Регулятор переменного напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02P13/14 G05F1/16 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим р&гуляторам переменного напряжения, и может быть использовано в качестве источника питания для аппаратуры радиоэлектроники, средств связи, электротехнических установок, особенно в тех случаях, где важны минимальные массо-габаритные характеристики, требуется повышенное быстродействие регулирования и стабилизации напряжения и его высокое качество.

По основному авт. свид. №589681 известен регулятор переменного напряжения, содержащий модулятор и цеиорулятор, выполненные в виде однофазных мостовых инверторов на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью. Диагональ модулятора образует входные зажимы, подключенные к сети, диагональ демодулятора включена в рассечку между входным и выходным зажимами, а в другие диагонали модулятора и демодулятора включены обмотки высокочастотного трансформатора. Схема управления содержит задающий генератор, один из выходов которого связан с управляющими входами ключей модулятора,, а два других через два фазосдвигающих блока, один из которых выполнен с управляемым углом задержки, а другой - с управляющим углом опережения, соединены с управляющими аходами двух пар смежных ключей демодулятора. При этом управлшощие входы обоих фазосдвигающих блоков обьединены СО

Известный регулятор переменного напряжения характеризуется высокими массо-габаритными показателями, повы-. шенным быстродействием и позволяет получать выходное напряжение высокого качества,

Однако с помощью этого регулятора можно производить регулирование питающего напряжения только по разомкнутому циклу, что зачастую позволяет использовать его лишь в качестве исполнительного органа в источниках питания и существенно ограничивает его функционап.ьные возможности.

Цель изобретения - расширение циональных возможностей регулятора переменного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор переменного напряжения введены входной и выходной фильтры, датчик перехода выходного напряжения через нуль, выходом подключвнньМ ко в.ходу распределителя импульсов, источни задающего напряжения и измерительный орган,входами подсоединенный через трансформатор к выходному фильтру а вьрсодом - к одному из входов дифференциального ycилитeляJ выход которого . подключен к управляющему входу схемы управления регулирующего органа, а другой аход - к источнику задающего .напряжения, содержащего источник опорного напряжения и генератор пилообразного напряжения регулируемой амплитуды, причем управляющие входы упомянутого измерительного органа подключены к вьрсодам распределителя импульсоВз а управляющий аход генератора пилообраного напряжения соединен с выходом датчика перехода выходного напряжения чэрез нуль.

Кроме Toroj измерительный орган вь полнен в виде двух одинаковых каналов .и селектора, причем каждый канал содержит интегратор с памятью, выход которого защунтирован ключом и через согласующее устройство подключен к одному из входов се-лектора, при этом управляющие входы измерительного органа образованы цепями управления упомянутых ключей.

Интеграторы с памятью выполнены в виде однополупериодныхвыпрямителей соединенных выходами со входами ЯС цепей охваченных контуром положительной единичной обратной связи.

Генератор пилообразного напряжения может быть включен последовательно с источником опорного напряжения,

При выполнении источника опорного напряжения в виде компенсационного стабилизатора, генератор пилообразного напряжения может быть включен в цепь его обратной связи.

На фиг 1 приведена функциональная схема регулятора переменного напряжения, на фиг, 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу регулятора.

Регулятор переменного напряжения содержит регулирующий орган 1, подсоединенный через входной фильтр 2 к зажимам питающей сети,, а через выходной фильтр 3 -- к нагрузке 4,, Регулирлтощий орган 1 состоит из модулятора 5 и демодулятора 6, выполненных в виде однофазных мостовых инверторов на полностью управляемых ключах 7-1О и 11-14 с двусторонней проводимостью, cooTBeTCTBBHHOs причем диагональ модулятора 5 подключена параллельно входному фильтру 2. а диагональ демодулятора 6 включена в рассечку проводов между входными 2 и вьрсодными 3 фильтрами. Другие диагонали модулятора 5 и демодулятора 6 подсоединены к обмоткам высокочастотного трансформатора IS, Управление работой ключей 7-10 и 11-14 регулирующего органа 1 осуществляется с помощью схемы 16 управления с задающим генератором 17, одик выход которого связан с управляющими входаKOI ключей 7-10 модулятора 5, а другой через фазовый блок 18 с управляемым углом Задержки связан с управляющими входами смежных ключей 11 и -12 демодулятора 8„ Третий вкгход задающего генератора 17 через второй фазосдвигающий блок 19 с управляемым углом опережения соединен с другой парой смежньгх ключей 13 и 14 демодулятора 6„ при этом входы фазосдвигающих блоков 18 я 19 обьединены и образуют вход схемы 16 управления.

Параллельно выходному фильтру 3 подключен трансформатор-20.. вторичные об мотки Б и В которого подсоединены в противофазе к сигнальным входам нзме- ритвльного органа 21, выполненного в-виде двух одинаковых каналов, содержащи.х интеграторы 22 и 23 с памятью выходы которьос защунтированы ключами 24 и 25 и через согласующие устройства 26 и 27 подключены ко .в.ходам селектора 28„ Каждый из интеграторов 22 и 23 состоит из одкополупериодного выпрямителя 29, интегрирующей ЯС-цепи (резистора 30 и конденсатора 31), охваченной с помощью согласующего устройства 32, выполненного с единичным коэффициентом передачи по напряжению положительной обратной связью. Дополнительная обмотка Г трансформатора 20 подсоединена ко входу датчика 33, перехода .вьрсодного напряжения через нуль, выходом подключенного ко входу распределителя 34 импульсов соединенного выходами с цепями управления ключей 24 и 25 Выход измерительного органа 21, образованный селектором 28, подключен к одному из входов дифференциального усил теля 35, выходом подсоединенного ко входу схемы 16 управления. Другой вход дифференциального усилителя 35 связан с выходом источника 36 задающего напряжения, состоящего из источни ка 37 опорного напряжения и генератор 38 пилообразного напряжения регулируе мой амплитуды, при этом управляющий вход генератора 38 пилообразного напря жения соединен с выходом датчика 33 перехода выходного напряжения через нуль. При выполнении источника 37 опорного напряжения нерегулируемым, генератор 38 пилообразного напряжения включен последовательно с ним, а при использовании в качестве этого источник компенсационного стабилизатора генератор 38 пилообразного напряжения подключен в цепь его обратной связи. Регулятор работает следующим образом. При значении питающего напряжения ниже номинального, регулирующий орган 1 переходит в режим вольтодобавки, преобразуя при этом питающее напряжение в напряжение 39 (фиг, 2), что обес печивается соответствующими значениям углов задержки ь и опережения j3b, , выработант ых фазосдвигаюнщми блоками 18 и 1, Напряжение 39 поступает на вход фильтра 3, преобразуясь на его вьрсоде в сглаженное синусоидальное напряжение 40, которое прикладывается к нагрузке 4 и первичной обмотке А трансформатора 2О и через Обмотку Г подается на вход датчика 33 перехода выходного напряжения через нуль. Прн каждом переходе напряжения 40 черезнуль на выходе датчика 33 формируются мгновенные импульсы напряжения 41, поступающие на вход распределителя 34 импульсов, Благодаря делению во времени на два, на выходах распределителя 34 напряжение 41 преобразуется в импульсные последовательности напряже- НИИ 42 и 43, подающихся в цепи управл ния ключей 24 и 25 измерительного органа 21, Одновременно выходное напряжение 4О через обмотки Б и В трансформатора 2О прикладывается ко входам интеграторов 22 к 23 с памятью измерительного органа 21. Так как обмотки Б и В под- 936 соединены ко ьходам интеграторов 22 и 23 в противофазе друг относительно друга, интеграторы 22 и 23 также работают в йротивотакт, интегратор 22 интегрирует, например положительную полуволну напряжения 40, а интегратор 23 - отрицательную. Процесс интегрирования описывается дифференциальным уравнением RC ,,. В.су где R, - величина сопротивления резистора ЗО, С - величина емкости конденсатора LU - напряжение на конденсаторе 31, напряжение на выходах интеграторов 22 и 23 Itoc- вьрсодное напряжение согласующего устройства 32, Поскольку- согласующие устройства 32 выполнены с единичным коэффициентом передачи по напряжению, то LLc и уравнение (1) принимает вид . dt в (t) Тшсим образом, выходное напряжение интеграторов 22 и 23 пропорционально среднему значению вькодного напряжения регулятора (напряжение 40) и не зависит от его формы. Процесс интегрирования напряжения 40 на фиг. 2 отражен монотонно возрастающими . участками кривых 44 и 45. При смене полярности напряжения 4О, благодаря наличию в структуре интеграторов 22 и 23 выпря- Мигелей 29, на последующем полупериоде напряжения 40 уровни напряжений 44 и 45, достигнутые в результате интегрирования, фиксируются, однако, вследствие паразитного разряда конденсаторов 31, величина зафиксиройанных уровней изменяется на всем интервале фиксации (спадающие участки кривых 44 и 45), Поскольку постоянная времеш паразитного разряда конденсаторов 31 большая. спад зафиксированных уровней происходит аршстически по линейному закону. Перед очередным интегрированием (т.е. при последующем переходе напряжения 4О через нуль) с выходов распределителя 34 импульсов в цепи управления ключей 24 и 25 поступают импульсы 43 и 43, замыкающие ключи 24 и 25 на время своей длительности, Конденса/7торы 31 раэря«са1отся н выходные напряжения 44 и 45 интеграторов 22 и 23 обнуляются. С выходов иетеграторов 22 и 2,3 нсз пряжения 44 и 45 через согласующие устройства 26 и 27 поступают на входы селектора 28, который выделяет из напря жений 44 и 45 участки, соответствутоаше интервалу их фиксации В результате этого на выходе селектора 28 эозиикает напряжешш 46 нодающееся на один из .входов дифференциального усилител.ч 35 вынолняющего роль элемента сравнения сигнапа обратной связи {напряжение 46) с задающим напряжением при одноЕ:ре1Лен ном усилении нопучиашегося сигнала ошибки. Последний при стабильном пнтающем напряжении должен быть сформирован в виде ностоянного нанряжещш с МК нимальным уровнем гГ)ГльсадиЙ9 а при не-стабильном имеет ступенчатую форму, В противном случае снижается точность регулировгзния и стабилизации питающего напряжения, возрастает коэффициент искажений выходного напряжения, ухудшаются энергетические характеристики регулятора в целом. Обеспечение этого условия достигается путем вкпючеция в структуру источника 36 задающего напряжения генератора 38 пилообразного . напряжения регулируемой амплитуды Его выходное напряжение 47, суммируяс с цосто51нныМ напряжениеМг вырабатывае мым на выходе источника 37 оноркого напряжения позволяет подучить задающее напряжение 4-8, синфазное с сигна;1ом 46 обратной связи. Регулируя амплитущ , пшюобразного напряжения 47; можно сформировать сглаженный сигнал 49, ошибки, поступающий на вход схемы 16 управления. Под воздействием сигнала 49 оишбки входное напряжение 5О задающего генератора 17 смешается фазе.сдвигающими блоками 18 и 19 на требуемые углы задержки oi.b и ния , Выходные напряжения 51 к 52 фазосдБигающих блоков 18 и 19 подаются Б цепи управления ключей 11- 14 демодулятора б коммутируя нх на заданном временном интервале и обеспечивая необходимый режим работы {вольтодобавкаг неискаженная передача энергии, вольтодобавка) демодулят(зра 6 регулирующего органа 1. Таким образом у нредпага&мого регу лятора переменного напряжения сущестйекно расщирены функциональные возмож ности регулятора по сравнению с извест 38 нымн. Быстродействие регулирования и стабилизации вьосодного напряжения характеризуеп-ся попупериодным запаздыванием и контуре обратной связи, а точность стабилизации определяется коэффициентом передачи заьжнутой системы. Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я 1. Регулятор первменного напряжения по авт,сз № 58966ii. о т л и ч а ющ и и с я тем, что. с целью расширения функциональных возмогкностейг введены входной и выходной фильтрЫ; датчик перехода выкодного напряжения через нуль, выводом подключенный ко входу распределителя импз/льсов. источник задающего напряжения и кзмерктеяьный орган, вхо-дами поцсоэдинэнный через трансформатор к выходному фипьтру,, а выходом - к одногуГу из входов дифференциального усилитэляз. выход которого подключен к блоку управления регулирующего органа, а другой вход - к источнику задающего нагдряженияг содержащего источник опорного напряжения и генератор пилообразного папряженжя регулируемой амплитудыз причем управляющие входы упомянутого измерительного органа подключены к выходам распределителя импульсов-а управляющий вход генератора пилообразного напряжения соеди пен с вьгл;одом датчика перехода него напряжения через ауль, 2,. Регулятор по ru 1. о т л и ч а ю 1Л и и с я тем, что измерительный орган выполнен в виде двух одинаксзы j;aHa- лов н селектора, причем каждый канал. содержит интегратор с памятью, выход icoToporo зашуктирован тшючом и через согласующие устройство подключен к одному из входов селектора, при этом упраЕ лшощие входы измерительного органа образованы цепями управления упомян тых .ключей, 3, Регулятор по пп, 1 и 2, о т л и- Ча ю-щ и и с я тем, что интеграторы с памятью выполнены в виде однополупериодных: выпрямителей, соединенных со входами ЯС-цепей. охваченных контуром положитальной единичной обратной связи 4.-. Регулятор по пп„ 1-3, о т л и- 4 а ю щ и и с я IBM, что генератор пилообразного напряжения включен последовательно с источником опорного напряжения.

5. Регулятор попп. 1-3, отличающийся тем, что источник опорного напряжения выполнен в виде компеисацнонного стабилизатора, а генератор пилообразного напряжения включен в цепь его обратной связи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 589681, кл. Н02 Р 13/14.

fFfni Фш.1

0