Стабилизатор постоянного регулируемого тока

Стабилизатор постоянного регулируемого тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

()si1005000

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 050881 (21) 3331630/24-07

Р М Кд з

G 05 F 1/56 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 150383. Бюллетень ¹ 10 (33) УДК 621. 316. .722.1(088.8) Дата опубликования описания 150383! е (72) Автор изобретения

В.В. Калиниченко! г, f а

Объединенный институт ядерных исследован (71) Заявитель кй

"Ф Л! (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО РЕГУЛИРУЕМОГО

ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, в частности к стабилизированным источникам тока.

Известен стабилизатор постоянного регулируемого тока, содержащий силовой регулятор, измерительно-усилительный блок, датчик тока и источник опорной величины, в качестве которого используется прецизионный цифроаналоговый преобразователь, обеспечивающий возможность управления стабилизатором с помощью ЭВМ (1) .

Наиболее существенный недостаток известного устройства заключается .в том, что оно теряет способность управляться от ЭВИ при использовании в нем датчиков тока с S-образной вы- ходной характеристикой, которой обладает ряд перспективных датчиков тока, например датчик магномодуляционного типа, или основанные. на использовании явлений ядерного и электронного. резонанса.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является стабилизатор постоянного регулируемого тока, содержащий силовой. регулятор, соединенный через датчик тока с клеммами для подключения нагрузки, управляющий вход силового регулятора подключен к выходу иэмерительно-.усилитель-. ного блока, входы которого соедине- . ны соответственно с источником опорного напряжения и выходом датчика. тока, который выполнен в виде преоб- разователя ток — магнитная индукция ток, включающего первичную обмотку, включенную последовательйо с силовым регулятором, и две обмотки, каждая из которых состоит из отдельных секций с разным числом витков, двух цифровых переключателей делителя тока и эталонного резистора, выхоц первого цифрового переключателя подключен к первой обмотке преобразователя ток — магнитная индукция — ток; выход делителя тока соединен со входом второго цифрового переключателя, выход которого подключен ко второй

20 обмотке преобразователя, а управляющие входы цифровых переключателей подключены.к выходу блока програмного управления.

Недостатком Этого известного устройства является снижение надежности его работы, проявляющееся в срыве стабилизации, если в ходе технологического процесса происходит изменение величины сопротивления нагрузки, 1005000

Цель изобретения — .повышение на- дежности функционирования устройства при изменении величины сопротивления нагрузки в ходе технологического процесса.

Указанная цель достигается темр что стабилизатор снабжен трансформатором постоянного тока и источником тока, а в преобразователь введены третья и четвертая обмотка, причем первичная, первая, вторая и третья

1 обмотки преобразователя намотаны на элементы. магнитной. системы преобразователя и на сердечники трансформатора постоянного тока, а четвертая — . только .на элементы. магнитной системь, преобразователя, первый выходной за жим преобразователя ток — магнитная индукция †.ток подключен к выходу . датчика тока и через последовательно соединенные эталонный резистор, пер- 20 вый цифровой переключатель, делитель тока и четвертую обмотку преобразователя — ко второму вьдсодному зажиму указанного преобразователя, выходные зажимы трансформатора постоянного 25 тока соединены соответственно с выходными зажимами преобразователя источник тока одним полюсом подсоединен к первому выходному. зажиму. преобразователя, а другим через . .3() третью обмотку преобразователя — к точке, соединения четвертой обмотки преобразователя и делителя тока.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема стабили» затора; на фкг. 2 — принципиальная схема одного из вариантов выполнения преобразователя ток — магнитная ин.дукция — ; на фиг. 3 — эквивалент ная схема датчика тока стабилизатора, представленного на фиг, 1.

Стабилизатор содержит силовой регулятор 1, измерительно-усилительный блок 2, источник 3 опорного напряжения, датчик 4 тока, преобразователь

5 ток — магнитная индукция.-. ток, первую, вторую, третью и четвертую обмотки (6 - 9) преобразователя 5, первичную обмотку 10 преобразователя 5, первый и второй цифровой переключатели 11 и 12, делитель 13 .тока, эталонный резистор 14, трансформатор 15 постоянного тока (ТПТ), рабочие обмотки 16 и сердечники 17 трансформатора 15 постоянного тока, источ-55 ник 18 тока, блок 19 программного управления, нагрузку 20 стабилизатора, первый 21 и второй 22 выходные зажимы преобразователя 5, вывод 23 четвертой обмотки, выводы 24 и 25 6О третьей обмотки, выводы 26 и 27 первичной обмотки, жгуты 28 и 29 выводов первой и второй обмоток, выходные зажимы 30 и 31 трансформатора постоянного тока; 65

Вариант выполнения преобразователя ток — магнитная индукция — ток, представленный на Фиг. 2, кроме перечисленных выше его элементов, содержит также магнитный модулятор 32, модуляционные обмотки 33 и сердечники 34 магнитного модулятора 32, демодулятор 35 второй гармоники, усилитель 36 постоянного тока.

На фиг. 3 трансформатор 15 постоянного тока представлен источником тока Зт и рабочей обмоткой W активная часть преобразователя 5 — источником Эп,.источник 18 постоянного тока -3}-, эталонный резистор 14—

Вэт, UA выходное напряжение датчика

4 ToKa U = 3>- Rýò где 3и в Цепи эталонного РезистоРа, W< }У;,н

Ж}-,} .и И р. — соответственно число витков первичной 10, третьей 8, четвертой 9 обмоток преобразователя 5 и рабочей. обмотки.ТПТ.15, WI и Х }} число включенных витков первой 6 и второй 7 обмоток преобразователя 5.

Стабилизатор работает следующим образом.

В статическом режиме через первичную обмотку 10 преобразователя 5 ток — магнитная индукция — ток протекает ток нагрузки 3, который созн / дает намаг ничив ающую силу (н . с . )

Э}}Ж.}, действующую на сердечники 17

ТПТ 15 и Элементы магнитной системы преобразователя 5. Условимся также, что ток 3<<, генерируемый источником

18 тока, протекая по третьей обмотке

8, создает н,с, Э W}}} действующую на сердечники 17 и элементы магнитной системы преобразователя 5 в том же направлении, в котором действует н,с ° 3}} Х1, а, протекая по четвертой

Обмотке 9, создает н- . 3 уа i действующую только на элементы магнитной системы преобразователя 5, прйчем н.с. Эсм W}q направлена навстречу н. с ° Зсм 4„}}} °

Примем также, что в следящей системе преобразователя 5 используется сйособ выделения сигнала ошибки, обеспечивающий вынопнение следующего условия для режима равновесного состояния преобразователя 5}

MaW = О.

Как следует из схемы стабилизатора по фиг. 1 и эквивалентной схемы датчика тока по фиг. 3 ток в цепи эталонного резистора 14 равен (в установивя режиме) 3}, = Зт Зсм + 3}, Чтобы подчеркнуть отличия известного и предложенного технического решения укажем, что в известном устройстве ток в цени эталонного резистора обеспечивается только за счет выходного тока, Зп) преобразователя (при разорванных цепях Эт и } см, как очевидно из эквивалентной схемы 3}} = 3 ), т.е. динамический диапазон поеобра1О85ООО зователя по выходному току (3д) должен быть достаточно широким, что создает условия для- появления в следящей системе преобразователя больших начальных рассогласований и связанных с ними недостатков прототипа.

В предложенном техническом решении ток 3р составляет часть тока 3р, причем как будет показано при определенных условиях 3 — является лишь малой долей, 3р (порядка единиц процента) . Для предложенного устройства в момент включения стабилизатора ток в цепи эталонного резистора 14

Равен: 31 = 3 т - 3ом., а в Установивр шемся режиме значение 3р определяется соотношением (2), т.е. ввиду ма- лости 3р значение Зи незначительно отличается от эначейия 3„ . Таким образом, предложенное техническое, решение гарантирует работу следящей системы преобразователя 5 при алом начальном рассогласовании, следствием чего является повышение надежности функционирования стабилизатора при изменении величины сопро-. тивления нагрузки в ходе технологи ческого процесса.

Определим условия, при которых укаэанные преимущества предложенного технического решения достигаются.

С учетом всех сделанных замечаний можно записать для режима равновесного состояния преобразователя 5: Рк"си =М1В М"*"% /") откуда с учетом (2) и при условии

И(й = Ид получаем

3„=з„и/(и +а+и /и) (3)

Для ТПГ 15, исходя из закона полного тока (при разомкнутой цепи Эр, име-. ем

H++ см @= т "р PT 3ñi4(1 (IP откуда для идеального ТПТ при условии Ир = W;„.получаем

g„ =3,-3,„=3„Щ,j(N +ж,+ /8/n) (e), ))з ооотношений (3) и (4) с учетом соотношения (2) и при условии Ир =Ий получаем

T См р т см откуда следует, что при идеальном

3 =o.

Иэ соотношения (5) при учете погрешности ТПТ получаем

1(" "/ /-3см+3п=-)т-3см, ) откуда

Эп = ++ т где д — .относительная погрешность

ТПТ, обычно значение д" составляет

1-2Ъ. Таким образом, подтверждается>,. что величина 3р составляет малую долю от значения 3 и преобразователь 5 работает в режиме малых начальных рассогласований, причем это

5 достигается при условии И.н =И ч =Ир.

Обсудим теперь функцию, вйполйяемую в стабилизаторе источником постоянного- 18 тока.

Как известно, для большинства ис30 польэуемых на практике схем ТПТ по лярность выходного тока не. зависит от полярности тока в обмотках на.магничивания . При переходном процессе в цепи нагрузки стабилизатора, 15 содержащей реактивные элементы, направление тока 3р может изменяться на противоположное относительно стационарного режима. Однако направление тока Э при этом не изменяется, это означает, что намагничивающие,силы, создаваемые токами Эн и 3+ будут .действовать в одинаковом направлении на сердечники 17 ТПТ 15. Такое сог-., .ласное действие н.с. на укаэанные сердечники приводит к переходу рабочей точки ТПТ 15 на левую ветвь

его характеристики и к замагничиванию .сердечников до насыщения, вследствие возникающей в этом случае . положительной обратной связи, ФункциОнирование стабилизатора при этом нарушается.

Введение источника 19 тока и обмотки 8 преобразователя 5 позволяет установить рабочую точку ТПГ 15 на праЗ5 -вой ветви его характеристики) выбором величины тока 3 м и числа витков обмотки 8 можно создать условия, исключающие переход рабочей точки на ле-,. вую ветвь характеристики ТПТ 15 При

40 переходном процессе (- 3H М +3 WЕ>О, где Энт — амплитудное значение отрйцательной полуволны тока 3н в переходном процессе);

45 Ток 3„, протекая по эталонному резистору 14, создает на нем падение напряжения U<, которое с учетом соотношения (3) равно

50 () = ) W R t.Pg +Ф +iЦ)р), (q)

Это напряжение с выхода датчика 4 поступает на один из входов измеря" тельно-усилительного блока 2, на вто55 рой вход которого поступает опорное напряжение U<р от-источника 3. При отклонении величины тока 3н от заданного значенйя U A ф Увр и на выходе измерительно-усилительного блока 2

60 появляется управляющий сигнал, который поступает на вход силового. регулятора 1. Под воздействием этого сигнала ток в- цепи нагрузки изменяется и его отклонение от заданного

65 значения уменьшается до допустимой, 1005000

Формула изобретения малой величины. Это означает, что

U* . = Uo„ с учетом (7) получаем и-ооп(9(ч+% +а (п))Р N„. (N

Это соотношение показывает, что ток в нагрузке 20 зависит от ряда параметров и в том числе от количества включенных витков первой 6 и второй

7 обмоток преобразователя 5, а также от коэффициента деления и делителя тока 13. Изменяя W > и W > с помощью цифровых переключателей 11 и

12, можно изменить Э в определенных пределах.

В заключение рассмотрим работу преобразователя 5, выполненного по 15 схеме фиг. 2. Все общие замечания, относящиеся к этому преобразователю и приведенные выше, остаются справедливыми и для конкретного его варианта (фиг. 2). Сердечники 34 являют- gp ся элементами магнитной системы преобразователя 5. На модуляционные обмотки 33 подается напряжение питания частоты Fù. При наличии постоянного подмагничивания сердечников 33 на выходе магнитного модулятора 32 появляется напряжение удвоенной частоты 2 F амплитуда и фаза которого зависят соответственно от величины и направления постоянного подмаг- 30 ничивания. Это напряжение поступает на вход демодулятора 35, на выходе которого в случае C 3W ф 0 появляется напряжение сигнала ошибки. Под действием напряжения сигнала ошибки выходной ток усилителя постоянногб тока 36, который для данной схемы является выходным током преобразователя Зп, изменяется пока не будет достигнуто равновесие состояния.преобразователя 5, характеризующееся, как 40 уже отмечалось, условием Е.ÇW = О.

Таким образом, и данный вариант преобразо дателя ток — магнитная индукция — ток при включении его в стаби- 45 лизатор обеспечивает преобразование тока Эн в ток 3п согласно соотношения (3) со всеми последствиями, рассмотренными выше при общем анализе работы стабилизатора. 50

Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность работы стабилизатора.

1. Стабилизатор постоянного регулируемого тока, содержащий силовой регулятор, соединенный через датчик тока с клеммами для подключения наг-. рузки, управляющий вход силового регулятора подключен к выходу измерительно-усилительного блока, входы которого соединены соответственно с источником опорного напряжения и выходом датчика тока, который выполнен в виде преобразователя ток — магнитная индукция — ток, включающего первичную обмотку, включенную последовательно с силовым регулятором, и две обмотки, каждая из которых состоит иэ отдельных секций с разным числом витков, двух цифровых переключателей, делителя тока и эталонного резистора, выход первого цифрового переключателя подключен к первой обмотке преобразователя ток — магнитная индукция, — ток, выход делителя тока соединен со входом второго цифрового переключателя, выход которого подключен ко второй обмотке преобразователя, а управляющие входы цифровых переключателей подключены к выходу блока программного управления,, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности функционирования стабилизатора при изменении величины сопротивления нагрузки в ходе технологического процесса, он снабжен трансформатором постоянного тока и источником тока, а в преобразователь введены третья и четвертая обмотки, причем первичная, первая, вторая и третья обмотки преобразователя намотаны на элементы магнитной системы преобразователя и на сердечники трансформатора постоянного тока, четвертая — только на элементы магнитной системы преобразователя, первый выходной зажим преобразователя ток — магнитная индукция — ток подключен к выходу датчика тока через последовательно соединенные эталонный резистор, первый цифровой переключатель, делитель тока и четвертую обмотку преобразова теля — ко второму выходному зажиму указанного преобразователя, выходные зажимы трансформатора постоянного тока соединены соответственно с выходными зажимами преобразователя, источник тока одним полюсом подсоединен к первому выходному зажиму преобра- зователя, а другим через третью обмотку преобразователя — к точке соединения четвертой обмотки преобразователя и делителя тока.

2. Стабилизатор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что преобразователь ток — магнитная индукция— ток выполнен на основе магнитного модулятора с удвоением частоты, выход которого через демодулятор второй гармоники связан со входом усилителя постоянного тока, выходные выводы которого подсоединены к выходным зажимам преобразователя ток— магнитная индукция — ток, причем сердечники магнитного модулятора являются магнитными элементами магнит1005000

10 ной системы преобразователя ток— магнитная индукция — ток.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Brentbord Electric L 34/70 Highly stahle De power supplies

ahd power electronics .

2. Авторское свидетельство СССР

760055, кл. G 05 F 1/56, 1978.

1005000

Составитель С. Черньпаева

Техред Ж. Кастелевич Корректор,В. Бутяга

Редактор N. Келемеш

Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1897/62

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