Стабилизатор переменного напряжения

О П И С А Н И Е щ 6889 О 2ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 03,12.76 (21)с присоединением заявки М Гасударственный ком ит 23) Приоритет -43) Опублгковано 30.0 СССР о делам изобретений и открытий. М. Леоеде Научно-исследовательский институт автомат и электромеханики при Томском институтетоматизированных систем управления и радиоэл 171) Заявител т они(54) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕ 2 лизатора системы 20ичием в юго зве- улировализатора мы, 1 Ц. - 25 то верную величине контролиении почто при то 1 я,Изобретение относится к области электротехники и предназначено для регулирования и стабилизации переменного напряжения в системах электропитания электротехнически, радиотехнических, радиоэлектронных и других установок.Известны стабилизаторы переменного напряжения 1, 21. Один,из известных стабилизаторов содержит регулирующий орган на встречнопараллельно включенных 1 тиристорах, измерительный орган, широтно- импульсный модулятор, тактовым входом подключенный к выходу синхронизатора, подсоединенного к питающей сетч. а управляющим входом - к выходу блока сравне ния, один из входов которого подсоединен к,источнику задающего, напряжения 11. Недостатком известного стаби является низкое быстродействие регулирования, обусловленное нал контуре обратной связи инерционт на (К 1.-фильтра). Кроме того, рег ние выходного, напряжения стаби связано с изменением его фор фильтр же позволяет получить дос информацию о контролируемой только при определенной форме ,руемого сигнала. При ее измен грешность измерения возрастает,водит к сниженшо точности стабилизации сувеличением глубины регулирования.Второй пз известных стабилизаторов,являющийся наиболее близким техническим решением к изобретению, содержитрегулирующий орган, включенный в однунз силовых шин, блок управления с синхронизатором, подключенным входом к входным выводам, управляющий вход блока управления подсоединен к выходу блока сравнения, один вход которого подключен к,источнику задающего напряжения, а другойвход к выходу измерительного органа 121.Недостатком известного стабилизатораявляется, низкое быстродействие, что обусловлено наличием двух постоянных времени в контуре регулирования постоянныхвремени 1 хС-цепей измерительного органа,Кроме того, симметрирование полуволн выходного напряжения путем изменения постоянных времени заряда конденсаторовКС-цепей приводит к снижению точностиконтроля, выходных напряжений при ихглубоком регулировании,Целью изобретения является повышениебыстродействия, точности стабилизации иулучшение условий симметрирования выходных напряжений,Поставленная цель достигается тем, чв стабилизаторе переменного напряжен(4) содержащем регулирующий орган, включенсный в одну из силовых шин, блок управленсия с синхронизатором, подключенным входом к входным выводам, причем управляющий,вход блока управления подсоединен к выходу блока сравнения, один вход которото подключен к источнику задающего,напряжен)ияа другой вход к выходу измерительного органа, измерительный орган выполнен в аиде четырех одинаковых каналов, каждый из которых через дополнительно введенный последовательный ключ соединен с соответствуюгцей вторсичной обмоткой дополнительно введенного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выходным выводам, каждый канал содержит )интеграгор с памятью, параллельный ключ, согласующий элемент и формирователь импульсов, причем вход синтегратора подключен к входу канала, выход к согласующему элементу, вход которого зашунтирован параллельным ключом, управляющий, вход которого подключен к выходу формирователя,импульсов, вход которого соединен с управляющим входом сосответствующего последовательного ключа, выход согласующего элемента каждого канала подключен к,входам соответствующих дополнительно введенных ключевых элементов, выходы которых подключены к соответствующим входам блока сравнения, при этом входы формирователей им)пульсов си управляющиг входы ключевых элементов подключены к соответствующим выходам дополнительно введенного четы(рехтактного пересчетчого узла, вход которого подключен к выходу оинхронизатора.На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого стабилизатора переменного напряжения; на фиг, 2, 3 показаны временные диаграммы, иллюстрсирующие ее принцип действия.Стабилизатор переменного напряжения содержит регулирующий орган 1, выполненный сна встречно-параллельно включенных тир(исторах 2, 3 с снагрузкой 4 на выходе. К выходу регулирующего органа 1 подсоединена первичная обмотка 5 трансформатора 6, вторичные обмотки которого 7 - 10 через последовательные ключи 11 - 14 подключены ко входам четырех одиснаковых каналов 15 - 18 измерительного органа 19, каждый канал ссостоит из синтегратора с,памятью 20, выход которого зашунтсирован параллельным ключом 21 )и соединен со входом согласующего элемента 22. Управляющий вход ключа 21 подключен к выходу формирователя импульсов 23. Выходы всех каналов, образованные согласующими элементами 22, через селектор 24, состоящий из ключевых элементов 5 - 28,и сумматора 29, соединены с одним,из входов схемы сравнения 30, Другой вход схемы сравнения 30 подключен к источнику зада 5 10 15 2 О 25 ЗО 35 4 О 45 50 55 60 65 ющего напряжения 31, а ее выход соединен с управляющим входом блока управления 32, Вход четырехтактного пересчетного узла 33 подключен к выходу синхрончзатора 34, входом подсоединенного ко входу регулирующего органа 1. Входы формирователей импульсов 23 каналов 15, 1 б, 17, 18, управляющсие входы последовательных ключей 11, 12, 13, 14, а также управляющие входы ключевых элементов 25, 2 б, 27, 28 селектора 4 подключены к вь:ходам пере- счетного узла 33.Стабилсизатор работает следующим образом.Напряжение питающей сети 35 (показано тонкой линией) поступает на вход регулирующего органа 1 и на вход синхронизатора 34. На выходе регулсирующего органа 1 оно преобразуется в напряжение 3 б, а при каждом переходе через нуль,на выходе оинхронизатора 34,выделяется последовательность кратковременных импульсов напряжения 37. Импульсы 37 поступают на тактовый вход четырехтактного пересчетного узла 33, на выходах которого генерируются прямоугольнь(е,имспульсы напряжения 38 - 41, сдвинутые относите льно друг друга на 180 эл, град, (полупериод напряжения 35). Эти импульсы поочередно замыкаюг последовательные ключи 11 - 14, подключая при этом входы синтеграторов с памятью 20 каналов 15, 1 б, 17, 18 измерительного органа 19 к вторичным обмоткам 7, 8, 9, 10 трансформатора б. В результате этого на входы всех интеграторов с,памятью 20 на,интервалах замкнутого состоян)ия ключей 11 - 14 поступают напряжения, пропорциональные выходному напряжению 3 б ре. гулирующего органа 1. Происходит ннтзгрирование этих напряжений, причем каналы 15, 15 поочередно;интегрнруют напряжение 3 б,в его положительные полупериоды, а каналы 17, 18 - в отрсицательные. Выходные,напряжения 42 - 45 интеграторов с памятью 20 во время замкнутого состояния ключей П - ,14 изменяются по интегральному закону, а после,размыкания этих ключей запом)инаются на уровнях, достигнутых в процессе интегрирования (горизонтальные участки кривых 42, 43, 44, 45). Величина этих уровней определяется спо формуламгде У,;У 1, 017, Уд - запомненные уровни напряжений на выходах каналов 15 - 18;Уз 6 (1) ф нкция контролируемого на выходе регулирующего органа 1 напряжения;К - общий коэффициентпередачи каждого канала, равный произведению коэффициента трансформации и коэффициента передачи интегратора;и = 1, 2, 3, 4- периоды контролируемого напряжения. Из выражений (1) - (4) можно видеть, что уровни выходных напряжений интеграторов с памятью 20, достигнутые в результате интегрирования, пропорциональны среднему значению контролируемого сигнала,независимо от его формы.Одновременно с подачей на ключи 11 - 4 напряжения 38 - 41 поступают на входы формирователей,импульсов 23 и преобразуются на их выходах в мгновенные,импульсы напряжений 4 б - 49 (например, путем дифференцирования напряжений 38 - 41 по ,их переднему фронту). Выходные напряжения 4 б, 47, 48, 49 (фиг, 3) формирователей 23 прикладываются к цепям управления параллельных ключей,21, замыкая их на время своей длительности, и эти ключи зако,рачивают выходы интеграторов с памятью 20. При этом напряжения 42 - 4 б обнуляются и происходит подготовка, интеграторов с памятью 20 к очередному интегрированию.Напряжения 42 - 45 через согласующие элементы 22, образующие выход каналов 15 - 18,измерительного органа, подаются на вход селектора 34. Его ключевые элементы 25 - 28 замыкаются в определенном порядке прои подаче на их управляющие входы выходных,напряжеаий четырехтактного пересчетного узла 33. Так, иапример, ключ 25 замыкается напряжением 40, ключ 2 б напряжением 38, ключ 27 - напряжением 41, а ключ 28 - напряжением 39. В результате этого из .напряжений 42 - 45,выбираются участии, соответствующие интервалу,интегрирования каждой последующей одноименной (т. е. положительной либо отрицательной) полуволны напряжения Зб, Сформированный сипнал обратной связи 50 с выхода сумматора 29 поступает на один из входов схемы сравнения 30, на другой вход которой подается, выходное напряжение 51 источника задающего напря;кения 31. Полученный в процессе сравнения напряжений 50, 51, сигнал ошибки 52 прикладывается к управляющему входу блока управления 32, где также сравнивается с на 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 пряжением 53, например пилообразным. Полученные на выходе нуль-органа блока управлвния прямоугольные напряжения 54 дифференцируются выходными каскадами блока управления по переднему фронту, преобразуясь при этом,в напряжение 55, которое с выхода блока управления 32 подается,на управляющие электроды тиристоров 2, 3 регулирующего органа 1. Положение импульсов 55 относительно момента перехода через, нуль питающего напряжения 35 определяет углы управления а, и а тиристорами регулирующего органа 1,В зависимости от характера нагрузки 4 может быть два варианта выполнения последовательных ключей 11 - 14, Так при работе стабилизатора на активно-,индуктивную нагрузку они должны быть управляемыми. Это исключает получение, неточной информации о выходном напряжении стабилизатора, которое обусловлено,затягиванием процесса выключения тиристоров индуктиьностью нагрузки. При активной же нагрузке этот процесс отсутствует и управляемые ключи могут быть заменены,неуправляемыми. В этом случае связей между выходами пересчепного узла 33,и управляемыми входами ключей 11 - .14 нет.В данном стабилизаторе переменного напряжения осуществляется раздельное управление встречно-параллельно включенными тиристораии. Это достигается благодаря тому, что момент отпирания тиристора на каждом последующем интервале его работы определяется только величиной сред,него значения напряжения (при постоянстве задающего напряжения), полученного в результате его работы на предыдущем интервале. При этом значительно повышается быстродействие регулирования (оно характеризуется запаздываниемне превышаюшим периода питающего напряжения). Точность стабилизации .выходного напряжения не зависит от глубины регулирования, так как сигнал о бр атной связи про пор цион ален среднему значению выходного, напряжения ,незнвисимо от его формы. Данное устройство также улучшает условия симметрирования полуволн выходного ,напряжения, Симметрирование может производиться только путем изменения коэффициента передачи,интеграторов с памятью. Формула изобретения Стабилизатор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган, включенный в одну из силовых шин, блок управления с синхронизатором. подключенным входом к входным выводам, управляющий вход блока управления подсоединен к выходу блока сравчения, один вход которого подключен к источнику задающего напряжения, а другой вход к выходу измерительного органа, о т л,и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения быстродействия, точности стабилизации и улучшения условий симметрирования выходного напряжеиия, измерительный орган выполнен в виде четырех одинаковых каналов, каждый из которых через дополнительно введенный последовательный ключ соединен с соответствующей вторичной обмоткой дополнительно введенного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к выходным выводам, каждый канал содержит,интегратор с памятью, параллельный ключ, согласующий элемент и формирователь импульсов, причем вход интегратора подключен к ,входу канала, выход - к согласующему элементу, вход которого зашунтировая параллельным ключом, управляющий вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого соединен управляющим входом соответствующего последовательного ключа, выход согласуюшего элемента каждого канала подключен к входа м соответствующих дополнительно введенных ключевых элементов, выходы которых подключены к соответствующим входам блока сравнения, при этом входы формирователей импульсов и управляющие входы ключевых элементов подключены к соответствующим выходам дополнительно введенного четырехтактного пересчетного 10 узла, вход которого подключен к выходусинхронизатора. Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе:1. Окунь С. С., Сергеенков Б, Н., КиселевВ. М. Трансформаторные и трансформаторно-тиристорные регуляторы-стабилизаторынапряжения. МЭнергия, 1969, с, 145 -153, рис. 4 - 7.20 2. Авторское свидетельство СССРЛо 243046, кл. 6 05 Р 1(44, 1969.оввай 1 диг. у Составитель А. КолоколкннТехред Н. Строганова Редактор В, Левятов Корректор И. Симкина Заказ 858/1073 Изд. М 544 Тираж 1015 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушскал наб., д. 4/5 Тип. Харнк. фил. ппед. Патент