Стабилизатор переменного напряжения

 

Союз Советск из

Социапистичеснмк

Республик

ОП ИСАНИЕ

< 868721

8) В. И. Петроченко изобретения

Томский ордена Октябрьской Революции и орд на Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в схемах автоматической регулировки усиления, измерительных генераторах и других устройствах, где необходимы стабилизаторы переменного напряжения с максимально возможным быстродействием.

Известен стабилизатор переменного напряжения, содержащий задающий генератор и усилитель с управляемым коэффициентом передачи, к выходу которorо подключена цепь стабилизации выходного напряжения, включающая усилитель-ограничитель, блок сравнения, перемножитель, инерционное звено и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к управляющему входу регулируемого усилителя (1f.

Недостаток известного устройства состоит в ограниченном быстродействии цепи стабилизации за счет наличия в управляющем напряжении на выходе перемножителя всех четных rapMoник сигнала: остатка второй, четвер- той, шестой гармоник и т.п., для фильтрации которых необходима определенная инерционность в усилителе постоянного тока или перед ним.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее по- следовательно соединенные задакзций генератор, управляемый усилитель и усилитель мощности, выход которого соединен с выходными клеммами и со входом измерительного преобразователя, сумматор, один вход которого соединен с источником опорного напряжения, и интегратор, выходом подключенный к управляющему входу управляемо- го усилителя (2 7.

Однако указанное устройство отличается недостаточной стабильностью. из-за быстрых флуктуаций выходного напряжения, которые не отрабатываются инерционной системой стабилизации. При уменьшении инерционности цепи стабилизации в регулирующем напряжении управляемого делителя появляются пульсации, спектральный состав которых совпадает со спектром выходного сигнала преобразователя, т.е. имеет все четные гармоники. Это приводит к реэ5 кому возрастанию нелинейных искажений выходного напряжения стабилизатора, которые однозначно связаны с уровнем пульсаций регулирукпцего напряжения ° 10

Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения стабилизатора sa счет увеличения быстродействия стабилизации.

ПОставленная цель достигается тем, что в стабилизатор введены ограничитель, дополнительный сумматор и усилитель-ограничитель, причем выход измерительного преобразователя через ограни лтель подключен к другому входу сумматора, выход которого соединен с первым входом дополнительного сумматора и входом усилителя-ограничителя, выход которого подключен ко второму входу дополнительного сумматора, выходом соединенного со входом интегратора.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого стабилизатора; на фиг. 2 — диаграммы напряжений.

Устройство содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, управляемый усилитель 2 и усилитель 3 мощности, к выходу которого подк."ючена цепь стабилизации выходного напря35 жения, включающая измерительный преобразователь 4, который через ограничитель 5 соединен с сумматором 6, ко второму входу которого подключен источник 7 опорного напряжения, а вы40 ход его соединен с одним входом дополнительного сумматора 8 непосредственно, а с другим входом — через усили— тель-ограничитель 9, регулирующее напряжение с сумматора 8 подается через интегратор 10 на управляемый усилитель 2.

Стабилизатор переменного напряжения работает следующим образом.

Переменное напряжение с задающего генератора 1 поступает через управляемый усилитель 2 на усилитель 3 мощ ности, BblxoIIHoe напряжение которого— стабилизируется цепью стабилизации.

Главной составной частью ее является измерительньЖ нреобразователь 4, выходное напряжение которого (фиг. 2 а)

" содержит все четные гармоники . Чтобы не допустить возрастания нелинейных

868721 4 искажений выходного напряжения, для фильтрации этих гармоник в регулирующем напряжении, в частности второй и четвертой гармоник, необходима большая постоянная времени интегратора 1 0 включенного в цепь стабилизации. Но для отработки быстрых флуктуаций "игнала, поступающего с задающего генератора 1, а следовательно, для повышения стабильности выходного напряжения стабилизатора, необходимо повышать быстродействие его цепи стабилизации за счет снижения инерционности интегратора 10. Это противоречие может быть разрешено путем преобразования спектра регулирующего напряжения.

При этом не должно быть потерь чувствительности к прирашению выходного напряжения. Это достигается исключением самых низкочастотных составляющих спектра — второй и четвертой гармоник.

Для этого в систему стабилизации введены ограничитель 5, сумматор 8 и усилитель-ограничитель 9.

Сначала спектр полученного на выходе преобразователя 4 напряжения преобразуется ограничителем 5 (фиг.2 б) с целью устранения из сигнала четвертой гармоники, Уровень ограничения

О выбирается таким, чтобы обеспечить угол отсечки 8 = 65,9, который полуо чается однозначным для стабилизирован», ного выходного напряжения и который можно рассчитать, приравнивая коэффициент Берга для четвертой гармоники к нулю. При этом чувствительность к приращению выходного напряжения уменьшается менее чем íà 107..

Далее полученный сигнал Uя сравнивается в сумматоре 6 с опорным напряжением Uo источника 7 (фиг. 2 в), в результате чего образуется сигнал рассогласования, который используется в дальнейшем для регулирования. Расчеты показывают, что полученный угол отсечки 9 примерно равен 45, т.е.

1 о после усиления в ограничителе 9 получается сигнал типа меандр со скважностью два. Спектральнь|й состав такого сигнала, как известно, имеет только нечетные составляющие, а так как основная частота меандра является удвоенной по сравнению с частотой колебаний выходного напряжения, то сигнал

U9 (фиг. 2 r) содержит вторую, шестую и десятую гармоники и т.д, причем вторая гармоника находится в противофазе по сравнению со второй гар,моникой сигнала Ug. Теперь достаточ868721 но рассчитать амплитуду меандра 0

= 0,2535 0„„ т;е. уровень ограничения усилителя-ограничителя 9, чтобы после суммирования в,сумматоре 8 скомпенсировать вторую гармонику регулирующего напряжения (фиг. 2 д}.

Таким образом, преобразование спектра регулирующего напряжения, т,е. исключение второй и четвертой гармоник (уровень остальных гармоник о примерно удваивается ) позволяет уменьшить постоянную времени интегратора 10 без увеличения уровня пульсаций, тем самым увеличить быстродействие цепи стабилизации и, следовательно, повысить стабильность выходного напряжения стабилизатора.

Кроме того, при использовании в цепи стабилизации фильтра второго порядка, при котором еще сохраняется устойчивость замкнутой системы регулирования, можно значительно уменьшить уровень нелинейных искажений выходного напряжения, которые зависят от уровня пульсаций сигнала рассогласования. Это возможно потому, что с ростом номера гармоники, с которого начинается гармоническое разложение, резко возрастает эффективность такого фильтра.

Устройство может работать и без ограничителя 5. В этом случае двухполупериодное напряжение подается непосредственно на сумматор 6. Угол отсечки 9 увеличится до 5О,46 . Теперь, ° о ограниченное напряжение 09 несколько отлично от меандра. В нем как и в напряжении 06 присутствует четвертая гармоника. Однако после уравнивания

/ д 4О вторых гармоник (путем расчета Upp 0,34 U1„) в разностном сигнале Uq, четвертая гармоника как и вторая практически отсутствует: она более чем на порядок меньше, чем в двухполунериодном напряжении. Приращения выход- 45 ного напряжения стабилизатора через усилитель 9 имеющий стабильный уровень ограничения, не проходят. Поэтому потерь чувствительности к приращению выходного напряжения практически не происходит.

Таким образом, введение в стабилизатор ограничителя, дополнительного сумматора, усилителя-ограничителя и фильтра второго порядка позволяет повысить стабильность выходного напряжения за счет увеличения быстродействия цепи стабилизации, а также уменьшить уровень нелинейных искажений, в результате чего улучшаются его метрологические характеристики.

Формула изобретения

Стабилизатор переменного напряжения, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, управляемый усилитель и усилитель мощности, выход которого соединен с выходными клеммами и со входом измерительного преобразователя, сумматор, один вход которого соединен с источником опорного напряжения, и интегратор, выходом подключенный к управляющему входу управляемого усилителя, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности выходного напряжения путем увеличения быстродействия стабилизации, в него введены ограничитель дополнительный сумматор и усилитель-ограничитель, причем выход измерительного преобразоватжя через ограничитель подключен к другому входу сумматора, выход которого соединен с первым входом допол-; нительнога сумматора и входом усилителя-ограничителя, выход которого цодключен ко второму входу дополйительного сумматора, выходом соединенного со входом интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское. свидетельство СССР

Ф 431497, кл. G 05 F, 1974.

2. Булатов Ю.А. Прецизионный генератор-калибратор переменных напряжений ГК-BA. — Изв. ТПИ, 1974, т. 298.