一種模擬式交流恆流源的製作方法
2023-10-22 11:35:32
專利名稱：一種模擬式交流恆流源的製作方法
技術領域：
本發明涉及交流恆流裝置，具體地說是一種模擬式交流恆流源。
背景技術：
目前，交流恆流調節設備多採用手動調節的方式。一般是由一個自耦變壓器供電，在電路中裝有電流檢測設備，人們根據所觀測到的電流實時的調節自耦變壓器的輸出電壓，以使輸出電流保持恆定。這樣，一方面浪費了人力資源，另一方面，其調節精度及其調節時間也極大的受到人為因素的影響，抗幹擾性能差，因而滿足不了某些對交流恆流要求較高的場合的需要。
發明內容
為了克服上述不足，本發明的目的是提供一種調節精度高、抗幹擾性能強的模擬式交流恆流源，它能自動控制輸出交流電流的大小，並能使輸出交流電流的有效值保持恆定，同時也可根據需要做適當調整。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是由電壓粗調和電流細調兩級調節部分組成，其中電壓粗調部分包括粗調調壓器及相應的第一伺服電機、粗調控制電路、電壓傳感器；電流細調部分包括細調調壓器及相應的第二伺服電機、細調控制電路、電流傳感器、輸出變壓器，其中第一伺服電機的輸出軸與粗調調壓器的滑動端相連，第二伺服電機的輸出軸與細調調壓器的滑動端相連；粗調調壓器線圈的兩端接交流220V，其滑動輸出端接至細調調壓器線圈的一端，細調調壓器線圈的另一端接地，可調範圍為250～110V，細調調壓器的滑動輸出端經開關接輸出變壓器的原側，輸出變壓器的副側接負載；電流傳感器串聯於輸出變壓器副側與負載之間，檢測最終輸出的電流，並將信號反饋到細調控制電路，從而形成細調閉環結構；電壓傳感器與粗調調壓器的滑動端相連，由電壓傳感器S1出來的信號反饋到粗調控制電路，從而形成粗調閉環結構；所述粗調控制電路和所述細調控制電路均為三環調節結構，由內環電機電流環、中環電機速度環、外環電壓環即位置環組成，伺服電機電流反饋電阻置於電機電流、電機速度反饋信號處理器和第一伺服電機M1或第二伺服電機的節點與地之間；其中電機電流環為電機電流控制器、第一伺服電機或第二伺服電機及電機電流反饋信號處理器內環結構；其中電機電流控制器由第五～六運算放大器串聯後接至由第一～二晶極管構成第一伺服電機或第二伺服電機的驅動部分，由第七運算放大器構成電機電流反饋信號處理器，其信號至第五運算放大器的反相輸入端，第五運算放大器為比較及積分環節，第六～七運算放大器為放大環節；電機速度環為電機速度控制器、電機電流控制器、第一伺服電機或第二伺服電機及電機速度反饋信號處理器中環結構；其中第八～十運算放大器串聯構成電機速度反饋信號處理器，第四運算放大器U4構成電機速度控制器，輸入端接第八運算放大器反饋信號，輸出端至電機電流控制器中第五運算放大器，第十運算放大器輸入信號來自第一伺服電機或第二伺服電機與伺服電機電流反饋電阻的節點處，第四運算放大器為比較及比例積分環節，第八、十運算放大器為比例放大環節，第九運算放大器起濾波的作用；電壓環為由輸出電流控制器，電機速度控制器、電機電流控制器、第一伺服電機或第二伺服電機與電壓傳感器或電流傳感器構成的外環結構；其中輸出電流控制器由第一～三運算放大器串聯而成，第一運算放大器為比較環節，反饋信號來自電壓傳感器或電流傳感器，第二運算放大器為比例積分環節，第三運算放大器為濾波環節，輸出至電機速度控制器輸入端；附設檢測電路與上位機通訊，由第十一～十三運算放大器串聯組成，第十一運算放大器的反相輸入端接第一運算放大器的輸出端，第十三運算放大器輸出信號經光電耦合器接至上位機。
本發明具有如下有益效果1.本發明採用電壓粗調和電流細調兩級調節方式，兩臺伺服電機本身的調節也採用了電流與轉速雙閉環，所以提高了交流電流的調節精度，減少了調節時間，及增強了系統的抗幹擾性能，能滿足多種特殊需要。
2.本發明可實現自動控制輸出交流電流的大小，並能保持輸出交流電流的有效值恆定，或根據需要做適當的調整，強調其自動化特性，不僅能滿足某些對交流恆流要求較高的場合的需要還避免了人為因素在交流恆流調節中的影響。
3.採用本發明操作簡單，節省人力，成本低。
圖1為本發明的原理框圖。
圖2(A)為本發明粗調部分的控制系統框圖。
圖2(B)為本發明細調部分的控制系統框圖。
圖2(C)為本發明粗調部分的控制系統電路原理圖。
圖2(D)為本發明細調部分的控制系統電路原理圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
實施例1如圖1所示，本發明由電壓粗調和電流細調兩級調節部分組成，其中電壓粗調部分包括粗調調壓器T1及相應的第一伺服電機M1、粗調控制電路、電壓傳感器S1；電流細調部分包括細調調壓器T2及相應的第二伺服電機M2、細調控制電路、電流傳感器S2、輸出變壓器T3，其中第一伺服電機M1的輸出軸與粗調調壓器T1的滑動端相連，第二伺服電機M2的輸出軸與細調調壓器T2的滑動端相連；粗調調壓器T1線圈的兩端接交流220V，其滑動輸出端接至細調調壓器T2線圈的一端，細調調壓器T2線圈的另一端接地，可在250～110V範圍內調節，細調調壓器T2的滑動輸出端經開關K1接輸出變壓器T3的原側，輸出變壓器T3的副側接負載Z將電流恆流輸出；電流傳感器S2串聯於輸出變壓器T3副側與負載Z之間，檢測最終輸出的電流，並將信號反饋到細調控制電路，從而形成細調閉環結構；電壓傳感器S1與粗調調壓器T1的滑動端相連，由電壓傳感器S1出來的信號反饋到粗調控制電路，從而形成粗調閉環結構；如圖2(A)、2(C)所示，所述粗調控制電路為三環調節結構，由內環電機電流環、中環電機速度環、外環電壓環即位置環組成，伺服電機電流反饋電阻R23置於電機電流、電機速度反饋信號處理器4、5和第一伺服電機M1的節點與地之間；其中所述粗調部分電機電流環為電機電流控制器3、第一伺服電機M1及電機電流反饋信號處理器4內環結構，其中電機電流控制器3由第五～六運算放大器U5～U6串聯後接至由第一～二晶極管P1～P2構成，第一～二晶極管P1～P2採用9013、9012型構成互補式甲乙類放大電路，為驅動部分，直接驅動第一伺服電機M1；由第七運算放大器U7構成電機電流反饋信號處理器4，其信號至第五運算放大器U5的反相輸入端，第五運算放大器U5為比較及積分環節，第六～七運算放大器U6～U7為放大環節；所述粗調部分電機速度環為電機速度控制器2、電機電流控制器3、第一伺服電機M1及電機速度反饋信號處理器5中環結構，其中第八～十運算放大器U8～U10串聯構成電機速度反饋信號處理器5，第四運算放大器U4構成電機速度控制器2，輸入端接第八運算放大器U8反饋信號，輸出端至電機電流控制器3中第五運算放大器U5，第十運算放大器U10輸入信號來自第一伺服電機M1與伺服電機電流反饋電阻R23的節點處，第四運算放大器U4為比較及比例積分環節，第八、十運算放大器U8、U10為比例放大環節，第九運算放大器U9起濾波的作用；所述粗調部分電壓環為由輸出電流控制器1，電機速度控制器2、電機電流控制器3、第一伺服電機M1與電壓傳感器S1構成的外環結構，其中輸出電流控制器3由第一～三運算放大器串聯而成，第一運算放大器U1為比較環節，給定值信號來至上位機，反饋信號來自電壓傳感器S1，第二運算放大器U2為比例積分環節，第三運算放大器U3為濾波環節，輸出至電機速度控制器2輸入端。
如圖2(B)、2(D)所示，所述細調控制電路亦為三環調節結構，由內環電機電流環、中環電機速度環、外環電壓環即位置環組成，伺服電機電流反饋電阻R23置於電機電流、電機速度反饋信號處理器4、5和第二伺服電機M2的節點與地之間；其中所述細調部分電機電流環為電機電流控制器3、第二伺服電機M2及電機電流反饋信號處理器4內環結構，其中電機電流控制器3由第五～六運算放大器U5～U6串聯後接至由第一～二晶極管P1～P2構成，第一～二晶極管P1～P2採用9013、9012型構成互補式甲乙類放大電路，為驅動部分，直接驅動第二伺服電機M2；由第七運算放大器U7構成電機電流反饋信號處理器4，其信號至第五運算放大器U5的反相輸入端，第五運算放大器U5為比較及積分環節，第六～七運算放大器U6～U7為放大環節；所述細調部分電機速度環為電機速度控制器2、電機電流控制器3、第二伺服電機M2及電機速度反饋信號處理器5中環結構，其中第八～十運算放大器U8～U10串聯構成電機速度反饋信號處理器5，第四運算放大器U4構成電機速度控制器2，輸入端接第八運算放大器U8反饋信號，輸出端至電機電流控制器3中第五運算放大器U5，第十運算放大器U10輸入信號來自第二伺服電機M2與伺服電機電流反饋電阻R23的節點處，第四運算放大器U4為比較及比例積分環節，第八、十運算放大器U8、U10為比例放大環節，第九運算放大器U9起濾波的作用；所述細調部分電壓環為由輸出電流控制器1，電機速度控制器2、電機電流控制器3、第二伺服電機M2與電流傳感器S2構成的外環結構，其中輸出電流控制器1由第一～三運算放大器串聯而成，第一運算放大器U1為比較環節，給定值信號來至上位機，反饋信號來自電流傳感器S2，第二運算放大器U2為比例積分環節，第三運算放大器U3為濾波環節，輸出至電機速度控制器2輸入端。
所述細調部分實際是對粗調部分的局部放大，從而提高了調節精度，這是本發明的特點之一；工作時，粗調部分會先根據給定值將粗調調壓器T1的滑動端放到適當位置，之後細調部分再對輸出電流進行實時的、動態的精確調節。
輸出電流給定值由輸出電流控制器中第一運算放大器U1的反向輸入端引入，給定值為模擬電壓，可由可編程控制器(PLC)，計算機等上位機給出，也可人為設定。
本發明工作時，粗調部分控制電路會將給定值與來自電壓傳感器S1的反饋量做比較，並能通過第一伺服電機M1將粗調調壓器T1的滑動端放到適當的位置，之後細調部分控制電路會將給定值與來自電流傳感器S2的反饋量做比較，並通過第二伺服電機M2對細調調壓器T2滑動端的位置進行調節，以實現實時、動態地調節輸出電流並使其保持恆定的目的。調節過程中，因第一伺服電機M1，第二伺服電機M2都有其自身的電流環與速度環，從而保證了調節過程的調節精度，調節時間及抗幹擾性能。
所述電壓粗調和電流細調兩級調節裝置中粗調調壓器T1、細調調壓器T2可採用圓形電動自耦調壓器；也可採用其它形式的電動電壓調節器，如柱式調壓器，感應調壓器。
實施例2與實施例1不同之處在於如圖3所示，本發明附有檢測電路，其輸出信號與上位機通訊，告知上位機本發明系統是否調節完畢(包括粗調、細調兩部分)，以及是否有電流輸出。
所述系統是否調節完畢指系統調節後的穩態誤差是否在允許的範圍之內，而系統的穩態誤差即是穩態情況下輸出電流控制器1的輸出，因此本發明採用了檢測電路來檢測該輸出。
檢測電路的信號輸入端接至第一運算放大器U1的輸出端，檢測電路信號的輸出端經光電耦合器OPT1接至上位機；具體電路由第十一～十三運算放大器U11～U13串聯組成，第十一運算放大器U11的反相輸入端經第四十電阻R40接第一運算放大器U1的輸出端，第一二極體D1跨接於反相輸入端與輸出端之間，第二二極體D2正極接第十一運算放大器U11的輸出端，負極經第四十四電阻R44至第十二運算放大器U12的反相輸入端，第十一運算放大器U11的作用是將負值取絕對值的兩倍；第四十二～四十三電阻R42、R43是第十二運算放大器U12的輸入電阻，第四十三電阻R43跨接在串聯的第一～二二極體D1、D2兩端，第六電容C6、第四十六電阻R46並聯在第十二運算放大器U12反相輸入端與輸出端之間，第十二運算放大器U12輸出信號經第四十七電阻R47接第十三運算放大器U13反相輸入端；第十二運算放大器U12當輸入信號為負時起加法器的作用；第十三運算放大器U13輸出信號經第五十一電阻R51及光電耦合器OPT1接到上位機，第四十八電阻R48跨接於反相輸入端與輸出端之間，第四十九電阻R49一端接第十三運算放大器U13反相輸入端，另一端接可調電阻R50滑動端；第十三運算放大器U13起加法器的作用，將第十二運算放大器U12的輸出與可調電阻R50設定值相比，其設定值的大小由所要求的系統的穩態誤差決定。
第四十一電阻R41、第四十五電阻R45、第五十二電阻R52、第三二極體D3分別接第十一～十三運算放大器U11～U13、光電耦合器OPT1另一輸入端與地之間。
檢測電路原理如下若檢測電路的輸入為正，則直接放大後再輸出，若輸入為負，則先取其絕對值，放大後再輸出。
權利要求
1.一種模擬式交流恆流源，其特徵在於由電壓粗調和電流細調兩級調節部分組成，其中電壓粗調部分包括粗調調壓器(T1)及相應的第一伺服電機(M1)、粗調控制電路、電壓傳感器(S1)；電流細調部分包括細調調壓器(T2)及相應的第二伺服電機(M2)、細調控制電路、電流傳感器(S2)、輸出變壓器(T3)，其中第一伺服電機(M1)的輸出軸與粗調調壓器(T1)的滑動端相連，第二伺服電機(M2)的輸出軸與細調調壓器(T2)的滑動端相連；粗調調壓器(T1)線圈的兩端接交流220V，其滑動輸出端接至細調調壓器(T2)線圈的一端，細調調壓器(T2)線圈的另一端後接地，細調調壓器(T2)的滑動輸出端經開關(K1)接輸出變壓器(T3)的原側，輸出變壓器(T3)的副側接負載(Z)；電流傳感器(S2)串聯於輸出變壓器(T3)副側與負載(Z)之間，負載(Z)流過輸出的電流，並將信號反饋到細調控制電路，從而形成細調閉環結構；電壓傳感器(S1)與粗調調壓器(T1)的滑動端相連，由電壓傳感器(S1)出來的信號反饋到粗調控制電路，從而形成粗調閉環結構。
2.根據權利要求1所述模擬式交流恆流源，其特徵在於所述粗調控制電路和所述細調控制電路均為三環調節結構，由內環電機電流環、中環電機速度環、外環電壓環即位置環組成，伺服電機電流反饋電阻R23置於電機電流、電機速度反饋信號處理器(4、5)和第一伺服電機M1或第二伺服電機M2的節點與地之間；其中電機電流環為電機電流控制器(3)、第一伺服電機M1或第二伺服電機M2及電機電流反饋信號處理器(4)內環結構，其中電機電流控制器(3)由第五～六運算放大器U5～U6串聯後接至由第一～二晶極管P1～P2構成第一伺服電機M1或第二伺服電機M2的驅動部分，由第七運算放大器U7構成電機電流反饋信號處理器(4)，其信號至第五運算放大器U5的反相輸入端；電機速度環為電機速度控制器(2)、電機電流控制器(3)、第一伺服電機M1或第二伺服電機M2及電機速度反饋信號處理器(5)中環結構，其中第八～十運算放大器U8～U10串聯構成電機速度反饋信號處理器(5)，第四運算放大器U4構成電機速度控制器(2)，輸入端接第八運算放大器U8反饋信號，輸出端至電機電流控制器(3)中第五運算放大器U5，第十運算放大器U10輸入信號來自第一伺服電機M1或第二伺服電機M2與伺服電機電流反饋電阻R23的節點處；電壓環為由輸出電流控制器(1)，電機速度控制器(2)、電機電流控制器(3)、第一伺服電機M1或第二伺服電機M2與電壓傳感器S1或電流傳感器S2構成的外環結構，其中輸出電流控制器(1)由第一～三運算放大器串聯而成，第一運算放大器U1為比較環節，反饋信號來自電壓傳感器S1或電流傳感器S2，第二運算放大器U2為比例積分環節，第三運算放大器U3為濾波環節，輸出至電機速度控制器(2)輸入端。
3.根據權利要求1所述模擬式交流恆流源，其特徵在於附設檢測電路與上位機通訊，由第十一～十三運算放大器(U11～U13)串聯組成，第十一運算放大器(U11)的反相輸入端接第一運算放大器(U1)的輸出端，第十三運算放大器(U13)輸出信號經光電耦合器(OPT1)接至上位機。
全文摘要
本發明公開一種模擬式交流恆流源。它為包括粗調調壓器及相應的第一伺服電機、粗調控制電路、電壓傳感器的電壓粗調和包括細調調壓器及相應的第二伺服電機、細調控制電路、電流傳感器、輸出變壓器的電流細調兩級調節結構，其第一、第二伺服電機輸出軸分別與粗調調壓器、細調調壓器滑動端相連；粗調調壓器線圈兩端接交流電，其滑動輸出端接細調調壓器線圈一端，細調調壓器線圈另一端接地，其滑動輸出端經開關接輸出變壓器至負載；電流傳感器串聯於輸出變壓器副側與負載之間，其信號反饋到細調控制電路，形成細調閉環結構；電壓傳感器與粗調調壓器滑動端相連，其信號反饋到粗調控制電路，形成粗調閉環結構。它調節精度高、抗幹擾性能強。
文檔編號G05F1/147GK1479181SQ0213283
公開日2004年3月3日 申請日期2002年8月30日 優先權日2002年8月30日
發明者宋克威, 張輝, 劉付軍, 王玉山 申請人:瀋陽新松機器人自動化股份有限公司