Стабилизатор переменного напряжения

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 2310, 78 (21) 2690522/24-07с присоединением заявки Нов(51)М. Кл 305 Р 1/44 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК 621. 316. 722 1 (088 8) аучно-исследовательский институт аври Томском институте автоматизировйти радиоэлектроники 7 ел(54) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИ с Унаод го о Изобретение относится к электротехнике, в частности к стабилизаторам переменного напряжения с ключевым регулирующим органом,н 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 форму выходного напряжения с высоким значением КПД, характерным для ключевых регулирующих органов, а также в генераторах напряжения специальной формы(треугольной, тра- пецеидальной и т.д) синхронного с напряжением сети.Известны стабилизаторы переменного напряжения, осуществляющие стабилизацию среднего, эффективного или амплитудного значений переменного напряжения, однако они не позволяют осуществить стабилизацию мгновенного зна чения переменного напряжения, так как выдают информацию о контролируемом напряжении только в конце каждог полупериода 11Известен также стабилизатор пере- менного напряжения, содержащий ключевой регулирующий орган с силовым 1фйииатики и элентромеханиклных систем уп)Ьавления управляющим входами, связанныйходным фильтром, причем его сивой вход подключен к зажимам сеа управляющий - к схеме .сравненигенератор стабильного переменнопряжения, синхронизирующие входыторого соединены с сетевыми зажими, измерительный орган, входомключенный к зажимам контролируемнапряжения (.21 Однако такой стабилизатор имеет низкую точность, что обусловлено изменением коэФФициента передачи регулирующего органа в пределах полуводны напряжения, и ограниченные функциональные 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 статической ошибки АХ 3 для замкнутой системы регулирования определяется черезошибку ЬХр для разомкнутой системы регулирования какХ3 .+Кгде К - передаточный коэффициент разомкнутой системы.Для стабилизатора прототипа передаточный коэффициент разомкнутой 5 системы определяется по выражениюК = КрзК и, Киогде К- передаточный коэффициентрегулирующего элемента совместно с Фильтром;10К - передаточный коэффициентширотно-импульсного модулятора;К - передаточный коэффициентизмерительного органа. 15Передаточный коэффициент регулирующего элемента совместно с фильтром есть отношение выходной величинык входноу О рВью,о ахПоскольку при постоянном входном сигнале О 8 х =О напряжение на выходе будет синусоидально О,2 з)п Ю, тоКрэ = - -- =в вО . яиюьоПередаточные коэффициенты остальных звеньев постоянны. Поэтому ошибка замкнутой системы выразится,какЬХ г"+к, КК 51 соФ.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 системы регулирования40При управлении таким стабилизатором по возмущению, а главным возмущаюшим Фактором в стабилизаторахявляется изменение напряжения сети,необходимо вход схемы сравнения переключить с выхода стабилизатора наего вход. Однако в этом случае навход широтно"импульсного модуляторабудет подаваться разность напрякений 50генератора стабильного переменногонапрякения 02=О з 1 п сей и входного2 2 ппеременного напрякения сети. Даже,если напряжение сети не будет искажено по форме, а будет отличаться55лишь по амплитуде О =Ос,;1 пю с,то на вход широтно-импульсного модулятора будет подаваться такжесинусоидальное напряжение (разностьдвух синусоидальных величин всегдадаст третью синусоидальную величину) . 60Таким образом, стабилизатор в режиме управления по возмущению нетолько не выполняет своей функции,но и приводит к искажению напряжениясети, 65 Целью изобретения являются повышение точности стабилизации и расширение Функциональных возможностеи.Это достигается тем, что в известный стабилизатор, содержащий ключевой регулирующий орган с силовым и управляющим входами, связанныи с выходным фильтром силовым входом, подключенным к сетевым закимам сети, а управляющим - к схеме сравнения, генератор стабильного переменного напряжения, 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 переменного напряжения, причем второй вход упомянутой схемы сравнения подключен к источнику опорного напряжения, вход измерительного органа соединен с закимами сети и с выходом фильтра.На чертеже приведена схема предлагаемого 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 б, 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 напрякения, 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 перемен802944 О 15 20 сЪ К1+К К КЙО 25 ДХр 50 где К ОО пОК 60 ное напряжение с генератора б, 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 ОО Вп ь)п оо с на мгновенное значение эталонного переменного напряжения с генератора б.ОЗ = ОЗ5 п(ЯВ общем случае, если выходное переменное напряжение несинусоидально, его можно записать следующим образом:О ВУк= ОВспЕ(с)5 пЮ с где Г(с) - некоторая произвольнаямодулирующая Функция, определяющая отклонение выходного напряжения от синусоиды, если Г(с)=сопьс,то выходное напряжение синусоидально.Таким образом, на выходе устройства 7 имеем С)В ЯС) 5 псс ОВп7 О 51 Псс 1 Оз 1 п ЭМ постоянное напряжение, пропорциональ-ное мгновенному значению выходного переменного напряжения, которое сравнивается с постоянным напряжением источника 12, Если напряжение О ) О о, то скважность выходных импульсов регулирующего органа увеличивается, если О 7 ( Ооп, то скважность выходных имйульсов регулирующего органа уменьшается, приводя соответственно к уменьшению или увеличению выходного напряжения, которое таким обра зом поддерживается постоянным.Установившееся значение статической ошибки ЛХ 5 для замкнутой систеы стабилизации определяется через ошибку ьХР разомкнутой системы регулирования как передаточный коэффициент разомкнутой системы. К = КР хРОгпО "АЧ юпередаточный коэффициент регулирующего органа совмест но с Фильтром)передаточный коэффициент измерительного органа;передаточный коэффициент делительного устройства. Для регулирующего органа совместно с фильтром входной величиной является постоянное напряжение О,2 источника 12, а выходной - выходное 65 напряжение стабилизатора, поэтомуимеем 0 х э 51 по 1РО с,На входе и выходе измерительного органа напряжение имеет синусоидальную форму, но амплиту,Ы напряжений разные, поэтому Ки =сопьс. Для дели- тельного устройства имеемК" с 7 хО Вы к С ОЭтсп 51 П ОВЕА ОВыходное напряжение делительного устройства пропорционально частному от деления входного переменного напряжения на стабильное переменное напряжение генератора 12, Здесь Кй коэффициент пропорциональности.Учитывая все сказанное, получаемК=К 51 пю 1 К - ,-=К К ККп0 5 51 пв 1 0 иО иТогда ошибка замкнутой системы может быть сделана как угодно малой путем увеличения любогоиз 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 Ос =О с(с)хС сл Хапа с поступает на вход делимого 8 устройства 7, на всо; . в ,;-:т:ля 9которого поступает высокостабильное по Форме и амплитуде напряжение с генератора б. На выходе устррйст 7 действует напряжение Оч О эта которое сравнивается с напряжением источника 12,а их разница воздействует на управляющий вход органа 1. В результате сквакность выходных импульсов органа 1 меняется таким образом, что мгновенное значение на-пряжения на выходе стабилизатора поддерживается стабильным и заданной формы. Причем Форма выходного напряжения задается генератором б и может быть любой (например треугольной, трапецеидальной и т.д). Важно то, чтобы это напряжение переходило. через нуль синхронно с напряжением сети, что обеспечивается подключением синхронизирующих входов 10 генератора б к зажимам сети.Таким образом, предлагаемый стабилизатор позволяет повысить точность стабилизации мгновенного значения переменного напряжения. Кроме того, Функциональные возможности такого стабилизатора расширены, что заключается в возможности обеспечения управления по возмущению и воэможностью стабилизации переменногэ802944 Формула изобретения Составитель В. Кругловадакто Г. Петрова Техред А.Бабинец Корректор Г.Решетник к з 0619 Под/61 Тираж 951ВНИИПИ Государственного комитепо делам изобретений и откры 113035 Москва ЖРа шская писноеСССР а и т4/ а иал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 напряжения произвольной формы, синхронного с напряжением сети,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, синхрониэирующие входы которого соединены с сетевыми зажимами, измерительный орган, входом подключенный к зажимам контролируемого напряжения, о т л ич а в щ и й с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации и расширения функциональных возможностей, введено делительное устройство, выходом соединенное со схемой сравнения, вход делимого к;то ого соединен с выходом измерительного органа, а вход делителя - с выходомгенератора стабильного переменногонапряжения, причем второй вход упомянутой схемы сравнения подключенк источнику опорного напряжения,2. Стабилизатор по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что входизмерительного органа соединен с зажимами сети,3. Стабилизатор по п,1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что вход измерительного органа соединен с выходомФильтра,15 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США Р 3564394,кл, Ь 05 Р 1/44, 1970,2. Авторское свидетельство СССР У 472339, кл. Ь 05 ь 1/44, 1972,