Устройство для регулирования и стабилизации напряжения переменного тока

) Дополнительное к а в л5 Е Х/44 рисоединением заяв осударственныи комитет СССР оо денни изобретений н открытий. Е. Болтне Рязанский радиотехнический институт) Заявите 54) РОИСТВО 0 ЛЯ РЕГУЛИРОВ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННО Я И СТАБИЛИЗАЦИТОКА со Изобретение относится к областиэлектротехники и может быть использова-но в цепях питания различной радиотехнической аппаратуры,Известны устройства для регулирования и стабилизации напряжения переменно тока Ц, Р 1Первое иэ известных устройств. Щдержит ретулирующий элемент с дискретным, изменяемым с помощью ключейпеременното тока, коэффициентом передаочи и цифровую схему управления.Второе из известных устройств (2,являющееся наиболее близким техническимрешением к данному изобретению, содержит включенный в одну из силовых шин5регулирующий элемент, имеющий не менеедвух управляющих входов, к которым подключены выходы элементов управления,реверсивный счетчик импульсов с шинами20вычитания и сложения, выходы которогоподключены к соответствующим входамэлементов управления, генератор импульсов и два пороговых элемента сравнения,входы которых соединены с выходом измерительного элемента, входом подключен ного к выходным выводам.Недостатком известных устройств яв ляется то, что быстродействие известных устройств ограничивается инерционностью измерительного органа и в лучшем случае (для амплитудных регуляторов) не превышает половины периода напряжения сети, что в ряде случаев оказывается недостаточным, а мгновейные значения выходного переменного напряжения окаэывмотся нестабилизированными и, следовательно, форма выходного напряжения в течение каждого полупериода может быть искажена за счет воздействия возмущающих факторов как со стороны нагрузки, так и со стороны сети. На форму выходного напряжения непосредственное влияние может оказывать и сам процесс автоматического регулирования. Кроме того, в известных устройствах невозможны коррекция и наперед заданное изменение формы выходного напряжения.3 66Целью изобретения является улучшение динамических характеристик и обеспечение заданной коррекции формы выходного напряжения.Поставленная цель доститается тем, что в устройство ля регулирования и стабилизации напряжения переменного тока дополнительно введен источник эталонного переменното напряжения, вход которого подключен к входным выводам а вькод через дополнительно введенный выпрямитель подключен ко входам двух дополнительно введенных масштабных усилителей с различными коэффициентами передачи, причем выход масштабного усилителя с большим коэффициентом передачи соединен с введенным доцопнительным входом первого пороговото влемента сравнения, вькод которого подключен к шине вычитания реверсивного счетчика импульсов, выход масштабного усилителя. с меньшим коэффициентом передачи соединен с введенным дополнительным вхо дом второго элемента сравнения, вькод которого подключен к шине сложения реверсивного счетчика импульсов, а генератор импульсов )тодключен ко входу реверсивного счетчика импульсов непосредственно,кроме тогомасштабные усилители дополнительно. снабжены неинвертирующими входами, причем к неинвертирующему входу масштабного усилителя с большим коэффициентом передачи подключен дополнительно введенный источник постоянного положительиото смещения, а к неинвертируюшему входу мас-, штабного усилителя с меньшим коэффи- . циентом передачи подключен дополнитепь но введенный источник постоянното отри-. цательного смешения.Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1. На фиг.2 показан процесс отработки возмущающего скачка. 6527 4пения 12, содержащие ключи и усилители управляющих сигналов.Выпрямитель 4 и линейный согласующий элемент 9 образуют измерительный элемент 13.Рассмотрим работу устройства приего подклЮчении к сети с синусоидальной формой напряжения, В этом случае, если нет необходимости в преднамеренном ис кажении формы выходного напряжения,эталонное напряжение должно быть также синусоидальным и синфазным с напряжением сети. После выпрямпения с помощью вьптрямителя 3, выполненного двух полупериодным, эталонное напряжение поступает на входы двух масштабньк усилителей 5 и 6. На выходе масштабного усилителя 5 формируется опорное напряжение РоюЯ = 7/о/ао Ис /, а на вьмо де масштабного усилителя 6 - опорноенапряжение фол Р)= Ра/вп Ис Ц, где К Ро - амплитудные значения опорньк напряжений; Щ - круговая частота вталонното напряжения, равная круго вой частоте напряжения сети. Вькодное напряжение с необходимым коэффициентом пропорциональности, обеспечиваемым линейным согласующим элементом (в качестве которого может быть 30 использован трансформатор, резистивныйделитель, комбинация трансформатора с резистивным делителем и фильтром нижних частот и т.п.), также выпрямляется с помощью выпрямителя 4, выполненноЗ 5 го двухполупериодным. Оно имеет видЦ (Ф,)" Ю (Мп д Цгде Р - амплитуда выходного напряже-.ния- коэффициент пропорциональности , обеспечиваемый линейным согласующим элементом. Это напряжение сравнивается с, опорными напряжениями ЫЙ) и Роф с помощью пороговых элементовсравнения 7 и 8.Устройство для регулирования и ета билизации напряжения переменного тока содержит регулирующий элемент Х с дискретно управляемым с помощью ключей переменного тока по закону двоичного кода ковффициентом передачи, источник эталоинот о переменного напряжения 2, синфазный с напряжением сети, выпрямители 3 и 4, масштабные усилители 5 и 6, пороговые элементы сравнения 7 и 8, линейный согласующий элемент 9, генератор импульсов 10, реверсивный счетчик импульсов 11 и впементы управВ случае, если мгновенное значение выходного напряжения отклонилось от значения,соответствующего синусондальной кривой, например, в сторону уменьшения на величину, превышающую допустимый уровень, то напряжение на выходевыпрями-, теля 4 д 8 1) , пропорциональное выходному напряжению и поступающее на дополнительный вход порогового элемента срав нения 7, становится меныие напряжения Рона выходе масштабного усилителя 5 и пороговый элемент сравнения 7,срабатывая, переводит реверсивкый счетчик 11 в режим сложения, Импупьсы с выхода генератора 10, поступающие на шику сложения, увеличивают код, записанный в реверсивном. счетчике до тех пор, пока коэффициект передачи регупирующего органа, управпяемого с помощью ключей, которыми через усилители управпяющих сигналов, в свою очередь, управляет реверсивный счетчик 11, не достигнет такого значения, при котором напряжение 1на выходе выпрямитепя 4 становится равным ипи большим напряжения Рдф на выходе масштаб ного усипитепя 5, При этом пороговый элемент сравнения 7 возвращается в исходное состояние и увеличение кода реверсивного счетчика 11 прекращается. Если в дальнейшем вновь происходит отклонение текущего значения выходного напряжения в сторону уменьшения, превышающее допустимое, то процесс стабипизации повторяется.Если отклонение мгновенного значения выходного напряжения сверх допустимого уровня происходит в сторону увеличения, то процесс стабилизации протекает аналогично вышеописанному с той лишь разницей, что напряжение Р Щ сравнивается с опорным напряжением Уоф . с помощью порогового эпемента сравнения 8, который управляет шиной вычитания реверсивного счетчика 11, из менение кода которого происходит в сторону уменьшения до тех пор, пока не будет выполняться неравенство Если же уровни текущих значений выходного напряжения находятся в зоне допустимых. отклонений, т.е. выполняется неравенство Ц,сУЙМИог(Ц, то оба пороговых элемента сравнения 7 и 8 закрыты и импульсы генератора импульсов 10 не поступают ни на одну из шин реверсивного счетчика 1 1, его код остается неизменным и, спедоватепьно, остается неизменным коэффициент передачи регулирующего эпемекга. Значения 4 ц и Рю выбираются равными значениями 1 Ур,Я 9, соответственно.Процесс обработки реального (имеющего конечную длительность фронтов) возмущающего скачка с различной дпитепьностью фронтов и действующего в течение одного попупериода напряжения сети показан на фиг. 2. На фиг, 2 а дредставпек вид возмущающего воздействия; на фиг. 2 б - поспедоватепькостьимпульсов генератора импупьсов; чафиг. 2 в - поспедоватедькость импуп 1:- 3 сов, прошедших на вычитаюший вход реверсивного счетчика; на фиг, 2 г - поспедоватепькость импульсов, прошедших навход сложения реверсивного счетчика.На фиг. 2 д тонкими сппощными пиниями 10 показана зона допустимых откпокекиймгновенных значенкй выходного напряжения, опредепяеая заданной точностьюрегупирования; топстой сплошной пикиейкривая изменения текущего значения выходного напряжения; толстой пунктирнойлинией - формы в:ходкого напряженияпри отсутствии стабкпкзацпи.На фиг, 2 спедует, что хаоактер ди=камики процесса отработки возмущающего О воздействия в предпагаемом устройствезависит от соотношения скорости изменения возмущения и частоты спедования импульс:ов гекератооа импупьсов.При уменьшении скорости измекекия воз "5 мущающего воздействия, что эквивалентно увепичению частоты следования импупьсов генератора импульсов, уменьшаются искажения, вносимые в формувыходного напряжения, которые при вы-боре достаточно высокой частоты генератора импульсов могут быть сведены кнезначительным, а время обработки может не превышать дпитепьности фронтавозмущения и быть с гарантией (прак"тически на порядок и бопее) значитепьГко меньше дпитепькости попупериоданапряжения сети, Искажения формы выходного напряжения,: возникающие в про-.цессе отработки динамических возмущений, например, при импульсной нагрузке, имеют спектр, частота основной гармоники которого во много раз превышает частоту регупируемого напряжения,и, следовательно, могут быть легко отфипьтрованы с помощью небопыцогофильтра нижних частот, включаемого принеобходимости между вьо;одом предполагаемого устройства и потребптепем. Процесс отработки статических возмущений в предпагаемом устройстве,также как и в известных устройствах,является астатическим, поэтому точкостьустановки соответствия кривой выходно Яго напряжения обусповпека шагом квантования выходного напряжения, которыйобеспечивается используемым дискретнымрегулирующим эпементом.Реальные пороговые элементы сравнения обладают конечной зоной гистерезиса амплитудной характеристики, поэтомуи окрестности .перехода выходным напряженнем нулевого уровня из-оа незначительного различия текущих значений на-.пряжений Рц,Ц и Яо,обе пороговыесхемы могут оказаться во включенномсостоянии одновременно, что может статьпричиной неустойчивой работы устройства,В связи с этим необходимо, чтобы опорные напряжения Р,и Иж И) вокрестности перехода входного нанряжения через нулевой уровень отличалисьдруг от друга по текущему уровню навеличину, несколько превышающую ширину зоны гистереаиса амплитудной харытеристики используемых пороговых элементов, что может быть достигнуто путем смещения уровней опорных напряжений в противоположные стороны, причем,уровень напряжения Р,ц Щ необходимосместить в положительную сторону, ауровень напряжения Ии в отрнцатепьную. Смешение уровней опорныхнапряжений достигается за счет подипочения к неинвертнрующим входам масш"табных усилителей источников с необкодимым уровнем постоянного напряженияц,но с противопопожными знаками.Так как ширина зоны гистереаиса амплитудной характеристики пороговых элей.ментов сравнения может быть обеспечена достаточно малой (десятки и дажердиниць 1 мВ), то незначительное смещение уровней опорных напряжений практическн не оказывает влияния на точность, стабилизации и на величину вносимыхискажений,Формупа изобретения1. Устройство дпя регулирования истабилизации напряжении переменноготока, содержащее включенный в одну изсиловых шин регупирукзций элемент, имевший не менее двух управляющих входов,к которым подключены выходы,элементов управления, реверснвныйсчетчик импульсов с шинами вычитания и сложения, выходы которого подключены к соответствующем входам элементов управпення, генератор импульсов и два пороговых элемента сравнения,входы которых соединены с выходом измерительного эпемепга, входом подключенного к выходным выводам, о т и и-ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упучшення динамических характеристик иобеспечения заданной коррекции формывыходного напряжения, в него дополнительно введен источник эталонного пере менного напряжения, вход которого подключен к входным выводам, а выход че-рез дополнительно введенный выпрямитель подключен ко входам двух дополнительно введенньи масштабных усилителей 1 З с различными коэффициентами передачи,причем выход масштабного усилители сбольшим коэффициентом передачи соединен с введенным дополнительным входомпервого порогового элемента сравнения,выход которого подключен к шине вычи,тания реверсивного счетчика импульсов,выход масштабного уснпитепя с меньшимкоэффнцнентом передачи соединен с введенным дополнительным входом второго ф порогового элемента сравнения, выходкоторого подключен к шыне сложения реверсивйого счетчика импульсов, а гьнератор импульсов подключен ко входуреверсивного счетчика импульсов не ф посредственно.2. Устройство по н. 1, о т и ич а.ю щ е е с я тем, что, с цепьюповышения устойчивости процесса стабипиаации выходного напряжения в области Зфперехода через нулевой уровень, масштабные усилители дополнительно снабжены неинвертнрующнми входами, причем к неинвертирующему входу масштабного усилителя с большим коэффициентом передачи подключен дополнительновведенный источник постоянного положительного смещення, а к неинвертируюшемувходу масштабного усилителя с меньшим 4коэффициентом передачи подключен допопнитепьно введенный источник постоянного отрицательного смещенияИсточники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 419861, кп, 6 05 Р Х/14, 1974.2. Авторское свидетепьство СССРИо 440654, кп. 6 05 Г у 20, 1974./5 иал ППП "Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 84/3 8 Тираж 1 ЦН ИИПИ. Госуларствеиногопо делам нзобрете 113036, Москва, Ж,14комитета СССнй н открытийаушская наб.,