Устройство для регулирования напряжения

СОЮЗ СОВЕТСНИХл иРЕСПУБЛИН 5 ц Н 02 Р 9 г33":Ф Я РЕТЕ ВИДЕТЕЛЬС СК А РОВАмировасчетчика импульсо е с я тем, что,го счета второтличаю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗО(56) 1. Авторское свидетельство СССУ 974546, кл. Н 02 Р 9/30, 1981.2. Алексеев А.П., Чекменев Е.Е,Передвижные электростанции. М.,Воениздат, 1974, с. 298, рис. 4,5.ЗЛукин Н.Н., Любимов В.В. Систмы электроснабжения самолетов и вертолетов. М., "Транспорт", 1966,с. 166.4. Авторское свидетельство СССРпо заявке В 3507423/24-07,кл. Н 02 Р 9/30, 03. 10.82.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержашее фортель прямоугольных импульсов и пороговый элемент, входы которыхобъединены и являются входом устройства, три счетчика импульсов, первыйиз которых является реверсивным,два одновибратора, вход первого изкоторых подключен к выходу формирователя прямоугольных импульсов, авход второго - к выходу пороговогоэлемента, четыре логических элемента И, два генератора тактовых импульсов, выход первого из которых подключен к первому входу четвертогологического элемента И и через делитель к первому входу третьего логического элемента И, два-триггераЙ.-входы которых объединены и подключены к выходу второго одновибратора,при этом Б -вход первого КВ -триггера соединен с входом нулевой установки первого счетчика импульсови с выходом первого одновибратора,Б-вход второго 1 -триггера - с выходом переполнения первого счетчикаимпульсов, входы прямого и обратногосчета которого соединены соответственно с выходом третьего и четвертогологических элементов И, инверсныйи прямой выходы первого 6 -триггерасоединены соответственно с вторымивходами третьего и четвертого логических элементов И, а инверсный ипрямой выходы второго 15 -триггерас первыми входами первого и второгологических элементов И, выход порогового элемента соединен с вторым входом второго и через инвертор с вторым входом первого логического элемента Итретьи входы первого ивторого логических злементсюз И объединены и выход первого логическогоэлемента И соединен с входом прямос целью повышения надежности системы регулирования и быстродействиярегулирования оно, дополнительноснабжено третьим-триггером,третьим одновибратором, логическимэлементом сравнения на равно, логическими элементами И-НЕ и ИЛИ, причем выход одновибратора соединен с5-входом третьего 15 -триггера,авход - с выходом псследнего разрядатретьего счетчика импульсов, выходлогического элемента сравнения на авно соединен с 1 -входом третьегоЬ -триггера, входы логических элеов И-НЕ и ИЛИ поразрядно объеди1115198 иены один с другим и с соответствующими выходами разрядов второго счетчика импульсов и входами первойгруппы входов сравнения логическогоэлемента сравнения на равно, втораягруппа входов которого соединена свыходами разрядов третьего счетчикаимпульсов, счетный вход которогосоединен с выходом второго генераторатактовых импульсов, а один из выходов разрядов - с объединенными Изобретение относится к электротехнике, в частности к области автоматического регулирования напряжения, генерируемого энергетическимиобъектами, например передвижными 5электростанциями.Известно устройство для регули"рования напряжения, содержащееформирователь прямоугольных импульсов, пороговый элемент, генератор 10тактовых импульсов с делителем частоты, две схемы совпадения, включенных на логическую схему ИЛИ,счетчик импульсов, управляемыйсхемой начальной установки, делитель, 15логический, элемент И, схему анализа состояний счетчика и выходнуюсхему совпадения, которое формируетуправляющие импульсы с длительностью,пропорциональной мгновенному амплитудному значению напряжения, поступающие либо непосредственно на,трансформатор фазового компаундирования, либо на магнитный усилитель 13. 25Недостатком этого устройстваявляется то, что длительность(скважность) формирующегося управляющего сигнала жестко связана сотклонением величины вырабатываемо- ЗОго напряжения от заданного значения,т.е. формирование выходного сигналаосуществляется по статическомупринципу,. Это приводит к тому,чтона точность регулирования напряжения Звлияет множество внешних факторов,таких как уход параметров трансформатора фазового компаундирования,величина нагрузки генератора, изметретьими входами первого,и второгологических элементов И, четвертыевходы которых подключены соответственно к выходу логических элементов И-НЕ и ИЛИ, при этом второйсчетчик импульсов выполнен реверсивным и его вход обратного счета подключен к выходу второго логическогоэлемента И, а выход третьегоЯ 5 -триггера являетсявыходом устройства. нение параметров обмоток возбуждения генератора и т.п. В то же время для достаточно точного регулирования напряжения все параметры исполнительной части :истемы регулирования должны подбираться оптимальным образом.Известны устройства для регулирования напряжения, осуществляющие регулирование напряжения посредством использования в составе исполнительного элемента, кроме трансформатора фазового компаундирования, реверсивного двигателя уставки напряжения, подключенного к движку сопротивления уставки напряжения. Реверсивный двигатель уставки напряжения при этом выполняет функцию интегрирующего элемента и отрабатывает отклонение напряжения от номинального значения до тех пор, пока с него не будет полностью снят уп" равляющий сигнал. Тем самым регулирование осуществляется по астатическому принципу и при использовании точного измерения, отклонение напряжения может быть отработано практически до нуля 23 и 133 Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и составу элементов является устройство для регулирования напряжения, содержащее формирователь прямоугольных импульсов и пороговбщ элемент, входы которых объединены и являются входом устройства, три счетчика импульсов, первый из которых является реверсивным, два одновибратора.вход первого из которых подключенк выходу формирователя прямоугольных импульсов, а вход второго - квыходу порогового элемента, четырело гических эл емента И, два ген ератора тактовых импульсов, выходпервого из которых подключен к первому входу четвертого логическогоэлемента И и через делитель к первому входу третьего логического 10.элемента И, два КБ-триггера,К-входы которых объединены и подключены к выходу в"орого одновибГатора, при этом 3 -вход перво,го РЬ -триггера соединен с входом5нулевой установки первого счетчикаимпульсов и с выходом первого одновибратора, Ь -вход второго К 5 -триггера - с выходом переполнения первого счетчика импульсов входы пряЭ20мого и обратного счета которогосоединены соответственно с выходомтретьего и четвертого логическихэлементов И, инверсный и прямой выходы первого Я 5 -триггера соединены25соответственно с вторыми входамитретьего и четвертого логических элементов И, а инверсный и прямой выходы второго РЬ -триггера - с первымивходами первого и второго логических. ЗОэлементов И, выход порогового элемента соединен с вторым входом второгои через инвертор с вторым входомпервого логического элемента И,третьи входы первого и второгологического элементов И объединены 35и выход первого логического элемента И соединен с входом прямого счетавторого счетчика импульсов 141,Однако необходимость примененияв известных устройствах реверсивного двигателя, связанного с регулятором уставки через дополнительныемеханические элементы, снижаетнадежность системы регулирования.Кроме того, использование этик элементов накладываетзначительные ограничения на быстродействие регулирования.Цель изобретения - повышение,надежности системы регулирования ибыстродействия регулирования путем50исключения из системы регулированияряда электромеханических и механических звеньев.Поставленная цель достигаетсятем, что устройство, содержащее формирователь прямоугольных импульсов чпороговый элемент, входы которыхобъединены и являются входом устройства, три счетчика импульсов, первый из которых является реверсивным, два одновибратора, вход первого из которых подкдючен к выходу формирователя прямоугол ных импульсов, а входвторого - к выходу порогового элемента, четыре логических элемента И, два генератора тактовых импульсов,выход первого из которых подключенк первому входу четвертого логичес"кого элемента И и через делитель к1 первому входу третьего логическогоэлемента И, два н 5 -триггера, Р -входы которых объединены и подключены к выходу второго одновибратора,при этом 3 -вход первого 1 Ъ -триг- гера соединен с входом нулевой установки первого счетчика импульсов и с выходом первого одновибратора, с -вход второго Й 5 -триггера - с выходом переполнения первого счетчика импульсов, входы прямого и обратного счета которого соединены соответственно с выходом третьего и четвертого логических элементов И, инверсный и прямой выходы первого 16 -триггера соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого логических элементов И, а инверсный и прямой выходы второго 15 -триггера - с первыми входами первого и второго логических элементов И, выход порогового элемента соединен с вторым входом второго и через инвертор с вторым входом первого логического элемента И, третьи .входы первого и второго логических элементов И объединены и выход первого логического элемента И соединен с входом прямого счета второго счетчика импульсов, снабжено третьим-триггером, третьим одновибратором, логическим элементом сравнения на равнологическими элементами И-НЕ и ИЛИ, причем выход одновибратора соединен с Ь -входом третьего 15 -триггера,а вход - с выходом последнего разряда третьего счетчика импульсов, выход логического элемента сравнения на равно соединен с-входом третьего 5-триггера, входы логических элементов И-НЕ и ИЛИ поразрядно объединены один с другим и с соответствуюпими выходами разрядов второго счетчика импульсов и,входами первой группы входов сравнения логического элемента сравнения на равно, втораягруппа входов которого соединена с выходами разрядов третьего счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго генератора тактовых импульсов, а один из выходов разрядов - с объединенными третьими входами первого и второго логических элементов И, четвертые входы которых подключены соответственно к выходу логических элементов И-НЕ 1 О и ИЛИ при этом второй счетчик импульсов выполнен реверсивным и его вход обратного счета подключен к выходу второго логического элемента И, а выход третьего-триггера явля ется выходом устройства,Устройство для регулирования напряжения формирует выходной управляющий сигнал с длительностью (при постоянном периоде следования), 20 изменяющейся до тех пор (и в соответствующую сторону), пока не будет полностью отработано отклонение напряжения.На фиг.1 представлена структурная 25 схема устройства для регулирования напряжения, на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.30Устройство содержит формирователь 1 прямоугольнь 1 х импульсов по пе реходу синусоиды контролируемого напряжения через ноль, пороговый элемент 2, обрезающий входную синусоиду на заданном уровне амплитудного35 значения напряжения и формирующий по этому порогу прямоугольные импульсы (фиг.2), генераторы 3 и 4 так- товых импульсов, одновибраторы 5-7, выполняющие функции схемы начальной установки, ЯЗ -триггеры 8-10,логические элементы И 11-14, делитель 15 частоты, первый реверсивный счетчик 16 импульсов, имеющий входы прямого ,.(+Т) обратного (-Т) счета,. 12 -вход45 нулевой установки и выход переполненияпри сложении + Р на котором формируется импульс при переходе состояния разрядов реверсивного счетчика из минимального (все разряды имеют состояние логической единицы) в нулевое (состояние всех разрядов - логический ноль), второй реверсивный счетчик 17 импульсов, имеющий входы прямого (+Т ) и обратного (-7) счета и выходы разрядов Я.- Яи счетчик 18 импульсов прямого счета со счетным входом 7 и выходами разрядов Яо- Я логический элемент И-НЕ 19, логический элемент ИЛИ 20, логический элемент 21 сравнения, формирующий на своем выходе сигнал, когда на его входы сравнения А,-А и В 1-В поступают одинаковые комбинации логических сигналов, и ипэертор 22, Выход З -трйггера 10 непосредственно подключается через усилительный элемент к трансформатору фазового компаундирования либо непосредственно к обмотке возбуждения генератора, регулируя таким образом ток в обмотке возбуждения.Эквивалентным исполнением устройства для регулирования напряжения может быть замена двух генераторов 3 и 4 тактовых импульсов генератором с соответствующим делителем частоты.Принцип работы устройства заключается в вычислении отклонениямгновенного значения амплитуды на- пряжения О от номинального значения 8 щ и изменении длительности выходного управляющего импульса (при постоянном и достаточно малом периоде следования) в соответствующую сторону до тех пор, пока откЛонение не будет отработано до нуляДля определения величины отклонения О от Ц,щ из полуволны синусоиды по заданному порогу формируется прямоугольный импульс (фиг.2),Величина порога Ц должна быть выбрана .таким образом, чтобы при номинальной амплитуде выполнялось соотношение с:К 5где- коэффициент пересчета деления делителя 15 где ь - интервал между точкамипересечения положитель-ной полуволны синусоидыОщ с порогом 0- интервал от начала полуволны Ачн до начала Ът.е.ггде- период генерируемого объектом напряжения.Величина Оп при этом может быть определена из выраженияЦч Омн 5 ф,к.+ 2с Очевидно, что при таком значенииЦи и номинальном значении О ра11151венство :Кне зависит ни от значения частоты контролируемого напряжения, ни от стабильности генератора тактовых импульсов.При равенстве Ою и Он величи на разности-1 Д соответствует величине отклонения напряжения, Для того, чтобы это соответствие была близко к пропорциональному необходимо выбирать К) 1. ОДалее со скоростью, пропорциональной величине разности 2-к , на выходе устройства осуществляется изменение длительности управляющихимпульсов (при постоянном периоде следования) в соответствии со знаком разности до тех пор, пока отклонение не будет отработано до нуля,Частота следования управляющих импульсов выбирается достаточно высо кой (например, 1-2 кГц), а скорость отработки рассогласования - достаточной для обеспечения допустимой нестабильности напряжения.Устройство работает следующим об разом.Пороговый элемент 2 по порогуЬъ -У,1 ивнп 2 формирует прямоугольный импульс длительностью 12 Интервал выделяется 13 -триггером 8. Для этого по переднему фронту прямоугольного импульса длительностью " /2, сформированного по переходам синусоиды 0 р через ноль, одновибратор 5 формирует им 35 пульс, устанавливающий 13 -триггер 8 в единичное состояние, а па переднему фронту импульсас порогового элемента 2 одновибратор 6 форми 40 рует короткий импульс, устанавливающий Ь -триггер 8 в нулевое состояние. В результате управляемый прямым выходом-триггера 8 логический элемент И 14 пропускает вл45 течение интерваласчетные импульсы 1 непосредственно с генератора 3 на вход обратного счета счетчика 16. Количество этих импульсов50где Ьо - период следования импульсовгенератора 3.По окончании интервала и до 55 окончания период 7 триггер 8 находится в нулевом состоянии (инверсный выход - в единичном). На этом 98интервале управляемый инверсным выходом РВ -триггера 8 логический элемент И 13 пропускает поделенные делителем 15 враз тактовые импульсы с генератора 3 на вход прямого счета + т счетчика 16,В момент перехода из максимального состояния счетчика 16 в нулевое (переполнение по плюсу) на его выходе + Р формируется импульс, устанавливающий в единичное состояние предварительно установленный в нулевое состояние одновибратором 6 по началуимпульса 2 16 -триггер 9.Таким образом, от момента сброса лъ-триггера в нулевое состояние до момента его установки в единичное состояние отсчитывается число импульсово.=кьгде О 1 - текущее число импульсов,отсчитываемое счетчиком16 по входу +Т от начаВ случае ц, О выполняется соотношение ь К 1 При этом логическим элементом И 11 выделяется интервал к - т 2 для чего используется сигнал с инверсного выхода 18-триггера 9 и проинвертированный инвертором 15 импульс Т с порогового элемента 2.В течение этого интервала С- тактовые импульсы с одного из выходов разрядов счетчика 18 поступают на вход прямого счета реверсивного счетчика 17, текущее состояние которого пропорционально длительности формирующегося на выходе устройства управляющего импульса. При этом частотой тактовых импульсов генератора 4, коэффициентом деления используемого выхода разрядов счетчика 18 и емкостью счетчика 17 задается оптимальная зависимость скорости изменения выходного управляющего сигнала от величины отклонениь Оь от ОюнВ случае Ощ Цвыполняется соотношение К, При этом логическим элементом И 12 выделяется интервал Т- Кь 1 для чего используется сигнал с прямого выхода Й 5-триггера 9 и импульс ., с порогового элемента 2.В течение этого интервала Й-(1 тактовые импульсы с второго генера-,О 115198 10 9тора 4, поделенные в заданное число раз счетчиком 18, пропускаются на 1вход обратного счета реверсивного счетчика 17, уменьшая его кодовую комбинацию.Таким образом состояние выходов разрядов счетчика 17 изменяется в одну или другую. сторону (в соответствии со знаком отклонения О),) отЦ) и соответственно изменяется длительность выходного импульса и ток возбуждения генератора до тех пор, пока вырабатываемое генератором напряжение не достигнет заданного значения.При достижении счетчиком 17 максимального состояния (состояния всех выходов - логические единицы) на выходе устройства формируется максимальный сигнал (уровень логической единицы, например), обеспечивающий максимальный ток возбуждения, и дальнейшее поступление счет" ных импульсов на +7 вход счетчика 17 запрещается поступлением на один иэ входов логического элемента 11 запирающего нулевого уровня с элемента И-НЕ, подключенного к выходам счетчика 18.При достижении счетчиком 17 минимального состояния (состояния всех выходов разрядов - логические нули) на выходе устройства Формируется минимальный сигнал (уровень логического нуля), обеспечивающий максимальный ток возбуждения, и дальней.шее поступление импульсов на вход обратного счета счетчика запрещается поступлением иа один из входов логического элемента И 12 запирающего нулевого уровню с элемента ИЛИ, подключенного к выходамсчетчика 19.Пропорциональная зависимость между состояниями реверсивного счетчика 17 и длительностью выходного импульса обеспечивается использованием логического элемента 2 1 сравнения, счетчика 18, одновибратора 7 и выходного 18 -триггера 10 (фиг.З). При этом частота следования выходных импульсов равна частоте тактовых импульсов генератора 4, поделенной на коэффициент пе есчета счетчика 18,55В момент перехода счетчика 18 из максимального состояния в нулевое (последний разряд Я переходит из единичного состояния в нулевое) одновибратор 7 формирует короткий импульс, устанавлйвающий 16 -триггер .1 О в единичное состояние Переход 6-триггера 10 в нулевое состояние происходит по импульсу с элемента 21 сравнения в момент, когда состояния выходов счетчиков 17 и 18 станут единичными, т.е. через время, необходимое для отсчета счетчиком 18 определенного числа импульсов, соответствующего текущему состоянию выходов счетчика 17.В результате чем большему числу соответствует состояние считчика 17) тем позже сбрасывается триггер 10 в нулевое состояние, а чем меньшему числу соответствует состояние счетчика 17, тем раньше сбрасывается триггер 10 в нулевое состояние.Соответственно длительность импульса на прямом выходе выходного триггера 10 прямо пропорциональна числу, соответствующему состояниям разрядов счетчика 17, а на инвертирующем выходе - обратно пропорциональна.В зависимости от того, как выпол- няется выходной усилительный элемент и каким образом он подключает ся к обмотке возбуждения генератора, можетиспользоваться либо прямой, либо инвертирующий выход триггера 30,Таким образом устройство регулирует ток возбуждения генератора до полной отработки отклонения напряжения от заданного значения, для чего осуществляется изменение длительности импульсов любой заданной частоты следования (достаточно высокой) с постоянным периодом,осуществляющих изменение тока возбуждения, до полной отработки отклонения. Скорость отработки отклонения определяется частотой второго генератора и емкостями счетчиков 18 и 17 и пропорциональна величине отклонения напряжения, что обеспечивает устойчивость регулирования.Точность регулирования напряжения не зависит от стабильности генератора тактовых импульсов, параметров исполнительных элементов, нагрузки генераторов и т.п., а определяется только дискретностью счетных импульсов генераторов тактовых импульсов при соответствующих емкостях счетчиков, а также стабильностью порогового элемента н может быть легкодоведена практически до любой заданной величины.При этом изменения частоты генерируемого напряжения и частоты тактового генератора, обусловленные их нестабильностями, могут привести лишьк незначительному изменению скоростиотработки отклонения.1115198 Редактор И. Николайчук Заказ 6788 Тирах 666 Подпи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/