Регулятор переменного напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02P9/30 H02P11/06 

I

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для стабилизации действующего значения выходного напряжения переменного тока электромапинных или статических преобразователей энергии, широко применяемых в качестве автономных источников питания электрооборудования судов и самолетов.

Известны регуляторы напряжения, обеспечивающие стабилизацию выходного напряжения преобразователей по среднему, максимальному или действукяцему его значению с различным исполнением измерительных и усилительных цепей tH.

Наиболее близким к предлагаемому является регулятор переменного напряжения, содержащий входной трансформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками, соединенными соответственно с входными выводами и входами двух выпрямителей, функциональный квадратичный преобразователь, подключенный к выходу первого выпрямителя,формирователь пилообразного напряжения, опорный стабилитрон, подключенный через сглаживающий RC-фильтр к выходу второго выпрямителя, элемент сравнения сигналов и выходной транзисторный широтно-импульсный усилитель мощности С2 .

Однако известный регулятор переменного напряжения имеет недостаточную статическую точность, обусловленную использованием сравнительно грубого по чувствительности транзисторного широтно-импульсного усилителя, вход которого непосредственно соединен с выходом элемента сравнения сигналов, а также вклю-чением формирователя -илообразно30го напряжения в цепь обратной связи. регулятора (между выходом первого выпрямителя и первым входом элемента сравнения сигналов), Недостатком регулятора является также инерционность, обусловленная наличием сравнительно большой по.стоянной времени цепи заряда-разряда конденсатора в формирователе пи лообразного напряжения, подключенного к выходу первого однополупери одного вьшрямителя, а также дополни тельной постоянной времени при использовании функционального квадратичного преобразователя с конденсатором . Кроме того, в схеме регулятора отсутствует достаточно простая (эле трическая) подстройка уровня стабилизации выходного напряжения преобразователя, включаемого на вход регулятора, что обычно необходимо по условиям эксплуатации. Цель изобретения - улучшение его статических и динамических характеристик, а также введение простой подстройки уровня стабилизации вход ного напряжения, т.е. напряжения, подаваемого с какого-либо преобразо вателя на вход регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регулятор пе:ременного напряжения, содержаишй входной тран форматор с одной первичной и зумя вторичными обмотками, соединенными соответственно, с ВХОДЕШМИ вьшодами и входами двух выпрямителей, фун циональный квадратичный преобразова тель, подключ.енный к выходу первого выпрямителя, формирователь пилоо разного напряжения, опорный стабилитрон, подключенный через сглаживающий RC-фильтр к выходу второго выпрямителя, злемент сравнения сигналов и выходной транзисторный пшротно-импульсный усилитель мощности введены операционный усилитель с инвертирующим и неинвертирующим вхо дами и второй опорный стабилитрон, а функциональный квадратичный преобразователь выполнен безынерционным в виде последовательной цепочки из нелинейного сопротивления и потенциометра подстройки, причем второй опорный стабилитрон включен последовательно с первым стабилитроном, образуя цепь питания операционного усилителя с подключением точки соединения стабилитронов к его неинвертирующему входу, инвертирующий вход операционного усилителя связан посредством формирователя пилообразного напряжения, выполненного, например в виде Т-образного RC-фильтра, с выводом движка потенциометра подстройки, а выход операционного усилителя соединен со входом выходного транзисторного ши отно-импульсного усилителя мощности и связан с инвертирующим входом последовательно соединенными резисторно-емкостными фильтрами низких и высоких частот. На фиг, 1 приведена блок-схема регулятора напряжения, на фиг, 2 принципиальная схема его входных и преобразующих цепей. Вход 1 регулятора переменного напряжения связан с первичной обмоткой входного понижающего трансформатора 2, две вторичные обмотки которого нагружены на выпрямители 3 и 4, выполненные по диодной мостовой двухполупериодной схеме выпрямления (фиг, 2)о К выходу первого вьтрямителя подключен функциональньй квадратичный преобразователь ФКП 5 для измерения действующего значения напряжения стабилизируемого преобразователя, подаваемого 1, ФКП выполняется безынерционным в в виде последовательной цепочки из нелинейного сопротивления (например резистора, шунтированного стабилитроном) и сопротивления потенциометра подстройки уровня стабилизации входного напряжения (фиг, 2). Соответственно, к выходу второго вьшрямителя 4 подключена через сглаядавающий RC-фильтр 6 последовательная цепочка 7 из двух опорных стабилитронов, используемая как стабилизированный источник питания операционного усилителя 8, т,е. с подключением зажимов питания + и - последнего к соответствующим по полярности выходным клеммам стабилитронной -цепочки 7 и присоединением его неинвертирующего (И) входа к общей точке соединения стабилитронов. Общее соединение выходных клемм отрицательной полярности выпрямителей 3 и 4 приводит при зтом к образованию элемента 9 сравнения сигналов (фиг, 1), образуемого последовательным и встречным соединением выходных напряжений ФКП (относительно движка его выходного потенциометра) и напряжения первого опорного стабилитрона (нижнего в цепочке 7 на фиг. 2). Вькодное напряжение элемента 9 сравнения пода ется далее как сигнал ошибки регулятора через форьшрователь 10 пилообразного напряжения (например Т-образный сглаживашчий RC-фильтр) на инвертирукндий (И) вход операционного усилителя а, переводя его, а также подключенный к его вы ходу транзисторный усилитель )1 мощности в управляемьо широтно-импульсный режим работы. Для повышения быстродействия и обеспечения необходимости качества переходных процессов выход операционного усилителя 8 связан с его инвертирующим входом цепью гибкой отрицательной обратной связи, выполненной для исключения нарушения широтно-импульсного режимаработы усилителя 8 в виде последовательного соединения резисторно-емкостных фильтра 12 низких частот и фильтра 13 высоких частот с соответственно выбранными параметрами (фиг, 2), что учтено также на блок-схеме фиг. 1 введением дополнительного элемента 14 сравнения сигналов на втором (инвертирующем входе усилителя 8. В статическом установившемся режиме работы и номинальном выходн 1 напряжении стабилизируемого преобразователя, подаваемом на вход 1, напряжения на выходных вторичных обмотках трансформатора 2 имеют величины, достаточные после выпрямления мостами 3 и 4 для питани соответственно функционального ква ратичного преобразователя 5 и цепо ки опорных 7 стабилитронов, связан ных с клеммами питания операционно го усилителя 8 о При этом вых-одйое напряжение ФКП 5, снимаемое с движ ка подстройки его потенциометра, близко по величине (среднему значе нию) к напряжению первого опорного стабилитрона, и поэтому на диффере циальньй вход операционного усилителя 8 поступает с выхода элемента 9 сравнения через формирователь 10 пилообразного напряжения сигнал ош ки постоянного тока небольшой вели чины с наложенной на него шшообразной составляющей напряжения пер менного тока с частотой удвоенной по отношению к входному напряжению. Скважность х выходного широтн импульсного сигнала операционного. 66 усилителя 8 и транзисторного усилителя 11 нснцности, определяемая используемым принципом вертикального управления, т.е. совместным действием на входе усилителя 8 пилообразного напряжения переменного тока и сигнала ошибки постоянного тока, близка к ее среднему значению ($« 0,5). Соответственно, при появлении возму:;дющего воздействия, например при ударном приеме-сбросе нагрузки преобразователя, включенного на вход I регулятора, входное напряжение отклоняется от исходного номинапьно.го значения, что соответственно безынерционно отражается на величине выходного напряжения ФК11 5 и после сравнения с напряжением опорного стабилитрона цепочки 7 на величине постоянной составлякщей сигнала ошибки, поступающего с выхода злемента 9 сравнения через фор1 рователь 10 пилообразного напряжения на дифференциальный вход операционного усилителя 8. Изнекение соотношения величин постоянной и переменной пилообразной составляннцих напряжения сигнала ошибки на входе усилителя 8 таким образом отражается на величине скважности его широтно-импупьсного сигнала, что после его воздействия через транзисторный усилитель 1I мощности, подключенный к управляющему входу стабилизируемого преобразователя в энергии, его выходное напряжение а следовательно, и входное нап| яжение регулятора восстанавливаютгя с высокой степенью точности до исходного нс шнального значения. Воздействие цепи гибкой ПТПИТТЯТРПЬной обратной связи 12-13-14, охватывающей операционный 8 и придающей ему свойства ГОЩ-регулятора, частично компенсирует инерционность формирователя 10 пилообразного напряжения и формирует необходимое качество переходных процессов восстановления входного напряжения. При необходимости уровень стабилизируемого напряжения на входе 1 может быть (зменен в необходимых пределах (±57,) относительно номинального значения перемещением движка выходного потенциометра ФКП 5, приводящим к изменению коэффициента . передачи канала обратной связи регулятора (звеньев 2, 3 и 5 на блоксхеме фиг. О, Технико-экономический эффект изобретения определяется сущес твениым улучшением статической точности .регулятора, который, благодаря введению чувствительного операционного усилителя и второго опорного стабилитрона и переносу формирователя пилообразного напряжения на выход элемента сравнения сигналов, обладает большим коэффициентом усиления, лучшей временной стабильностью характеристики, позволяяк тому же изменять в необходимых пределах (i5%), уровень стабилизации выходного напряжения преобразователя энергии, а также повышением быстродействия и улучшением качества переходных процессрв регулятора, бл годаря предлагаемому безынерционному исполнению измерительного функционального квадратичного преобразо вателя и охвату введенного операционного усилителя корректирующей цепью гибкой обратной связи Формула изобретения Регулятор переменного напряжения содержаний входной трансформатор с одной первичной и двумя втори ными обмотками, соединенными соответственно с входными вьшодами и входа ми двух выпрямителей, функционапьШзш -квадратичный преобразователь, подключенный к выходу первого выпрямителя, формирователь пилообразного напряжения, опорный стабилитрон, подключенный через сглаживаюпщй RC-фильтр к выходу второго выпрямителя, элемент сравнения сигналов и выходной транзисторный широт68но-импульсный усилитель мощности, отличающийся тем, что, с целью улучшения статических и динамических характеристик и подстройки уровня стабилизации входного напряжения, введены операционный усилитель с инвертирующим и неинвертирующим входами и второй опорный стабилитрон, а функциональный квадратичный преобразователь выполнен безынерционньм в виде последовательной цепочки из нелинейного сопротивления и потенциометра подстройки, причем второй опорный стабилитрон включен neследовательно с первым стабилитроном, образуя цепь питания операционного усилитепя с подключением точки соединения стабилитронов к его неинвертирующему входу, инвертирующий вход операционного усилителя связан посредством формирователя пилообразного напряжения, выполненного, например, в виде Т-образного RC-фильтра, с выводом движка потенциометра подстройки, а вьжод операционного усилителя соединён со входом выходного транзисторного широтно-импульсного усилителя мощности и связан с инвертирующим входом последовательно соединенными резисторно-емкостными фильтрами низких и высоких частот. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . Бунаков В.Л. и др. Полупроводниковые регуляторы напряжения и частоты электрических машин. М,-Л., Энергия,-1966, гл. 1, § 1-3, гл.4, § 1-4. 2. Голубев П.В. Проектирование статических преобразователей,М., Энергия, 1974, с. 90, рис. 4-8в, 4-8г.

Г