Способ стабилизации переменного напряжения

 

5l2465

ОП ИСАНИ Е

И3ОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социдлисти4еских

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 25.12.72 (21) 1861800/24-7 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 30.04.76. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 12.01.77 (51) М,Кл е С 05F 1/12

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621.316.722.1 (088.8) (72) Авторы изобретения В. В. Афанасенко, Л. Р, Афицинский, Э. Д. Аваков и А. А. Загидулин (71) Заявитель (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯ)КЕНИЯ

Un — /оп н нр с вх (2), где С/„р — нерегулируемое напряжение;

U, напряжение вольтодобавки.

При этом напряжение вольтодобавки равно:

Изобретение предназначено для использования в электротехнике, радиотехнике, автоматике и метрологии для стабилизации переменного периодического напряжения.

Известны способы стабилизации переменного напряжения, по которым нерегулируемое напряжение сравнивают с опорным высокостабильным переменным напряжением, напряжение рассогласования усиливают по мощности, не изменяя по напряжению и повернув на 180, суммируют с нерегулируемым напряжением.

В результате этих операций напряжение па нагрузке должно повторять напряжение опорного генератора, т. е. где Ц, — напряжение на нагрузке (комплексное значение);

U„— опорное напряжение (комплексное значение).

Очевидно, что /вх — (Uнр - оп)

К,„„,,„,,— коэффициент передачи выходного устройства.

После подстановки (3) в (2) получим: с

UH= нр (К р /оп) К ус К вых устр ° (4)

I0

Из выражения (4) очевидно, что U„= U, только в случае, если

К ус Квых устр = (5)

Однако при выводе этой формулы не оговорено еще одно необходимое условие, а именно — выходное сопротивление усилителя и выходного устройства при указанном условии (5) должно быть равно нулю. Это необходимо, чтобы на выходном устройстве при про20 текании тока нагрузки не выделялось напряжение, так как в противном случае при изменении нагрузки будет изменяться напряжение на ней из-за различного падения напряжения на внутреннем сопротивлении выходного уст25 ройства.

Целью изобретения является повышение точности регулирования за счет уменьшения погрешности от изменения входного напряжения и тока нагрузки до величины, не превызо шающей заданной.

512465

55

3

Поставленная цель достигается тем, что величина и форма напряжения на нагрузке задаются величиной и формой опорного папряжения путем непрерывного сравнения по мгновенным значениям нестабилизированного напряжения и высокостабильного переменного напряжения, усиления выявленной разности по мощности при близком к единице усилении по напряжению, поворота ее на 180 по отношению ко входному сигналу и суммирования ее с нестабилизированным напряжением, сравнения результирующего напряжения по мгновенным значениям с упомянутым опорным напряжением, усиления выявленной разности по мощности без изменения по напряжению, поворота ее на 180 и суммирования с первым результирующим напряжением, и так до и-ной ступени регулирования. При этом погрешность регулирования по изменению входного напряжения и по изменению тока нагрузки уменьшается по мере увеличения ступеней регулирования.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 2 — структурная схема устройства; на фиг. 3 — векторные диаграммы, поясняющие способ.

При отклонении напряжения нестабилизированного источника 1 от опорного напряжения источника 2 по форме и (или) величине на выходе схемы сравнения 3 первого источника напряжения 4 появляется напряжение отклонения, равное разности между указанными напряжениями. Усиленный по напряжению и мощности усилителем 5 этот сигнал суммируется в выходном устройстве 6 этого источника с нестабилизированным напряжением. При этом общий коэффициент передачи по напряжению усилителя и выходного устройства близок к единице и напряжение отклонения на выходе выходного устройства 6 (например, трансформаторного) повернуто по фазе на 180 по отношению к напряжению на входе усилителя 5. Это напряжение является первым составляющим напряжения первого источника добавочного напряжения 4.

Вторым составляющим является падение напряжения на внутреннем сопротивлении выходного устройства этого источника из-за протекающего тока нагрузки через выходное устройство 6.

Одновременно с первым добавочным напряжением формируется второе, третье.... п-ное.

При этом напряжением сигнала для первого слагаемого этих источников, начиная со второго 7 и кончая и-ным 8 является напряжение отклонения от опорного алгебраической суммы нестабилизированного напряжения со всеми предыдущими добавочными напряжениями. Вторым слагаемым этих добавочных напряжений так же, как и у первого добавочного напряжения, является падение напряжения на полном внутреннем сопротивлении вы5

4 ходного устройства соответствующего источника.

Таким образом, упавшее напряжение на внутреннем сопротивлении выходного устрой. ства 6 источника 4 является частью входного сигнала для усилителя 5 источника 7, т. е. второй источник добавочного напряжения стремится скомпенсировать падение на внутреннем сопротивлении первого источника добавочного напряжения.

Полное внутреннее сопротивление выходного устройства 6 источника 7 должно иметь меньшую величину. Это возможно выполнить, так как от второго источника добавочного напряжения потребляется меньшая мощность (основную мощность для компенсации отклонения нестабилизированного напряжения от опорного дает первый источник добавочного напряжения 4), и методами трансформации импеданса нетрудно достигнуть меньшего выходного сопротивления.

У последнего и-ного источника 8, соединенного с нагрузкой 9 полное внутреннее сопротивление должно быть как можно меньшим и стремиться к нулю.

Поясним это векторными диаграммами.

Блок-схему устройства, реализующего предлагаемый способ представим в более развернутом виде, как показано на фиг. 2.

Напряжение на выходе выходного устройства вырабатывается генератором 10, а полное внутреннее сопротивление источников добавочных напряжений — последовательно включенными активным 11 и реактивным сопротивлениями 12. Схема сравнения нестабилизированного и опорного напряжения последовательная.

Пусть напряжение источника 1 (векторУ„,, фиг. 3, а) по амплитуде больше напряжения источника 2 (вектор U,„) и по фазе повернуто на 180 . Для простоты рассматривается случай чисто активной нагрузки, т. е. сопротивление нагрузки 9 (фиг. 1, 2) омическое и ток нагрузки 1,ч,совпадает по фазе с напряжением U„,; U,„— напряжение на входе первой ступени.

Векторная диаграмма после первого источника добавочного напряжения показана на фиг. 3, б. Здесь из напряжения нестабилизированного источника У„с вычитается напряжение вольтодобавки U„„ генератора вольтодобавки 10 (фиг. 2). С разностным напряжением векторно суммируются векторы напряжений Ui». и U,, появляющиеся из-за падеi . ia ния напряжения на сопротивлениях 11 и 12 (см. фиг. 2) источника первого добавочного напряжения 4.

Из фиг. 3, б очевидно, что первое добавоч812465 л и — 1 (7), 9

2н ное напряжение равно сумме векторов U„.„

UR,. и U», После первой ступени регулирования модуль и фаза результирующего напряжения отображены вектором U>, а сигнал на входе усилителя 5 второго источника добавочного напряжения 7 (см. фиг. 2) — вектором U,, (фиг. 3, б).

Векторная диаграмма после второй ступени регулирования показана на фиг, 3, в.

Здесь видно, что вследствие меньшей величины сопротивлений R;, и Х;, (соответственно 11 и 12 источника 7), напряжение Уг (результирующее напряжение после второй ступени регулирования) гораздо меньше отличается от опорного У„. Более того, величина сигнала У,„на входе усилителя следующей ступени регулирования оказывается существенно меньшей, чем на входе усилителей первой и второй ступеней.

Следовательно, если взять достаточное количество источников добавочных напряжений, можно, разумеется в пределах заданной погрешности, добиться равенства по амплитуде и форме напряжения на нагрузке 9 опорному напряжению.

При наличии реактивности в нагрузке механизм работы не меняется, меняется лишь угол сдвига тока от напряжения, который после компенсации индуктивностей выходных устройств добавочных напряжений остается постоянным и определяется только реактивностью нагрузки.

Теоретический анализ структурной схемы по предлагаемому способу показывает, что напряжение на нагрузке выражается зависимостью:

U„= U..+(U„,— U )й(1 — К,)— " 1=1

7„ - Z,-II (1 — К +, ) + „)

i=1 i†= где К вЂ” коэффициент передачи источников добавочного напряжения;

1„ — ток нагрузки;

l0

Z — полное внутреннее сопротивление выходных устройств источников добавочного напряжения.

Формула изобретения

Способ стабилизации переменного напряжения путем непрерывного сравнения по мгновенным значениям нестабилизированного напряжения и высокостабильного опорного переменного синусоидального напряжения, усиления выявленной разности по мощности при близком к единице усилении по напряжению, поворота на 180 по отношению ко входному сигналу этой усиленной разности и суммирования ее с нестабилизированным напряжени25 ем, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности регулирования и уменьшения влияния изменения тока нагрузки, после суммирования упомянутой усиленной разности с нестабилизированным н»ЗО пряжением, результирующее напряжение сравнивают по мгновенным значениям с упомянутым опорным напряжением, выявленную разность усиливают по мощности, не изменяя по напряжению, поворачивают на 180 и сумÇ5 мируют с первым результирующим напряжением, второе результирующее напряжение снова сравнивают с тем же опорным напряжением и так до и-ной ступени регулирования, при этом погрешность регулирования по измене40 нию входного напряжения и по изменению тока нагрузки уменьшается по мере увеличения ступеней регулирования.

+on

Риа,,3

Составитель Л. Стрелкин

Техред Е. Подурушина

Корректор Л. Котова

Редактор Б. Левятов

Подписное

Заказ № 5191 Изд. № 1314 Тираж 1029

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

МОТ, Загорский филиал н

Ug

Uîn

Й н з