Магнитно-полупроводниковый регулятор-стабилизатор переменного напряжения

 

- май по- »,р «т»

< п1,4406 55

ОПИСАНИ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 05.06.72 (21) 1792081/24=7 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 25.08.74. Бюллетень ¹ 31

Дата опубликования описания 06,02.75 (51) М. Кл. б 05f 1/38 государстве::иый комитет

Совета Мииистров СССР па делам изооретеиий и открытий (53) УДК 621 316.722.1 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. В. Кобзев, В. П. Обрусник и Г. А. Шадрин

Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики (71) Заявитель (54) МАГНИТНО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ РЕГУЛЯТОРСТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Известны регуляторы и стабилизаторы переменного напряжения и тока, содержащие регулирующий орган в виде параллельно включенных нелинейного ферромагнитного и полупроводникового ключевого элементов, фильтр выходного напряжения, источник задающего напряжения, цепь обратной связи и синхронизированный с сетью при помощи трансформатора управляемый широтно-импульсный модулятор, вход которого подсоединен к источнику задающего напряжения и к цепи обратной связи.

В известном магнитно-полупроводниковом регуляторе-стабилизаторе напряжение обратной связи выпрямляется, сглаживается емкостным фильтром и после этого сравнивается с задающим напряжением. Фильтр в цепи обратной связи вносит инерционность в контур регулирования, что не позволяет реализовать безынерционность регулирующего органа. Снижение постоянной времени фильтра с целью увеличения быстродействия приводит к увеличению помех на входе схемы управления ключевым элементом и, следовательно, к снижению надежности работы регулятора-стабилизатора.

С целью повышения быстродействия, точности и помехозащищенности параллельно выходу через согласующий трансформатор, резистор и диод включено запоминающее устройство, выполненное, например, из конденсатора и составного эмиттерного повторителя, вход которого зашунтирован коммутирующим ключом, по цепи управления подключенным через дифференцирующую цепочку к дополнительной обмотке нелинейного ферромагнитного элемента, а выход соединен последовательно с выходом триггера источника задающего напряжения, причем вход

N триггера соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, по входу зашунтированного диодом, и через ограничитель и формирователь с отдельной обмоткой синхронизирующего трансформатора.

15 С целью обеспечения широкого диапазона регулирования выходного напряжения стабилизатора на выходе триггера источника задающего напряжения установлен потенциометр, а для повышения стабильности ампли2О туды импульсов задающего напряжения в широком диапазоне изменения сигнала ошибки на выход потенциометра подключен эмиттерный повторитель.

Для получения заданной степени компенса25 ции колебания напряжения питающей сети между эмиттером формирователя и анодом ограничительного стабилитрона установлен резистор. Для осуществления стабилизации выходного напряжения по амплитудному, эфЗО фективному или среднему значениям заряд440655

3 ный резистор запоминающего устройства выполнен регулируемым.

На чертеже изображена принципиальная схема магнитно-полупроводникового регулятора-стабилизатора.

Она содержит регулирующий орган в виде параллельно включенных дросселя 1 насыщения и полупроводникового ключевого элемента 2, фильтр 3 выходного напряжения, установленный между нагрузкой 4 и дросселем 1 насыщения, синхронизированный с сетью при помощи отдельной обмотки синхронизирующего трансформатора 5, управляемый широтно-импульсный модулятор б с согласующим эмиттерным повторителем 7, по входу зашунтированным диодом 8, источник 9 задающего напряжения, к которому подключен триггер, имеющий левое плечо 10 и правое 11, согласующий трансформатор 12, зарядный регулируемый резистор 13, диод 14, запоминающее устройство, состоящее из конденсатора

15 и составного эмиттерного повторителя 16, вход которого зашунтирован коммутирующим ключом 17, по цепи управления подключенным через дифференцирующую цепочку 18 к дополнительной обмотке 19 дросселя 1 насыщения.

Вход плеча 11 триггера подключен через дифференцирующую цепочку 20 к широтноимпульсному модулятору 6, а плечо 10 — через ограничитель 21, формирователь 22 и дифференцирующую емкость 23 к отдельной обмотке синхронизирующего трансформатора

5. Orp аничи тель 21 может быть выполнен, например, на кремниевом стабилитроне, а формирователь — на транзисторе. Выход составного эмиттерного повторителя 16 через ограничительный резистор 24 соединен последовательно с выходом эмиттерного повторителя 25, вход которого подключен к потенциометру 26, установленного на выходе плеча 11 триггера.

В начале каждого периода напряжения сети широтно-импульсным модулятором (ШИМ) б вырабатывается импульс, длительностью не более полупериода, который замыкает ключевой элемент 2. Напряжение на выходе регулирующего органа (1, 2) в этом интервале повторяет напряжение сети, которое через фильтр прикладывается к нагрузке 4. В другой полупериод ключевой элемент 2 разомкнут, и происходит естественное перемагничивание сердечника дросселя 1, который насыщается в момент, однозначно связанный с длительностью замыкания в предыдущий полупериод ключевого элемента 2. Таким образом, напряжение на выходе регулятора во всем диапазоне регулирования синфазно с сетью. Длительность импульса на выходе

ШИМ 6 в каждый из периодов зависит от величины сигнала ошибки, равной разности задающего напряжения и напряжения обратной связи в интервале формирования каждого импульса. Напряжение обратной связи формируется запоминающим устройством. Прп этом

1О

65 заряд конденсатора 15 происходит через согласующий трансформатор 12, резистор 13, диод 14 той полуволной выходного напряжения, которая соответствует разомкнутому состоянию ключевого элемента 2. Заряд конденсатора 15 происходит до момента запирания диода 14, который зависит от соотношения периода сети и постоянной времени заряда.

Поскольку зарядный резистор 13 выполнен регулируемым, то в процессе настройки стабилизатора постоянная времени может быть скорректирована на заданные условия. Уровень заряда конденсатора 15 сохраняется до момента размыкания ключевого элемента 2, когда на дросселе 1 насыщения скачком появляется напряжение, запускающее через дополнительную обмотку 19 и дифференцирующую цепочку 18 коммутирующий ключ 17, например тиристор. Через цепь коммутирующего ключа 17 практически мгновенно происходит разряд конденсатора 15 до нуля. В последующий период конденсатор 15 зарядится до нового уровня, определяемого выходным напряжением в контролируемый полупериод, осуществляя таким образом безынерционный контроль выходного напряжения.

Выходное напряжение запоминающего устройства вводится последовательно и встречно с выходом триггера источника задающего напряжения. Триггер опрокидывается, когда на базу плеча 10 подается отпирающее напряжение через ограничительный стабилитрон 21, формирователь 22 и дифференцирующую емкость 23 с отдельной обмотки синхронизирующего трансформатора 5. Формирователь 22 заперт и открывается только при пробое ограничительного стабилитрона 21, причем OH пропускает вершину той полуволны напряжения, которая заряжает конденсатор 15 запоминающего устройства. При запирании формирователя 22 левое плечо 10 триггера открывается, а правое 11 закрывается, и на выходе триггера появляется задающее напряжение стабильной амплитуды. Диод 7 запирается, и на вход ШИМ 6 прикладывается разность напряжений, снимаемых с выходов триггера и запоминающего устройства. ШИМ 6 формирует импульс, длительность которого соответствует величине разности. По окончании импульса ШИМ 6 задним его фронтом через дифференцирующую цепочку 20 триггер опрокидывается в исходное состояние. Одновременно с этим замыкается коммутирующий ключ 17 и становятся равными нулю напряжения задающее, обратной связи и на выходе

ШИМ б.

Таким образом, в интервале формирования импульса ШИМ 6 на входе его приложено практически идеально сглаженное напряжение, а все остальное время оно равно нулю, Это резко увеличивает помехозащищенность схемы управления и надежность работы стабилизатора. Компенсация колебаний напряжения сети происходит следующим образом;

440655 при уменьшении напряжения сети уменьшается интервал, в течение которого ограничительный стабилитрон 21 пробит. Вследствие этого уменьшается длительность открытого состояния формирователя 22, сдвигается момент опрокидывания триггера источника задающего напряжения, и сигнал ошибки ча вход ШИМ 6 будет приложен р аныпе, чем при номинальном напряжении сети, поэтому длительность импульса на его в: поде увели швается, компенсируя прилож нное возмущение. Регулируя резистор 27, ь «кнс изменять интервал пробитого состояния ограничительного стабилитрона 21 и тем самым устанавливать необходимый коэффициент компенсации указанного возмущения.

Предложенная схема может быть применена в регуляторах-стабилизаторах как с принудительной, так и с естественной коммутацией ключевого элемента. При использовании регулирующего органа на встречно-параллельных тиристорах необходимо введение такого же канала, контролирующего другую полуволну выходного напряжения.

Предмет изобретения

1. Магнитно-полупроводниковый регуляторстабилизатор переменчого напряжения, содержащий регулирующий орган в виде параллельно включенных нелинейного ферромагнитного и полупроводникового ключевого элементов, фильтр выходного напряжения, источник задающего напряжения, цепь обpafной связи и синхронизированный с сетью при помощи трансформатора управляемый и|про пэ-импульсный модулятор, вход которого подсоединен к источнику задающего напряжения if к цепи обратной связи, отлич а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействи,i. TO÷: эсти и помехозащищенности, параллельно выходу через согласующий трансформатор, резистор и диод включено запоминающее устройство, выполненное, например, на конденсаторе и составном эмиттерном повторителе, вход которого зашунтирован коммутирующим ключом, по цепи управления подключенным через дифференцирующую цепочку к дополнительной обмотке нелинейного ферромагнитного элемента, а выход соединен последовательно с выходом триггера источника задающего напряжения, причем вход триггера соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, по входу зашунтированного диодом, и через ограничитель и формирователь с отдельной обмоткой синхронизирующего трансформатора.

2. Регулятор-стабилизатор по и. 1, отл ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения широкого диапазона регулирования выходного напряжения стабилизатора, на выходе триггера источника задающего напряжения установлен потенциометр.

3. Регулятор-стабилизатор по пп. 1 и 2, отл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности амплитуды импульсов задающего напряжения в широком диапазоне изменения сигнала ошибки, к выходу потенциометра подключен эмиттерный повторитель.

4. Регулятор-стабилизатор по и. 1, о т л ичп ч а ю шийся тем, что, с целью осуществления стабилизации выходного напряжения по амплитудному, эффективному или среднему значениям, зарядный резистор запоминающего устройства выполнен регулируемым.

35 5. Регулятор-стабилизатор по п. 1, отл ич а ю шийся тем, что, с целью получения заданной степени компенсации колебаний напряжения питающей сети, между эмиттером формирователя и анодом ограничительного

4р стабилитрона установлен регулируемый резистор.

440655

Составитель В. Круглова

Техред Т. Миронова

Корректор Е. Кашина

Редактор Д. Пинчук

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 156/9 Из,д. № 170 Тираж 760 Подписное

Ц1-1ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по,делам изобретений и открытий

Москва, 1К-35, Раушская наб., д. 4/5