Система стабилизации электрической величины

(23) Приоритет 24.01.77 по п.19,01.77 по п. (43) Опубликовано 30.04.80. Б (45) Дата опубликования опи о делам изобретенРИЧЕСКОЙ Устройство относится к системам, автоматического уелулирования и улравления,в частности к мощным и высоковольтнымисточникам почитания пюстоянным налряжепием высокой точности.Известны системы стабиллзации электрочеокой величвны р 1, 21.Наиболее близисим техническим решением к:ивобретению являетоя система стабилизации электричеакой величины, содержадщая по нключенный в.содом к ахюднымвьивюдам первый управляемый,регулятзр,сравнивающеусилительный узел, подключенный входом к датчику стабилизируемойэлектричесиой величины, второй улразляемый репулятор 2,К,недостаткам этой системы стабилизации относяпся низкий КПП, высокие лульсацил, низкие устой новость и точность.Цель, изобретения - повышение КПД,уменьшение пульсаций и повышение устойчивости и точносви.Цель достигается тем, что в системестабилизации электрической величииы, содержащей подключенный входом к входным выводам пер 1 вый управляемый регулятор, сравнивающе-усилительный узел, подключенный входом к датчику ста билпзируемой электричеакой величины, второйуправляемый регулятор, управляющий вхюд лерв оно улар авляе мого регулятор а соединен через лервый введенный согласующе-усилительный блок с выходом оравнивающе-усилительного узла, а выход второго управляемого регулятора связан с выходом аравнивающе-усилительного узла через введенный второй оогласующс-уси. длительный узел, лричем,второй управляемый регулятор вылолнен на базе ооединенных лоследовательню дросселя, включенного последователыно в,выходную шину на выход лер,вого улравляемото регулятора, и активного регулцруемоло элемента, силовая цепь,которого включена между выход. ными шинами.Кроме того, в случае иопюльзювания системы в области высоких:нацряжений один из оиловых электродов активного регулирующего элемента лодключен к ооответствующей выходной шине через введенные параллельно ооедпненлые резистор и конденсатор,В случае пслользопзаиия оистемы з области нпзооих налряженпй адин лз,силовых электродез гктивногю регулпд ющего элемента пс 1 дключен,к соответствующей выходной шине непосредственно.В качестве первого управляемого регулятора предлагается применять улравляемый выпрямитель или,выполнить его на40 45 50 55 60 65 оазе управляемого дросселя насыщения.На фгпг. 1 представлана принцилиальная электрическая схема системы стабилызацигг электричейпой величины, в качестве которой, взято напряжение; на фиг.2 - 5 варианты схем системы стабилизации,В соответствии с фиг. 1 система стабилизации содержит подключенный входом к входным выводам управляемый регулятор 1, в качеспве которого может быть использован управляемый вьппрямитель, сравниаающечуоилительный узел 2, состоящий из усилителя 3 посюяннаго пока и,источника 4 опорнаго (задающего),напряжения, датчик 5 стабигпизируемой электрической величины в наврузке 6, Выход усилителя 3 постоянного тока через первый согласующе-усилительный узел 7 и блок 8 улравления соединен с уп 1 р авляющим входом управляемого регулятора 1, Выход усилителя 3 постоянного тока соединен также через второй оогласующе-усилительный узел 9 с унравляющим:входом второго управляемопо .репулятора 10, выволненного на базе дросселя 11 и активного регулирусмово элемента 12, силовая цепь которого;включена между выхолнымси шарипами. Система также содержит резисторы 13 - 19 г конденсаторы 20 - 23,Схема на фиг, 1 показана для случая, когда управляющий вход второго регулятора цримьпкает к общей шине, а также при отрнцательгпой полярности общей выходной шины.На фиг. 2 показан вариант схемы системы стабилизации, когда общая шина :гмеет положптелынуго полярность.В этом случае между угправляющим входом,второго репулятсра и выходом второго согласующе-усилительното узла 9 зключены разделительный узел 24, а Гакже резистОр 25, конденсатор 25 и дроссель 27.Схемы на фиг. 1 и 2 предназначены для табпглнза,гпии напряжения. В случае стабиспизации тоска датчик 5 стабилизируемой злеквричеакой величины включается в цепь нагрузки. Этот вариант системы стаоилизации показан на фиг. 3,На фиг. 4 изображен вариант схемы системы стабилизации, когда дервый регулятор 1 вьпполнен на базе управляемого лросселя 28 насыщения, управляемого от усилителя 29 мощностисовмещающего функции,порного оогласующе-усилительного узла 7 и блока 8 управлення.Управляемый дроссель 28 насыщения подключен,к питающей сети через трансформатор 30 и имеет вьпгпрямитель 31,на выходе, при этом если ,на фиг, 1 в качестве актгпвного,регулируемого элемента 12 .ипользована электрическая лампа, то на фиг. 4 - транзистор. Кроме того, на выходе вклгочен конденсатор 32. 5 1 О 15 20 25 30 35 На фгпг. 5 псгказан вариант схемы системы стабилизасции при вьпполненки первого регулятора на уцравляемом,вьппрямителе и акасинного регулируеаапо элемента 12 на транзисторе и при использовании в области низких,напряжений, когда одни из электродснв акти(вносоо регулируемого элемента 12 подключен к выходной шине непоередспвенно, а блок 33 оовмещает функции сравнивающе-усилительного узла 2 и датчика 5 стабилизируемой электрической вел,ичины,В соопветспвии с фиг. 1,первый регулятор 1, в:качестве которого можно исгпользовать апра(вляемый вьппрямитель, подключается к трехфазной промьпшленной сети или,к сети повьпшенной (вьпсокой) частоты, в частности к однофазной промышленной сети, если этодопустимо с позиции потребляемой управляемьпм вьппрямителем моппности. Выбор сети питания и структуры управляемого вьслямителя может определятьоя требсваниями к,компасстности системы в целом.Первый сагласующе-уоигпительный узел 7 вьппоспняет функцию согласования входниго сопротивления блошка 8 управления с выходньгм сопротивлением усилителя 3 востоянного тока. В частном случае это эмиттерный павторситель, если не требуется согласования,по фазе в контуре обратной связи, замыкающемся через управляемый вьппрямитель. Второй соглаоующе-усилительный узел 9 вьпполняет функцию усиления сигнала и, кроме этого, функцию описанного согласующе-усилительного узла 7. Разделительный узел 24 (фиг. 2),предназначен для разделения по постоянному току управлягощего входа второго регулятора, находящегося иод высоким потенциалом, и второго согласующе-;усилительного узла 9, гприиьпкающего к общей шине системы. Конструктивно разделительный узел 24 может быть вьпполнен в виде трансформатора или схемы на емкостных связях. В отдельных случаях, например при питании от сети,повышенной частоты, дроосель 11 может отсутствовать, его может заменить, в частностииндуктивность силовой цепи управляемово вьппрямлтеля, Резистор 1 б и конденсатор 21 образуют цепь автоматического смещения. Резисторы 13, 14,создают требуемый режим для работы:второго регулятора - в апре- деленных условиях конкретной схемы резкпстор 14 и конденсатор 20 могут быть исключены,из схемы. Конденсатор 2 б и дроссель 27 (фиг, 2) являются элементами .резонансыого контура для технологической цели; он вклгочается в систему только в,период ее наладки и настройки, после чего этот, контур может быть отключен, так как существениого значенсия в рабочем состоянии он не,имеет; при,достаточном опытенет необкодцмоспи в использовании этого резонансного контура и прц наладке.Уиравляемый вьппрямцтель,ввцду его специфсики обладает ограниченным быстродейспвием, Поэтому стабилизирующие своцспза системы 1 нЯ,постояином токе и з области низких частот определяются параметрами системы, замд(1 нутой через первый рсг.лятор 1. С,возрастанцеы частоты возмущающего 1 воздейст 1 вия растет стабилиз.1- рующая роль втораго (быстродействующгго) 10 регулятора. Оба регулятора работаот в системе на принсципе регулирования по отклонению, Они оба вьпполняют свою срункцию регулирования по отношению к любому действу 1 ощему,на систему возмущению. Допустим, чпо увеличился с апре целеннос скоростью ток напрузкц. В сзязц с 11 величенНем тока нагрузси ухсньшяется абсолютное значение напряженця на выходе системы, а на входе усилителя 3 постоянного тока образуетая сигнал, восПроизводящий выходное наП 1 ряженис сстемы ссотВетствии с первдатсчной фугпкццей 1 змерцтельного устройст 1 ва. Этот сигнал усиливается усилителем 3 Постоянного тска и поступает по ч(аналам уиравления оооцх рзгуляторсв. ПерВым реагирует на изменен:1 е тока НЯПрузки Вт 1 орой регулятср 10, акт Овный регулируемый элемент 12 начинает подзапиграться, а дроссель,11 поддерживает прежнее значение тока, Через снскоторос Воемя встуПает,в дейспвие цнерцпонныц и:-рвый рсулятс 1 р 1, т. е. например управляемый Высрямитель, и окоснчатсльно сбц:(- с:.рует новос значение на)ряжения с 5 ист."мы. Вызванное нсВым устанс 1 зц 1 вцимая значетгцем ткана нагрузки; величина нового знг. червия наиряжения на выходе ссистсмы опр:- делястся коэффициентом стабцлсизаццц стсмы.Аналогично сПисанНому система редг . - рует на любое другое возмущение, з т,м ч 1.сле на пульсацию напряжения на Выходе - р Являемого ВыПрямителя, при этом спульсгцця напряжения уменьшается только с помощью второго регулятора, который способствует 1 повььшениО устойчивости сцсте(яь, в определенной степени прелятствует кдчдлу развития колебательного процесса. Если В работающей системе ВыклОЧ 1 Ть втог -.,Й регул ятср, то почти всегда система .: реход 1 т в автоколебательный режим, Система нс трабует фильпруОщНк устройств з с:лс)зо части уиравляемого выПрямцтелясхеме уиравления им, это является поло;:цтсльным факторсм, псзышдюшцм с стойчцвость. Система устойчиво раоотаст.м 1 чеак) О, индх 1 кти 1 вн) 1 О, емкости) О, т. кжс,смешаниую нагруэ(у.Текнико-экономичеакий эффект цзоб . Тс Ц(1 Я ССПРЕДЕЛЯЕтСЯ ТЕМИ ИРСЦМУСЦЕСПЗаМЦ. ксторымц о:1 о обладает перел, лучшц) . Нзвестнымц тем:1 цчеакими решенцяп в результате максимальнопо прсиближенсия ее,к непрерьпно 1 системе рсгулцрован 11 я: повышаетая качество регулирования по всем показателям; повышается устойчивость регулирования; исключаются цз системы фильт;)ующие элементы,Прц подаче сигнала в эталонную частьсистемы с)н 2 может раООтать с высокОЙ точи" стью кз.( сверхмощныЙ тсцлцтель пОстО 51 нс) О ТОКД З ВССЬМЯ Ц 1"Ц(ОХ Ч,ДСЯЗСЦС1 О ч 2 стот.Нг фцг. 3 показан здрцднт сксмы сцст ь. Стдоцлцздццц, кс.гдд стабцлцзцруемойЗе, с 1 ч:ной нзлястся тск В нд;ртзкс 6 (3 каче тзг к тсс Й 1.с(1 ользс-я, в чгстнсстц,5 электромаги:т). Процесс стабилизации протак" ет д:1 ялог 1 но с 11;сгццоху. Ддтч 11 к Ос;ясл 1 лцзцз см";О параметра (тэка) ".,(л 10,3 цс,ь ндгртзхц. Усто 111 НВ, сть сцст" мьи дд: - 11 ом случае может оыть повьш)сцд20 с,)едстзамц ксррекццц, в частности блок.- ,)сзанцем нагрузиц 6 1(С-цапсчко 1, а ддтч:1 кц тсс д - конденсатором.Система не требует фильтруОщцк уст".Ойств кгк з слгзой цапц управляемого25 г ь. - рямцтеля, так ц з сцстс)е ус)разленсцяи м, это я Вл я ется положительны м фа ктором,П; ЗЫШДОГЦЦМ ЕЕ УСТОЧЦВОСТЬ.На фиг. 4 показан Вариант схемы системз., где,з качестве первого регулятора 1 цс 30 и: - .1 зсзгн регулятор на базе дросселя 28ндсыцс)Ня, прявля 1 ощяя Обмоп 1(2 кото, рогоВключснг 1( Выкаю тсцлцтеля 29 мощности,наполняющего функции согласуОще-ус)лцтельного узла 7 и блока 8 управления в сос)тветспвцц с фиг. 1.Вход дросселя 28 насыщения прцсосдцнен к трансформатору 30 цлц непс;средственно к питающей сети, а выход - к выпрямителю 31, на выходе которого ц установлен40 второй регулятор 10 (быстродеСтю ющпй) .Этот варцаснт схемы не сцчест явно выра.женного сцсточнцка эталонного няпяжсцця.Егс роль может выполнять стабилизаторНапЯ)КЕНЦЯ На ОСНОВЕ ЭС)фснтд ОССКОНЕЧЦО 45 го усиления. которы осуществляет пцтянцсус:1 лцтеля 3 постсянного тока. На выкалаустановлен конденсатор М, В 1 кс 11 оченныЙпа)Яллсльс 1 О нагрузке 6. Устройство цс содержцт ф:.1 льтра в сбшепрццятом предстдв 50 ленц 1. 1 хс 5 дсн "атер 32 предназначен дляОоеапеченця устоцНзостц.Работа оооик регуляторов неразрывносвязана между сОООЙ, каждыЙ цз нцх В Отдельнсстц не может обсспст 1 тс,постдвлсц 55 ной цели. Прц воздействии возмущения кдкц з;приваденных схссмах решенцяк церзьреагирует на него второй (оыстродейстзующцй) регулятор 10. 11 скодя цз оснсвной заДг(Д ЭТОГС),РЕГУЛЯТОРЯ, РЯООЧЕЕ НдсРЯ)КСНЦС(транзцстор: з показа".н;и здрцд 1 тс схсмь:) устгнявлцВястся незначительным относ,: тельно Выходного напряжения устройства.Правильная работа каждого регулятора65 обеспечивается соответствующим фазцровд731426 Г и:См сигналов в цепи отрнц 11" сл 1:1 дй Об;)Зтной ОЗязи. Для ког 1 т),)(ГНВд,)б : 1 ния зада ц фаз;(рдванця усилитель ."г мд:ц 1 дстц имеет два в(одз - прямой 11:,.;:.,;- иь 1 Й, ТОнст 1 э мстрОЙс Рвз Ол)едсл 51 сс 51 гл,- дНн)Й Огрцц 1 тсльгг 1 ди дрзтцди сзяз 1. Втдрди 1 б)1 сто О 1 с 1 стз)г 10 ш 1 Й) ре: с)1. т) с 1 ОСДС Т 3 СТ, КЗЛ И ВД ВССг( Ы:1 ЗСДС.ИЬ: К .;2- ,.(1:1 Та., ПОЗЫ 1 НСГ 1 И)О 5 СТОЙ гНвдст:1.УСТРО 1 СтЗО НЕ СОУС)РгКИТ фцЛЬТДЯ, :1 Э. От фактор также пдвышаег устойч:3;:сгь и точность системы.По отношснцО и О)Стемам )с. - улц)дзд - 1;я нз дрдсссляк В дз:нсм сл)имсто бдлсе высо:(ий КПЛ, бдлее высок)с ЕЗ 1 ССТВЯ В 1 ИОЗМцйЫ ц СТЗТИКС, 1:)алт:)1 ССК. нсдгрзнигОнная мо;цндсть. Нз фзГ. 5 псНЯЗЯТ 1,ВЯРизнт с.асмы в н;13- 1;Вольт)3 Ык ре)кима(, когда 3 каестзе рсгулируемдгд актиВидго элсмс: Та 12 использован тра)зистор, один из силдзык дл. ктродов котодого подключен и силовой шцие непосредспвецно, а база через разделительный узел 24 - к зы.(од 5 бло;( 1."), ссзмешаюшего фуныцНи датчика стабилцзцрусмого параметра и сравнцзаюшс-усилитслного узла,Формула изобретения 1. Система стабилизацц) электричсскдй величины, сддар)кашая пддклОчс;1:Ыц в.(одом,к вкодным,выводам первый управляемый блоком упраВления регулятор, срав 1 ивающс-усилительгЫй узел, пдкл)очсццый В.(одом к датчзпа стабилиз)рус)Ой элсктричеакой величины, второй управляемый рсгулятор, отл ич а юши й ся тем, что, с целью повышения КПД, уменьшения пульсацгий и повышения устойчивости и ТОг 1:ОСТИ, УПРЗВЛЯЮГЦИй 3ОД ПЕРЗОГО унтера влясмого регулятора связан через цсдвый введенный согласук)н 1 ,силн:сль цй УЗЕЛ С ВЫКОдагМ СравнцзаН 1 - , С: ЛчТСЛЬНДГО УЗЛа, а В(ОД ВтОРДГО 11)ЗВГЯСМг)- го рс)улятора авязан с )Вы(д)1 д) сдзз 1:. - 5 Вак)ш 1 е-усилительного узла через введен:1 ыйвт;)рои согласуОшеусНлитог 1 Н 1.1 уз л, причем Второй уиразл 5 емый рс. улятдд ВЫгц)ЛНСН На баЗС ддЕдИНЕННЫК Ид Л:д-з тсЛЬЦО ДРОССЕЛЯ, ВКЛОгС 1 НОГО ИОС)с.-сз - 1 СЛЬНО в Вы:(ОгДНУ 1 О Ц)ин ИЗ ЗЫг(ДД .1 С;333 ) у:равляемого регулятора и Зкт 35 Сгд р.- улируемого элемента, сила 325 и "1 ь:(дтд. - ;, ь:(лочегна мажЛТ вы.(ддпымц ш:1:ам:1,2. Си с те м а и д п. 1, о т лч а к) ш з ч с -.15 тем, что в случае иапользова 5 ния системы вООЛйсти ВЫСОКИК НЗПРЯгКСНИйсцлдВы электродов 2:(и: ногд рс-, л: ) мого элсгмента подключен ч. соо гвс. ству:дЩЕй ВЫКОДНОй Шн:Е гЧЕРСЗ ВЗС 1 С ИЫС : - 20 раллсльно соезинен:ые резистор: кс:дс -са тор.3. Систегма гло и, 1, о т л и ч а ю ш г я с дтем, что в случас иапольздВания системы 3 области низкик напряжений од.и из с;лд г,ык электрод)в актиВног 1) регулчуОщс: )ЭЛЕМЕНта ПОДКЛОгСЦ,К СаатзстСтВУ:Д;Ц, .вкодндй шине непоарадствецно.4. Систсма по п. 1, отлц Яюц(аясятем, что в качестве первого празляемогд 30 рсг) лятсра цспользован ) праВл 5 е.ы 1г 115. СНстсма по п. 1, отл ич а ю ш а я с 3тем, что уираВляемый регулятор Выполнен г 12 баЗЕ уПраВЛяЕМОГО дрОССЕЛя НаСЫШЕНИЧ.35 Источники информации, принятысвнимание при экапертизе;1. Авторское свиделельспво СССРЛЪ 365694, кл. С 05 Н 1/56, 1973.40 2. 1 дмеников В. И, и Казанский Л. М,СтабилизироВанные ,источники электро(1 цтапи 5 судовой радиоэлектронной Яп 11 аратуры. Л., Судостроение, 1971, с. 240.(Рог.зСоставитель В. Круглова Техред В. Серикова Редактор И. ГрузоваКорректор С. файнЗаказ 360/590 Изд.263 Тираж 956 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Тип. Харьк. фил. пред. Патент