Регулятор переменного напряжения

Союз СоветскикСоциапистическикРеспублик ЛИС И Е К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Дополнительное к авт, свкд(22)Заявлено 13.03,80 (21) 2893607/24-0 рксоедкнением заявки ЭЙ Ъеударствоаь СССнтет 23)Приорит делам мзабретений Опубликовано 07.02.82, Бктллет 53)УДК 621 в 314 .57(088.8) к открытий Дата опу ования описания 07.02.82 ВЖЭВЭИАу11 А Титц бТРту.. ь. скйт 1:,;: ;;,;, а" 2) Авторы изобретения Инешин и В.Ф.Масягин вательскии проектно-конструктор кий институт электрических маште опьевского завода "Электромашин Научно-иссле и технологичтока Пр(71) Заявитель 54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ тель, подключенныйго выпрямителя,Формиразного напряжения,трон, подключенныйющий ВС-Фильтр к выхпрямителя, элементналов и выходной трротно-импульсный уссти Г 2) . выходу ровател опорный в пилооб- абилиерез сглажив оду второго выравнения сигнзисторный шиноли Однако из стный ятор пере- недостаточ- обуслов- внительио менного напряжения имее ую точнос ную статическ ленную исполь грубого по чу ванием с вительности тра исторного ши лителя, вход венно соедин сравнения си чением Форми напряжени улятора ( ыпрямителя сравНения сигнал Изобретение относится к электро- технике и предназначено для стабилизации действующего значения выходного напряжения переменного тока электромашинных 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 действующему его значению с различным исполнением измерительных ит 5 усилительных цепей 11.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 преобразоваротно-импульсного усикоторого непосредсти с выходом элемента алов, а также вклю"вателя илообразнов цепь обратной связижду выходом первогопервым входом элемен3 90418Недостатком регулятора является также инерционность, обусловленная наличием сравнительно большой по" ,стоянкой времени цепи заряда-разряда конденсатора в формирователе пилообразного напряжения, подключенного к выходу первого однополупериодного выпрямителя, а также дополнительной постоянной времени при использовании функционального квадра р тичного преобразователя с конденсатором.Кроме того, в схеме регулятора отсутствует достаточно простая (электрическая) подстройка уровня стаби лизации выходного напряжения преобразователя, включаемого на вход регулятора, что обычно необходимо по условиям эксплуатации. Цель изобретения - улучшение его Остатических и динамических характеристик, а также введение простойподстройки уровня стабилизации входного напряжения, т.е. напряжения,подаваемого с какого-либо преобразоЪ 5вателя на вход регулятора.Поставленная цель достигаетсятем, что в регулятор переменногонапряжения, содержащий входной трансформатор с одной первичной и двумявторичными обмотками, соединеннымисоответственно, с. входными выводами и входами двух выпрямителей, функциональный квадратичный преобразователь, подключенный к выходу первого выпрямителя, формирователь пилообразного напряжения, опорный стабилитрон, подключенный через сглаживающий КС"фильтр к выходу второговыпрямителя, элемент сравнения сиг налов и выходной транзисторный широтно-импульсный усилитель мощности введены операционный усилитель с инвертирующим и неинвертирующим входами и второй опорный стабилитрои, 45 а функциональный квадратичный преобразователь выполнен безынерционным в виде последовательной цепочки иэ нелинейного сопротивления и потенциометра подстройки, причем 50 второй опорный стабилитрон включен последовательно с первым стабилитроном, образуя цепь питания операционного усилителя с подключениемточки соединения стабилитронов к 55 его неинвертирующему входу, инвертирующий вход операционного усилителя связан посредством формирова 6 фтеля пилообразного напряжения, выполненного, например в виде Т-образного ВС-фильтра, с выводом движка потенциометра подстройки, а выход операционного усилителя соединен со входом выходного транзисторного широтно-импульсного усилителя мощности и связан с инвертирующим входом последовательно соединенными резисторно-емкостнымн 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). К выходу перво го выпрямителя подключен функциональный квадратичный преобразователь ФКП 5 для измерения действующего значе.ния напряжения стабилизируемого преобразователя, подаваемого на вход ФКП выполняется безынерционным в в виде последовательндЛ цепочки из нелинейного сопротивления (например резистора, шунтированного стабилитроном) и сопротивления потенциометра подстройки уровня стабилизации входного напряжения (фиг, 2). Соответственно, к выходу второго выпрямителя 4 подключена через сглаживающий КС"фильтр б последовательная цепочка 7 иэ 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 (Н) входа к общей точке соединения стабилитронов. Общее соединение выходных клемм отрицательной полярности выпрямителей 3 и 4 приводит при этом 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 в30 5 041 цепочке 7 на Фиг. 2), Выходное напряжение элемента 9 сравнения подается далее как сигнал ошибки регулятора через формирователь 10 пилообразного напряжения (например5 Т-образный сглаживающий КС-Фильтр) на инвертирующий Л) вход операционного усилителя 8, переводя его, а также подключенный к его выходу транзисторный усилитель 11 1 О мощности в управляемьй широтно-импульсный режим работы. Дпя повышения быстродействия и обеспечения необходимости качества переходных процессов выход .операционного 1 ю усилителя 8 связан с его инвертирующим входом цепью гибкой отрицательной обратной связи, выполненной для исключения нарушения широтно-импульсного режима работы щ усилителя 8 в виде последовательного соединения резисторно-емкостных Фильтра 12 низких частот и фильтра 13 высоких частот с соот" ветственно выбранными параметрами 2 З (Фиг. 2), что учтено также на блок-схеме Фиг. 1 введением дополнительного элемента 4 сравнения сигналов на втором (инвертирующем входе усилителя 8.В статическом установившемся режиме работы и номинальном выходном напряжении стабилизируемого преобразователя, подаваемом на вход1, напряжения на выходных вторичных обмотках трансформатора 2 имеют величины, достаточные после выпрямления мостами 3 и 4 для питания соответственно функционального квадратичного преобразователя 5 и цепоч- е ки опорных 7 стабилитронов, связанных с клеммами питания операционного усилителя 8. При этом выходное напряжение ФКП 5, снимаемое с движ" ка подстройки его потенциометра, близко по величине (среднему значению) к напряжению первого опорного стабилитрона, и поэтому на дифференциальный вход операционного усилнтеля 8 поступает с выхода элемента 9 сравнения через Формирователь 10 пилообразного напряжения сигнал ошибки постоянного тока небольшой величины с наложенной на него пилообразной составляющей напряжения переМ менного тока с частотой удвоенной по отношению к входному напряже" нию. Скважностьвыходного широтно-, импульсного сигала операционного,86 6усилителя 8 и транзисторного усилителя 11 мощности, определяемая используемым принципом вертикального управления, т.е. совместньщ действием на входе усилителя 8 пилообразного напряжения переменного тока и сигнала ошибки постоянного тока, близка к ее среднему значению 1 д 0,5).Соответственно, при появлении возму.,ающего воздействия, например при ударном приеме-сбросе нагрузки преобразователя, включенного на вход регулятора, входное напряжение от" клоняется от исходного номинально.го значения, что соответственно безынерционно отражается на величине выходного напряжения ФКП 5 н после сравнения с напряжением опорного стабилитрона цепочки У на величине постоянной составляющей сигнала ошибки, поступающего с выхода элемента 9 сравнения через формирователь О пилообразного напряжения на днффереициальный вход операционного усилителя 8. Изменение соотношения величин постоянной и переменной пилообразной составляющих напряжения сигнала ошибки на входе усилителя 8 таким образом отражается на величине скЬажности его широтно-импульсного сигнала, что после его воздействия через транзисторный усилитель 11 мощности, подключенный к управляющему входу стабилизируемого преобразователя в энергии, его выходное напряжение а следовательно, и входное напряжение регулятора восстанавливаются с высокой степенью точности до исходного номинального значения. Воздействие цепи гибкой отоииятальной обратной связи 12-13-14, охваты" вающей операционный усилитель 8 и придающей ему свойства ПИД-регулятора, частично, компенсирует инерционность формирователя О пилообразного напряжения и Формирует необходимое качество переходных процессов восстановления входного напряжения, При необходимости уровень стабилиэируемого напряжения на входе 1 может быть изменен в необходимых пределах (йЯ) относительно номинального значения перемещением движка выходного потенциометра ФКП 5, приводящим к изменению коэфФициента передачи канала обратной связи ре" гулятора (звеньев 2, 3 и 5 на блоксхеме фиг. 1) .9047Технико-экономический эффект изобретения определяется существен-ным улучшением статической точности ,регулятора, который, благодаря вве" делив чувствительного операционного усилителя и второго опорного стабилитрона и переносу формирователя пилообразного напряжения на выход элемента сравнения сигналов, облацает большим коэффициентом уси ления, лучшей временной стабильностью характеристики, позволяяк тому же изменять в необходимых пределах (ЬЯ), уровень стабилизации выходного напряжения преобразовате б ля энергии, а также повышением быстродействия и улучшением качества переходных процессов регулятора, бла годаря предлагаемому безынерционному исполнению измерительного функ ционального квадратичного преобразователя и охвату введенного операциопного усилителя корректирующей цепью гибкой обратной связи.Формула изобретенияРегулятор переменного напряжения, содержащий входной трансформатор с ЗО одной первичной и двумя втори%ными 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 К 0-фильтр к выходу второго вы- .4 О прямителя, элемент сравнения сигналов н выходной транзисторный широтЗб 8. йо"импульсный усилитель мощности,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью улучшения статических и динамических характеристик и подстройки уровня стабилизации входного напряжения, введены операционный усилитель с инвертирующим и неинвертируннцим входами и второй опорный стабилитрон, а функциональный квадратичный преобразователь выполнен безынерционньк в виде последовательной цепочки из нелинейного сопротивления ипотенциометра подстройки, причем второй опорный стабилитрон включен последовательно с первым стабилитроном образуя цепь питания операционного усилителя с подключением точки соединения стабилитронов к егонеинвертирующему входу, инвертирующий вход операционного усилителя связан.посредством формирователя пилообразного напряжения, выполненного,например, в виде Т-образного КС-фильтра, с выводом движка потенциометра подстройки, а выход операционного усилителя соединен со входом выход,ного транзисторного широтно-импульсного усилителя мощности и связан синвертирующим входом последовательно соединенными резисторно-емкостными фильтрами низких и высоких частот.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бунаков В.Л. и др. Полупроводниковые регуляторы напряжения и ча"стоты электрических машин. М.-Л.,90486 ставитель Р.Андреевхред Л. Пекарь Корректор Н.Швыдкая ктор А.Лежнина писноеР Заказ 63/4 4 Филиал ППП Патент , г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 78 НИИПИ Государственног по делам изобретений 3035, Москва, Ж,комитетаи открытийаушская на