Стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1981 года по МПК G05F1/44 

(54) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к электротехнике , в частности к стабилизаторам переменного напряжения с ключевым регулирующим органом,и может найти применение в стабилизаторах мгновенного .значения переменного напряжения там, где необходимо стабилизировать не только среднее, эффективное или амплитудное значения переменного напряжения, но и поддерживать заданную выходного напряжения с высоким значением КПД, характерным для ключевых регулирующих органов, а также в генераторах напряжения специальной формы (треугольной, трапецеидальной и т.д) синхронного с напряжением сети.

Известны стабилизаторы переменного напряжения, осуществлякхдае стабилизацию среднего, эффективного или амплитудного значений переменного напряжения, однако они не позволяют осу ществить стабилизацию мгновенного зна чения переменного напряжения, так как выдают информацию о контролируемом напряжении только в конце каждого полупериода l .

Известен также стабилизатор переменного напряжения, содержащий ключевой регулирующий орган с силовым

и управляющим входами, связанный с выходным фильтром, причем его силовой вход подключен к зажимам сети, а управляющий - к схеме .сравнения, генератор стабильного переменного напряжения, синхронизируюсцие входы которого соединены с сетевыми зажимами, измерительный орган, входом подключенный к зажимам контролируемого напряжения 21 .

Однако такой стабилизатор имеет низкую точность, что обусловлено изменением коэффициента передачи регулирующего органа в пределах полуволны напряжения, и ограниченшле функционгшьные возможности, выражающиеся в том, что стабилизатор не может работать в режиме управления по возмущению, так как в этом случае система становится разомкнутой и на вход широтно-импульсного модулятора поступает синусоидальное напряжение. При этом скважность его выходных импульсов модулируется синусоидой, что приводит к искажению выходного напряжения.

Установившееся значение статитеской ошибки Д.Х-5 для замкнутой систекы регулирования определяется через

ошибку ДХр для разомкнутой системы регулирования как

л V - АХР

Ъ -1+k

где К - передаточный коэффициент разомкнутой системы. Для стабилизатора прототипа передаточный коэффициент разомкнутой системы определяется по выражению

KUJ им К 0 ,

К К

РЭ

де К - передаточный коэффициент

регулирующего элемента совместно с фильтром; KUIVIM передаточный коэффициент широтно-импульсного модулятора,

- передаточный коэффициент измерительного органа.

Передатбчный коэффициент регулирующего элемента совместно с фильтром есть отношение выходной величины Ug,,, к входно 1 и е

1 РЭU8X

Поскольку при постоянном входном

сигнале Ugy U напряжение на выходе будет синусоидально U- sinijyt, то

Крэ : Л. о - эт оу-Ь .

Передаточйыё коэффициенты остальных гдаеньев постоянны. Поэтому ошибка замкнутой системы выразится как

ДХр

--1Т1ГТ

О -ujHMSo-s t

Из последнего выражения видно, что точность стабилизации, характеризующаяся статической ошибкой замкнутой системы регулирования, непостоянна и зависит от фазы стабилизируемого напряжения, вблизи нуля переменного напряжения определяется точностью разомкнутой cиcтe Iы регулирования.

При управлении таким стабилизатором по возмущению, а главным возмувдающим фактором в стабилизаторах является изменение напряжения сети, необходимо вход схег/и сравнения переключить с выхода стабилизатора на его вход. Однако в этом случае на вход широтно-импульсного модулятора будет подаваться разность напряжений генератора стабильного переменного напряжения и U,.f . S i п се) t и входного переменного напря)хения сети. Даже, если напряжение сети не будет искажено по форме, а будет отличаться лишь по амплитуде DC i пигл t, то на вход широтно-импульсного модулятора будет подаваться также синусоидальное напряжение (разность двух синусоидальных величин всегда даст третью синусоидальную вeличинyj

Таким образом, стабилизатор в режиме управления по возмущению не только не выполняет своей функции, но и приводит к искажению напряжения сети.

Целью изобретения являются повышение точности стабилигзации и расширение функциональных возможностей.

Это достигается тем, что в известный стабилизатор,содержащий ключевой регулирующий орган с силовым и управляющим входаг1и, связанный с выходным фильтром силовым входом, подключенным к сетевым зажимам сети, а управляющим - к схеме сравнения, генератор стабильного переменного на0

пряжения, синхронизирующие входы которого соединены с зажимами сети, измерительный орган, входом подключенный к зажимам контролируемого напряжения, введено делительное устройство, выходом соединенное со схемой сравнения, вход делимого которого соединен с выходом измерительного органа, а вход делителя - с выходом генератора стабильного переменQ ного напряжения, причем второй вход упомянутой схемы сравнения подключен к источнику опорного напряжения, вход измерительного органа соединен с зажимами сети и с выходом фильтра. На чертеже приведена схема пред5

лагаемого стабилизатора.

Устройство состоит из ключевого регулирующего органа 1 с силовым 2 и управляющим 3 входами, выходного

фильтра 4, подключенного на выход органа 1, измерительного органа 5, входом связанного с зажимами контролируемого напряжения, генератора 6 стабильного переменного напряжения,

делительного устройства 7, вход делимого 8 которого соединен с выходом органа 5, а вход делителя 9 соединен с выходом генератора 6,синхронизирующий вход 10 которого связан с зажимами сети, схемы 11 сравнения,

один из входов которой подключен к выходу устройства 7, а другой - к источнику 12 опорного напряжения, причем выход схемы сравнения соединен с управляющим входом органа 1.

Если стабилизатор работает в режиме стабилизации по отклонению, то вход органа 5 подключен к выходу фильтра 4. В случае режима стабилизации по возмущению вход органа 5 подключен

к силовому входу 2 органа 1 (на чертеже соединение показано пунктиром). Принцип работы предлагаемого стабилизатора сводится к следующему. Частота работы ключевого регулирующего органа 1 выбирается намного выше частоты сети, при этом на вход фильтра 4 поступают импульсы, огибающая которых представляет собой синусоиду, частота которой равна частоте сети. Регулируя скважность импульсов, можно регулировать величину выходного напряжения. Выходное напряжение с выхода фильтра 4 подается через орган 5 на вход делимого 8 устройства 7, на вход делителя 8

которого подается стабильное переменное напряжение с генератора 6, синхронное с напряжением сети.

Устройство 7 позволяет получить напряжение, пропорциональное частному от деления мгновенного значения одного переменного напряжения на мгновенное значение другого. На выходе устройства 7 имеется напряжение, пропорциональное частному от деления мгновенного значения выходного переменного напряжения Ugj, gfp s i n со) t на мгновенное значение эталонного переменного напряжения с генератора 6.

U3vnsin(iUt.

В Общем случае, если выходное переменное напряжение несинусоидально, его можно записать следующим образом

U86ix Ug f (t) s-i net) t , где fit) - некоторая произвольная

модулирующая функция, определяющая отклонение выходного напряжения от синусоиды, если f(t)const, то выходное напряжение синусоидально.

Таким образом, на выходе устройства 7 имеем

„ Ue№-f(-t) Ua p..,

7 - и Sinu;t и, 3т эт

постоянное напряжение, пропорциональное мгновенному значению выходного переменного напряжения, которое сравнивается с постоянным напряжением источника 12. Если напряжение U 7Uor,-, то скважность выходных импульсов регулирующего органа увеличивается, если и и on/ скважность выходных импульсов регулирующего органа уменьшается, приводя соответственно к уменьщенкю или увеличению выходного напряжения, которое таким образом поддерживается постоянным.

Установившееся значение статической ошибки дХ- для замкнутой систем стабилизации определяется через ошиб ку разомкнутой системы регулирювания как

AV - Р

-Т71Г

де К - передаточный коэффициент

разомкнутой системы. К - Крдх

AV

к - передаточный коэффициент ре гулирующего органа совместно с фильтром; Кр - передаточный коэффициент

измерительного органа; Кд„- передаточный коэффициент делительного устройства.

Для регулирующего органа совместно с фильтром входной величиной является постоянное напряжение U-jj источника 12, а выходной - выходное. .

напряжение стабилизатора, поэтому имеем

пт sin cOt

РО

и

-12

На входе и выходе измерительного jprarta напряжение синусоидальную форму, но амплитуды напряжений разные, поэтому const. Для делительного устройства имеем

К - ВХ ..-Вых И UjTm-SinUJt К„

V V .

Выходное напряжение делительного устройства пропорционально частному

5 от деления входного переменного напряжения на стабильное переменное напряжение генератора 12. Здесь К. коэффициент пропорциональности.

Учитывая все сказанное, получаем

0

Ц -./ 1У

-V5 « ST t -%o-CiT ,

Тогда ошибка замкнутой системы

дк

- So25

может быть сделана как угодно малой путем увеличения любого из передаточных коэффициентов и не зависит от фазы стабилизирующего переменного напряжения.

В режиме управления по возмущению вход б органа 5 подсоединяется к входным зажимам стабилизатора. Изменяющееся напряжение сети 1) f(t)t Xsincc t поступает на вход делимого 8 устройства 7, на ,; ;;г;;.теля 9 которого поступает высокостабильное по форме и амплитуде напряжение с генератора 6. На выходе устройства

7 действует 1апряжение U-, Ua f которое сравнивается с напряжением источника 12,а их разница воздействует на управляющий вход органа 1. В результате скважность выходных импульсов органа 1 меняется таким образом, что мгновенное значение; напряжения на выходе стабилизатора поддерживается стабильным и Зс1данной формы. Причем форма выходного

напряжения задается генератором 6

и может быть любой (например треугольной, трапецеидальной и т.д). Е1ажно то, чтобы это напряжение переходило, через нуль синхронно с напряжением сети, что обеспечивается подключением синхронизирующих входов 10 генератора 6 к зажимам сети.

Таким образом, предлагаемый стабилизатор позволяет повысить точность стабилизации мгновенного значения переменного напряжения. Кроме того, функционсшьные возможности такого стабилизатора расширены, что заключается в возможности обеспечения управления по возмущению и возможностью стабилизации пере менногэ

напряжения произвольной формы, синхронного с напряжением сети.

Формула изобретения

Стабилизатор переменного напряжения, содержащий ключевой регулирующий орган с силовым и управляющим входами, связанный с выходным фильтром, причем .его силовой вход подключен к зажимам сети, а управляющийк схеме сравнения, генератор стабильного переменного напряжения, синхронизирующие входы которого соединены с сетевыми зажимами, измерительный орган, входом подключенный к зажимам контролируемого напряжения, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации и расширения функциональных возможностей, введено; делительное устройство, выходом соединенное со схемой сравнения, вход делимого котсчМп.) соединен с выходом измерителыюго органа, а вход делителя - с выходом генератора стабильного переменного напряжения, причем второй вход упомянутой схемы сравнения подключен к источнику опорного напряжения.

3,Стабилизатор по п.1, о т л ич а 10 щ и и с я тем, что вход измерительного органа соединен с выходом гЬильтра.

15

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Авторское свидетельство СССР № 472339, кл. G 05 F 1/44, 1972.