Стабилизирующий источник вторичного электропитания постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания автономных объектов. Цель изобретения - повышение качества стабилизации выходного напряжения в переходных режимах. Силовой тракт составляют управляемый выпрямитель 1 и сглаживающий фильтр 2. Кроме того, имеются блок 3 импульсно-фазового управления, сумматоры 4-6, источник 7 сигнала задания, интегратор-ограничитель 8, источник 9 эталонного напряжения, усилитель-ограничитель 10, источник 11 сигнала ограничения, блок 12 сравнения, усилители 13, 14, вентили 15, 16. В процессе стабилизации выходного напряжения источником 7 формируется сигнал задания, сумматором 4 выделяется сигнал рассогласования, интегратором-ограничителем 8 вырабатывается напряжение, пропорциональное интегралу от сигнала рассогласования, а сумматором 5 - сигнал регулирования для блока 3 импульсно-фазового управления. В переходных режимах источником 11 выдается эталонный сигнал ограничения сигнала управления, сумматором 6 и усилителем-ограничителем 10 выделяется дополнительный сигнал рассогласования, который учитывается в сумматоре 5 при формировании сигнала регулирования. При этом выходной сигнал интегратора-ограничителя 8 изменяют с помощью блока 17 сравнения, усилителей 13, 14 и вентилей 15, 16 таким образом, чтобы в любом режиме работы он поддерживался на минимальном уровне. Это снижает влияние инерционности интегратора-ограничителя 8 на качество стабилизации выходного напряжения в переходных режимах. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

15И 4 Н 02 М 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Щ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4291026/24-07 (22) 29.07.87 (46) 15.04.89, Бюл.N 14 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В.В.Иванцов, С.Г.Лажинцев, А,Н. Половников и А.В. Филатов (53) 621.316.722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 888091, кл.. G 05 Р 1/56, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 1376196, кл. Н 02 И 7/12, 1986. (54) СТАБИЛИЗИРУЮШИИ ИСТОЧНИК ВТОРИЧ

НОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания автономных объектов. Цель изобретения — повьппение качества стабилизации выходного напряжения в переходных режимах. Силовой тракт составляют управляемый выпрямитель 1 и сглаживающий фильтр 2. Кроме того, имеются блок 3 импульсно-фазового управления, сумматоры 4-6, источник

7 сигнала задания, интегратор-ограничитель 8, источник 9 эталонного напряжения, усилитель-ограничитель

10 ° источник 11 сигнала ограничения, 12

„Л0„„И7ЗО44 А1 блок 12 сравнения, усилители 13, 14, вентили 15, 16. В процессе стабилизации выходного напряжения источником 7 формируется сигнал задания,,сумматором 4 вьщеляется сигнал рассогласования, интегратором-ограничителем 8 вырабатывается напряжение, пропорциональное интегралу от сигнала рассогласования, а сумматором 5— сигнал регулирования для блока 3 импульсно-фазового управления. В переходных режимах источником 11 выдается эталонный сигнал ограничения сигнала управления, сумматором 6 и усилителем-ограничителем 10 выделяется дополнительный сигнал рассогласования, который учитывается в сумматоре

5 при формировании сигнала регулирования. При этом выходной сигнал ин- тегратора-ограничителя 8 изменяют с помощью блока 17 сравнения, усилителей 13, 14 и вентилей 15, 16 таким образом, чтобы в любом режиме работы он поддерживался на минимальном уров-. не, Это снижает влияние инерционности интегратора-ограничителя 8 на качество стабилизации выходного напряжения в переходных вежимах. 1 ил.

1473044

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации электроснабжения автономных объектов.

Цель изобретения — повышение качества стабилизации выходного напряжения в переходных режимах, На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого стабилизирующего источника вторичного электропитания постоянного тока.

Устройство содержит управляемый выпрямитель 1, сглаживающий фильтр 2, блок 3 импульсно-фазового управления, 15 первый сумматор 4, второй сумматор

5, третий сумматор 6, источник 7 сигнала задания, интегратор-ограничитель 8, источник 9 эталон ного напряжения, усилитель-ограничи- 20 тель 10, источник 11 сигнала ограничения, блок 12 сравнения, первый 13 и второй 14 усилители, первый 15 и второй 16 вентили. На схеме показаны также первичный источник 17 многофазг 25 ного напряжения и нагрузка 18» Управляемый выпрямитель 1, силовой вход которого соединен с выводами для подключения первичного источника 17 многофазного напряжения, и сглажива- 30 ющий фильтр 2, выход которого соединен с выводами для подключения нагрузки 18, включены последовательно, суммирукщий вход первого сумматора 4 подключен к выходу. источника 7 сигнала задания, а первый вычитающий вход — к выходу сглаживающего фильтра

2. Первый суммирующий вход второго сумматора 5 соединен с выходом источника 9 эталонного напряжения, а вто- 4 рой суммирующий вход через интеграторограничитель 8 — с выходом первого сумматора 4. Управляющий вход блока

3 импульсно-фазового управления под" ключен к выходу второго сумматора 5, 45 а синхронизирующий вход и выход — соответственно к силовому и управляющему входам управляемого выпрямителя 1, Суммирующий вход блока 12 сравнения соединен с выходом источника 11 сигнала ограничения, вычитакщий вход напряжения отрицательной полярности— с выходом второго сумматора 5, а выход — с входом первого усилителя 13.

Второй вычитающий вход первого сум-

55 матора 4 через последовательно включенный первый вентиль 15 и второй усилитель 14 подключен к выходу первого усилителя 13, соединенному через второй вентиль 16 с вычитающим входом второго сумматора 5. Суммируюший вход третьего сумматора 6 подключен к выходу источника 7 сигнала задания, вычитаюший вход - к выходу сглаживающего фильтра 2, а выход через усилитель-ограничитель 10 — к третьему суммирующему входу второго сумматора

5. . Источник вторичного электропитания работает следующим образом.

С выхода первичного источника 17 на синхронизирующий вход блока 3 импульсно-фазового управления и силовой вход управляемого выпрямителя 1 подается многофазное переменное напряжение. Выпрямитель 1 преобразует его в постоянное напряжение, которое сглаживается фильтром 2 и поступает в нагрузку 18. Напряжение первичного источника 17 выбирается такой величины„ чтобы при номинальном нагрузочном токе выходное напряжение устройства было равно номинальному. При изменении нагрузки путем регулирования углов управления вентилями выпрямите.— ля 3 по сигналам от блока 3 импульс но-фазового управления осуществляется стабилизация выходного напряжения.

Возможными режимами работы вторичного источника электропитания являются также переходные процессы, вызванные коммутацией нагрузки, не превышающей номинальную. В этих режимах также необходимо стабилизировать выход-.. ное напряжение с высокой точностью за счет быстрого регулирования сигнала управления, Источник вторичного электропитания может в течение определен; ных интервалов времени работать в режимах с нагрузкой, превышающей номинальную. В этих режимах из-за повышения падения напряжения в цепях сглаживающего фильтра 2 и уменьшения напряжения первичного источника 17 выходное напряжение устройства может снижаться ниже номинального на время перегрузки. Кроме того, возможны режимы короткого замыкания (к.з.) нагрузки 18 на определенное время, когда выходное напряжение становится близко к нулю. После отключения и устранения перегрузки выходное напряжение должно плавно восстановиться до номинального без возникновения перенапряжения. Последнее не должно также возникать при введении устройства в работу, 1473044

При настройке данного источника вторичного электропитания предварительно определяется амплитуда опорных сигналов в блоке 3 импульсно-фазового управления и формируется сигнал огра" ничения источником 11, не превышакщий измеренную амплитуду опорных сигналов, Уровни ограничения напряжения на выходе интегратора ограничителя 8 и коэффициент пропорциональности сумматора 5 по соответствующему входу выбираются такими, чтобы изменение сигнапа управления за счет изменения напряжения интегратора-ограничителя 8 15 было достаточным для стабилизации выходного напряжения устройства при колебаниях нагрузки от холостого хода до номинальной, отклонении напряжения первичного источника 17 во всем диапа-Zp зоне температур окружающей среды, изменении параметров блока 3 импульснофазового управления и системы регулирования, Эталонное напряжение источника 9 выбирается таким, чтобы при 25 нулевых напряжениях интегратора-ограничителя 8 и усилителя-ограничителя

10 сигнал на выходе сумматора 5 соответствовал половине диапазона регулирования сигнала управления, Уровни 30 ограничения напряжения на выходе усилителя-ограничителя 10 и коэффициент пропорциональности сумматора 5 по соответствующему входу выбираются такими, чтобы выходной сигнал сумматора 5 превьппал амплитуду опорных сигналов в блоке 3 импульсно-фазового управления и уровень сигнала ограничения источника 11 при максимальном напряжении. усилителя-ограничителя 10 4О независимо от величины выходного сигнала интегратора-ограничителя 8.

В момент включения устройства его выходное напряжение равно нулю. В сумматоре 6 из сигнала задания источника 45

7 вычитается выходной сигнал фильтра

2 и на выходе сумматора 6 формируется сигнал ошибки, имеющий наибольшее значение при нулевом выходном напряжении устройства. Этот сигнал усиливается и подводится к сумматору 5.

Напряжение на выходе сумматора 5 стремится увеличиться и становится более сигнала ограничения источника 11.

При этом на выходе блока 12 сравнения появляется отрицательный сигнал, который усиливается усилителем 13, открывает вентиль 16 и воздействует на вход напряжения отрицательной по.лярности сумматора 5, В результате выходной сигнал сумматора 5 уменьшается и становится близким к сигналу ограничения, но все же несколько его превышает, поскольку ограничение осуществляется rо отклонению (превышению) напряжения на выходе сумматора 5 от сигнала ограничения источника 11.

На вход блока 3 импульсно-фазового управления поступает сигнал управле-. ния, близкий к амплитуде опорных сигналов, что обеспечивает минимальный угол управления вентилями выпрямителя и максимальное его напряжение. Одновременно отрицательный сигнал с выхода усилителя 13 через усилитель

14 и вентиль 15 воздействует на сумматор 4, что приводит к появлению на входе интегратора-ограничителя 8 большого отрицательного сигнала, перезаряжающего интегратор-ограничи- " тель 8 и делающего напряжение на его выходе наиболее отрицательным независ симым от сигнала источника 7 и выходного напряжения устройства. За счет усилителя-ограничителя 10 выходной сигнал сумматора 5 остается в начальный момент положительным и равным сигналу ограничения и "точника

11. Сигнал управления максимален и по мере повышения выходного нагряжения устройства уменьшается сигнап ошибки на выходе сумматора 6. При этом уменьшается сигнал на выходе сумматора 5 и в определенный момент времени становится меньше сигнала ограничения, 1

С этого момента напряжение на выходе блока 12 сравнения меняет знак на положительный, вентиль 16 закрывается и отключает ограничение сигнала управления, позволяя выходному си гналу сумматора 5 изменяться пропорционально его входными сигналам. Одновременно выходной сигнал усилителя 14 становится положительным, вентиль 15 закрывается и отключает перезаряд интегратора а-ограничителя 8, поз воля я тем самым изменяться напряжению на выходе последнего пропорционально интегралу сигнала ошибки между сигналом задания источника 7 и выходным напряжением устройства. За счет этого напряжение на входе интегратора-ограничителя 8 возрастает до величины, обеспечивающей равенство сигнала задания и выходного напряжения без возникновения каких-либо перенапряже ний на выходе источника вторичного

35

5 14730 электропитания. Причем перенапряжений не возникает при включении устройства на любую нагрузку от холостого хода до номинальной благодаря под5 держанию в начальный момент минималь" ного напряжения интегратора-ограничителя 8, быстрому уменьшению сигнала усилителя 10 по мере возрастания выхоцного напряжения и плавному 10 по сл еду юще му по выше ни ю н апр яже ния интегратора-ограничителя 8 беэ его переколебаний, Исключение перенапряжений при пуске повышает качеСтво стабилизации напряжений и благопри-15 ятно сказывается на работе источника вторичного электропитания нагрузки 18.

В нормальных режимах работы при коммутации нагрузки 18 также уменьша". ются провалы и выбросы выходного на-, 20 пряжения устройства за счет быстрого регулирования сигнала управления через сумматор 6 и усилитель-ограничитель 10.

В режимах перегрузок выходное 25 напряжение уменьшается и становится меньше сигнала задания. Сигнал ошибки на выходе сумматоров 4 и 6 увеличивается, что приводит к повышению напряжения на выходе интегратора-ограничи- 30 теля 8, усилителя 10 и, как следствие, к повышению сигнала управления т на выходе сумматора 5, Поскольку вы-. ходное напряжение устройства не может поддерживаться в режиме перегрузки равным сигналу задания даже при минимальном угле управления (максимальном сигнале управления), то действие выходных сигналов интегратораограничителя 8 и усилителя-ограничи- 40 теля 10 приведет к превышению сигнала управления на выходе сумматора 5 над сигналом ограничения источника 11

Перез аряд интегратора-ограничителя 8 не обязательно произойдет до мини- 45 мального напряжения, а функциональные блоки 12-16 и собственно интеграторограиичитель 8 могут начать работать в импульсном автоколебательном режиме, при котором напряжение интегратора- 50 ограничителя 8 будет совершать небольшие колебания вблизи уровня, достаточного для формирования выходного сигнала сумматора 5, равного сигналу ограничения, т.е. напряжение интегратора" ограничителя 8 будет менее своего максимального значения, Поэтому после сброса нагрузки до меньшего значения на выходе фильтра 2 выброс выходного напряжения будет уменьшенным, Это также повышает качество стабилизации выходного напряжения.

В режиме к. з, напряжение на выходе устройства равно нулю и источник втог ричного электропитания работает аналогично режиму пуска, Отличаются значения токов в силовом тракте, а система регулирования работает в реЖиме переэаряженного до минимума интегратора-ограничителя 8 с формированием максимального сигнала управления за счет усилителя-ограничителя 10. От-. ключение к,з. и переход в нормальный режим сопровождается плавным повышением выходного напряжения, Формул а изобретения

Стабилизируюший источник вторичного электропитания постоянного тока, содержащий последовательно включенные управляемый выпрямитель, силовой вход которого соединен с выводами для подключения первичного источника многофазного напряжения, и сглаживающий фильтр, выход которого соединен с выводами для подключения нагрузки, первый сумматор, первый суммирующий вход которого подключен к выходу источника сигнала задания, а первый вычитающий вход — к выходу сглаживающего фильтра, второй сумматор, первый суммирующий вход котрого соединен с выходом источника эталонного напряжения, а второй суммирующий вход через интегратор-ограничитель — с выходом первого сумматора, блок импульсно-фазового управления, управляющий вход которого подключен к выходу второго сумматора, а синхронизируюший вход и выход " соответственно к сидовому и управляющему входам управляемого выпрямителя, о т л и ч а ю ш и й- с я тем, что, с целью повышения качества стабилизации выходного напряжения в переходных режимах, в него введены блок сравнения, источник сигнала ограничения, два усилителя, два вентиля, третий сумматор и усилитель-ограничитель, причем суммирующий вход блока сравнения соединен с выходом источника сигнала ограничения, вычитающий вход — с выходом второго сумматора, а выход — с входом первого усилителя, второй вычитающий вход первого сумматора через последовательно включенные первый вентиль и второй

1473044

Составитель Л,Морозов

Техред A.Êðàâ÷óê Корректор М.Васильева

Редактор М.Келемеш

Заказ 1724/55 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г .Ужгород,. Ул. Гагарина,101 усилитель подключен к выходу первого усилителя, соединенному через второй вентиль с вычитакщим входом второго сумматора, суммирующий вход третьего сумматора подключен к выходу источника сигнала задания, вычитающий вход — к выходу сглаживающего фильтра, а выход через усилительограничитель — к третьему суммирующему входу второго сумматора,