Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, к которьм предъявляются высокие требования по стабилизации и быстродействию выхода в установившийся режим. Цель изобретения - улучшение энергетических показателей путем повьппения эффективности компенсации пульсаций выходного напряжения. При скачкообразном снижении напряжения на входе устройства имеет место быстрое снижение напряжения до нуля с последующим быстро затухающим колебанием около нулевой линии. В этом случае также имеет место, в момент начала переходного процесса , возбуждение блока 8 управления, без задержки отключается первый ключ 7, через некоторое время возвращающийся в исходное состояние. При включении ключа 7 продолжающиеся колебания напряжения с выхода фильтра 2 низкой частоты будут компенсироваться в сумматоре 3. Влияние ложного сигнала на выходе дифференциатора 5, обусловленное моментом включения ключа 7, устраняется ключом 15,формирователем 16 напряжения и блоком 17 совпадения. 2 ил. С S (Л to 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (М 4 Н 02 М 7 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2i) 3943475/24-07 (22) 23.08.85 (46) 15.01.87. Бюл. У 2 (71) ГоРьковское отделение Всесоюзного государственного проектно-изыскательского и научно-исследовательского института энергетических. систем и электрических сетей "Энергосетьпроект" (72) Е.П.Королев (53) 621.314.623(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1081764, кл. Н 02 М 7/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Р 1160511, кл. H 02 M 7/04, 1983. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, к которым предъявляются высокие требования по стабилизации и быстродействию выхода в установившийся режим. Цель изобре,Л0„„128391О А 1 тения — улучшение энергетических показателей путем повышения эффективности компенсации пульсаций выходного напряжения. При скачкообразном снижении напряжения на входе устройства имеет место быстрое снижение напряжения до нуля с последующим быстро затухающим колебанием около нулевой линии. В этом случае также имеет место, в момент начала переходного процесса, возбуждение блока 8 управления, без задержки отключается первый ключ 7, через некоторое время возвращаюшийся в исходное состояние. При включении ключа 7 продолжающиеся колебания напряжения с выхода фильтра 2 низкой частоты будут компенсироваться в сумматоре 3. Влияние ложного сигнала на выходе дифференциатора

5 обусловленное моментом включения ключа 7, устраняется ключом 15,формирователем 16 напряжения и блоком

17 совпадения. 2 ил.

1 128391

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, к которым предъявляются высокие требования по стабилизации и быстродействию выхода в установившийся режим.

Цель изобретения — улучшение энергетических показателей путем повышения эффективности компенсации пульсаций выходного напряжения.

На фиг. 1 приведена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 — диаграммы его работы.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит первый выпрямитель 1, выход которого подключен к входу фильтра 2 низкой частоты, подключенного выходом к первому входу первого. сумматора 3 и к входу усилителя 4 переменного напряжения, дифференциатор 5, второй сумматор 6, первый вход которого подключен к входу дифференциатора 5 и к выходу первого сумматора 3, первый ключ 7 с блоком 8 управления, содержащим последовательно соединенные первый формирователь 9 прямоугольного напряжения, второй выпрямитель

10, расширитель 11 импульсов, эле.мент 12 задержки, логический элемент

НЕ 13, двухвходовый логический элемент И 14 по первому входу, второй вход которого подключен к выходу расширителя 11 импульсов, второй ключ

15, второй формирователь 16 прямоу35 гольного напряжения, вход которого соединен с выходом дифференциатора

5 и с входом второго ключа 15, выход е которого подключен к второму входу второго сумматора 6, блок 17 совпадения, первый вход которого подключен к выходу второго формирователя прямоугольного напряжения 16, второй вход — к выходу первого формировате45 ля прямоугольных напряжений 9, а выход — к управляющему входу второго ключа 15. Вход первого ключа 7 присоединен к выходу усилителя 4 переменного напряжения, и к входу блока 8 управления, выход — к второму входу первого сумматора 3, а управляющий вход — к выходу блока 8 управления.

Для обеспечения компенсации переменной составляющей напряжения в первом сумматоре 3 усилитель 4 переменного напряжения выполнен инвертирующим. о 2

Первый 9 и второй 16 формирователи прямоугольного напряжения выполнены по схеме двухпорогового компаратора с зоной нечувствительности. На их выходах формируются прямоугольные импульсы единичной амплитуды и совпадающие по знаку с напряжением на их входе- Зона нечувствительности формирователя 9 напряжения определяется амплитудой сигнала с выхода усилителя 4 напряжения в установившемся режиме и выбирается с запасом вьппе ее.

Зона нечувствительности формирователя 16 напряжения выбирается иэ условия отстройки от сигнала с выхода дифференциатора 5 в установившемся режиме.

Блок 17 совпадения выполнен инвертирующим, причем при отсутствии совпадения знаков напряжений на

его входах на выходе присутствует сигнал логической "1" удерживающий второй ключ 15 в выключенном состоянии. При совпадении положительных или отрицательных знаков напряжений на входах блока 17 совпадения Hà его выходе формируется сигнал логического нуля, осуществляющик включение второго ключа 15.

Устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме пульсирующее напряжение с выхода выпрямителя 1 поступает на фильтр 2 низкой частоты, в котором осуществляется первый этап поглощения переменной составляющей напряжения. Напряжение с выхода фильтра поступает на вход инвертирующего усилителя 4 переменного напряжения и на первый вход первого сумматора 3.

Выход блока 8 управления находится в состоянии (логический нуль на выходе), при котором первый ключ 17 замкнут и объединяет выход усилителя 4 напряжения с вторым входом первого сумматора 3.

Выделяемое усилителем 4 переменного напряжения напряжение пульсации не содержит постоянной составляющей и находится в противофазе с пульсациями напряжения на его входе, которое поступает на первый вход сумматора 3, В сумматоре 3 осуществляется окончательная компенсация пульсаций. Так как выделенная на выходе первого сумматора 3 постоянная составляющая напряжения не изменяется

i283910

f0 во времени, то на выходе дифференциатора 5 напряжение равно нулю и второй сумматор 6 работает в режиме повторителя напряжения с выхода первого сумматора 3. Формирователь 9 прямоугольного напряжения в блоке

8 управления выбирается таким образом, чтобы его порог чувствительности бып выше наибольших пульсаций в напряжении на выходе усилителя 4 переменного напряжения в установившемся режиме. При этом все последующие элементы в блоке 8 управления не возбуждаются и на его выходе сохраняется логический нуль, при котором ключ 7 замкнут.

Так как на входах первого 9 и второго 16 формирователей прямоугольного напряжения сигналы ниже их порога чувствительности, то на обоих входах блока 17 совпадения присутствуют логические нули,поэтому с его выхода на управляющий вход . второго ключа 15 поступает сигнал высокого уровня (логическая едини-! ца),удерживающий этот ключ в разомкнутом состоянии.

Таким образом, второй сумматор

6 работает как повторитель напряжения с выхода первого сумматора 3.

При скачкообразном увеличении напряжения на входе устройства, например при подключении источника переменного напряжения на вход выпрямителя 1, напряжение на выходе сглаживающего фильтра 2 низкой частоты быстро выходит на уровень установившегося значения, переходит его и совершает несколько быстро затухающих колебаний около линии установившегося значения (см. фиг. 2, где изображены напряжения на выходах блоков Ц, где i порядковый номер блока согласно фиг. 1). Начиная с момента включения, на выходе усилителя 4 напряжения появляется напряжение, превышающее порог чувствительности формирователя 9 прямоугольного напряжения в блоке 8 управления. В формирователе 9 прямоугольного напряжения вырабатывается сигнум-функция от выделенной переменной составляющей. При этом второй двухполупериодный выпрямитель 10 формирует последовательность однополярных импульсов со скважностью, определяемой порогом чувствительности формирователя 9 прямоугольного напряжения.На

55 выходе расширителя 11 импульсов имеет место сплошной сигнал в течение всего переходного процесса. Этот сигнал проходит в виде логической

"1" на второй вход логического эле- мента И 14 и запускает элемент 12 задержки. До срабатывания элемента

12 задержки на его выходе присутствует логический "0", следовательно, на выходе логического элемента НЕ

13 и на первом входе логического элемента И 14 — логическая "1".Поэтому логическая единица проходит на выход логического элемента И 14 и переводит первый ключ 7 в разомкнутое состояние. Это переключение осуществляется беэ задержки практически в момент начала переходного процесса. Пока ключ 7 разомкнут, процесс выхода усилителя 4 напряжения на рабочий участок не оказывает влияние на качество выходного напряжения устройства. При этом первый сумматор 3 работает как повторитель напряжения с выхода фильтра 2 низкой частоты. На втором сумматоре

6 осуществляется суммирование сигнала от первого сумматора 3 с его первой производной от дифференциа тора 5, поступающей на второй вход сумматора 6 через включенный второй ключ 15. Включенное состояние ключа

15 обеспечивается наличием совпадения знаков сигналов от формирователей 9 и 16 прямоугольного напряжения на входах инвертирующего блока

17 совпадения, с выхода которого на управляющий вход второго ключа t5

Ф поступает сигнал логического "0".

Суммирование сигнала с выхода первого сумматора 3 с его первой производной от дифференциатора 5 позволяет существенно увеличить скорость достижения установившегося значения.

Через заданное время 1 (см. фиг. 2). соответствующее моменту пересЕчения возрастающего напряжения на выходе фильтра 2 низкой частоты с уровнем установившегося значения, срабатывает элемент 12 задержки, на его выходе появляется логическая "1". После инверсии в логическом элементе НЕ 13 сигнал логического "0" поступает на первый вход логического элемента

И 14. На его выходе появляется логический "0", что приводит к замы" канию первого ключа 7 (возврат в исходное положение). С этого момен5 1283910 6

50 та на выходе первого сумматора 3 выделяется постоянная составляющая на уровне установившегося значения.

Так как постоянная времени филь.— тра 2 низкой частоты является параметром, который не зависит от значений входного сигнала, то можно считать, что всегда время от начала переходного процесса при включении до момента первого пересечения возрастающего напряжения на выходе фильтра с линией установившегося значения будет неизменным и поддающимся вычислению по параметрам фильтра.

В момент включения первого ключа

7 напряжение на его выходе скачком изменяется от нуля до значения напряжения на выходе усилителя 4 напряжения в этот же момент времени.Поэтому в напряжении на выходе первого сумматора 3 в момент включения ключа

7 .будет иметь место небольшой и кратковременный перепад, который существенно усиливается дифференциатором

5, формируя, наряду с полезным сигналом одной полярности, кратковременный сигнал обратной полярности,амплитуда которого может существенно превьппать полезный сигнал. На фиг. 2 видно, что знак прямоугольного напряжения Ц, сформированный из полезного сигнала U совпадает со знаком сигнала U<, что обеспечи— вает включенное состояние второго ключа 15 от блока 17 совпадения толь,ко в течение времени действия полез—, ного сигнала от дифференциатора 5.

В результате напряжение на втором входе второго сумматора 6 (U„ ) содержит только полезный сигнал, что существенно улучшает форму выходного напряжения U< по сравнению с прототипом.

Кроме того, отключенное состояние второго ключа в установившемся режиме позволяет сохранить уровень пульсаций на выходе второго сумма— тора б не хуже, чем на выходе первого сумматора 3.

При скачкообразном снижении напряжения на входе устройства (отключении) характер переходного процесса на выходе фильтра 2 низкой частоты близок к описываемому при включении. Отличие состоит в быстром снижении напряжения до нуля с последующим быстро затухающим колебанием около нулевой линии. Кроме того,имеет место, в момент начала переходно-, го процесса, возбуждение блока 8 управления, без задержки отключается первый ключ 7 и через время, равное возвращается в исходное положение.

Здесь от начала процесса в течение времени t снижающееся напряжение с выхода фильтра {без компенсации) проходит на выход первого сумматора 3.

В течение времени t a t вто2. рой ключ 15 находится в замкнутом состоянии, так как имеет место совпадение знаков сигналов от формирова-. телей 9 и 16 прямоугольного напря— жения. Так как первая производная

U5 от снижающегося напряжения U от3 рицательная, то во втором сумматоре б будет происходить вычитание входных сигналов, обуславливающее крутой фронт (высокую скорость) снижения выходного напряжения.

Начиная с момента истечения времени t> включается первый ключ 7 и продолжающиеся колебания напряжения с выхода фильтра 2 низкой частоты будут компенсироваться в сумматоре 3.

Влияние ложного сигнала на выходе дифференциатора 5, обусловленное моментом включения первого ключа 7

r устраняется ключом 15, формирователем 16 напряжения и блоком 17 совпадения, аналогично описанному выше режиму скачкообразного повышениянапряжения.

Предлагаемое устройство можно применить в различных сферах народного хозяйства (релейная защита,автоматика и измерения в энергосистемах, а также в устройствах промьппленной автоматики и управления), где требуются источники питания вы45 прямленным напряжением, обладающие высоким быстродействием выхода в режим и с низким уровнем пульсаций, в том числе и при переходных процессах.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий первый выпрямитель, выход которого подключен к входу фильтра низкой частоты, подключенного выходом к первому входу первого сумматора и к входу усилителя переменного напряжения, дифференциатор, второй сум10

1Р

1!

12

13

17

Составитель Е.Мельникова

Редактор А.Долинич Техред B.Кадар Корректор E.Сирохман

Заказ 7455/55 Тираж 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1t3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

7 12839 матор, первый вход которого подклю— чен к входу дифференциатора и выходу первого сумматора, первый ключ и блок управления им, включающий в себя последовательно соединенные первый формирователь прямоугольного напряжения, второй выпрямитель, расширитель импульсов,элемент задержки, логический элемент

НЕ и по первому входу двухвходовый 10 логический элемент И, второй вход которого соединен с выходом расширителя импульсов, а выход, являющийся выходом блока управления, с управляющим входом первого ключа, при этом вход блока управления подключен к выходу усилителя переменного напряжения и к рабочему входу первого ключа, выход которого сое— динен с вторым входом первого сумматора, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей путем повышения эффективности компенсации пульсации выходного напряжения с сохранением высокого быстродействия, дополнительно введены второй ключ, второй формирователь прямоугольного напряжения и блок совпадения,причем вход второго формироватепя прямоугольного напряжения подключен к выходу дифференциатора и к рабочему. входу второго ключа, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, а управляющий вход— с выходом блока совпадения, первый вход которого подключен к выходу второго, а второй вход — к выходу первого формирователя прямоугольного напряжения.