Регулятор переменного напряжения

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯ(53) УДК 621 316 . 722 (088.8) Дата опубликования описания 02.07,80. и электротехники при Томском институте автоматизированных,(54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим регуляторам переменного напряжения, и может быть использовано в качестве источника питания для аппаратуры радиоэлектроники, средств связи, электротехнических установок, особенно в тех случаях, где важны минимальные массо-габаритные характеристики, требуется повышенное быстродействие регулирования и стабилизации напряжения и его высокое качество.По основному авт.свид,589681 известен регулятор переменного напряжения, содержащий модулятор и демодулятор, выполненные в виде однофаэных мостовых инверторов на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью. Диагональ модулятора образует входные зажимы, подключенные к сети,.диагональ демодулятора включена в рассечку между входным и выходным зажимами, а в другие диагонали модулятора и демодулятора включены обмот 2ки высокочастотного трансформатора.Схема управления содержит задающий.генератор, один иэ выходов которогосвязан с управляющими входами ключеймодулятора, а два других через двафазосдвигаюших блока, один из которыхвыполнен с управляемым углом задержки,а другой - с управляющим углом опережения, соединены с управляющими входами двух пар смежных ключей демодуля 10тора. При этом управлятощие входыобоих фаэосдвигающих блоков объединены Я.Известный регулятор переменногонапряжения характеризуется высокими15массо-габаритными показателями, повы-.шенным быстродействием и позволяетполучать выходное напряжение высокогокачества,ъ20Однако с помощью этого регулятораможно производить регулирование питающего напряжения только по разомкнутомуциклу, что зачастую позволяет использовать его лишь в качестве исполнительного органа в источниках питания и существенно ограничивает его функциональныевозможности.11 ель изобретения - расширение функциональных возможностей регудятсрапеременного напряжения,Поставленная цель достигается тем.,что в регулятор переменного напряжениявведены входной и выходной фидьтры,датчик перехода выходного напряжениячерез нуль, выходом подключенный ковходу распределителя импульсов, источникзедающего напряжения и измерительныйорган, входами подсоединенный черезтрансформатор к выходному фильтруавыходом - к одному из входов дифференциального усилителя, выход которсгоподключен к управляющему входу схемыуправления регулирующего органа, адругой вход - к источнику задающего,напряжения, содержащего источник опорного напряжения и генератор пилообразного напряжения регулируемой амплитуды, причем управлявшие входы упомянутого измерительного органа подключенык выходам распределителя импульсов,е управляющий вход генератора пилообразного напряжения соединен с выходом датчика перехода выходного напряжения через нудь.Кроме того, измерительный орган выполнен в виде двух одинаковых каналов.и селектора, причем каждый канал содержит интегратор с памятью, выход которого зашунтирован ключом и через согласующее устройство подключен к одномуиз входов селектора, при этом управляю-.щие входы измерительного органа образованы цепями управления упомянутыхключей. Интеграторы с памятью выполнены в виде однополупериодныхвыпрямителей, соединенных выходами со входами 8 С-цепей охваченных контуром положительной единичной обратной связиГенератор пилообразного напряжения может быть включен последовательно с источником опорного напряжения.,При выполнении источника опорногонапряжения в вире компенсационногостабилизатора, генератор пидообразногонапряжения может быть включен в цепьего обратной связи,Не фиг 1 приведена функциональнаясхема регулятора переменного напряжения, на фиг. 2 - временные диаграммы,иллюстрирующие работу регулятора. 4893 4Регулятор переменного напряжениясодержит регулирующий орган 1, подсоединенный через входной фильтр 2 к зажимам питающей сети. а через выходнойфильтр 3 - к нагрузке 4, Регулирующийорген 1 состоит из модулятора 5 идемодулятора 6, выполненных в видеоднофазных мостовь;х инверторов наполностью управляемых ключах 7-10 к10 1 1- 14 с двусторонней проводимостью,соответственно, причем диагональ модулятора 5 подключено параллельно входному фильтру 2, а диагональ демодудятореб включена в рассечку проводов междувходными 2 и выходными 3 фильтрами.Другие диагонали модулятора 5 и демодулятора б подсоединены к обмоткамвысокочастотного трансформатора 15.Управление работой ключей 7-10 и20 11-14 регудкруюшего органа 1 осуществляется с помощью схемы 16 управленияс задающим генератором 17, один выходкоторого связан с управляющими входами кьцочей 7-10 модулятора 5, а другой;,5 через фазовый блок 18 с управляемымуглом задержки связан с управляющимивходами смежных ключей 11 и 12 демодуляторе 6, Третий выход задающегогенератооа 1 7 через второй фазосдвигею:-:о ший блок 19 с управляемым углом опережения соединен с другой парой смежнькключей 13 и 14 демодулятора 6, пркэтом входы феэосдвкгаюшкх блоков 18и 18 объединены и образуют вход схемы35 16 управпечия,Параллельно выходнсму фичьтру 3 под-.кдючен трансформатор 20, вторичные ооБ и В которого подсоединены впротивофазе к сигнальным входам ь змеоитедьного органа 2 1, выполненного в виде двух одинаковых канадов, содержащихинтеграторы 22 и 23 с памятью выходыкоторых зашунтированы ключами 24 и5 к через согласующие устройства 26к 27 подкл 1 очены кс входам селектора28. Каждый из интеграторов 22 и 23состоит из одцоподупериодного выпрямителя 28, интегрирующей Я С-цепи резистора 30 и конденсатора 3 1) охваченной с помощью согдасующего устройства 32, выполненного с единичным коэффициентом передачи по напряжению положительной обратной связью. Дополнительная обмотка Г трансформатора 20 подсоединена ко входу летчика 33, переходавьг:одного напряжения через нудЬ, выходомподключенного ко входу распредедителя34 импульсов соединенного выходами с5 74цепями управления ключей 24 и 25.Выход измерительного органа 21, образованный селектором 28, подключен кодному извходов дифференциального усилителя 35, выходом подсоединенного ковходу схемы 16 управления. Другойвход дифференциального усилителя 35связан с выходом источника 3 озадаюшего напряжения, состоящего из источника 37 опорного напряжения и генератора38 пилообразного напряжения регулируемой амплитуды, при этом управляющийвход генератора 38 пилообразного напряжения соединен с выходом датчика 33перехода выходного напряжения черезнуль. При выполнении источника 37опорного напряжения нерегулируемым,генератор 38 пилообразного напряжениявключен последовательно с ним, а прииспользовании в качестве этого источникакомпенсационного стабилизатора генератор 38 пилообразного напряжения подключен в цепь его обратной связи.Регулятор работает следующим образом,При значении питающего напряженияниже номинального, регулирующий орган1 переходит в режим вольтодобавки,преобразуя при этом питающее напряжение в напряжение 39 (фиг. 2), что обеспечивается соответствующими значениямиуглов задержки Ь и опережения Я,Ь,,выработанных фазосдвигаюшими блоками18 и 19. Напряжение 39 поступает нввход фильтра 3, преобразуясь на еговыходе в сглаженное синусоидальное напряжение 40, которое прикладываетсяк нагрузке 4 и первичной обмотке Атрансформатора 20 и через Обмотку Гподается нв вход датчика 33 переходавыходного напряжения через нуль. Прикаждом переходе напряжения 40 черезнуль на выходе датчика 33 формируютсямгновенные импульсы напряжения 41,поступающие нв вход распределителя 34импульсов, Благодаря делению во времени на два, на выходах распределителя34 напряжение 41 преобразуется вимпульсные последовательности напряжений 42 и 43, подаюшихся в цепи управления ключей 24 и 25 измерительногооргана 21,иначе Таким образом, выходное напряжениеинтеграторов 22 и 23 пропорциональносреднему значению выходного напряжениярегулятора (напряжение 40) и не зависит от его формы. Процесс интегрирова ния напряжения 40 на фиг. 2 отраженмонотонно возрастающими . участкамикривых 44 и 45. При смене полярностинапряжения 40, благодаря наличию вструктуре интеграторов 22 и 23 выпря О мителей 29, на последующем полупериоденапряжения 40 уровни напряжений 44 и45, достигнутые в результате интегрирования, фиксируются, однако, вследствиепвразитного разряда конденсаторов 31, 45 величина зафиксированных уровней изменяется на всем интервале фиксации(спадающие участки кривых 44 и 45).Поскольку постоянная времени паразитнсго разряда конденсаторов 31 большая, 5 О спад зафиксированных уровней происходитпрактически по линейному закону.Перед очередным интегрированием(т.е. при последующем переходе напряжения 40 через нуль) с выходов распре целителя 34 импульсов в цепи управления ключей 24 и 25 поступают импульсы43 и 43, звмыквюшие ключи 24 и 25на время своей длительности. КонденсвОдновременно выходное напряжение40 через обмотки Б и В трансформатора 20прикладывается ко входам интеграторов22 и 23 с памятью измерительного ор- "гана 21, Так как обмотки Б и В под 4893 6соединены ко входам интеграторов 22 и23 в противофазе друг относительно друга, интеграторы 22 и 23 также работаютв противотакт, то.,есть интегратор 22интегрирует, например положительнуюполуволну напряжения 40, а интегратор23 - отрицательную. Процесс интегрирования описывается дифференциальнымуравнением1 а ,РС +О -О +ООФ с ьх су (1)где Я, - величина сопротивления резисторе 30,С - величина емкости конденсатора1531,)-(с - напряжение на конденсаторе 31,Щ- напряжение нв выходах интеграторов 22 и 23ИЮ- выходное напряжение согласующего устройства 32.Поскольку. согласующие устройства 32выполнены с единичным коэффициентомпередачи по напряжению, то И-: Муи уравнение (1) принимает вид25 бойС - = )с 1 в1торы 31 резрясеются ц выходные напряжения 44 и 45 интеграторов 22 и 23обнуляются,С выходов интеграторов 22 и 2 пепряжения 44 и 45 через согласующиеустройстве 28 и 27 поступают на входыселекторе 28,который выделяет из напряжений 44 и 45 участки, соответствуюце интерваду их фиксации, В результатеэтого на выходе селектора 28 возникаетнапряжение 48. подающееся не один извходов дифференциального усилителя 35,выполняющего роль эдеманта сравнениясигнала обратной связи (напряжение 46с задающим напряжением при одновременном усидении подуч"вцагося сигналеОшиокц, Поседний при стабидьом пте"ющем напряжении должен быть сформиро.ван в виде постоянного напряжения с ы-, -нимадьным уровнем пульсаий, а ппц астабильном имеет ступенчатую форму.В противном случае снижается точностьагулровяния и стабилизации питающе. -го непрясания, возрастает коэффициентискажений вьходного пепряжаияухудшаются энергетическиа характеристикирегуляторе в целом, Обеспачепца этогоъсдовця достигается и"тем вп.Очапия Вструктуру цсточщке 36 заде;ощего не-пряжения генератора 38 пидообрязпого .наряжения регулируемой амплитуды,Его выходное напряжеие 47, суммируясьс 1 ост 011 пным напряжением, вьраоатывяе":мым па выходе источника -7 опорногонапвяженця позволяет подучить задеоцаанапряжение 48, синфазное с сигнедом48 обратной связи, Регулируя Ямпттуд.-;пцлообрезнсго непрякеия 47, мо.осформироьать сглажанцьй сигнал 48,ошибки, поступающий на вход схемы 16управления. Под воздействием сигнале40 ошибки входное напряжение 50 задающего генератора 17 смещается физо:сдвигеюццми бдокемц 18 ц 19 и" требуемые углы задержки о.р и операкения Я . Выходные напряжения 51 й52 фазосдвгающих блоков 18 и 19подаются в цепи управления ключей 1114 демодуляторе 6, коммутируя их пязаданном временном иптегведа и обасп,чивая необходимый режим 1 еботы(водьтодобавка, неискаженная передачеэнергии, вольтодобавка) демодулятора 8регулирующего органа 1,Таким Образом у предлагаемого регу:"лятора параменцого напряжения суаственно расширены функциональные воз,О 1 хности регудятора по сравненио с извест" 1 ыми. Быстродействие регулирования и стабилизации выходного напряжения херяктеризуе" я подупариодным запаздыванием в контуве Обратной связи, ,и точность стабилизации определяется коэффициентом передачи замкнутой системы.Формула изобретения1 О1, Рагуятор переменного напряженияпо авт,св 589681, о т л и ч е ющ и й с я тем, что, с целью рясширенцяфункцкопапьных возмоностай, введены .",х входной и вьгходной фидьтры датчикпереходе вьхсц:от с не:.Пяения через нуль,выходом подцюченный ко входу распредели тедя имптдьсов, .источник задающегоагэжения и измертельный орган, ,вхо ,.11 деми по.,соединенный через трансформатор к выходпо;у фильтру, а выходом -к одному из входов дифференциальногоусилителя. ьыход которого подкдочанк блоку упревдания регулирующего орга:н це, я другой вход - к источнику зедяо,.цего напря кения,. содержащего источникОпорного няпряжаия и генератор пилообразного цапрякац 11 регулируемойе пдтуды. Нрцчем упревдяощие входы1 помяутого измеритеьного органаподключены к выходам распределителяимпульсов е управдяюший вход генере;.ора пидообразого напряжения согдипен с выходом датчика перехода вьходл .Ого наприаиця через нудь2 Ра:;-;дятор ПО ц., 1 О т д и ч а ю 1 и .; с я тем, что измерительный Орган" ОУ Нстл В В 1 Ис ДВ тъ Саитес-и ,ЯТЯ ,7 дов 1 салактсре, дрцем каедыи 1 епад,содаржит интегратор с памятью, выход.сторого зешунтировен ключом ц черезсогласующее устройство подключен кОдному из входов селектора, при этом" превдяОл 1 а вхОды измерительного Органе Образованы цепям 1 управления упомян-утых ключей.3,. Регулятор по пп.1 и 2, о т л ич е ю щ и й с я тем, что интеграторы :и с памятью выподнань; в вида Одноподуариодных выпрямителей, соединенных со входами Я.С-цепей,. охваченных контуром положительной единичной обратной СВЯЗ 1 л- " Регулятор по пп, 1-ЗО т д и,:.; е ю щ и й с я там, что генератор пидообразного напряжения включен по 744893 10следовательно с источником опорного напряжения.5. Регулятор по пп. 1-3, о т л и ч аю ш и й ся тем, чтоисточникопорногонапряжения выполнен в виде компенсацион, ного стабилизатора, а генератор пилообразного напряжения включен в цепь егообратной связи.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 589681 кл. Н 02 Р 13/14.