专利名称：一种模拟式交流恒流源的制作方法
技术领域：
本发明涉及交流恒流装置，具体地说是一种模拟式交流恒流源。
背景技术：
目前，交流恒流调节设备多采用手动调节的方式。一般是由一个自耦变压器供电，在电路中装有电流检测设备，人们根据所观测到的电流实时的调节自耦变压器的输出电压，以使输出电流保持恒定。这样，一方面浪费了人力资源，另一方面，其调节精度及其调节时间也极大的受到人为因素的影响，抗干扰性能差，因而满足不了某些对交流恒流要求较高的场合的需要。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的目的是提供一种调节精度高、抗干扰性能强的模拟式交流恒流源，它能自动控制输出交流电流的大小，并能使输出交流电流的有效值保持恒定，同时也可根据需要做适当调整。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是由电压粗调和电流细调两级调节部分组成，其中电压粗调部分包括粗调调压器及相应的第一伺服电机、粗调控制电路、电压传感器；电流细调部分包括细调调压器及相应的第二伺服电机、细调控制电路、电流传感器、输出变压器，其中第一伺服电机的输出轴与粗调调压器的滑动端相连，第二伺服电机的输出轴与细调调压器的滑动端相连；粗调调压器线圈的两端接交流220V，其滑动输出端接至细调调压器线圈的一端，细调调压器线圈的另一端接地，可调范围为250～110V，细调调压器的滑动输出端经开关接输出变压器的原侧，输出变压器的副侧接负载；电流传感器串联于输出变压器副侧与负载之间，检测最终输出的电流，并将信号反馈到细调控制电路，从而形成细调闭环结构；电压传感器与粗调调压器的滑动端相连，由电压传感器S1出来的信号反馈到粗调控制电路，从而形成粗调闭环结构；所述粗调控制电路和所述细调控制电路均为三环调节结构，由内环电机电流环、中环电机速度环、外环电压环即位置环组成，伺服电机电流反馈电阻置于电机电流、电机速度反馈信号处理器和第一伺服电机M1或第二伺服电机的节点与地之间；其中电机电流环为电机电流控制器、第一伺服电机或第二伺服电机及电机电流反馈信号处理器内环结构；其中电机电流控制器由第五～六运算放大器串联后接至由第一～二晶极管构成第一伺服电机或第二伺服电机的驱动部分，由第七运算放大器构成电机电流反馈信号处理器，其信号至第五运算放大器的反相输入端，第五运算放大器为比较及积分环节，第六～七运算放大器为放大环节；电机速度环为电机速度控制器、电机电流控制器、第一伺服电机或第二伺服电机及电机速度反馈信号处理器中环结构；其中第八～十运算放大器串联构成电机速度反馈信号处理器，第四运算放大器U4构成电机速度控制器，输入端接第八运算放大器反馈信号，输出端至电机电流控制器中第五运算放大器，第十运算放大器输入信号来自第一伺服电机或第二伺服电机与伺服电机电流反馈电阻的节点处，第四运算放大器为比较及比例积分环节，第八、十运算放大器为比例放大环节，第九运算放大器起滤波的作用；电压环为由输出电流控制器，电机速度控制器、电机电流控制器、第一伺服电机或第二伺服电机与电压传感器或电流传感器构成的外环结构；其中输出电流控制器由第一～三运算放大器串联而成，第一运算放大器为比较环节，反馈信号来自电压传感器或电流传感器，第二运算放大器为比例积分环节，第三运算放大器为滤波环节，输出至电机速度控制器输入端；附设检测电路与上位机通讯，由第十一～十三运算放大器串联组成，第十一运算放大器的反相输入端接第一运算放大器的输出端，第十三运算放大器输出信号经光电耦合器接至上位机。
本发明具有如下有益效果1.本发明采用电压粗调和电流细调两级调节方式，两台伺服电机本身的调节也采用了电流与转速双闭环，所以提高了交流电流的调节精度，减少了调节时间，及增强了系统的抗干扰性能，能满足多种特殊需要。
2.本发明可实现自动控制输出交流电流的大小，并能保持输出交流电流的有效值恒定，或根据需要做适当的调整，强调其自动化特性，不仅能满足某些对交流恒流要求较高的场合的需要还避免了人为因素在交流恒流调节中的影响。
3.采用本发明操作简单，节省人力，成本低。
图1为本发明的原理框图。
图2(A)为本发明粗调部分的控制系统框图。
图2(B)为本发明细调部分的控制系统框图。
图2(C)为本发明粗调部分的控制系统电路原理图。
图2(D)为本发明细调部分的控制系统电路原理图。
具体实施例方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1如图1所示，本发明由电压粗调和电流细调两级调节部分组成，其中电压粗调部分包括粗调调压器T1及相应的第一伺服电机M1、粗调控制电路、电压传感器S1；电流细调部分包括细调调压器T2及相应的第二伺服电机M2、细调控制电路、电流传感器S2、输出变压器T3，其中第一伺服电机M1的输出轴与粗调调压器T1的滑动端相连，第二伺服电机M2的输出轴与细调调压器T2的滑动端相连；粗调调压器T1线圈的两端接交流220V，其滑动输出端接至细调调压器T2线圈的一端，细调调压器T2线圈的另一端接地，可在250～110V范围内调节，细调调压器T2的滑动输出端经开关K1接输出变压器T3的原侧，输出变压器T3的副侧接负载Z将电流恒流输出；电流传感器S2串联于输出变压器T3副侧与负载Z之间，检测最终输出的电流，并将信号反馈到细调控制电路，从而形成细调闭环结构；电压传感器S1与粗调调压器T1的滑动端相连，由电压传感器S1出来的信号反馈到粗调控制电路，从而形成粗调闭环结构；如图2(A)、2(C)所示，所述粗调控制电路为三环调节结构，由内环电机电流环、中环电机速度环、外环电压环即位置环组成，伺服电机电流反馈电阻R23置于电机电流、电机速度反馈信号处理器4、5和第一伺服电机M1的节点与地之间；其中所述粗调部分电机电流环为电机电流控制器3、第一伺服电机M1及电机电流反馈信号处理器4内环结构，其中电机电流控制器3由第五～六运算放大器U5～U6串联后接至由第一～二晶极管P1～P2构成，第一～二晶极管P1～P2采用9013、9012型构成互补式甲乙类放大电路，为驱动部分，直接驱动第一伺服电机M1；由第七运算放大器U7构成电机电流反馈信号处理器4，其信号至第五运算放大器U5的反相输入端，第五运算放大器U5为比较及积分环节，第六～七运算放大器U6～U7为放大环节；所述粗调部分电机速度环为电机速度控制器2、电机电流控制器3、第一伺服电机M1及电机速度反馈信号处理器5中环结构，其中第八～十运算放大器U8～U10串联构成电机速度反馈信号处理器5，第四运算放大器U4构成电机速度控制器2，输入端接第八运算放大器U8反馈信号，输出端至电机电流控制器3中第五运算放大器U5，第十运算放大器U10输入信号来自第一伺服电机M1与伺服电机电流反馈电阻R23的节点处，第四运算放大器U4为比较及比例积分环节，第八、十运算放大器U8、U10为比例放大环节，第九运算放大器U9起滤波的作用；所述粗调部分电压环为由输出电流控制器1，电机速度控制器2、电机电流控制器3、第一伺服电机M1与电压传感器S1构成的外环结构，其中输出电流控制器3由第一～三运算放大器串联而成，第一运算放大器U1为比较环节，给定值信号来至上位机，反馈信号来自电压传感器S1，第二运算放大器U2为比例积分环节，第三运算放大器U3为滤波环节，输出至电机速度控制器2输入端。
如图2(B)、2(D)所示，所述细调控制电路亦为三环调节结构，由内环电机电流环、中环电机速度环、外环电压环即位置环组成，伺服电机电流反馈电阻R23置于电机电流、电机速度反馈信号处理器4、5和第二伺服电机M2的节点与地之间；其中所述细调部分电机电流环为电机电流控制器3、第二伺服电机M2及电机电流反馈信号处理器4内环结构，其中电机电流控制器3由第五～六运算放大器U5～U6串联后接至由第一～二晶极管P1～P2构成，第一～二晶极管P1～P2采用9013、9012型构成互补式甲乙类放大电路，为驱动部分，直接驱动第二伺服电机M2；由第七运算放大器U7构成电机电流反馈信号处理器4，其信号至第五运算放大器U5的反相输入端，第五运算放大器U5为比较及积分环节，第六～七运算放大器U6～U7为放大环节；所述细调部分电机速度环为电机速度控制器2、电机电流控制器3、第二伺服电机M2及电机速度反馈信号处理器5中环结构，其中第八～十运算放大器U8～U10串联构成电机速度反馈信号处理器5，第四运算放大器U4构成电机速度控制器2，输入端接第八运算放大器U8反馈信号，输出端至电机电流控制器3中第五运算放大器U5，第十运算放大器U10输入信号来自第二伺服电机M2与伺服电机电流反馈电阻R23的节点处，第四运算放大器U4为比较及比例积分环节，第八、十运算放大器U8、U10为比例放大环节，第九运算放大器U9起滤波的作用；所述细调部分电压环为由输出电流控制器1，电机速度控制器2、电机电流控制器3、第二伺服电机M2与电流传感器S2构成的外环结构，其中输出电流控制器1由第一～三运算放大器串联而成，第一运算放大器U1为比较环节，给定值信号来至上位机，反馈信号来自电流传感器S2，第二运算放大器U2为比例积分环节，第三运算放大器U3为滤波环节，输出至电机速度控制器2输入端。
所述细调部分实际是对粗调部分的局部放大，从而提高了调节精度，这是本发明的特点之一；工作时，粗调部分会先根据给定值将粗调调压器T1的滑动端放到适当位置，之后细调部分再对输出电流进行实时的、动态的精确调节。
输出电流给定值由输出电流控制器中第一运算放大器U1的反向输入端引入，给定值为模拟电压，可由可编程控制器(PLC)，计算机等上位机给出，也可人为设定。
本发明工作时，粗调部分控制电路会将给定值与来自电压传感器S1的反馈量做比较，并能通过第一伺服电机M1将粗调调压器T1的滑动端放到适当的位置，之后细调部分控制电路会将给定值与来自电流传感器S2的反馈量做比较，并通过第二伺服电机M2对细调调压器T2滑动端的位置进行调节，以实现实时、动态地调节输出电流并使其保持恒定的目的。调节过程中，因第一伺服电机M1，第二伺服电机M2都有其自身的电流环与速度环，从而保证了调节过程的调节精度，调节时间及抗干扰性能。
所述电压粗调和电流细调两级调节装置中粗调调压器T1、细调调压器T2可采用圆形电动自耦调压器；也可采用其它形式的电动电压调节器，如柱式调压器，感应调压器。
实施例2与实施例1不同之处在于如图3所示，本发明附有检测电路，其输出信号与上位机通讯，告知上位机本发明系统是否调节完毕(包括粗调、细调两部分)，以及是否有电流输出。
所述系统是否调节完毕指系统调节后的稳态误差是否在允许的范围之内，而系统的稳态误差即是稳态情况下输出电流控制器1的输出，因此本发明采用了检测电路来检测该输出。
检测电路的信号输入端接至第一运算放大器U1的输出端，检测电路信号的输出端经光电耦合器OPT1接至上位机；具体电路由第十一～十三运算放大器U11～U13串联组成，第十一运算放大器U11的反相输入端经第四十电阻R40接第一运算放大器U1的输出端，第一二极管D1跨接于反相输入端与输出端之间，第二二极管D2正极接第十一运算放大器U11的输出端，负极经第四十四电阻R44至第十二运算放大器U12的反相输入端，第十一运算放大器U11的作用是将负值取绝对值的两倍；第四十二～四十三电阻R42、R43是第十二运算放大器U12的输入电阻，第四十三电阻R43跨接在串联的第一～二二极管D1、D2两端，第六电容C6、第四十六电阻R46并联在第十二运算放大器U12反相输入端与输出端之间，第十二运算放大器U12输出信号经第四十七电阻R47接第十三运算放大器U13反相输入端；第十二运算放大器U12当输入信号为负时起加法器的作用；第十三运算放大器U13输出信号经第五十一电阻R51及光电耦合器OPT1接到上位机，第四十八电阻R48跨接于反相输入端与输出端之间，第四十九电阻R49一端接第十三运算放大器U13反相输入端，另一端接可调电阻R50滑动端；第十三运算放大器U13起加法器的作用，将第十二运算放大器U12的输出与可调电阻R50设定值相比，其设定值的大小由所要求的系统的稳态误差决定。
第四十一电阻R41、第四十五电阻R45、第五十二电阻R52、第三二极管D3分别接第十一～十三运算放大器U11～U13、光电耦合器OPT1另一输入端与地之间。
检测电路原理如下若检测电路的输入为正，则直接放大后再输出，若输入为负，则先取其绝对值，放大后再输出。
权利要求
1.一种模拟式交流恒流源，其特征在于由电压粗调和电流细调两级调节部分组成，其中电压粗调部分包括粗调调压器(T1)及相应的第一伺服电机(M1)、粗调控制电路、电压传感器(S1)；电流细调部分包括细调调压器(T2)及相应的第二伺服电机(M2)、细调控制电路、电流传感器(S2)、输出变压器(T3)，其中第一伺服电机(M1)的输出轴与粗调调压器(T1)的滑动端相连，第二伺服电机(M2)的输出轴与细调调压器(T2)的滑动端相连；粗调调压器(T1)线圈的两端接交流220V，其滑动输出端接至细调调压器(T2)线圈的一端，细调调压器(T2)线圈的另一端后接地，细调调压器(T2)的滑动输出端经开关(K1)接输出变压器(T3)的原侧，输出变压器(T3)的副侧接负载(Z)；电流传感器(S2)串联于输出变压器(T3)副侧与负载(Z)之间，负载(Z)流过输出的电流，并将信号反馈到细调控制电路，从而形成细调闭环结构；电压传感器(S1)与粗调调压器(T1)的滑动端相连，由电压传感器(S1)出来的信号反馈到粗调控制电路，从而形成粗调闭环结构。
2.根据权利要求1所述模拟式交流恒流源，其特征在于所述粗调控制电路和所述细调控制电路均为三环调节结构，由内环电机电流环、中环电机速度环、外环电压环即位置环组成，伺服电机电流反馈电阻R23置于电机电流、电机速度反馈信号处理器(4、5)和第一伺服电机M1或第二伺服电机M2的节点与地之间；其中电机电流环为电机电流控制器(3)、第一伺服电机M1或第二伺服电机M2及电机电流反馈信号处理器(4)内环结构，其中电机电流控制器(3)由第五～六运算放大器U5～U6串联后接至由第一～二晶极管P1～P2构成第一伺服电机M1或第二伺服电机M2的驱动部分，由第七运算放大器U7构成电机电流反馈信号处理器(4)，其信号至第五运算放大器U5的反相输入端；电机速度环为电机速度控制器(2)、电机电流控制器(3)、第一伺服电机M1或第二伺服电机M2及电机速度反馈信号处理器(5)中环结构，其中第八～十运算放大器U8～U10串联构成电机速度反馈信号处理器(5)，第四运算放大器U4构成电机速度控制器(2)，输入端接第八运算放大器U8反馈信号，输出端至电机电流控制器(3)中第五运算放大器U5，第十运算放大器U10输入信号来自第一伺服电机M1或第二伺服电机M2与伺服电机电流反馈电阻R23的节点处；电压环为由输出电流控制器(1)，电机速度控制器(2)、电机电流控制器(3)、第一伺服电机M1或第二伺服电机M2与电压传感器S1或电流传感器S2构成的外环结构，其中输出电流控制器(1)由第一～三运算放大器串联而成，第一运算放大器U1为比较环节，反馈信号来自电压传感器S1或电流传感器S2，第二运算放大器U2为比例积分环节，第三运算放大器U3为滤波环节，输出至电机速度控制器(2)输入端。
3.根据权利要求1所述模拟式交流恒流源，其特征在于附设检测电路与上位机通讯，由第十一～十三运算放大器(U11～U13)串联组成，第十一运算放大器(U11)的反相输入端接第一运算放大器(U1)的输出端，第十三运算放大器(U13)输出信号经光电耦合器(OPT1)接至上位机。
全文摘要
本发明公开一种模拟式交流恒流源。它为包括粗调调压器及相应的第一伺服电机、粗调控制电路、电压传感器的电压粗调和包括细调调压器及相应的第二伺服电机、细调控制电路、电流传感器、输出变压器的电流细调两级调节结构，其第一、第二伺服电机输出轴分别与粗调调压器、细调调压器滑动端相连；粗调调压器线圈两端接交流电，其滑动输出端接细调调压器线圈一端，细调调压器线圈另一端接地，其滑动输出端经开关接输出变压器至负载；电流传感器串联于输出变压器副侧与负载之间，其信号反馈到细调控制电路，形成细调闭环结构；电压传感器与粗调调压器滑动端相连，其信号反馈到粗调控制电路，形成粗调闭环结构。它调节精度高、抗干扰性能强。
文档编号G05F1/147GK1479181SQ0213283
公开日2004年3月3日 申请日期2002年8月30日 优先权日2002年8月30日
发明者宋克威, 张辉, 刘付军, 王玉山 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司