Устройство для регулирования и стабилизации напряжения переменного тока Советский патент 1979 года по МПК G05F1/44 

Целью изобретения является улучшение дина жческих характеристик и обес печеняе заданной коррекции формы выходного напряжения,

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регулит оваш1я и стабилизации напражения переменного тока дополнительно введен источник вта лонного переменного напряженияг вход которого поцключен к входным выводам, а выход через дополнительно введенный выпрямитель подключен ко входам двух дополнительно введенаых масштабных усилителей с рааличвыми коэффициентами передачи, причем выход масштабного уси лителя с бопылим коэффициентом передачи соединен с введенным дополнительным входом первого порогового элемента сраваёвия, выход которого подключен к шине вычитания реверсивного счетчика . импульсов, выход масштабного усипвтеля с меньшим коэффициентом передачи соединен с введенным дополтггелысым входом второго элемента сравнения, вькод которого подключен к шине сложения реверсивного счетчйка импупьсоЬ, а генератор импульсов 1одкпючен ко входу реверсивного счетчика импульсов непосредственно, кроме тогОц масштабные усилители дополннтелшо снабжейы неийвертируюшими входами, причем к иеввьертируямдему Входу масштабного усилителя с большим коэффициентом передачи подключен дополнительно введенвьтй источник nocTosBWjro положительного смешевия, а к неинвертирукнаему входу мае-. штабного усилителя с меньшим коэффияиевтом передачи подключен дополнитель во введевньй источник постоянного отрицатепыюго смешения. Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1. На фиг. показав прсщесс отработки возмушающего скачка. Устройство для регулирования и стабилизации вапряжевия перемеивого тока содержит регулирукщдай элемент 1 с дискретво управпяем.ьш с помошью ключей перемеиного тока по закону двоично кода коэффициентом передачи, источвик этапонвого перемеивого иапряжевия 2, сИ|«| азный с вапряжевием сети, выпрямители 3 и 4, масштабные усилители 5 и 6, пороговые эпемеиты сраввевия 7 и 8в лииейвый согпасукяций эпемевт 9, генератор импульсов 10, реверсивный счетчик импульсов 11 и влемевты управ

ления 12, содержащие ключи и усилители управляоощих сигналов.

Выпрямитель 4 и линейный согласующий элемент 9 образуют измерительный

элемент 13.

Рассмотрим работу устройства при его подключении к сети с синусоидальной формой напряжения. В этом случае, если нет необход11мости в преднамере 1ном искажении формы выходного напряжения, эталонное напряжение должно быть также синусоидальным и синфазным с напряжением сети. После вьтрямления с помо- шью вьтрямителя 3,выполненного двухполупериодным, эталонное напряжение поступает на входы двух масштабных усилителей 5 и 6. На выходе масштабного усилителя 5 формируется опорное напряжение (t-) 01/&{n(j)c.tl , а на выходе масштабного усилителя 6 - опорное напряжение oii(t)lfojsin(j)ctl , где Иог tioi - амплитудные значения опорных напряжений; jOc - круговая частота эталонного напряжения, равная круговой частоте напряжения сети. Выходное напряжение с необходимым коэффициентом пропорциональности, обеспечиваемым линейным согласуюшим элементом (в качестве которого может быть использовав трансформатор, резистивный делитель, комбинация трансформатора с резистиЬным делителем и фильтром нижних частот и- т.п.), также вьгарягмляется с помощью вьтрямителя 4, выполвенного двухполупериодным. Оно.имеет вид (t) ),t/, где 2/ - амплитуда выходного напряжен вия; /« - коэффициент пропорцИ9валы10сти , обеспечиваемый линейным согласуюшим элементом. Это напряжение сравнивается с. опорными напряжениями ej(t) и %i(tj с помошью пороговых элементов сравнения 7 и 8. В случае, если мгновенное значение выходного напряокения отклонилось от значения,соответствующего синусоидальной кривой, например, в сторону уменьшения на величину, превышающую допустимый уровень, то напряжение на выходе выпрямителя 4 IJg (t) , пропорциональное выходному напряжению и поступаюшее на дополнительный Вход порогового элемента сравнения 7, становится меньше напряжения of it) на выходе масштабного усилителя 5 и пороговый элемент сравнения 7, срабатывая, переводит реверсивный счет чик 11 в режим сложения. Импульсы с выхода генератора 10, поступаюише на шику сложения, увеличивают код, записанный в реверсивном счетчике до тех пор, пока ковффициенгг передачи регулирующего органа, управляемого с помощь ключей, которыми через усилители уп равлЕОощих сигналов, в свою очередь, управляет реверсивный счетчик 11, не достигнет такого значения, при котором напряжение (t) на выходе вьпфямИ теля 4 становится равным или болыл-им напряжения Уо1(1} на выходе масштабного усилителя 5, При этом пороговый элемент сравнения 7 возвращается в исходное состояние и увеличение кода ре- версивнохх счетчика 11 пре1фашается. Если в дальнейшем вновь происходит от клоненйе текущего значения выходного напряжения в сторону уменыиения, превышаюшее допустиьюе, то процесс стабилизации повторяется. Если отклонение мгновенного значения выходного напряжения сверх допустимого уровня происходит в сторону уве личения, то процесс стабилизации протекает аналогично вышеописанному с той лишь разницей, что напряжение 2/ (t) сравнивается с опорным напря: кением i/oidj- - с помощью порогового елемен ;та сравнения 8, который управляет шино вычитания реверсивного счетчика 11, из менение кода которого происходит в сто рону уменыцения до тех пор, пока не бу дет выполняться неравенство g(t)г/,.,(t). Если же уровни текущих значений выходного напряжения находятся в зоне допустимых.отклонений J т.е. вьтолняется неравенство tip(t)lJe(t)Ut,z(t)/ , то оба пороговьк элемента сравнения 7 и 8 закрыты и импульсы генератора им-

пульсов 10 не поступают ки на одву из шин реверсивного счетчика 11, его код остается неизменным и, следовательно, остается неизменным коэффициент передачи регулирующего элемента. Значения %t и 2/ог выбираются равными значе-

НИЯМИ

т

соответствен но.

mm

max

Процесс обработки реального (имеющего конечную длителшость фронтов) возмущающего скачка с различной длительностью фронтов и действующего в течешге одного полупераода напряжения сети показан на фиг. 2. На фиг. 2 а

фильтра нижних частот, включаемого при необходимости между предполагамого устройства и потребителем.

SQ

Процесс отработки статических возмущений в предлагаемом устройстве, также как и в известных устройствах, является астатическим, поэтому точность установки соответствия кривой выходно55го напряжения обусловлена шагом квантований вькодного напряжения, который обеспечивается используемым дискретным регулирующим элементом. лредставлен вид возмуигаюшего воздействия; на фиг. 2 б последовательность и шульсов генератора импульсов на фиг. 2в - последовательность импулЬ сов, прошедших на вычг таюшнй вход реверсивного счетчика; на фкг. 2г после довательность импульсов, прошедшггх. на Вход сложения реверсивного счетчика. На фиг. 2 д тонкими сплошныкш линиями показана зона допустик ьж отклонений мгновенных значений выходного наггряже ниЯг определяемая заданной точностью регулирования толстой сплошной л сниейкривая изме11еШ1Я ,ущего значеш я вы« ходкого напряжения; толстой пунктирной линией - формы вьходного напряжения при отсутствии стабилизации. На фиг. 2 следует, что характер дИнамики процесса отработки возмушаюшего воздействия в предлагаемом устройстве .зависит от соотношения скорости изменения возмущения и частоты следования импульсов генератора импульсов. При уменьшении скорости изменения воз-, мушающего воздействия, что SKETiBa-ieHT но увеличению частоты следования им пульсов генератора импульсов, уменьшаются искажения, вносимые в форму выходного напряжения, которые при вы боре достаточно высокой частоты генератора импульсов могут быть сведены к незначительным, а время обработки мо. жет не превышать длительности фронта возмушешш и быть с гарантией (практически на порядок и более) значительно меньше длительности полупериода напряжения сети. Искажения формы выходного напряжения; возникающие в про-, нессе отработки динамических возмущений, например, при илшульсной нагрузке, имеют спектр, частота основной гармонии которого во много раз превышает частоту регулируемого напряжения, и, следовательно, могуг быть легко отфильтровань с помощью неболы.иого Реальные пороговые элементы сравнешш обладакуг конечной зоной гистерезиса амплитудной характеристики, поэтому в окрестности перехода выходным напряжением нулевого уровня из-за незначительного различия текущих значений на-пряжений 2/o,(tj 0i/o2(0 обе пороговые сх;емы могут оказаться во включенном состоянии одновременно, что может стать причиной неустойчивой работы устройства В связи с ВТИМ необходимо, чтобы опорные напряжения %, (t) и Von, (t) в Ькрес гности перехода Входного напряжения через нулевой уровень отличались друг от друга по текущему уровню на величину, несколько превышакнцую ширину зоны гистерезиса амплитудной характернстики используемых пороговых элементов, что может быть достигнуто путем смещения уровней опорных напряжений в прот{Шоположные стороны, причем уровень напряжения 1/ог (IJ : нео&срдим сместить в положительную сторону, а уровень напряжения Uci(t) -в отрицательную. Смещение уровней опорник напряжений достигается за счет подключения к неинвертирующим входам масштабных усилителей источников с необходимым уровнем поСтояногч) напряжения ед «но G противоположными знаками. Так как ширина зоны гистерезиса амдли« тудной характеристики пороговых эле ментов сравнения может быть обеспечена достаточно малой (десятки н даже единицу iv©}, то невначитейьаое смещение уровней опорных напряжений п|)актическя не оказывает влияния на точность стабилизации и на величину вносимых искажений. Формула изобретения 1, Устройство для регулирования и стабилизации напряжения перекданного тока содержащее включенный в одну из сшюаых шин регулирующий впемент, име щий не кюнее двух управляюшвк ЁХОЦОВ, к которьтм подключены выходы, элементов управления, реверсивный счетчик импульсов с шинами вычитания н сложения выходы которого подключены к сооШетсШуюишм входам вле MetPTOB управления, импульсов И два Пороговых элемента сравнения, входы которых соединены с выходом измерительного элемента, входом подключенного к выходным выводам, отличающийся тем, что, с целью улуч- щения динамических характеристик и обеспечения заданной коррекции формы выходного напряжения, в него дополнительно введен источник эталонного переменного напряжения, вход которого подключен к Входным выводам, а выход через дополнительно введенный выпрямитель подключен ко входам двух дополнительно введенных масштабных: усилителей с различными коэффициентами передачи, причем выход масштабного усилителя с большим коэффициентом передачи соединен с введенным дополнительным входом первого порогового элемента сравнения, выход которого подключен к шине вычи- танин реверсивного счетчика импульсов, выход масштабного усилителя с меньшим коэффициентом передачи соединен с введенным дополнительным входом второго порогов.ого элемента сравнения, выход которого подключен к шине сложения реверсивного счетчика импульсов, а геаератор импульсов подключен ко входу реверсивного счетчика импульсов непосредственно. 2. Устройство по п. 1, о т л и чаю щ е е ся тем, что, с целькэПо- ; вышения устойчивости процесса стабилизации выходного напряжения в области перехода через нулевой уровень масштабные усилители дополнительно снабжены неинвертирующими входами, причем к неинвертирующему входу масштабного усилителя с болыиим коэффициентом передачи подключен дополнительно введенный источник постоянного положительного смещения, а к неинвертирующему входу масштабного усилителя с меньшим коэффициентом передачи подключен дополнительно введенный источник постоянного отрицательного смещения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 419861, кл. О 05 F 1/14, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 440654, кл. О 05 F 1/2О, 1974.

- +

Фие.1