Устройство для регулирования напряжения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее формирователь прямоугольныхиьтульсов и пороговый элемент, входы которых объединены и являются входом устройства , три счетчика импульсов, первый из которых является реверсивным, два одновибратора, вход первого из которых подключен к выходу формирователя прямоугольных импульсов, а вход второго - к выходу порогового злемента, четыре логических элемента И, два генератора тактовых импульсов , выход первого из которых подключен к первому вхрду четвертого логического элемента И и через делитель к первому входу третьего логического элемента И, два RS -триггера, ,-входы которых объединены и подключены к выходу второго одновибратора. при этом S -вход первого RS -триггера соединен с входом нулевой установки первого счетчика импульсов и с выходом первого одновибратора, S-вход второго8.S -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 RS -триггера соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого логических элементов И, а инверсный и прямой выходы второго US -триггера г с первь1ми 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, уТретьи входы первого и второго логических элементов И объединены и. выход первого логического элемеята И соединен с входом прямого счета второго счетчика импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности системы регулирования и быстродействия О1 регулирования оно, дополнительно снабжено третьим iJS -триггером, третьим одновибратором, логическим 00 элементом сравнения на равно, логическими элементами И-НЕ и ИЛИ, причем выход одновибратора соединен с S-входом третьего Я$ -триггера,а вход - с выходом последнего разряда третьего счетчика импульсов, выход логического элемента сравнения на равно соединен с t -входом третьего S-триггера, входы логических элементов И-НЕ и ИЛИ поразрядно объеди

СОЮЗ COBETCHHX |

РЕСПУБЛИН аи Ни зов Н 02 P 9/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCK0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3517549/24-07 (22) 06.12.82 (46) 23.09.84. Бюл. Р 35 (72) В.А. Бабушкин и М.Я. Каплан (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт элеютроагрегатов и переднижных электростанций (53) 62 1. 316 . 728 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 974546, кл. Н 02 P 9/30, 1981.

2. Алексеев А.П., Чекменен Е.Е.

Передвижные электростанции. M.

Воениздат, 1974, с. 298, рис. 4,5.

З..Лукин Н.Н., Любимов В.В. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. М., "Транспорт", 1966, с. 166.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке 11 3507423/24-07, кл. Н 02 P 9/30, 03. 10.82. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее формирователь прямоугольных. импульсов и пороговый элемент, входы которых объединены и являются входом устройства, три счетчика импульсов, первый из которых является реверсивным, два одновибратора, вход первого из которых подключен к выходу формирователя прямоугольных импульсов, а вход второго — к выходу порогового элемента, четыре логических элемента И, дна генератора тактовых импуль.сов, выход первого из которых подключен к первому входу четвертого логического элемента И и через делитель к первому входу третьего логического элемента И, два RS -триггера, и -входы которых объединены и подключены к выходу второго однонибратора, при этом Б -вход первого RS -триггера соединен с входом нуленой установки первого счетчика импульсов и с выходом первого одновибратора, Б-вход второго Ь -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 RS -триггера соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого логических элементов И, а инверсный и прямой выходы второго kS -триггера с первыми входами первого и второго 19 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 элемент<»н И объединены и выход первого логического элемента И соединен с входом прямого счета второго счетчика импульсов, отличающееся тем, что, >»»» с целью повышения надежности системы регулирования и быстродействия » регулирования оно, дополнительно снабжено третьим Я -триггером, третьим одновибратором, логическим элементом сравнения на равно, логическими элементами И-НЕ и ИЛИ, причем выход одновибратора соединен с

S-âxîäoì третьего RS -триггера,а вход — с выходом псследнего разряда третьего счетчика импульсов, выход логического элемента сравнения на равно соединен с -входом третьего

S -триггера, входы логических эле ментов И-HE и ИЛИ поразрядно объеди1115198 иены один с другим и с соответствующими выходами разрядов второго счетчика импульсов и входами первой группы входов сравнения логического элемента сравнения на равно, вторая группа 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

Изобретение относится к электро- 1 технике, в частности к области автоматического регулирования напряжения, генерируемого энергетическими объектами, например передвижными 5 электростанциями.

Известно устройство для регулирования напряжения, содержащее формирователь прямоугольных импульсов, пороговый элемент, генератор 1О тактовых импульсов с делителем частоты, две схемы совпадения, включенных на логическую схему ИЛИ, счетчик импульсов, управляемый схемой начальной установки, делитель, 15 логический, элемент И, схему анализа состояний счетчика и выходную схему совпадения, которое формирует управляющие импульсы с длительностью, пропорциональной мгновенному ампли- 20 тудному значению напряжения, поступающие либо непосредственно на ,трансформатор фазового компаундирования, либо на магнитный усилитель 13. 25

Недостатком этого устройства является то, что длительность (скважность) формирующегося управляющего сигнала жестко связана с отклонением величины вырабатываемо- ЗО го напряжения от заданного значения, т.е. формирование выходного сигнала осуществляется по статическому принципу.. Это приводит к тому,что на точность регулирования напряжения З влияет множество внешних факторов, таких как уход параметров трансформатора фазового компаундирования, величина нагрузки генератора, изметретьими входами первого,и второго логических элементов И, четвертые входы которых подключены соответственно к выходу логических элементов И-НЕ и ИЛИ, при этом второй счетчик импульсов выполнен реверсивным и его вход обратного счета подключен к выходу второго логического элемента И, а выход третьегоЯ5 -триггера является выходом 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 управляющий сигнал. Тем самым регулирование осуществляется по астатическому принципу и при использовании точного измерения, отклонение напряжения может быть отработано практически до нуля f23 и 53l

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и составу элементов является устройство для . регулирования напряжения, содержащее формирователь прямоугольных импульсов и пороговйй элемент, входы которых объединены и являются входом устройства, три счетчика импульсов, первый из которых является реверсивным, два одновибратора.

1115198 4 вход первого из которых подключен к выходу формирователя прямоугольных импульсов, а вход второго - к выходу порогового элемента, четыре ло гических эл емента И, два ген ератора тактовых импульсов, выход первого из которых подключен к первому входу четвертого логического элемента И и через делитель к первому входу третьего логического 10 .элемента И, два RS-триггера, R-входы которых объединены и подключены к выходу в"орого одновибгатора, при этом S -вход перво.го QS -триггера соединен с входом

5 нулевой установки первого счетчика импульсов и с выходом первого одновибратора, S -вход второго 1 -триггера — с выходом переполнения первого счетчика импульсов входы пряе 20 мого и обратного счета которого соединены соответственно с выходом третьего и четвертого логических элементов И, инверсный и прямой выходы первого QS -триггера соединены

25 соответственно с вторыми входами третьего и четвертого логических элементов И, а инверсный и прямой выходы второго I2S -триггера — с первыми входами первого и второго логических

30 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 логического элементов И объединены и выход первого логического элемента И соединен с входом прямого счета второго счетчика импульсов (43

Однако необходимость применения в известных устройствах реверсивного двигателя, связанного с регулятором уставки через дополнительные механические элементы, снижает надежность системы регулирования.

Кроме того, использование этик элементов накладывает значительные ограничения на быстродействие регулирования.

Цель изобретения — повышение .надежности системы регулирования и быстродействия регулирования путем

50 исключения из системы регулирования ряда электромеханических и механических звеньев.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее фор- мирователь прямоугольных импульсов ч пороговый элемент, входы которых объединены и являются входом устройства, три счетчика импульсов, первый из которых является реверсивным, два одновибратора, вход первого из которых подключен к выходу формирователя прямоугсл:-ных импульсов, а вход второго — к выходу порогового элемента, четыре логических элемента И, два генератора тактовых импульсов, выход первого из которых подключен к первому входу четвертого логического элемента И и через делитель к первому входу третьего логического элемента И, два -триггера, Р -входы которых объединены и подключены к выходу второго одновибратора,при этом 3 -вход первого 1Ъ -триг- гера соединен с входом нулевой установки первого счетчика импульсов и с выходом первого одно-. вибратора, 5 -вход второго QS -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 RS -триггера соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого логических элементов И, а инверсный и прямой выходы второго RS -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 равно, логическими элементами И-HF. и ИЛИ, причем выход одновибратора соединен с Ь -входом третьего <5 -триггера,а вход — с выходом последнего разряда третьего счетчика импульсов, выход логического элемента сравнения на равно соединен с -входом третьего

-счетчика импульсов и.входами первой группы входов сравнения логического элемента сравнения на равно, вторая

1115198 группа 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 10 и ИЛИ,, при этом второй счетчик импульсов выполнен реверсивным и его вход обратного счета подключен к выходу второго логического элемента И, а выход третьего QS -триггера явля- 15 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.

30 устройство содержит формирователь 1 прямоугольнь.х импульсов по пе реходу синусоиды контролируемого напряжения через ноль, пороговый элемент 2, обрезающий входную синусоиду на заданном уровне амплитудного

35 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, RS -триггеры 8-10,ëoãèeerxve элементы И 11-14, делитель 15 частоты, первый реверсивный счетчик

16 импульсов, имеющий входы прямого

:(+Т) обратного (-Т) счета,. Р -вход

45 нулевой установки и выход переполнения при 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 (-1 ) счета и выходы разрядов Q.- Qq счетчик 18 импульсов прямого счета со счетным входом 7 и выходами разрядов-Я - Я„, логический элемент И-HE 19, логический элемент ИЛИ 20, логический элемент 21 сравнения, формирующий на своем выходе сигнал, когда на его входы сравнения А,-А„и В1-В поступают одинаковые комбинации логических сигналов, и инвертор 22.

Выход RS -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 отклонения мгновенного значения амплитуды на- пряжения U от номинального значения U 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 нуля °

Для определения величины отклонения U от Ц„„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 bZ = K 5„ где — ко- ффициент пересчета деления делителя 15 где ь — интервал между точками пересечения положитель- ной полуволны синусоиды

U H с порогом U

> — интервал от начала полуволны Um до начала Ъ т.е.

« <Ä -ь

2 где — период генерируемого объектом напряжения.

Величина Un при этом может быть определена из выражения

Цч = U4 н sin /к. + g

«

Очевидно, что при таком значении

Ци и номинальном значении U ра7

98

1 t 151 венство =к „не зависит ни от значения частоты контролируемого напряжения, ни от стабильности генератора тактовых импульсов.

При равенстве 0ю и U H величи- 5 на разности g- l t соответствует величине отклонения напряжения. Для того, чтобы это соответствие было близко к пропорциональному необходимо выбирать K ) 1 . l0

Далее со скоростью, пропорциональной величине разности 2-к, на выходе устройства осуществляется изменение длительности управляющих импульсов (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-ур кой (например, 1-2 кГц), а скорость отработки рассогласования — достаточной для обеспечения допустимой нестабильности напряжения.

Устройство работает следующим об- 25 разом.

Пороговый элемент 2 по порогу

ЯЬъ— у . 1и- )вн п формирует прямоугольный импульс длительностью

Интервал 1 выц ел я ется RS -три ггером 8. Для этого по переднему фронту прямоугольного импульса длительностью " /2, сформированного по переходам синусоиды U через ноль, одновибратор 5 формирует им35 пульс, устанавливающий k S -триггер

8 в единичное состояние, а па переднему фронту импульса с порогового элемента 2 одновибратор 6 форми40 рует короткий импульс, устанавливающий -триггер 8 в нулевое состояние. В результате управляемый прямым выходом -триггера S логический элемент И 14 пропускает в 1

45 течение интервала счетные импульсы 1 непосредственно с генератора 3 на вход обратного счета счетчика 16. Количество этих импульсов

50 . 1 и 1

+u где Ьu — период следования импульсов генератора 3.

По окончании интервала .-и до 55 окончания период триггер 8 находится в нулевом состоянии (инверсный выход — в единичном). На этом интервале управляемый инверсным выходом RS -триггера 8 логический элемент И 13 пропускает поделенные делителем 15 в k раз тактовые импульсы с генератора 3 на вход прямого счета + 1 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 началу импульса R6 -триггер 9.

Таким образом, от момента сброса л кь-триггера в нулевое состояние до момента его установки в единичное состояние отсчитывается число импульсов где 1 — текущее число импульсов, отсчитываемое счетчиком

16 по входу +7 от начала

В случае 0„, О„,, выполняется соотношение ьgc.k „ При этом логическим элементом И 11 выделяется интервал к „- 2 для чего используется сигнал с инверсного выхода

RS-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 отклоненш" Uw от Urnp

В случае U > Ц„„выполняется соотношение: к <. При этом логическим элементом И 12 выделяется интервал tg- k.ü1 > для чего используется сигнал с прямого выхода 5-триггера 9 и импульс с порогового элемента 2.

В течение этого интервала б -Kt1 тактовые импульсы с второго генера-, l0

115198

35

9 1 тора 4, поделенные в заданное число раз счетчиком 18, пропускаются на

«1 вход 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 U от U „) 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 счетных 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 уровня с элемента ИЛИ, подключенного к выходам счетчика 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 QS -триггера

l0 (фиг.3). При этом частота следования выходных импульсов равна частоте тактовых импульсов генератора 4, поделенной на коэффициент пе есчета счетчика 18.

В момент перехода счетчика 18 из максимального состояния в нулевое (последний разряд + переходит из единичного состояния в нулевое) одновибратор 7 формирует короткий импульс, устанавлйвающий AS -триггер

1Î 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 ll0 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, может использоваться либо прямой, либо инвертирующий выход триггера 10.

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 легко

1115198

11

12 доведена практически до любой заданной величины.

При этом изменения частоты генерируемого напряжения и частоты тактового генератора, обусловленные их нестабильностями, могут привести лишь к незначительному изменению скорости отработки отклонения.

1115198

1115198

Составитель О. Наказная

Техред, Л.Иикеш Корректор !О. Макаренко

Редактор -И. Николайчук

Заказ 6788/42

Тирах 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал rmr. "Патент", г. Уятород, ул. Проектная,4