нагрузки начинает возрастать. Когда в момент ta ток нагрузки достигнет уровня, соответствующего увеличенному значению выходного сигнала сумматора 38,

то на выходе компаратора 40 появляется сигнал, запускающий ждущий мультивибратор 43. Выходной импульс мультивибратора 43 переключает триггер 50, выходной сигнал которого поступает на второй прямой вход триггера 48 и первый инверсный вход триггера 49 . Триггер 49 переключается , сигнал на его прямом выходе прекращается, тиристор 2 выключается и ток дросселя 7 начинает падать. Одновременно сигнал с выхода измерителя 12 тока дросселя 7 поступает на вход компаратора 39 через вклю- ченный ключ 42, а сигнал с выхода сравнивающего устройства 40 поступает на входы услителей 57 и 58 мощности, через включенный ключ 44. На участке времени ta - tg через компаратор 40 индуктивность дросселей б и 9 непрерывно изменяется таким образом, что ток нагрузки сохраняется постоянным. Далее процессы в схеме повторяются до нового изменения входного задающего сигнала постоянного тока. Формула изобретения Способ непрерывно-импульсного регулирования постоянного тока, состоящий в

формировании двух токовых последовательностей с участками возрастания и убывания тока, причем в установившемся режиме суммируют возрастающие участки

тока одной токовой последовательности с убывающими участками тока другой последовательности при постоянной скважности, равной двум , непрерывном изменении формы сигналов тока в последовательностях из

условия постоянства суммы их мгновенных значений и дифференцирования входного задающего сигнала, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и обь- ема и повышения КПД путем уменьшения

амплитуды пульсаций тока в формируемых токовых последовательностях, в переходном режиме ори положительной производной входного задающего сигнала одновременно формируют и суммируют

возрастающие участки тока в обеих последовательностях, а при отрицательной производной входного задающего сигнала одновременно формируют и суммируют убывающие участки тока в обеих последовательностях.

29 I

SI

1C

Изобретение относится к источникам вторичного электропитания устройств автоматики. Целью изобретения является уменьшение массы и объема и повышение КПД, Формируется две последовательности токовых импульсов скважностью 2 и участками увеличения и уменьшения тока. В уста- новившемся режиме суммируют увеличивающиеся токи одной и уменьшающиеся токи другой последовательностей. Скорость изменения токов постоянно ре - гулируют из условия постоянства суммы их мгновенных значений. В переходных режимах, вызванных изменением входного задающего сигнала, в зависимости от знака производной этого сигнала одновременно формируют и суммируют либо увеличивающиеся, либо уменьшающиеся участки обеих токовых последовательностей. 3 ил. сл

4«J/U if u U

гг--