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

(54) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к электротехнике и можетбыть использовано в схемах автоматической регулировки усиления, измерительных генераторах и других устройствах, где необходимы стабилизаторы переменного напряжения с максимально возможным быстродействием.

Известен стабилизатор переменного напряжения, содержащий задающий генератор и усилитель с управляемым коэффициентом передачи, к выходу которого подключена цепь стабилизации выходного напряжения, включающая усилитель-ограничитель, блок сравнения, перемножит.ель, инерционное звено и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к управлякнцему входу регулируемого усилителя 1 J.

Недостаток известного устройства состоит в ограниченном быстродействии цепи стабилизации за счет наличия в управляющем напряжении на выходе перемножителя всех четных гармоник сигнала: остатка второй, четвертой, шестой гармоник и т.п., для фильтрации которых необходима определенная инерционность в усилителе по- стояиного тока или перед ним.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, управляемый усилитель и усилитель мощности, выход которого

10 соединен с выходными клеммами и со входом измерительного преобразователя, сумматор, один вход которого соединен с источником опорного напряжения, и интегратор, выходом подключенtsный к управляющему входу управляемого усилителя f 2 J.

Однака указанное устройство отличается недостаточной стабильностью, из-за быстрых флуктуации вь ходного напряжения, которые не отрабатываются инерционной системой стабилизации. При уменьшении инерционности цепи стабилизации в регулирующем напряжении управляемого делителя появляются пуль сации, спектральный состав которых совпадает со спектром выходного сигнала преобразователя, т.е. имеет все четные гармоники. Это приводит к резкому возрастанию нелинейных искажений выходного напряжения стабилизатора, которые однозначно связаны с уров нем пульсаций регулирующего напряжения. Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения стабилизатора за счет увеличения быстродействия стабилизации. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор введены ограничитель, дополнительный сумматор и усилитель-ограничитель, причем выход из мерительного преобразователя через ограничитель подключен к другому вхо ду сумматора, выход которого соединен с первым входом дополнительного сумматора и входом усилителя-ограничителя , выход которого подключен ко второму входу дополнительного cy IMaтора, выходом соединенного со входом интегратора. На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого стабилизатора; на фиг. 2 - диаграммы напряжений. Устройство содержит последователь но соединенные задающий генератор 1, управляемый усилитель 2 и усилитель мощности, к выходу которого подключе на цепь стабилизации выходного напря жения , включающая измерительный преобразователь 4, который через ограни читель 5 соединен с сумматором 6, ко втopo fy входу которого подключен источник 7 опорного напряжения, а выход его соединен с одним входом допо нительного сумматора 8 непосредствен но, а с другим входом - через усилитель-ограничитель 9, регулирующее на пряжение с сумматора 8 подается чере интегратор 10 на управляемый усилитель 2. Стабилизатор переменного напряжен работает следукяцим образом. Переменное напряжение с задающего генератора 1 поступает через управля усилитель 2 на усилитель 3 мощности, выходное напряжение которого- стабилизируется цепью стабипизацни. Главной составной частью ее является измерительньй преобразователь 4, выходное напряжение которого (фиг. 2 а содержит все четные гармоники. Чтобы не допустить возрастания нелинейных искажений выходного напряжения, для фильтрации этих гармоник в регулирующем напряжении, в частности второй и четвертой гармоник, необходима большая постояннаявремени интегратора 10 включенного в цепь стабилизации. Но для отработки быстрых флуктуации сигнала, поступающего с задающего генератора 1, а следовательно, для повьшения стабильности выходного напряжения стабилизатора, необходимо повышать быстродействие его цепи стабилизации за счет снижегшя инерционности интегратора 10. Это противоречие может быть разрешено путем преобразования спектра регулирующего напряжения. При этом не должно быть потерь чувствительности к приращению выходного напряжения. -Это достигается исключением самых низкочастотных составляющих спектра -.второй и четвертой гармоник. Для этого в систему стабилизации введены ограничитель 5, сумматор 8 и усилитель-ограничитель 9. Сначала спектр полученного на выходе преобразователя 4 напряжения преобразуется ограничителем 5 (|фиг.2 б) с целью устранения из сигнала четвертой гармоники. Уровень ограничения и„|„,выбирается таким, чтобы обеспечить угол отсечки & 65,9 , который получается однозначным для стабилизирован-; ного выходного напряжения и который можно рассчитать, приравнивая коэффициент Берга для четвертой гармоники к нулю. При этом чувствительность к приращению выходного напряжения уменьшается менее чем на 0%. Далее полученньй сигнал U сравнивается в сумматоре 6 с опорным напряжением Up источника 7 (фиг. 2 в), в результате чего образуется сигнал рассогласования, который используется в дальнейшем для регулирования. Расчеты показывают, что полученный угол отсечки & примерно равен 45 , т.е. после усиления в ограничителе 9 получается сигнал типа меандр со скважностью два. Спектргшьщ 1й состав такого сигнала, как известно, имеет только нечетные составляющие, а так как основная частота меандра является удвоенной по сравнению с частотой колебаний выходного напряжения, то сигнал Ug (фиг. 2 г) содержит вторую, шестую и десятую гармоники и т.д.. , причем вторая гармоника находится в про- тивофазе по сравнению со второй гарМОНИКОЙ сигнала Ug. Теперь достаточно рассчитать амплитуду меандра UQ 0,2535 и т ,е. уровень ограничения усилителя-ограничителя 9, чтобы после суммирования в .сумматоре 8 ско пенсировать вторую гармонику регулирующего напряжения (фиг. 2 д). Таким образом, преобразование . спектра регулирующего напряжения, т.е. исключение второй и четвертой гармоник (уровень остальных гармоник примерно удваивается ) позволяет умен шить постоянную времени интегратора IО без увеличения уровня пульсаций, тем самым увеличить быстродейст вие цепи стабилизации и, следователь но, повысить стабильность выходного напряжения стабилизатора. Кроме того, при использовании в ц пи стабилизации фильтра второго поряд ка, при котором еще сохраняется устойчивость замкнутой систе1Ф1 регулирования, можно значительно уменынит уровень нелинейных искажений выходного напряжения, которые зависят от уровня пульсаций сигнала рассогласования. Это возможно потому, что с ростом номера гармоники, с которого начинается гармоническое разложение, резко возрастает эффективность такого фильтра. Устройство может работать и без ограничителя 5. В этом случае двухполупериодное напряжение подается непосредственно на сумматор 6. Угол отсечки увеличится до 50ччб - Теперь ограниченное напряжение Uq несколько отлично от меандра. В нем как и в на пряжении Ux присутствует четвертая гармоника. Однако после уравнивания вторых гармоник путем расчета 0,34 Uffl) в разностном сигнале Ug четвертая гармоника как и вторая прак тически отсутствует: она более чем на порядок меньше, чем в двухлолупериодном напряжении. Приращения выходного напряжения стабилизатора через усилитель 9, имеющий стабильный уровень ограничения, не проходят. Поэтому потерь чувствительности к приращению выходного напряжения практически не происходит. Таким образом, вреде}ше в стабилизатор ограничителя, дополнительного сумматора, усилителя-ограничителя и фильтра второго порядка позволяет повысить стабильность выходного напряжения за счет увеличения быстродействия цепи стабилизации, а также уменьщить уровень нелинейных искажений, в результате чегх улучшаются его метрологические характеристики. Формула изобретения Стабилизатор переменного напряжения, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, управляемый усилитель и усилитель мощности, выход которого соединен с выходными клеммами и со входом измерительного преобразователя, сумматор, один вход которого соединен с источником опорного напряжения, и интегратор, выходом подключенньтй к управляющему входу управляемого усилителя, о тличающийся тем, что, с целью повьпиения стабильности выходного напряжения путем увеличения быстродействия стабилизации, в него введены ограничитель j. дополнительный сумматор и усилитель-ограничитель, причем выход измерительного преобразователя через ограничитель подключен к другому входу сумматора,выход которого соединен с первым входом допол-; нительного сумматора и входом усилит€ ля-oгpaничитeля, выход которого подключен ко второму входу дополнительного сумматора, выkoдoм соединенного со входом интегратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I .. Авторское свидетельство СССР № 431497, кл. G 05 F, 1974. 2. Булатов Ю.А. Прецизионный генератор-калибратор переменных напряжений ГК-8А.- Изв. ТЛИ, 1974, т. 298.