Устройство для регулирования и стабилизации напряжения переменного тока

 

Союз Советских

Социвлистииесних

Республик (6I) Дополнительное к ав (22) Заявлено 17.02. 77(2 с присоединением заявки (23) Приоритет. Опубликовано 05.06

Е 1/44

Гооударственныи квинтет

СССР оо донни изобретений н открытий

62 1.316.

l(088. 8}

Дата опублнковани (72) Автор изобретения

В. E. Болтнев

Рязанский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО 0ЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ

НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к области электротехники и может быть использова- но в цепях питания различной радиотехнической аппаратуры.

Известны устройства для регулирования и стабилизации напряжения переменного тока fl), (21.

Первое из известньк устройств. tl} содержит ретулируюший элемент с дискретным, изменяемым с помошью ключей переменнот о тока, коэффициентом передачи и цифровую схему управления.

Второе из известных устройств (2), являюшееся наиболее близким техническим решением к данному изобретению, содер- . жит включенный в одну из силовьк шин регулируюший элемент, имеюший не менее двух управляюших входов, к которым подключены выходы элементов управления, реверсивный счетчик импульсов с шинами вычитания и сложения, выходы которого подключены к соответствуюшим входам элементов управления, генератор импульсов и два пороговьк элемента сравнения, входы которьк соединены с выходом измерительного элемента, входом подключен ного к выходным выводам.

Недостатком известных устройств яв» ляется то, что быстродействие известных устройств ограничивается инерционностью измерительного органа и в лучшем случае (для амплитудных регуляторов) не превышает половины периода напряжения сети, что в ряде случаев оказывается недостаточным, а мгновейные значения выходного переменного напряжения оказывмотся нестабилизированными и, следовательно, форма выходного нштряжения в течение каждого полупериода может быть искажена за счет воздействия возмушаюших факторов как со стороны нагрузки, так и со стороны сети. На форму выходного напряжения непосредственное влияние может оказывать и сам процесс

20 автоматического регулирования. Кроме того, в известных устройствах невозможны коррекция и наперед заданное изменеle формы выходного напряжения.

3 66

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик и Обеспечение заданной коррекции формы выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем, чтО В устрОйстВО "Bs регули ования и стабилизации напряжения переменного тока дополнительно введен источник эталонного переменного напряжения, вход которого подключен к ВХОдным Выводам а âüêoä через допопнителжо введенный выпрямитель подключен ко входам двух дополнительно введенных масштабных усилителей с различными коэффициентами передачи, причем выход масштабного усилителя с бопыпим ковффициентом передачи СОединен с Введенным доцопнцтельным входом первого порогового влемента сравнения, выход которого подключен к шине вычитания реверсивного счетчика импульсов, выход масштабного усилителя. с меныдим коэффициентом передачи соединен с введенным дополнительным вхо« дом второго элемента сравнения, выход которого подключен к шине сложения реверсивного счетчика импульсов, а генератор импульсов подключен ко входу реверсивно1 о счетчика импульсов непосредственно, кроме того„масштабные усилители дополнительно. снабжены неиивертируюшими входами, причем к неинвертируюшему hxogy масштабного усилителя с большим ковффицнентом передачи подключен дополнительно введенный источник постоянного положительного cMeme ния, а к неинВертируюшему Входу мас-, штабного усилителя с меньшим коэффициентом передачи подключен дополнитель но введенный источник постоянного отри-. цательного смешения.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1. На фиг.2 показан процесс отработки возмущающего скачка.

6527 4 пения 12, содержащие ключи и усилители управляющих сигналов.

Выпрямитель 4 и линейный согласующий элемент 9 образуют измерительный элемент 13.

Рассмотрим работу устройства при его подкпЮчении к сети с синусоидальной формой напряжения. В этом случае, если нет необходимости в преднамеренном ис-

10 кажении формы выходного напряжения, эталонное напряжение должно быть также синусоидальным и синфазным с напряжением сети. После выпрямпения с помощью выпрямителя 3, выполненного двух15 полупериодным, эталонное напряжение по« ступает на входы двух масштабных усилителей 5 и 6. На выходе масштабного усилителя 5 формируется опорное напряжение Ии Я =@и/sic4 ñ

К > Ра - амплитудные значения опорных Напряжений; Q3 - круговая частота эталонного напряжения, равная круго25 вой частоте напряжения сети. Вьмодное напряжение с необходимым коэффициентом пропорциональности, обеспечиваемым линейным согласующим элементом (в качестве которого может быть

30 использован трансформатор, резистивный делитель, комбинация трансформатора с резистивным делителем и фильтром нижних частот и т.п.}, также выпрямляется с помощью выпрямителя 4, выполненно35 го двухполупериодным. Оно имеет вид ц",(}-kU (sin ы,ц, где g - амплитуда выходного напряже-. нияу

40 - коэффициент пропорциональности, обеспечиваемый линейным согласующим элементом. Это напряжение сравнивается с. опорными напряжениями lto (t) и Р (Ц с помощью пороговых элементов

45 7

$0

55. Устройство для регулирования и ета» билизации напряжения переменного тока содержит регулирующий элемент Х с дискретно управляемым с помощью ключей переменного тока ио закону двоично| о кода ковффициентом передачи, источник эталонного переменного напряжения 2, синфазный с напряжением сети, выпрямители 3 и 4, масштабные усилители 5 и 6, пороговые впементы сравнения 7 и 8, линейный согласующий элемент 9, генератор импульсов 10, реверсивный счетчик импульсов 11 и впементы управВ случае, если мгновенное значение выходного напряжения отклонилось от значения,соответствующего синусоидальной кривой, например, в сторону уменьшения на величину, превышающую допустимый уровень, то напряжение на выходевыпрями-, теля 4 A/8 (8), пропорциональное выход ному напряжению и поступающее на дополнительный вход порогового элемента срав нения 7, становится меныие напряжения

l!o<(t) на выходе масштабного усилителя 6 и пороговый элемент сравнения 7, 666527 срабатывая, переводит реверсивный счетчик 11 в режим сложения. Импульсы с выхода генератора 10, поступаюшие на шину сложения, увепичивают код, записанный в реверсивном. счетчике до тех пор, пока коэффициент передачи регупируюшего органа, управляемого с помошью ключей, которыми через усилители управпяюших сигналов, в свою очередь, управляет реверсивный счетчик 11, не достигнет такого значения, при котором напряжение l, (0 на выходе вьлтрямитепя 4 становится равным ипи большим напряжения @ч(1) на выходе масштаб» ного усилителя 5, При этом пороговый элемент сравнения 7 возвращается в исходное состояние и увеличение кода реверсивного счетчика 11 прекрашается.

Если в дальнейшем вновь происходит отклонение текушего значения выходного напряжения в сторону уменьшения, превышаюшее допустимое, то процесс стабилизации повторяется.

Если отклонение мгновенного значения выходного напряжения сверх допустимого уровня происходит в сторону увеличения, то процесс стабилизации протекает аналогично вь|шеописанному с той лишь разницей, что напряжение 3/р (L) сравнивается с опорным напряжением (). с помощью порогового элемента сравнения 8, который управляет шиной вычитания реверсивного счетчика 11, из менение кода которого происходит в сторону уменьшения до тех пор, пока не будет выполняться неравенство

Если же уровни текуших значений выходного напряженгя находятся в зоне допустимых .отклонений, т.е. выполняется неравенство ЦДЦ с Ц ЙМИ Ы), то оба пороговых элемента сравнения 7 и 8 закрыты и импульсы генератора импульсов 10 не поступают ни на одну из шин реверсивного счетчика 11, его код остается неизменным и, следовательно, остается неизменным коэффициент передачи регупируюшего впеменга. Значения и Ро выбира|отся равными значениями k 5 8 <,„K Qg соответственно.

Процесс обработки реального (имеюшего конечную длительность фронтов) возмущаюшего скачка с различной длительностью фронтов и действуюшего в течение одного попупериода напряжения сети показан на фиг. 2. На фиг. 2 а.1редставпен вид возмушаюшего воздействия; на фиг. 2 б — поспедоватепьность импульсов 1 енератора импульсов; ча фиг. 2в - последовательность импуп.=% сов, прошедших на вычитаюший вход реверсивного счетчика; на фиг, 2г — поспедоватепьность импульсов, прошедших на вход спожения реверсивного счетчика.

На фиг. 2 д тонкими сппошными пиниями

10 показана зона допустимых отклонений мгновенных значений выходного напряжения, опредепяе::ая заданной точностью регулирования; толстой сплошной пиниейкривая изменения текушего значения выходного напряжения; толстой пунктирной пинией — формы ar-:.ходного напряжения при отсутствии стеб,пизацпи.

На фиг. 2 спедует, что характер ди= намики процесса отработки возмушаюшего воздействия в предлагаемом устройстве .зависит от соотношения скорости изменения возмушения и частоты следования импульс:ов генератора импульсов.

При уменьшении ст орости изменения воз

"5 мушаюшего воздействия, что эквивалентно увеличению частоты следования импульсов генератора импульсов, уменьшаются искажения, вносимые в форму выходного напряжения, которые при выЗ© боре достаточно высокой частоты генератора импульсов могут быть сведены к незначительным, а время обработки может не превышать длительности фронта возмушения и быть с гарантией (прак тически на порядок и более) значитепь/ но меньше длительности попупериода напряжения сети. Искажения формы выходного напряжения,: возникаюшие в про-. цессе отработки динамических возмушений, например, при импульсной нагрузке, имеют спектр, частота основной гармоники которого во много раз превышает частоту регулируемого напряжения, и, следовательно, могут быть легко отфильтрованы с помошью небопыного фильтра нижних частот, включаемого при необходимости между вькодом предполагаемого устройства и потребителем.

Процесс отработки статических возмушений в предлагаемом устройстве, также как и в известных устройствах, является астатическим, поэтому точность установки соответствгя кривой выходно«

Я го напряжения обусповпена шагом квантования выходного напряжения, который обеспечивается используемым дискретным регупируюшим элементом.

666527

Реальные пороговые элементы сравнения обладают конечной зоной гистерези« са амплитудной характеристики, поэтому и окрестности .перехода выходным напряжением нулевого уровня из-аа незначительного различия текущих значений на-. пряжений Рщ(Ц и g (t) обе пороговые схемы могут оказаться ho Включенном состоянии одновременно, что может стать причиной неустойчивой работы устройства.

В связи с втим необходимо, чтобы опорные напряжения «(P) и доа И) в окрестности перехода входного нанряжения через нулевой уровень отличались друг от друга по текущему уровню на величину, несколько превышающую ширину зоны гистереаиса амплитудной харат теристики используемых пороговых впементов, что может быть достигнуто путем смешения уровней опорных напряжений в противоположные стороны, причем, уровень напряження g q (Q необкоднмо сместить в положительную сторону, а уровень напряжения Ии() - в отрн цатепьную. Смещение уровней опорных напряжений достигается за счет подипо чення к неинвертнруюшим входам масш табных усилителей источников с необходимым уровнем постоянного напряжения

Eq,но с противопопожными знаками.

Так как ширина зоны гистереаиса амппитудной характеристики пороговых впе» ментов сравнения может быть обеспечена достаточно малой (десятки и даже единицы мВ), то незначитепьное смеше ние уровней опорных напряжений практически не оказывает влияния на точность . стабилизации и на величину вносимых искажений.

Формупа изобретения

1. Устройство дпя регулирования и стабилизации напряжении переменного тока, содержащее включенный s одну из силовых шнн регупируюшнй впемент,. нмею щнй не менее двух управпяюшнх входов, к которым подключены выходы, элементов управления, реверснвный счетчик импульсов с шинами вычитания и сложения, выходы которого под кпючены к соответствуюшнм входам элементов управпення, генератор импульсов и два пороговых впемента сравнения, входы которых соединены с выходом измерительного впемеп га, входом подключенного к выходным выводам, о т и и% ч а ю ш и и с я тем, что, с целью упучшення динамических характеристик и обеспечения заданной коррекции формы выходного напряжения, в него дополнительно введен источник эталонного переменного напряжения, вход которого подключен к входным выводам, а выход че- рез дополнительно введенный выпрямитель подключен ко входам двух дополнительно введенньи масштабных усилителей

1й с различными ковффициентами передачи, причем выход масштабного усилители с большим ковффициентом передачи соединен с введенным дополнительным входом первого порогового элемента сравнения, ® выход которого подключен к шине вычи,тания реверсивного счетчика импульсов, выход масштабного уснпитепя с меньшим ковффнциентом передачи соединен с вве» денным дополнительным входом второго порогового элемента сравнения, выход которого подключен к шыне сложения рвверсивйого счетчика импульсов, а гьнератор импульсов подключен ко входу реверсивного счетчика импульсов не» в посредственно.

2. Устройство по н. 1, о т и и « ч а.ю щ е е с я тем, что, с целью по-, вышения устойчивости процесса стабипиаации выходного напряжения в области

З перехода через нулевой уровень, масштабные усилители дополнительно снабжены неинвертируюшими входами, причем к неинвертируюшему входу масштабного усилителя с большим ковффициен46 том передачи подключен дополнительно введенный источник постоянного положительного смешения, а к неинвертируюшему входу масштабного усилителя с меньшим

4$ .ковффицнентом передачи подключен допоп ннтепьно введенный источник постоянно« го отрицательного смещения.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 419861, кп. 6 05 Р 1/14, 1974.

2. Авторское свидетепьство СССР № 440654, кп. 6 05 F у20, 1974.

Составитель С. Чернышева

Редактор 11. Мепуришвили Техред 3. Фанта Корректор М. немчик

Заказ 3 184/38 Тираж 1014 Подписное

ЦНИИПИ.Госуларствеиного комитета СССР по делам изобретений н открытий

11303S, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4