Импульсный стабилизатор для активно-индуктивной нагрузки

 

Изобретение относится к.области стабилизированных источников питания. Целью изобретения является повышение стабильности тока Нагрузки в динамическом режиме импульсного.стабилизатора для активно-индуктивной нагрузки. Цель достигается тем, что в устройство введены датчик 4 мгновенных значений тока и блок 7 измерения текущего среднего значения напряжения на нагрузке . Причем датчик 4 соединен с СЛ to to 4 ;о со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1224799 А (50 4 С 05 F 1/56

1 У ф(т: дщгь у (i;с

Л1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

13., 1а

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 3774343/24-07 (22) 26.07 .84 (46) 15.04.86. Бюл. Р 14 (71) Куйбьппевский институт инженеров

Железнодорожного транспорта (72) В.В.Сазонов (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 591847, кл. G 05 F 1/56, 1975.

Сазонов В.В. Компенсационно-параметрические импульсные стабилизаторы постоянного напряжения. И.: Энергоатомиздат, 1982, с. 23, рис. 13. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ДЛЯ

АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКИ (57) Изобретение относится к области стабилизированных источников питания °

Целью изобретения является повышение стабильности тока нагрузки в динамическом режиме импульсного стабилизатора для активно-индуктивной нагрузки.

Цель достигается тем, что в устройство введены датчик 4 мгновенных значений тока и блок 7 измерения текущего среднего значения напряжения на нагрузке. Причем датчик 4 соединен с 2 -4 ? а 9 входом интегратора 5. Входы блока 7 подключены соответственно к выходам согласующего каскада 8, а выход — к входу релейного элемента б. Среднее значение тока нагрузки в каждом периоде модуляции пропорционально среднему значению напряжения управления при

Изобретение относится к электротехнике и может быть применечо цля питания различных электроустройств.

Целью изобретения является повышение стабильности тока нагрузки в динамическом режиме импульсного стабилизатора.

На фиг. 1 приведены схемы стабилизатора и характеристика релейного элемента; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу схемы.

Стабилизатор состоит иэ силовой части и устройства управления. Силовая часть включает в себя последовательно соединенные полупроводниковь;й (транзисторный нли тиристорный, ключ 1 и активно-индуктивную нагрузку 2, эашунтированную диодом 3. Силовая часть подключается к источнику питания с напряжением L

В устройство управления входит датчик 4 мгновенных значений тока, интегратор 5, репейный элемент б, блок измерения текущего среднего значения напряжения на нагрузке 7, согласующий каскад 8 и источник управляющего напряжения U 9.

Выходным сигналом датчика тока является напряжение U,,пропорциональное мгновенному значению тока нагрузки . U = К, 1 „.

В качестве датчика тока может использоваться измерительный резистор. Если в нагрузке может быть выделена активная составляющая R которая при этом постоянная во времени„ то сигналом, характеризующим ток, может служить напряжение, снимаемое с Rн.

Интегратор 5 имеет qua входа и может быть выполнен на основе операционного усилителя (фиг. 1 a), RCцепочки магнитных элементов. Один вход интегратора подключен и выходу любых допустимых изменениях напряжения питания, напряжения управления и самой нагрузки. Это равенство выполняется как в установленном, так и динамическом режиме при действии возмущения на входе регулятора.

2 ил. датчика -.îêà,. другой — к источнику управляющего напряжения. Напряжения

Uq и . ц должны иметь противоположную полярность, в результате чего ко входу интегратора прикладывается разность (U>-U>). Если полярность этих напряжений одинакова, то одно из них следует подключать к неинвертирующему входу интегратора.

Релейный элемент имеет релейную характеристику с положительным гистереэисом и порогами срабатывания

К, и Е (фиг. 1 б). Он имеет также два входа. и может быть выполнен на

1 операционном усилителе с положительной обратной связью (фнг. 1 а), на базе триггера Шмитта, лавинного диода и т.д. К одному входу релейчого элемента подключен выход интеграто2б ра, к другому — выход блока 7. Блок ? определяет среднее напряжение на нагрузке "-а время t, отсчитываемое от начала каждого периода модуляции и определяемое по формуле

25 t

Выход релейного элемента через

-, согласующий каскад подключен к управляющему входу ключа 1 и к установочному входу блока 7. Согласующий каскад служит для согласования сигналов пс мощности и уровням. В отдель35 ных случаях он может вообще отсутствовать.

В интервале времени 1:,, (фиг. 2 а) ключ 1 открыт выходным сигналом ре"Ол. йногс элемента, напряжение подключена к нагрузке 2 (U =U ), ток х нарастает. При Уп = сопзС кривая

1 „(j представляет собой экспоненту.

224799 4

Оно сначала убывает (при Б 13 ), затем начинает нарастать (йри

U с U ) . При Б«(t) = Z< релейный элемент срабатывает, заканчивается формирование интервала t z и периода модуляции Т = t (+ t< . Ключ 1 отпирается, диод 3 запирается, процесс повторяется.

1О

Откуда

1(U„= — КР„().

При U „= const

U„ = -К Uö.

К вЂ” idt = — ) Udt

1 . 1

Т т о <(30

".е.

I = — U (< K (4) << < Х

40 где 2г = 2г + КгП«(<) . (2) (Z можно рассматривать как скоррек- >

2 тированный порог срабатывания релейного элемента. График его изменения показан на фиг, 2 в.

После срабатывания релейного элемента ключ 1 запирается, диод 3 отпирается. Ток i> начинает убывать.

Интегратор блока 7 разряжается сигналом с согласующего каскада 8„ в течение интервала - напряжение U„ равно О (фиг. 2 r).

Напряжение на выходе интегратора в течение интервала t изменяется согласно выражению

50

Напряжение Uy снимаемое с датчика тока, изменяется пропорционально i„ (фиг. 2 б) . На входе интегратора действует разность напряжений (VII-U>), на выходе интегратора напряженйе йри этом изменяется (с учетом знака) согласно выражению

1 (U (t) = — ((u-U)at+ z, н Т„

Э где Т „ — постоянная интегрирования .

При Б < UII напряжение U(, возрастает, при U< u> — падает (фиг. 2 в) .

На выходе блока 7 формируется напряжение U < (фиг. 2 r) пропорциональное среднему значению U за время t и обратное ему по знаку

Когда сумма напряжений U u U станет равной значению порога срабатывания релейного элемента Z,,последний срабатывает, формирование интервала t< заканчивается ° В момент выполняются равенства (1(U(<(tg) () <

1 н О 4. t

1 ( (U -U )dt + Z i = Z

Т„ гэ

U (t) = — -- (П-U )dt+ Z

1 ( н Т„1 3 г

В момент t = Т имеем: т ( (U (Т)= — — J (U -U )dt + Z =Z .(3)

Т„ г <

1( (1) и (3) получаем

1, Т (v -v )at=- — I (U - )at

t(т

Udt+ Udt = Udt+ Udt

3 или т т — U dt

Разделив обе части последнего равенства на Т и заменяя U =K i

У получаем

3 т т

Из полученного выражения видно, что среднее значение тока нагрузки в каждом периоде модуляции пропорционально среднему значению напряжения управления при любых изменениях напряжения питания, напряжения управления и самой нагрузки, если только эти изменения не выходят за предель1, в которых обеспечивается нормальная работа схемы. Полученное равенство выполняется как в установленном, так и в динамическом режиме при действии возмущений на входе регулятора.

При увеличении напряжения U (< возрастает скорость изменения тока нагрузки, а следовательно, стремится увеличиться приращение тока i за н время t<, т.е. уровень пульсаций тока. Причем это приращение, в силу интегрирующего характера индуктивности нагрузки, определяется средним значением напряжения U<,. Однако за счет того, что при увеличении

1224 99 среднего значения Ь „возрастает согласно (2) величина Z . уменьшается г согласно (1) длительность интервала а в результате — и приращение тока i . Можно подобрать такое значение коэффициента К, чта уровень пульсаций тока будет практически не зависеть от значений

На фиг. 2 приведены временные ди- 1О аграммьi для случая, когда 11„ скачком возрастает в начале третьега периода модуляции. Величина U возрастает,.

Ег увеличивается, Т уменьшается, а амплитуда пульсаций остается постаян- ной, Это благоприятно отражается на работе нагрузки. Если нагрузкой является двигатель, то постоянство уровня пульсаций така обеспечива=ò постоянство уровня пульсаций момента и частоты вращения якоря. Кроме того. облегчается работа палупроводнчковаго ключа 1„ так как с понжкением при сохранении допустимого уровня пульсаций така снижается частота 25 переключений, что приводит к снижению потерь мощности.

Ясли на вход интегратора подавать напряжение, снимаемое с нагрузки Р. (н случае, когда ЕH является фильтром) то схема. обеспечивает стабилизацию напряжения на нагрузке.

Таким образом, в данном устройстве обеспечивается высокое качество стаб ц1иэации тока нагрузки, среднее значение которого оказывается инвариантным к напряжению питания как в установившемся, так и в динамическом режимах. Кроме того, уровень пульсаций тока„ как и в релек- 4О ных схемах, остается неизменным.

Однако в отличие от обычных репейных схем н предлагаемой схеме регулирование ведется не па самому току, а по интегралу ат тока, что обеспечивает стаоильность его среднего значения, которое является полезным значением для большинства активноиндуктинньй нагрузок.

Инвариантность среднего значения

5О тока нагрузки к напряжению питания позволяет значительно снизить требования к качеству напряжения питания, е "o стабильности, уровню пульсации и т.д,„ а следовательно, упростить силовую часть системы питания: упростить сглаживающие фильтры, исключить дополнительные стабиг Лэаторы.

В качестве управляющего сигнала

L) может испольэонаться сигнал, характериэующ-ьй отклонение выходной координаты нагрузки (например, частоты вращения двигателя) от заданного значения. В этом случае получается система регулирования комбинированного типа - по отклонению и возмущения, Формула изобретения

Импульсный стабилизатор для активно-индуктивной нагрузки, содержащий полупроводниковый ключ, вход которого подключен к первому входному выводу, а выход — к первому выходному выводу и катоду замыкающего диода, анод которого подключен к второму выходному выводу, интегратор, к первому входу которого подключен выход источника управляющего сигнала, репейный элемент, первый вход которого подключен к выходу интегратора, а выход — к входу согласующего кас- када, первый выход которого подключен к управляющему входу полупроводникового ключа, о т л и ч а ю щ и йс TpM что, с целью повьппения стабильности тока нагрузки в динамическом режиме, введены датчик мгновенных значений тока нагрузки и блок измерения текущего среднего значения выходного напряжения, причем датчик мгновенных значений тока нагрузки включен между вторыми входным и выходным выводами,а второй выходной вывод подключен к второму входуинтегратора, первый и второй входы блока измерения текущего среднего значения ныходного напряжения подключены соответственно к первому выходному ныводу и второму выходу согласующего каскада, а выход блока измерения текущего среднего значения выходного напряжения — к в;араму ьхаду релейного элемента,.

1224799

Составитель С. Макаров

Редактор Н. Слободяник Техред Н.Бонкало Корректор М. Пожо

Тираж В36

Заказ 3952/48

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4