Система стабилизации электрической величины

 

ОПИСАНИЕ

Реупубпик (И « О Q р Е T E я я g у >731426

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 11.12.75 (21) 2300142/24-07

l 51) Л1.Кл.-" Су 05 1= 1/10 с присоед унением заявки ¹ 2198303/24-07, 2445384/24-07, 244б 794/24-07

Государственный комитет (23) Приоритет 24.01.77 по п. 3

19.01.77 по п. 5 (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень ¹ 16 (45) Дата опубликования описания 30.04.80 по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.316.722 1 (088.8) (72) Автор изобретения

Б. Д. Гладков (71) Заявитель (54) СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ВЕЛИЧИНЫ

Устрой ство относится к системам, автоматического уелулирова ния и улравления, в частности к .мощным и высоковольтным источникам питания постоянным налряжепием вы сокой точности.

Известны системы стабилуизации электрочеокой величины Ill, 2).

Наиболее близким техническим решением к;иэобретенуию я|вляетоя система стабилизации электричеакой величины, содержаща я по нключеHIHbIH IBx,одом к входным вьив одам lIIclplBbIH упра вляемый,регулятзр, cpBIBHlHвающе усилительный узел, подключенный входом к датчику стабилизируемой элекгричесиой величины, второй улразляеумый релулятор jl2).

К,недоустат ка м этой системы стабилизации относяпся низкий КУП, высокие лульса циуи, низкие устойчивость и точность.

Цель, изобретения — повышение КПД, уменьшение пульсаций и повышение устойчивости и точноспи.

Цель достигается тем, что в системе стабилизации электрической велуичииы, содержащей подключенный входом:к входным вы водам пер вый управляемый регулятор, сра вни вающе-усилительный узел, подключенный входом к датчику ста билпзируемой эле ктричеакой величины, .второй управляемый регулятор, управляющий вход лер вопо управляемого регулятора соединен через lIIclplBb114 аведен ный согласующе-усилительный блок с выходом cipaiBнивающе-усилительного узла, а выход второго управляемого регулятора связан с выходом аравнивающе-усилительного узла через введенный второй оогласующс-уси. л ительíblé узел, IIIðè÷eì,Bòoðîé управляемый регулятор iBbltIIOJIIHcH на базе ооединенных лоследо вательн о дрююселя, включенного последавателыно в;выходную шину на выход лер,вого улравл яемото:регулятора, и активного.:регулцруемоло элемента, силовая цепь,котораго включена между выходн ы,м и ш.и н а м и.

Кроме того, в случае иапользования системы в области iBblcoiKHx нацряжений один из оиловых электродов активного регулирующего элемента лодключен .к оо20 ответствующей выходной шине через введенные па|раллельно ооеднненлые резистор .и конденсатор.

В случае ислользопзаиия системы з области низооих налряженнй адин лз,сило25 вых электродю з гктивногo регулирующего элемента псудключен,к cooTtBQTcTзУющсй выходной шине непосредственно.

B качестве перво го управляемого регулятора предлагается применять улравлчЗО емый выпрямитель:или,выполнить его на

731426 оазе у(п(ра(вл яемого дросселя насыщения.

На фи(г. (1 (п(редставле(на (прин(ципиальная электри(ческая схема системы стабил(изации электри(чес(> ой (величины, в качестве которой, взято на(п(ряжение; На фиг.

2 — 5 (ва(р(иа(нты схем системы стабилизации.

В соответствии с фиг. 1 система стабилизации (содержит по(д(ключенный входом к вход(ным выводам (у1пра(вляемый .регулятор

1, в качеспве котаропо может быть и(спользо(ва(н у(пра(вляемый (вы(пря(митель, сравнивающе-(усилительный узел 2, состоящ(ий из усилителя 8 (постояннаго тока и,исто(чника

4 аноар(наго (задающего) (на(пря>кения, датчи(к 5 стабилизируемой электрической величины в нагрузке б. Выход усилителя 8 постоян(но(го то(ка через (пер(вый со(глас(у(о;це-усилительный узел 7 и блок 8 управления саед(и(нен с уп(р а(вляющим (входом у(пра(вляем(апо регулятора 1. Выход усилителя 8 (постоянно(го то(ка соединен также че(рез (второй оо(гласующе-усилительный узел 9 с упрел(яющим,входом второго

iIIipaiBJI(Heм(апо .репулятора 10, выполненного на базе д(ро(сселя 11 и а(кти(нного:регулирусмогпо элемента 12, силовая цепь GOTO(poго,включена между выход(ными ш(инами.

Система также содержит резисторы 18 — 19 и конденсаторы 20 — 28 .

Сх(зма (на фиг. 1 (!Io(KaaaHa для случая, когда управляющий .вход второго регулятора примы(кает .к общей шине, а также при отрицательной полярности общей выходной шины.

На фиг. 2 (по(казан ва р(иант схемы системы стабилизации, (когда общая шина

:гмеет положптелын(ую (полярность.

В этом случае между упра(вляющим входом,второго ре(пулятс(ра и (выходом второго согласующе-усил(ительнопо узла 9 зключены разделительный узел 24, а

Гакже рези стОр 25, конденсатор 25 и дроссель 27.

Схемы на фиг. 1 и 2 (предназначены для .табплизац(ии на(пряжения. В .случае стаб(и,тизации то(ка датчик 5 стабилиз(ируемой элекпричеокой((велич(ины (в(кл|очается в цепь нагрузки. Этот iBapHBHT системы .стаоилизации (показан на фиг. 3.

На фиг. 4 изоб(ражен (вариа(нт схемы системы стабилизации,,когда (IIep(BbIH регулятор 1 (выполнен на базе упра(влясмого дросселя 28 насыщения, управляемого от усилителя 29 мощности,,совмещающего фун(кции,пе(рвого оогласующе-усилительного узла 7 и блока 8 у(пра(влення.

У(правляемый дроссель 28 насыщен(ия, годключен,к питающей сети через тр анcформатор 80 и .имеет (выпрямитель 81,на выхо(де, при этом если,на фиг. 1 в качестве актлвного,регулируемого элемента 12

Lc(IIoJrbao(BaHa электрическая лампа, то на фиг. 4 — Tpa(H3HcTQ(p. К(роме того, на выходе (включен (конденсатор 82.

1О

На (фиг. 5 показа(н (вариант схемы системы стабилиза(ции при (вы(полнен(и,и первого регулятора на уп(ра(вляе(мом,вы(прямителе и а(кепи(нного (регулируемапо элемента 12 на тра(нзисторе IH при использовании в области низ(ких (на(п(ряжений, (когда один из электродов a(KTH(BF!oT(o регулируемого элемента 12 (под(клгочен (к выходной шине непо(средспвенно, а блок 88 оавмeirll,aåò функции сравнивающе-усилительного узла 2 и датчика 5 стабилизируемой электрической

ВЕЛ,ИЧHiHÛ.

В соопветс>пв(ии с фиг. 1:пе(рвый регуляT(op 1, в (качест(ве которого ма>к(но (ислользовать уп(ра(вляемый (вы(прямитель, гзодключ а ется к тр ехф а(зн(ой промышленной сети или (к сети по(вышенной (высок(ой) частоты, B частности IK одно фазной промышленной сети, если этодопустимо с позиц(ии (потребляемой упра(вляемы(м (вып(рямителем мош(ности. Выбор сети питания и структуры управляемого вь(врямителя может о(п(раделятьоя требс(ваниями к,ком(rIaiKTFroñòH системы в (целом. (Пер(вый сагласующе-усилительный узел

7 (вы(полняет фун(кц ию согласо(валия (входнаго сопроти1вления блошка 8 уrr(paBJ!Cния с выходньгм со(противлением усилителя 8 постоя нного тока. В частном случае это эм(иттерный повторитель, если iHe требуется согласования,по фазе в контуре обратной овязи, замыкающемся через управляемый вы(прямитель. Второй соглаоующе-усилительный узел 9 (вы(полняет фун(кцию усиления сигнала и, кроме этого, функцию описанного согласующе-усилительного узла 7.

Разделительный узел 24 (фиг. 2),предназначен для (разделения по постоянному току у(пра(вляющего входа (второго регулятора, находящегося под высоким потенциалом, и второго согласующе-;усилительного узла 9, п(рииыкающего к общей шине системы. Констру(кти(вно разделительный узел 24 может быть iBbIlIIолнен в (виде трансфо|рматора или схемы на емкостных связях. В отдельных случаях, например пр((питании от сети,по(вышенной частоты, дроосель 11 может отоутство(вать, его мо>кет заменить, в частности,,индуктивность силовой цепи уп(равляемоDo выпрямлтеля. Резистор 1б и конденсатор 21 образуют цепь а(втоматичеокого смещен(ия.

Рез(исторы 18, 14,создают требуемый режим для работы:вто(рого (регулятора — в апределенных условиях конкретной схемы рези(стор 14 и конденсатор 20 могут быть исключены,из схемы. Конденсатор 2б и дроссель 27 (фиг. 2) являются элементами .резонансного контура для технологической цел(и; он в(ключается IB систему только в,период ее наладки и настройки, после чего этот, контур может быть отключен, так как существен(н(ого значения в (рабочем состоянии он (He,имеет; п(ри,достаточном опыте

731426 нет необходимоспи IB использовании этого резонансного <конту!ра и при наладке.

Vl(1Ip 3iBл яем ы и вы<и ря м ител ь,в виду его специфики обладает ограниченным быстрсдейспвием, illîýToMQ стабилизирующие своиспва системы <н а,постоянном токе .и В сбласти низких частот определяются па<раметрами системы, замк(нутой через первый рсг.лятор 1. С возрастанием частоты возмущающего !Воздейст!Вия растет стаб)1.1из.(рующа я !роль втораго (<быст<рсдействующ"гэ) 10 регулятора. Оба регулятора работа(от в системе íà принципе регулирования по отклонению, ()ни оба .вьпполняют свою фун!кци ю ре гул ирава напя по от ноше ни ю к любому <действу!Ощем<у,на систему возмущению. Допустим, чпо увеличился с Опэе

<деленной скоростью ток на<прузки. В сзяз.. с !1Величаппием тОка нагрузи! i,xicíüø32тся абсолютное значение на!пряжения на выxоде системы, а на входе усилителя ) постоянного тока образуетая сигнал, вослроизводящий выходное на!п<ряженис c:стемы ссответствии .с передаточной фугпкцией 1(з. Врительного устройст<ВЯ. Этот сигнал усиливается усилителем 8 <постоянного тс 2 и поступает по каналам упра<вления ооонx рвгуляторсв. Первым, реагирует на изменен:(е тока напруз<ки вт(орой! регулятор 10, акт :<вный регули(р(уемый элемент 12 начинает подзап<и раться, а дроссель,11 II!оддсрж(гвает прежнее значение тока. Через . Кэтсрос вэемя всту<пает <в дейспвие инерцпоннbl! и=-рвый рсгулятс(р 1, т. е. На<пример упразляемый вы<:прямитсль, и окончатсль э Фикс:.рует новос значение напряжения c!icT" iiы.

Вызванное нс<вьпм уста (ипзи<вцпимся знач<3нпем т ака нагрузки; величина HOBOTO зн-.:"=-.()ИЯ На н ряжЕНИЯ На ВЫХОПЕ СИСт"i!bi ЭПр-делястся коэффициентом стабилизации

Ci 3МЫ.

Аналогично с!писан<ному система реаг .— рует на любое дру гое возмущение, в т м

:. сле на пульсацию напряжения на выходе —..ргвляемого вьппрямителя, при этом <пульc2ция нг и<ряжения уменьшается только с ппэмощью второго регулятора, который спэ сэбствует !повьпшению устойчивости систе.. ь .. в определенной степени препятствует ка <;1лу развития колебательного процесса.

Е ли B работающей системе выкл!Очлть вто< -:й регулятср, то !пс ии всегда систем . .<рсходит в а втокэлебательный режим. С.:1стсi!2 нс т<рсбует фильпрующ<их устройств з с:!лс<30й части угравляемого iBblil(рям<ите1я

=хсме упра вления им, это является поло;:,тельным фаиторсм, пс<зышаюш:.м с стойчивость. Система устойчиво раоотаст

"мичеаку!О, ин<д <1ктиВн) 10, емкост (i (О. т.- кжс,смеша!нпппую на.г руз<ку. техни<ко-экономический эффект изэс .. т;<и:!я сгпрсделяется теми Гпрсиму(цеспза ми. которыми о:!о обладает перел, лучши) .< 3вестнычи тех:(ичеакими решениям<и в результате ма!ксимальн<ого !пр<п(ближен ия ее,к нспрерьпзной системе рсгулирован1(я: повышается к2«eczBO регулирования по всем показателям: повыш3cTñÿ устойчивость pery I(pñзания; <исключаются из cистсмы:фильтрующ:<е элементы.

Пэи подаче сигнала з эталонную часть сиcTeii!! она может работать с высокой точH."còbI0 кзк cBBpxiIOLUный усилитель постоя:) 0 ток 1 3 Bccbi!3 И1ч"" КОм д 12.(язс((с

10 частот.

Н2 фl:.. 3 пок232н зар!акант схсмы с!(ст :: ь. cT2011л:1321 illl, x Г:;-l стабилизируемой

32.-;:.ч:!HA!I нзлястся гск в НЯ(,рузкс 6 (3 яЧЕСТЗС 1,i TG .. I)li 1 .С:(ОЛЬЗ< Cl" .Я, В Ч 2 CTH i. Г!1, I

l5 эл=-xlppx!2ã!, IT). Процесс стабилизации пэота "ет аналог (ч.- <о с„-;;(сг;)ному. Датчик 0 с-.3c:1.-:(зир; i::;о 23p2iiстра (тгс<а) -. лю,3 äС.., Ь: —: 2." Э Г К(1. Ъ СТ011 I Il В СТЬ Сl!СТ" I b! в дг: —. .:.эм с.1учае может оыть повьщ сна

20 с, )сдстзами ксррекции, в частности блок .,)озанием на. рамзин 6 RC-папочкой, 3 датч:li! Гс<КЯ вЂ” конденсатором.

Система HB требует фильтрующих уcT)э(:стз ".ãBк 3 c .!1ABîé ц"i!1!i 1пэавляемого

25 < ь..—..pai ителя. T2i и 3 системе ii1pai3ления иil. это является положительным фактором, 1iA<зыш21О(ци)! ее устойчи<вость.

На фиг. 4 показан <вариант схемы сгпстемь.. Где,3 качестве первого регулятора 1 ис.—: —. зс",гн эагулятор на базе дросселя 28

H2cblø -::-I1 .!я, мпрявляlо(цяя обмс пка кото<рого в<к.з(очсн2 к Bb!xA

ВКОд дэосселя 28 насыщения присосд<инеи к трансформатору 80 или Непрсре1СТВСНно к питающей сети, а выход — к выпрямителю 81, н2 выходе которого и установлен

4() Втсэсй регулятор 10 (оыстродействующпй).

Этот вариа<нт схс)!ы не ичест явно выра)

Егс роль может выполнять стабилизатор и я и< ) я ж е н и я и я 0 c H 0!B с э Г!) ф с к т я 0 с с к 0 и е ч и э45 го усиления. который осуществляет питание

i 0:!лителя 8 псстсянного тока. НЯ вых010 < стансвлен коиденсятср М, B

Работа 000Нх регуляторов неразрывно сзязяня х(ежд< соООЙ, каждый НЗ HI! х В ATде lbHccT!I не может обсспсч<:(т(,поставлс(155 ной целгь При воздействии возмущения кяк и з;приваденных схсгмах решениях Hерзь(.1 реагирует.Н3 него второй (оыстродейстзующий) peri ëÿòñð 10. Нсходя из оснсвн!)й за.—,.:;-:;:, этогэ регi лятэра, рясэчее на<1ряжс ;11 ; (т ря:-.3!!cTO! 3 показа".i i: BBpi!21!тс cxci! b:) уcT2H2в.1ивастся незначительным отнэс, тельно Bblxc"ëHO"0 напряжения устройства.

Прази.1ьная работа каждого регулятора обеспечивается соответствующим фазирова731426, »2/ и:.1ем сиг.!алов в цс;!н 01plll1!1". c;l!>!10!I Обра-.— ноЙ оз язв. Д. 1 Я I

Ости имеет два вко)3 — тзя))зй !I: иь!й. ТО !Г!Ость мcTpolic Рва Р,"1редсл5101с)1 л, 011.:-I;)й Отз11IIIITcльг1ОЙ Об,з3т)I )11 сз!Iз 1. Втзрои (01>1стзО". сЙст :1>гlошl!Й) ре.>с:!. i T )!) i 10с!)сст!3> ст, ксlк и Bo Bccx пр :1з ."":1:.1ь!",2IT3x, позы!исни)о ) стойчи!в<)ст:I.

Устройст)во не содержит фильтра, .11 э.от (1)актоз также повышает ус!0!Й11:1зосгь и точ110 с т! > с!l.c 1 с м ы .

По отношсHI!Iio и оистемам рсг., 1:.1;)Ов:.— н;!я на дзосссля.< в дач!н:з1 сл г>1;.с и) с:;

;; còî более высокий КП, 1„б:)лес высок..с !

<31!Сст ва в 141намике и статике, l .)3ктичсск I неограниченная мо;цн,ость.

На фвiг. 5 пс!кaзa;! вaip»3, lт с смы 3;»;;3и . 3 О Л Ь П -I bl < Р Е )К И М с! . <, К О 1>Д 3 3 К 3 1 Е С т 3 Е 3 Сгулируемого активного элсмс-I Га 12 !оно "bзован т1за)!зистор, один из cfiг!01>ык эл< .— тродо в которого подключен I< с<яловой шине непосредспвеино, а база через р,":зделительный узел 24 — к зыкоду бло:<а )3, сcl мешаюшего фуныц ии датчика стабилизи:)усмого !Г)аралетра и сравнизаюшс-уси lliòñ,—;ного узла.

Формула изобретения

1. Система стабилизаци)! электрической величины, содор кашая подкл!Очс;1:1ый в.;одом,к вкодным,BûBoä3ì låðBûé упр33 ляемый блоком управле>ния регулятор, сравн)и!вающс-усилительный узел, поз)кл;очснный вкодом к датчику стабилиз!!русмой элсктричеакой величины, второй управляемый рсгулятор, отл ич а юши и ся тем, что, с целью повышения КПД, уменьшения пульсац>ий н повышения устойчивости и точе!Ости, уп!равляюш!ий 3. .од не 3зoго управляемого регулятора связа-I >;epee

IicpB»l1i введенный согласу!0:цс, cilл::с, .— . 1ый узел с вы<одо)! Сразниза!О!ц —, c: л cльн0го узла, а вкод второго !1,.)авля>смого рс).улятора авязан с >вы.<оз<ом cзаз I:.— ва!Ои1е-усилительного узла через введен:I bié вт:)poli согласуюше-ус ил!итог!! н!.1!Й1 узс причем IBTOlp011 уира!зз!5!емый рс.-улятоз вbil;)лнсн на базе Ооедиие<ннык и:."л д-".-TC;lb!10 ДРОССЕЛЯ, ВКЛ!О !С,1-!НОГО:iD" ЗС-.OB тельно в выко>дную шину иа зыкзд .1срз ") у:)равляе!мого регулятора и а«тi !с! О регулируемого элемента, силаза5! и "!ь:<эт.-..—;, !ь:<лючеспа между выкодиым)I ш:l:.I3)::I.

2. Система по п. 1, отл !чающачс.—.

15 тем, что Гв случае иапользова5ния системы в области высокик напряжений Од:1н:!3 сило вык электродов акти:ного рс-,.-.: ) мого элс>мента !подключен ".. соогвсзc;Bó:ошей выкодной ш)!ие >leðñç вз" ic1ныс .12—

20 раллсльно соединен:!ые резистор:I

3. Систегма 10 1. 1, отличаюшгяся тем, что IB слу«!ас использования системы B областги н!изкик на!пряжений 0„".!I!I из c;iло25,bix электрод!)!в акти вног<) регуллуloHi, . 3 элемента нюдключси 1к соответству:Ош.. в! !.<Одной шине нсчпоородствеино.

4. Систс ма по п. 1, отличаюшаясч тем, что в качестве первого ))празляемо:-i)

30 p c I "i . i 51 T Oip 3 B c II Ол b 3 0 в 3 н ) пр 3 B;I 51 с )1 b! É

I С Ib.

5. Система по п. 1, отличаю1цаясз

-)см, что упра вляемый регулятор !выполнс)! ! а базе у!пра влясмого дросселя насышения.

Источники пнфсрмации, IIIpl!Bÿòûc внима ние при экспертизе:

1. АВтОрСКОЕ СВИдЕгГЕЛЬСт)ВО СССР

¹ 365694, кл. С 05 Н 1/56, 1973.

40 2. 10мен!!ков В. И. и Казанский Л. М.

Ста бил)!зирова нные,источники электро()ита!!!ия судовой ipадиоэлектронной 2ппаратуры. 1., «Судостроение», 1971, с. 240.

731426

Щг.5

Составитель В. Круглова

Техред В. Серикова

Корректор С. Файн

Редактор И. Грузова

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 360/590 Изд. № 263 Тираж 956 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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