Релейный регулятор Советский патент 1975 года по МПК G05F1/00 G05B11/01 

торных цепей компаратора производится от источника постоянного тока 16. Эмиттеры транзисторов объединены и подключены к источнику опорного напряжения 17, имеющему ту же полярность от относительного общего провода, что и источник 16. Диод 18 совместно с переходом база-эмиттер транзистора 6 образует первую балансную схему сравнения напряжения на резисторе 2 с олорным Uonof источника 17. Вторая схема сравнения образована диодом 19 и переходом база - эмиттер транзистора 7. Делителями 20, 21 и 22, 23 в каждую схему сравнения задается ток смещения от источника коллекторного питания 16. Выходная обмотка 24 импульсного траисформатора 10 через апериодическое звено 25, 26 и диод 27 подключена к цепи управления выходного тиристора 28. Управление выходным тиристором 29 производится от обмотки 30 через апериодическое звено 31, 32 и диод 33. Питание выходных тиристоров производится пульсирующим напряжением. Обмотка 34 трансформатора 10 через резистор 35, конденсатор 36 и неоновую лампочку 37 подключена к апериодическому звену 38, 39 обратной связи регулятора. Скорость заряда конденсатора 39 обратной связи определяется резистором 35, а разряда - резистором 38. Напряжение с выхода звена обратной связи 38, 39 подается на вход усилителя 1. При отсутствии входного сигнала /7вх ток на выходе усилителя 1 также равен нулю. При этом ток смещения, задаваемый в первую балансную схему сравнения, проходит от источника коллекторного питания 16 через делитель 20, диод 18 и резистор 2, значительно более низкоомный, чем делитель 21. За счет шунтирующего действия резистора 2 падение напряжения на делителе 21 мало и переход база - эмиттер транзистора 6 закрыт опорным напряжением t/onop. Для второй балансной схемы сравнения ток смещения проходит через делитель 22, диод 19 и низкоомный резистор 3. Переход база - эмиттер транзистора 7 также закрыт опорным напряжением t/onop. Так как транзисторы 6, 7 закрыты, отсутствуют напряжения на выходных обмотках 24, 30, 34 трансформатора 10, выходные тиристоры и неоновая лампочка закрыты, а напряжение на выходе регулятора f/вых равно нулю. Появление входного сигнала t/Bx вызовет на выходе усилителя 1 ток, который создает падение напряжения на резисторах 2, 3. Пусть направление тока таково, что напряжение на резисторе 2 стремится закрыть диод 18, а напряжение на резисторе 3 - открыть диод 19. При равенстве величины напряжения на резисторе 2 опорному t/onop динамическое сопротивление диода 19 сильно возрастает и ток смещения создает на делителе 21 падение напряжения, которое приводит к открыванию перехода база - эмиттер транзистора 6 в то время, как падение напряжения на резисторе 3, передающееся через диод 19 к делителю 23, вызовет еще большее запирание транзистора 7. В результате открывания транзистора 6 коэффициент передачи цепи положительной обратной связи: коллектор транзистора 6, диод 8, половина 11, трансформатор 10, обмотка 40, делитель 21, переход база - эмиттер транзистора 6 становится больше критического. За счет действия положительной обратной связи в компараторе произойдет процесс формирования рабочего выходного импульса. Сначала в результате регенеративнО|ГО процесса транзистор 6 скачком насыщается, формируется передний фронт рабочего выходного импульса. За счет протекания базового тока по делителю 21 диод 18 закрывается, и схема сравнения отключается от входного сигнала. Затем происходит формирование верщины выходного импульса, длительность которой определяется параметрами трансформатора 10, током базы транзистора 6, который задается делителем 21 и коэффициентом усиления транзистора 6 по току. В это время за счет малого сопротивления насыщения транзистора компаратор обладает большой нагрузочной способностью. Далее за счет нарастания намагничивающего тока трансформатора 10 ток коллектора достигнет граничного значения, возникнет обратный регенеративный процесс, в результате которого транзистор скачком закроется и будет сформирован задний фронт выходного импульса. На время формирования рабочего выходного импульса транзистором 6 величина напряжения на коллекторе и величина запирающего- напряжения на переходе база - эмиттер транзистора 7 еще более увеличиваются. Хотя при этом напряжение на обмотке 12 приложено к диодному тиристору 14, обладающему S-образной вольтамперной характеристикой, в прямом направлении, тиристор 14 остается в закрытом состоянии, так как напряжение переключения т 1ристора выбирается в несколько раз большим напряжения коллекторного питания - SK. В то же время напряжение на обмотке 11 приложено к тиристору 13 в запирающем направлении. За счет действия намагничивающегося тока на обмотке II возникает выброс напряжения обратной полярности, который приводит к переключению тиристора 13. За время, определяемое его временем переключения, тиристор 13 перейдет в открытое состояние. Закончится формирование обратного выброса. На. время обратного выброса откроется переход база - эмиттер транзистора 7. Однако это не приведет к возникновению положительной обратной связи по второму входу, так как напряжением на обмотке 11 закроется диод 9 и напряжение на коллекторе транзистора 7 упадет до нуля. За счет активных потерь в контуре, образованном обмоткой 11 и тиристором 13, происходит спад намагничивающего тока трансформатора 10. При этом напряжение на обмотке 11 определяется остаточным напряжением переключения тиристора 13. Намагничивающий ток достигнет величины обратного переключения тиристора 13, и. тиристор закроется. Дальнейший характер спада, ллмагничивающего тока, .а следовательно, величина зоны-возвр.ата компаратора оп-ределитсявеличиной резистора 15. Когда .закончится пр.оцесс восстановления намагничиваю.щего тока, .начнется генерация-нового рабочего выходного имлульса. На стадии восстановления величины напряжения на коллек.торе и запирающего напряжения на переходе база эмиттер транзистора 7 немного уменьшаются, однако транзистор 7 остается закрытым опорным напряжением. На стадиях обратного выброса н восстановления тиристор 14 закрыт обратным напряжением на обмотке 12. При изменении направления выходного тока усилителя 1 и при условии, что велнчнна напряжения на резисторе 3 равна илн больше , компаратор срабатывает но входу 5. Здесь увеличится динамическое сопротивление диода 19, откроется транзистор 7 и коэффициент передачи цепи положительной обратной связи: коллектор транзистора 7, диод 9, обмотка 12, трансформатор 10, обмотка 41, делитель 23, переход база-эмиттер транзистора 7 - станет больше критического. Будет сформирован рабочий выходной импульс обратной полярности, после которо го произойдет переключение тиристора 14. В остальном процессы при срабатывании компаратора по входам 4 и 5 аналогичны.

Вместо диодных тиристоров 13, 14 возможно применение других полупроводниковых приборов, обладающих S-образной вольт-амперной характеристикой (триодных тиристоров, симметричных тиристоров, лавинных транзисторов, однопереходных транзисторов и т. д.).

Таким образом, на выходных обмотках компаратора в зависимости от знака входного сигнала появляются последовательности импульсов. Обычно для цепи обратной связи с неоновой лампочкой с целью получения широкого диапазона настроек регулятора требуется напряжение 100 - 200 в иа выходной обмотке 34. Поэтому напряжение питания компаратора 2к выбирается в пределах 10 - 20 в, исходя из разумного компромисса между сложностью имнульсного трансформатора 10 и источника питания 16. Для включения мощных выходных тиристоров 28, 29 длительность рабочих выходных импульсов должна быть не менее 5-10 мксек. Следовательно, длительность и вольт-секундная площадь рабочего выходного и.мпульса оказывается в сотни раз большей длительности и вольт-секундной плон ади обратного выброса, так как время нерекл Очения современных тиристоров, выполlieHHbix по планарной технологии в интегральном исполнении, составляет десятки наносекунд и меньше.

Остаточное напряжение переключения тиристоров 13, 14 пе превышает 0,5 - 1,0 в, поэтому амплитуда рабочего выходного импульса в 10 - 20 раз больше обратного напряжения на стадии восстановления.

Столь сильное отличие рабочего выходного импульса от обратного выброса и напряжения на стадии восстановления позволяет выделить рабочие выходные импульсы самыми простыми средствами селекции по длительности, а именно с помощью пассивных RCфильтров и амплитудных детекторов.

В цепи обратной связн селектор по длительности образован резистором 35 н конденсатором 36 и неоновой лампочкой 37. Причем конденсатор 36 очень небольшой емкости, которая может быть образована емкостью монтажа. Малая по сравнени о с длительностью рабочего ВЫХОДН01Ч) импульса постоянная звена 35, 36 приведет то.чько к некоторому затягиванию его фронтов, однако этого достаточно, чтобы амплнтуда обратного выброса не превысила порога зажигания неоновой ла.мпочки 37, которая осуществляет фазочувствительное выпря-мление рабочих выходных импульсов и, следовательно, заряд конденсатора 39 обратной связи напряжением положительной полярности при срабатывании компаратора по входу 4 и напряжение.м отрицательной полярности при срабатывании компаратора по входу 5.

В цепи управления тиристором 28 селектор по длительности образован звеном 25, 26 н диодом 27, которые при срабатывании компаратора по входу 4 выделяют рабочие выходные импульсы и включают тиристор 28. Появляется напряжение на выходе регулятора. При этом на стадиях обратного выброса и восстановления нанряжение на конденсаторе 32 меньше порогового напряжения диода 33 и тиристор 29 закрыт.

При срабатывании ко.мпаратора по входу 5 происходит включение тиристора 29. Длительность включений тиристоров 28, 29 определяется порогом срабатывания н зоной возврата компаратора, как релейного элемента регулятора, и параметрами и настройками цепи обратной связи регулятора. Выключение тнристоров 28, 29 производится каждые полпериода питающего напряжения по аноду.

Таким образом, на одном импульсном тра)1сфор-.маторе выполнен релейный элемент, имеющий трехпозиционную релейную характеристику, выходные сигналы которого используются одновременно для управления неоновой лампочкой в цепи обратной связи и выходны.мп тиристора.ми регулятора, что упрощает устройство по сравнению с известными.

Для построения релейного элемента использованы один трансформатор, один источник коллекторного питания, один источник опорного напряжения и два транзистора, что обеспечивает идентичность характеристик устройства по фазам входного напряжения. Хотя различие коэффициентов передачи по току транзисторов ириводит к неидентичности длительности формируемых ими рабочих импульсов, схеме присуще свойство самовыравнивания, так как изменение длительности рабочих импульсов связано с пропорциональным изменением намагничивающего тока и с обратньш изменением времени восстановления, а следовательно, с постоянством скважности импульсов, что важно для цепи обратной связи.

Порог срабатывания компаратора благодаря релейной характеристике не зависит от разброса параметров тиристоров. Отпадает необходимость в большом количестве подстроек регулятора.

Запуск выходных тиристоров производится непрерывной последовательностью импульсов с большой частотой следования. Поэтому угол включения тиристоров не превышает единицу градусов, и уменьшаются потери напряжения на нагрузке. Повышается надежность устройства по сравнению с известными.

Предмет изобретения

Релейный регулятор .для управления исполнительным механизмом постоянной скорости, содержащий усилитель и исполнительный элемент на тиристорах в прямом канале и КСзвено с неоновой лампой в цепи обратной связи, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, по прямому каналу регулятор снабжен регенеративны.м компаратором напряжения, выполненным на двух транзисторах и импульсном трансформаторе с несколькими обмотками и нагрузочным элементом в виде полупроводникового прибора, с симметричной S-образной вольт-амперной характеристикой, причем одна из обмоток трансформатора, имеющая среднюю точку, через диоды подключена к коллекторам транзисторов, а другие обмотки через селекторы по длительности подключены к цепям управления тиристоров и неоновой лампы.

Ш1з:

55

39

г

1Q

25 27