Релейный регулятор

и 49756 ЛИС ЗОБРЕ юа Советских алистическиРеслублик СВИДЕТЕЛЬСТВ ВТОРС Я:Ф;ф фГосударственный ломите Совета Министров СССР 23) Приоритет нубликовано 30,12.75. Бюллетень 3) УДК 621.316.72) Автор изобретения М. Г. Каминскииосковский завод тепловой автоматик 71) Заявител 4) РЕЛЕЙНЫЙ РЕГУЛЯТОР дин из возможй схемы регуляраняются за счетрегулятор снабатором напряжеИзобретение относится к области автоматики, а именно к бесконтактным электрическим трехпозиционным релейным устройствам для регулирования различных технологических процессов.Известны релейные регуляторы для управления исполнительным механизмом постоянной скорости, содержащие в прямом канале усилитель и исполнительный элемент на тиристорах, и КС-звено с неоновой лампой в цепи обратной связи.Недостатками известных релейных регуляторов являются включение исполнительного элемента, формирующего релейную характеристику регулятора, в контур формирования закона регулирования, что понижает точность регулирования; выход исполнительного элемента выполняется на постоянном токе, что ограничивает область применения регуляторов и усложняет управление электромеханическим исполнительным механизмом переменного тока; для управления неоновой лампой требуется специальное устройство, что услож. няет схему регулятора; управление тиристорами исполнительного элемента производится одиночными импульсами, что понижает надежность регулятора.Указанные недостатки усттого, что по прямому каналужен регенеративным компар ния, выполненным на двух транзисторах и импульсном трансформаторе с несколькими обмотками и нагрузочным элементом в виде полупроводникового прибора с симметричной Я-образной вольт-амперной характеристикой, причем одна из обмоток трансформатора, имеющая среднюю точку, через диоды подключена к коллекторам транзисторов, а другие обмотки через селекторы по длительности подключены к цепям управления тиристоров и неоновой лампы,На чертеже представлен оных вариантов принципиально 5 Схема регулятора состоит из высокоомногоусилителя постоянного тока 1, на входе которого суммируются сигналы датчика С- и отрицательной обратной связи Уос. Выходной ток усилителя 1 с помощью резисторов 2, 3 О преобразуется в напряжение, которое служитдля управления по входам 4 и 5 трехпозиционным диодно-регенеративным компаратором напряжения. Компаратор построен на транзисторах б, 7, коллекторы которых через дно 5 ды 8, 9 подключены к концам коллекторнойобмотки импульсного трансформатора 10, состоящей из половин 11, 12.Параллельно каждой половине обмоткиподключены диодные тиристоры 13, 14, а к ЗО половине 11 - резистор 15. Питание коллекторных цепей компаратора производится от источника постоянного тока 16. Эмиттеры транзисторов объединены и подключены к источнику опорного напряжения 17, имеющему ту же полярность от относительного общего провода, что и источник 16.Диод 18 совместно с переходом база - эмиттер транзистора б образует первую балансную схему сравнения напряжения на резисторе 2 с опорным топор ИСТ 01 Н 11 ка 17.Вторая схема сравнения образована диодом 19 и переходом база - эмиттер транзистора 7, Делителями 20, 21 и 22, 23 в каждую схему сравнения задается ток смещения от источника коллекторного питания 16, Выходная обмотка 24 импульсного трансформатора 10 через апериодическое звено 25, 26 и диод 27 подключена к цепи управления выходного тиристора 28. Управление выходным тиристором 29 производится от обмотки 30 через апериодическое звено 31, 32 и диод 33. Питание выходных тиристоров производится пульсирующим напряжением. Обмотка 34 трансформатора 10 через резистор 35, конден. сатор 36 и неоновую лампочку 37 подключена к апериодическому звену 38, 39 обратной связи регулятора. Скорость заряда конденсатора 39 обратной связи определяется резистором 35, а разряда - резистором 38.Напряжение с выхода звена обратной свя. зи 38, 39 подается на вход усилителя 1. Прн отсутствии входного сигнала У ток на выходе усилителя 1 также равен нулю. При этом ток смещения, задаваемый в первую балансную схему сравнения, проходит от источника коллекторного питания 16 через делитель 20, диод 18 и резистор 2, значительно более низкоомный, чем делитель 21, За счет шунтирующего действия резистор а 2 п адение н апр яже. ния на делителе 21 мало и переход база - эмиттер транзистора б закрыт опорным напряжением топор. Для второй балансной схемы сравнения ток смещения проходит через делитель 22, диод 19 и низкоомный резистор 3. Переход база - эмиттер транзистора 7 также заКрыт опорНым НапряжеНием Уоцор. Так КаК транзисторы б, 7 закрыты, отсутствуют напряжения на выходных обмотках 24, 30, 34 трансформатора 10, выходные тиристоры и неоновая лампочка закрыты, а напряжение на выходе регулятора Уравно нулю,Появление входного сигнала Ь вызовет на выходе усилителя 1 ток, который создает падение напряжения на резисторах 2, 3,Пусть направление тока таково, что напряжение на резисторе 2 стремится закрыть диод 18, а напряжение на резисторе 3 -- открыть диод 19, При равенстве величины напряжения на РезистоРе 2 опоРномУ 17 оп,р Динамическое сопротивление диода 19 сильно возрастает и ток смещения создает на делителе 21 падение напряжения, которое приводит к открыванпо перехода база - эмиттер транзистора б в то время, как падение напряжения на резисторе 3, передающееся через диод 19 к делите 10 15 2 О 25 30 35 40 45 50 55 60 65 лю 23, вызовет еще большее запирание транзистора 7. В результате открывания транзистора б коэффициент передачи цепи положительной обратной связи: коллектор транзистора 6, диод 8, половина 11, трансформатор 10, обмотка 40, делитель 21, переход база - эмиттер транзистора 6 становится больше критического.За счет действия положительной обратной связи в компараторе произойдет процесс формирования рабочего выходного импульса.Сначала в результате регенеративного процесса транзистор б скачком насыщается, формируется передний фронт рабочего выходного импульса. За счет протекания базового тока по делптегио 21 диод 18 закрывается, и схема сравнения отключается от входного сигнала, Затем происходит формирование вершины выходного импульса, длительность которой определяется параметрами трансформатора 10, током базы транзистора б, который задается делителем 21 и коэффициентом усиления транзистора 6 по току. В это время за счет малого сопротивления насыщения транзистора компаратор обладает большой нагрузочной способностью. Далее за счет нарастания намагничивающего тока трансформатора 10 ток коллектора достигнет граничного значения, возникнет обратный регенеративный процесс, в результате которого транзистор скачком закроется и будет сформирован задний фронт выходного импульса. На время формирования рабочего выходного импульса транзистором б величина напряжения на коллекторе и величина запирающего напряжения на переходе база - эмиттер транзистора 7 еще более увеличиваются. Хотя при этом напряжение на обмотке 12 приложено к диодному тиристору 14, обладающему Я-образной вольтамперной характеристикой, в прямом направлении, тиристор 14 остается в закрытом состоянии, так как напряжение переключения тпристора выбирается в несколько раз большим напряжения коллекторного питания - Х В то же время напряжение на обмотке 11 приложено к тиристору 13 в запирающем направлении. За счет действия намагничивающегося тока на обмотке 11 возникает выброс напряжения обратной и"лярности, который приводит к переключению тиристора 13. За время, определя емое его временем переключения, тиристор 13 перейдет в открытое состояние. Закончится формирование обратного выброса.На время обратного выброса откроется переход база - эмиттер транзистора 7. Однако это не приведет к возникновению положитсльпой обратной связи по второму входу, так как напряжением на обмотке 11 закроется диод 9 и напряжение на коллекторе транзистора 7 упадет до нуля. За счет активных потерь в контуре, образованном обмоткой 11 и тиристором 13, происходит спад намагни. чивающего тока трансформатора 10. При этом напряжение на обмотке 11 определяется остаточным напряжением переключения тиристора 13, Намагничивающий ток достигнет величины обратного переключения тиристора 13, и тиристор закроется, Дальнейший характер спаданамагничивающего тока, .а следовательно; величина зоны возврата компаратора определится величиной-резистора 15; Когда закончится процесс восстановления намагничивающего тока, начнется генерация нового рабочего выходного импульса, На стадии восстановления величины напряжения на коллек.торе и запирающего напряжения ня переходе база - . эмиттер транзистора немного уменьшаются, однако транзистор 7 остается закрытым опорным напряжением. На стадиях обратного выброса и восстановления тиристор 14 закрыт обратным напряжением ца обмотке 12, При изменении направления выходного тока усилителя 1 и при условии, что величина напряжения на резисторе 3 равна илц больше Уопор, КОМПЯРЯТОР СРабаТЫВЯЕТ ПО ВХОДУ 5. Здесь увеличится динамическое сопротивление диода 19, откроется транзистор 7 ц коэффициент передачи цепи положительной обратной связи; коллектор транзистора 7, диод 9, обмотка 12, трансформатор 10, обмотка 41, делитель 23, переход база - эмиттер транзистора- станет больше критического. Будет сформирован рабочий выходной импульс обратной полярности, после которого произойдет переключение тиристора 14. В остальном процессы при срабатывании компаратора по входам 4 и 5 аналогичны.Вместо диодных тиристоров 13, 14 возможно применение других полупроводниковых приборов, обладающих 8-образной вольт-амперной характеристикой (триодных тиристоров, симметричных тиристоров, лавинных транзисторов, однопереходных транзисторов и т. д.). Таким образом, на выходных обмотках компаратора в зависимости от знака входного сигнала появляются последовательности импульсов, Ооычцо для цепи обратной связи с неоновой лампочкой с целью получения широкого диапазона настроек регулятора требуется напряжение 100 - 200 в на выходной обмотке 34. Поэтому напряжение питания компаратора Х выбирается в пределах 10 - 20 в, исходя из разумного компромисса между сложностью импульсного трансформатора 10 и источника питания 16. Для включения мощных выходных тиристоров 28, 29 длительность рабочих выходных импульсов должна быть не менее 5 - 10 мксек. Следовательно, длительность и вольт-секундная площадь рабочего выходного импульса оказывается в сотни раз большей длительности и вольт-секундной площади обратного Выброса, так как время переключения современных тиристороВ, Выполненных по планарпой технологии В интегральном исполнении, составляет десятки наносекунд и меньше,Остаточное напряжение переключения тиристоров 13, 14 це превышает 0,5 - 1,0 в, поэтому амплитуда рабочего выходного импуль 50 дд 60 ного напряжения и два транзистора, что обе 510 15 20 25 30 35 40 45 са в 10 - 20 раз больше обратного напряжения на стадии восстановления.Столь сильное отличие рабочего выходного импульса от обратного выброса и напряжения на стадии восстановления позволяет выделить рабочие выходные импульсы самыми простыми средствами селекции по длительности, а именно с помощью пассивных КС- фильтров и амплитудных детекторов,В цепи обратной связи селектор по длительности образован резпстором 35 ц конденсатором 36 и неоновой лампочкой 37, 11 ричем конденсатор 36 очень небольшой емкости, которая может быть образована емкостью монтажа. Малая по сравцени 1 О с длительностью рабочего выходного импульса постояшгая звена 35, 36 приведет только к некоторому затягцван 11 ю сго фронтов, однако этого достаточно, чтобы амплитуд обря гцого выброса не превысила порога з 1 хкига 1 Н 1 я неоновой лампочки 37, которая осуществляет фазочувствптельное выпрямление рабочих выходных импульсов и, следовательно, заряд конденсатора 39 обратной связи напряжением положительной полярности при срабатывании компаратора по входу 4 и напряженнем отрицательной полярности при срабатывании компаратора по входу 5,В цепи управления тиристором 28 селектор по длительности образован звеном 25, 26 ц диодом 27, которые прц срабатывании компаратора по входу 4 выделяют рабочие выходные импульсы и включают тиристор 28. Появляется напряжение на выходе регулятора. При этом на стадиях обратного выброса и восстановления напряжение на конденсаторе 32 меньше порогового напряжения диода 33 и тиристор 29 закрыт.При срабатывании компаратора по входу 5 происходит включение тирцстора 29, Длительность включений тиристоров 28, 29 определяется порогом срабатывания и зоной возврата компаратора, как релейного элемента регулятора, и параметрами и настройками цепи обратной связи регулятора. Выключение тцристоров 28, 29 производится каждые полпериода питающего напряжения по аноду. Таким Образом, на одноммпульснОм трансформаторе выполнен релейный элемент, имеющий трехпозиционную релейную характеристику, выходные сигналы которого используются одновременно для управления неоновой лампочкой в цепи обратной связи ц выходнымп тиристорами регулятора, что упрощает устройство по сравнению с известными.Для построения релейного элемента использованы один трансформатор, один источник коллекторцого питания, один источник опорспечивает идентичность характеристик устройства по фазам входного напряжения. Хотя различие коэффициентов передачи по току транзисторов приводит к неидентичности длительности формируемых ими рабочих импуль497563 Релейный регулятор для управления исполнительным механизмом постоянной скорости, 5 содержащий усилитель и исполнительный элемент на тиристорах в прямом канале и КС- звено с неоновой лампой в цепи обратной связи, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, по прямо му каналу регулятор снабжен регенеративнымкомпаратором напряжения, выполненным на двух транзисторах и импульсном трансформаторе с несколькими обмотками и нагрузочным элементом в виде полупроводникового прибо ра, с симметричной 5-образной вольт-амперной характеристикой, причем одна из обмоток трансформатора, имеющая среднюю точку, через диоды подключена к коллекторам транзисторов, а другие обмотки через селек торы по длительности подключены к цепямуправления тиристоров и неоновой лампы,ставитель В, Кругловаекред 3, Тараненко рректор А. Степано Редактор В, Левят Тираж 869та Совета Министй и открытийушская наб., д. 4 Изд. ЛЪ 2103 ИПИ Государственного комит по делам изобретен 113035, Москва, Ж, РЗаказ 359 ПодписноеСР ография, пр. Сапунова, 2 сов, схеме присуще свойство самовыравнивания, так как изменение длительности рабочих импульсов связано с пропорциональным изменением намагничивающего тока и с обратным изменением времени восстановления, а следовательно, с постоянством скважности импульсов, что важно для цепи обратной связи.Порог срабатывания компаратора благодаря релейной характеристике не зависит от разброса параметров тирпсторов. Отпадает необходимость в большом количестве подстроек регулятора.Запуск выходных тиристоров производится непрерывной последовательностью импульсов с большой частотой следования. Поэтому угол включения тиристоров не превышает единицу градусов, и уменьшаются потери напряжения на нагрузке. Повышается надежность устройства по сравнению с известными. Предмет изобретения