Устройство для регулирования постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/64 H02P13/16 

1

Изобретение относится к электротехншм-, в частности преобразовательной технике, и может быть использовано, например, для ;);ипределения тока нагрузки между параллельно включенными регуляторами напряжения.

Известны устройства для регулирования постоянного Напряжения, содержащие параллельно включенные регуляторы напряжения, работающие на общую нагрузку I, 2

и 3.

Недостатком известных устройств являет ся низкая функциональная надежность, поскольку при отказе формирователя эталонного напряжения или ведущего регулятора возможен выход из строя устройства в целом

Наиболее близки.м к предлагаемому является устройство для регулирования постоянного напряжения, содержащее п источников питания, каждый из которых через соответствующий регулятор подключен к выходным выводам, и п блоков управления, выходы которых соединены соответственно с управляющими входами регуляторов, а их входы через соответствующие блоки суммирования подключены к датчикам тока регуляторов и датчику выходного напряжения 4 .

Недостатком известного устройства является недостаточная надежность при отказе датчика выходного напряжения.

Цель изобретения - повыщение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что

в устройстве для регулирования постоянного напряжения, содержащее п источников питания, каждый из которых через соответст вующий регулятор подключен к выходным

10 выводам, и п блоков управления, выход каждого из которых соединены с управляющим входом соответствующего регулятора, а вход через соответствующий блок суммирования подключен к датчику тока этого регулятора и датчику выходного напряжения, каждый

регулятор снабжен датчиком выходного напряжения, а все блоки суммирования выполнены с п входами, каждый из которых соединен с выходом всех датчиков выходного на пряжения.

20 При этом блок суммирования каждого регулятора выполнен в виде двух суммирующих усилителей, вход второго из которых соединен с датчиком тока данного регулятора и выходом первого усилителя.

Это позволяет при отказе датчика выходного напряжения одного или нескольких регуляторов повысить надежность работы стройства путем компенсации сигнала неисправных элементов сигналом исправных элементов, т. е. совместным действием всех датчиков выходного напряжения на входах суммирующего усилителя каждого из регуляторов.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для регулирования постоянного напряжения, содержащего три регулятора.

Устройство содержит три источника питания 1, 2 и 3, например аккумуляторные батареи, каждый из которых через один из регуляторов 4, 5 и 6 подключен к нагрузке 7, выходные выводы 8 и, 9.

При этом каждый регулятор 4, 5 и 6 содержит регулирующий орган 10, включенный через датчик 11 тока между соответстг.ующим источником питания и нагрузкой 7, блок 12 управления, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего органа 10, а его вход через блок 13 сумми.рования соединен с датчиком 11 тока данного регулятора и датчиками 14 выходного напряжения всех трех регуляторов 4, 5 и 6.

Блок 13 суммирования каждого регулятора 4, 5 и 6 выполнен в виде двух усилителей 15 и 16, вход второго (16) из которых соединен с датчиком 11 тока данного регулятора и выходом первого усилителя15, три входа которого (17, 18 и 19) соединены с выходами датчиков выходного напряжения 14 всех регуляторов 4, 5 и 6, а четвертый вход 20 соединен с источником 21 смещения, блок ограничения 22 выходного сигнала усилителя 15.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

Каждый регулятор 4, 5 и 6 имеет контур регулирования напряжения на нагрузке 7, включающий последовательно соединенные узлы 14, 15, 16, 12, 10 и 11, и контур регулирования собственного тока - 11, 15, 12 и 10. Контур регулирования напряжения на Нагрузке 7 каждого регулятора 4, 5 и 6 свяан с аналогичными контурами других двух оргуляторов через суммирующий усилитель .), на входы 17, 18 и 19 которого поступают :-;:;палы с датчиков 14 всех трех регулятору i; 4, 5 и 6, равные между собой, и поступают на соответствующие суммирующие усилители 16 совместно с сигналами соответствующих датчиков 11 тока. Выходные сигналы усилителей 16 через блок 12 управления воздействуют на соответствующие регулирующие органы 10, осуществляя стабилизацию Напряжения на Нагрузке 7 в заданных пределах.

Уставка выходного напряжения всей системы при этом всегда принимает среднее значение от уставок связанных между собой

регуляторов 4, 5 и 6. Это объясняется тем, что усилители 15 усиливают алгебраические суммы выходных сигналов датчиков 14 всех трех регуляторов 4, 5 и 6, что обеспечивает поддержание упомянутых усилителей 15 в

рабочих режимах.

В каждом регуляторе 4, 5 и 6 в контуры регулирования собственного тока 11, 16, 12 и 10 через суммирующие усилители 16 вводятся одинаковые сигналы с выходов соответствующих усилителей 15, задающие, по существу, уставки для токов регуляторов 4, 5 и 6. В результате токи, измеряемые датчиками И, имеют одинаковые значения.

Воздействие на систему каких-либо возмущающих факторов, например, увеличение

тока нагрузки 7, создает условия для уменьшения выходного напряжения системы, что, в свою очередь, через датчик 14 вызовет изменение равных между собой выходных сигналов усилителей 15, чтобы далее через усилители 16 и блоки 12 управления изменить состояния регулирующих органов 10 и, таким образом, поддержать напряжение На нагрузке 7 в заданных пределах при новом значении тока. Но при этом увеличенные значения токов регуляторов 4, 5 и 6

5 по цепям отрицательных обратных связей (по контурам регулирования собственных токов) создадут действия, препятствующие установлению новых (повыщенных) значений токов, стремясь сохранить их на прежних уровнях.

Стремление системы при воздействии возмущающих факторов сохранить постоянными как выходное напряжение, так и токи регуляторов, связано с тем, что выходные сигналы усилителей 15 и датчиков 11 осуществляют на входах усилителей 16 противоположные действия. Чтобы усилители 16 находились в рабочих режимах (в зонах регулирования), выходные сигналы датчиков 11, соответствующие любым значениям рабочих токов регуляторов 4, 5 и 6, должны быть

0 скомпенсированы входными сигналами усилителей 15, которые, как упоминалось выше, одновременно задают уставки для токов в регуляторах 4, 5 и 6. В выходном напряжении при этом появляется дополнительная статическая ощибка, в несколько раз превышающая возможную ошибку без токовых контуров регулирования. Для исключения этого недостатка целесообразно выполнять датчики 14 выходного натяжения в виде изодромных звеньев. В этом случае в режиме усиления работает датчик 14 только одного из трех регуляторов, имеющего среднюю установку. Датчики 14 остальных двух регуляторов находятся в режимах ограничения выходных сигналов, причем один из датчиков 14 Насыщен в области положительных значений, другой - в области отрицательных значений. Учитывая то, что операционные усилители, на которых выполнены датчики 14, имеют относительно равные по абсолютному

значению антиполярные уровни насыщения, выходные сигналы двух противоположно насыщенных датчиков 14 на входах 17, 18 и 19 усилителей 15 взаимно компенсируются. В результате во всем диапазоне регулирования выходного напряжения системы необходимый режим усилителям 15 задает только один датчик 14, работающий в режиме линейного усиления и определяющий уставку выходного напряжения системы.

Аналогичная ситуация наблюдается при любом нечетном (N 2п + 1) числе связанных между собой регуляторов, датчик одного из которых обеспечивает регулирование во всем необходимом диапазоне, а датчики остальных 2п регуляторов насыщены в двух антиполярных состояниях по равному количеству в каждом. При четном числе (N 2п) регуляторов середина полного диапазона регулирования системы характеризуется состоянием, при котором датчики одной половины регуляторов насыщены в положительной области, а другой - в отрицательной. При этом в первой половине всей зоны регулирования в линейном режиме работает один из датчиков 14, изменяя свой выходной сигнал от состояния насыщения в положительной области до нуля, во второй половине всей зоны регулирования в линейном режиме работает другой датчик 14, изменяя свой выходной сигнал от нуля до насыщения в отрицательной области, т. е. система регулирования имеет в этом случае две уставки, которые можно приблизить друг к другу с необходимой степенью точности путем предварительной настройки всех регуляторов.

Изменением напряжения на источнике 21 смещения в положительную или отрицательную область относительно нулевого потенциала можно изменить токовую установку какого-либо регулятора относительно уставок остальных регуляторов на любую абсолютную величину и осуществить, например, заряд аккумуляторной батареи, включенной На Нагрузку 7 через рассматриваемый регулятор, любым необходимым током. Таким же образом при необходимости можно организовать заряд равными или отличающимися друг от друга на какие-либо абсолютные значения токами нескольких батарей, причем для этой цели может быть использован отдельный источник постоянного тока, включенный на нагрузку 7. При этом во всех возможных режимах работы системы блоки 22 выполняют ограничения как разрядных, так и зарядных токов источников 1, 2 и 3, на любых заранее заданных уровнях.

Необходимо отметить, что подключение источника 21 смещения на дополнительный вход 20 усилителя 15 так же изменяет токовую уставку регулятора, но, кроме того, с.мещает уровни ограничения токов в ту или иную сторону.

При отказах в регуляторах или при отключении отдельных регуляторов из системы параллельной работы токовая загрузка отдельных регуляторов изменится таким образом, чтобы выходное напряжение системы

0 осталось без изменений, причем равно.мерность токораспределения между регуляторами не изменится. Отказы в датчиках 14 по той же причине на качество выходного напряжения и на равномерность токораспределения не влияют.

5

Формула изобретения

1.Устройство для регулирования постоянного напряжения , содержащее п источни0ков питания, каждый из которых через соответствующий регулятор подключен к выходным выводам, и п блоков управления, выход каждого из которых соединен с управляющим входом соответствующего регулятора, а вход - через соответствующий блок сум5мирования подключен к датчику тока этого регулятора и датчику выходного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, каждый регулятор снабжен датчиком выходного напряжения, а все блоки суммирования выполнены с п вхо0дами, каждый из которых соединен с выходом всех датчиков выходного напряжения.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок суммирования каждого регулятора выполнен в виде двух суммирующих усилите5лей, вход второго из которых соединен с датчиком тока данного регулятора и выходом первого усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 604121, кл. Н 02 Р 13/16, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР № 610283, кл. Н 02 Р 13/16, 1978.

3.Сороколетов О. Н. и др. Параллельная

5 работа импу.тьсных регуляторов постоянного напряжения. В сб. «Электронные и полупроводниковые преобразователи энергии. Тезисы докладов 23-й конференции, Томск, 1979, с. 11 - 12.

4.Патент Франции N° 1585102, кл. G 05 F 1/00, 1979.