Стабилизатор постоянного регулируемого тока

Стабилизатор постоянного регулируемого тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО РЕГУЛИРУЕМОГО ТОКА, содержащий силовой регулятор, соединенный через датчик тока с клеммами для подключения нагрузки, управляющий вход силового регулятора подключен к выходу измерительно-усилительного блока , входы которого соединены соответственно с источником опорного напряжения и выходом датчика тока, который выполнен на базе Цифрового переключателя, усилителя постоянного тока, генератора возбуждения, эталонного резистора и магнитомодуляциоНного узла, включающего магнитопроводы с обмотками возбуждения, первичной и компенсационной, а также демодулятор, при этом первичная обмотка подключена к токовым зажимам датчика тока, а состоящая из отдельных секций с разным числом витков компенсационная обмотка через эталонный резистор и цифровой переключатель подсоединена к выходу усилителя постоянного тока, управляющий вход цифрового переключателя подключен к выходу блока программного управления, потенциальные зажимы датчика тока соединены с соответствующими зажимами эталонного резистора, отличающийс я тем, что, с целью повышения его точности путем уменьшения динамической ошибки, в устройство введены магнитный экран, первый, второй и третий ключи, блок управления, датчик насыщения магнитопроводов , инвертор, блок развязки, последовательный LC-контур, первый и второй электрические вентили, резистор и потенциометр, демодулятор выполнен в виде фазового детектора, генератор возбуждения вьшолнен с выходами основной и удвоенной частот, первьй зажим выхода основной частоты генератора возбуждения соединен с его вторым зажимом через резистор и обмотки возбуждения, которые соединены между собой последовательновстре шо , к выводам обмоток возбуждения подключены соответственно входные зажимы датчика насыщения магнитопроводов и выводы потенциометра, подвижньй контакт которого соединен с одним из входных зажимов блока развязки, второй входной зажим которого соединен с общим выводом обмоток возбуждения, параллельно резистору подключена посзедовательная це почка, состоящая из последовательного LC-контура и первого электрического вентиля, последовательный LC контур через второй электрический вентиль, включенный встречно первому, и первый ключ соединен с выходом основной частоты генератора возбуждения , выход фазового детектора связан с входом усилителя постоянного тока, сигнальный вход фазового детектора

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) зЮ 05 F 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3615179/24-07 (22) 08.07.83 (46) 07.09.84. Бюл. ¹ 33 (72) В.В.Калиниченко (71) Объединенный институт ядерных исследований (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) 1. Brentford Electric № 34/70, "Highly Stable DC power supplies

and power electronics".

2. Авторское свидетельство СССР № 1005000, кл. G 05 Р 1/56, 1981. (54)(57) 1. СТАБИПИЗАТОР ПОСТОЯННОГО РЕГУЛИРУЕМОГО ТОКА, содержащий силовой регулятор, соединенный через датчик тока с клеммами для подключения нагрузки, управляющий. вход силового регулятора подключен к выходу измерительно-усилительного блока, входы которого соединены соответственно с источником опорного напряжения и выходом датчика тока, который выполнен на базе цифрового переключателя, усилителя постоянного тока, генератора возбуждения, эталонного резистора и магнитомодуляционного узла, включающего магнитопроводы с обмотками возбуждения, первичной и компенсационной, а также демодулятор, при этом первичная обмотка подключена к токовым. зажимам датчика тока, а состоящая из отдельных секций с разным числом гитков компенсационная обмотка через эталонный резистор и цифровой переключатель подсоединена к выходу усилителя постоянного тока, управляющий . вход цифрового переключателя подключен к выходу блока программного управления, потенциальные зажимы датчика тока соединены с соответствующими зажимами эталонного резистора, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности путем уменьшения динамической ошибки, в устройство введены магнитный экран, первый, второй и третий ключи, блок управления, датчик насыщения магнитопроводов, инвертор, блок развязки, последовательный LC-контур, первый и второй электрические вентили, резистор и потенциометр, демодулятор выполнен в виде фазового детектора, генератор возбуждения выполнен с выходами основной и удвоенной частот, первый зажим выхода основной частоты генератора возбуждения соединен с его вторым зажимом через резистор и обмотки возбуждения, которые соединены между собой последовательновстречно, K выводам 05t ivroK возб)ждения подключены соответственно входные зажимы датчика насыщения магнитопроводов и выводы потенциометра, подвижный контакт которого соединен с одним из входных зажимов блока развязки, второй входной зажим которого соединен с общим выводом обмоток возбуждения, параллельно резистору подключена последовательная це почка, состоящая из последовательного LC-контура и первого электрического вентиля, последовательный LCконтур через второй электрический вентиль, включенный встречно первому, и первый ключ соединен с выходом основной частоты генератора возбуждения, выход фазового детектора связ н с входом усилителя постоянного тока, сигнальный вход фазового детектора

1112353 подключен к выходу блока развязки, управляющий вход фазового детектора через второй ключ соединен с выходом удвоенной частоты генератора возбуждения, а через третий ключ - с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу удвоенной частоты генератора возбуждения, выход датчика насыщения магнитопровода подключен к входу блока управления, выход коФ

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

Известны стабилизаторы по.тоянно. го регулируемого тока (11 и (21 .

Известно устройство, содержащее силовой регулятор, измерительноусилительный 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 это устройство теряет способность-управляться от ЭВМ при использовании в нем датчиков тока с S-образной выходной характеристикой, которой обладает ряд перспективных датчиков тока, например, датчики магнитомодуляционного типа или основанные. на использовании явлений ядерного и электронного резонанса. 25

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство содержащее силовой регулятор, соединенный через датчик тока с клеммами для подключения нагрузки, ЗО управляющий вход силового регулятора подключен к выходу измерительноусилительного опорного напряжения и выходом датчика тока, который выполнен на базе цифрового переключа- З5 теля, усилителя постоянного тока, генератора возбуждения, эталонного резистора и магнитомодуляционного узла, включающего магнитопроводы с обмотками возбуждения, первичной 4g торого соединен с управляющими входами ключей.

2, Стабилизатор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что в датчике тока связь между выходом фазового детектора и входом усилителя постоянного тока осуществлена через введенный блок суммирования и коррекции, к входу которого подключена введенная обмотка обратной связи.

3 и компенсационной, а также демодулятор, при этом первичная обмотка подключена к токовым зажимам датчика тока, а состоящая из отдельных секций с разным числом витков компенсационная обмотка через эталонный резистор и цифровой переключатель подсоединена к выходу усилителя постоянного тока, управляющий вход цифрового переключателя подключен к выходу блока программного управления, потенциальные зажимы датчика тока соединены с соответствующими зажимами эталонного резистора (21 .

Недостатком прототипа является большая динамическая ошибка, т.е. быстрые изменения тока нагрузки отрабатываются стабилизатором с большой погрешностью. Причина состо ит в том, что между первичной и компенсационной обмотками датчика тока пРототипа, благодаря наличию массивных сердечников трансформатора постоянного тока (ТПТ), существует прямая магнитная связь, обеспечивающая передачу без существенных искажений быстрых флюктуаций тока нагрузки на выход датчика тога, т.е. в принципе датчик тока является широкополосным. Однако на выход датчика тока также хорошо передаются и интенсивные коммутацйонные "провалы",и "выбросы" напряжения, обусловленные работой

ТПТ, частота их кратна или равна частоте напряжения возбуждения ТПТ.

Для подавления укаэанных "провалов" и "выбросов" выходного напряжения датчика тока приходится существенно сужать полосу пропускания тракта

2353 4

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного регулируемого тока, содержащий силовой регулятор, соединенный через датчик тока с клеммами для подключения нагрузки, управляющий вход силового регулятора подключен к выходу измерительно-усилительного блока, входы которого соединены со15 ответственно с источником опорного напряжения и выходом датчика тока, который выполнен на базе цифрового переключателя, усилителя постоянного тока, генератора возбуждения, эталонного резистора и магнитомодуляционного узла, включающего магнитопроводы с обмотками возбуждения, первичной и компенсационной, а также демодулятор, при этом первичная

25 обмотка подключена к токовым зажимам датчика тока, а состоящая из отдельных секций с разным числом витков компенсационная обмотка через эталонный резистор и цифровой переключатель подсоединена к выходу усилителя постоянного тока, управляющий вход цифрового переключателя подключен к выходу блока программного управления, потенциальные зажимы 35 датчика тока соединены с соответствующими зажимами эталонного резистора, введены магнитный экран, первый, второй и третий ключи, блок управления ключами, датчик насыщения магнитопроводов, инвертор, блс>к развязки, последовательный ЬС-контур, первый и второй электрические вентили, резистор и потенциометр, демодулятор выполнен в виде фазо- 45 вого детектора, генератор возбуждения выполнен с выходами основной и . удвоенной частот, первый зажим выхода основной частоты генератора возбуждения соединен с его вторым 50 зажимом через резистор и обмотки возбуждения, которые соединены между собой последовательно-встречно, к выводам обмоток возбуждения подключены соответственно входные зажимы 55 датчика насыщения магнитопроводов и выводы потенциометра, подвижный контакт которого соединен с одним

1О

3 111 усиления сигнала ошибки стабилизато- ра, что и приводит к увеличению динамической ошибки устройства.

Цель изобретения — повышение точности стабилизатора путем уменьшения динамической ошибки. из входных зажимов блока развязки, второй входной зажим которого соеди нен с общим выводом обмоток возбуждения, параллельно резистору подключена последовательная цепочка, состоящая из последовательного

LC-контура и первого электрического вентиля, последовательный LC-контур через второй электрический вентиль, включенный встречно первому, и первый ключ связан с выходом основной частоты генератора возбуждения, выход фазового детектора связан с входом усилителя постоянного тока, сигнальный вход фазового детектора подключен к выходу блока развязки, управляющий вход фазового детектора через второй ключ связан с выходом удвоенной частоты генератора возбуждения, а через третий ключ — с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу удвоенной частоты генератора возбуждения, выход датчика насыщения магнитопроводов подключен к входу блока управления ключами, выход которого соединен с управляющими входами ключей.

При этом связь выхода фазового детектора с входом усилителя постоянного тока может осуществляться через введенный блок суммирования и коррекции, к входу которого подключена обмотка обратной связи.

На фиг. 1 и 2 представлены принципиальные электрические схемы стабилизаторов.

Стабилизатор (фиг. 1) содержит силовой регулятор 1, измерительноусилительный блок 2, источник 3 опорного напряжения, датчик 4 тока, блок

5 программного управления и нагрузку 6. Магнитомодуляционный узел 7 включает магнитопроводы 8 и 9, которые с обмотками 10 и 11 возбуждения помещены в магнитный экран 12, поверх которого размещаются компенсационная 13 и первичная 14 обмотки, а также фазовый детектор 15, блок

16 развязки и потенциометр 17.

Датчик 4 тока включает еще ряд элементов: цифровой переключатель

18, усилитель постоянного тока (УПТ}

19, эталонный резистор 20, генератор

2 1 возбуждения, первый 22, второй

23 и третий 24 ключи, блок 25 управления, датчик 26 насыщения магнитопроводов, инвертор 27, последовательный LC-контур 28, первый 29 и

11 12353 второй 30 электрические вентили, резистор 31.

В стабилизаторе (фиг. 2) кроме перечисленных выше элементов датчик

4 тока включает обмотку 32 обратной связи и блок 33 суммирования и коррекции сигналов.

Стабилизатор работает следующим образом.

В рабочем режиме открыт только ключ 23 и на управляющий вход фазового детектора 15 поступает на- . пряжение удвоенной частоты с соответствующего выхода генератора 21 возбуждения. Конденсатор LC-контура

28 заряжен до амплитудного значения напряжения основной, частоты генератора 2 1 возбуждения, постоянное напряжение указанного конденсатора приложено в обратном направлении к. электрическому вентилю 29 и запирает его. Поэтому к последовательно соединенным обмоткам 10 и 11 возбуждения магнитомодуляционного узла 7 через резистор 31 подводится переменное напряжение с выхода основной частоты генератора 21 возбуждения.

Магнитомодуляционный узел 7 при .таком возбуждении действует как магнитный модулятор с удвоением частоты. Характерной особенностью магнитного модулятора является генерирование им напряжения удвоенной час. тоты, если gIW 4 О, это напряжение может быть снято, в частности, с общего вывода обмоток 10 и 11 возбуждения и подвижного контакта балансировочного потенциометра 17. Через блок 16 развязки (обеспечивает гальваническую развязку) напряжение удвоенной частоты поступает на сигнальный вход фазового детектора 15.

Изменение постоянной составляющей тока нагрузки или тока компенсации приводит к появлению разбалан, са ампернитков 5 IW что в соответст7 вии со статической характеристикой узла 7 вызывает появление на его выходе некоторого напряжения ПВ „, которое поступает на вход УПТ 19.

Иагнитомодуляционный узел 7 и УПТ 19 образуют замкнутую систему автоматического регулирования следящего типа. Выходной ток УПТ 19, который является током компенсации и протекает через эталонный резистор 20 и включенные с помощЬю цифрового переключателя 18 секции компенсационной обмотки 13, под действием напряжения

Пб»„изменяется до тех rrop, пока ра 3баланс ампервитков не уменынится до величины действующего рассогласования gIW замкнутой следящей системы.

5 При большом коэффициенте усиления

УПТ 19 значение 6IWР стремится к нулю.

Так как компенсационная обмотка

13 закорочена на небольшое сопротивление (последовательно соединенные эталонный резистор 20 и выходное сопротивление УПТ 19), то трансформатор, включающий магнитный экран

12 и обмотки первичную 14 и компенсационную 13 работает в режиме трансформатора тока. Поэтому переменная составляющая тока в цепи эталонного резистора равна

20 1 л W /Як (1) где W u W — количество витков со1 К ответственно первичной и компенсационной обмоток, — переменная составляющая тока нагрузки.

Соотношение (1) не учитывает погрешности упомянутого трансформатора.

З0 Полный ток через эталонный резистор 20 равен

i =I + „(2) где I — постоянная составляющая ко

35 тока в обмотке компенсации.

Напряжение на выходе датчика 4 тока равно

"у "1/ К (3) где R — номинальное значение этаз7 лонного резистора 20, К ИО Н где 1 Ho — пОстоянная составляющая тока нагрузки.

В измерительно-усилительном блоке

2 выходное напряжение датчика 4 тока сравнивается с опорным напряже50 нием Uzrr, которое вырабатывается источником 3 опорного напряжения. При отклонении величины тока нагрузки от установленного значения на выходе измерительно-усилительного блока 2 появляется управляющий сигнал, который поступает на управляющий вход силового регулятора 1. Под действием этого сигнала отклонение величины тока нагрузки от заданного значения

1! 12353.уменьшается до пренебрежимо малой величины, при этом Ua Ug, откуда с учетом (3) получаем (4) (1О, И /К. У„. йз соотношения (4) очевидно, что величина тока нагрузки зависит от числа включенных витков Ы компенсак ционной обмотки 13. Включение требуемого числа витков этой обмотки обеспечивается цифровым переключателем

18 по. командам от блока 5 программного управления.

Работа стабилизатора, приведенного на фиг. 2 в рабочем режиме характеризуется небольшими отличиями.

Здесь на вход УПТ 19 поступает напряжение с выхода блока 33 суммирования и коррекции сигналов. На входы блока 33 поступают два сигнала: напряжение 6 с выхода магнитомодуляционного узла 7 и напряжение с обмотки 32 обратной связи. В блоке 33 осуществляется также необходимая коррекция в области верхних частот.

С помощью указанных элементов трансформатор тока, включающий магнитный экран 12 и обмотки 13 и 14, охвачен через УПТ 19 отрицательной обратной связью. Эта мера позволяет уменьшить погрешность трансфор. атора тока примерно в Kl /W раз, поэтому переменная составляющая тока нагрузки более точно воспроизводится на выходе датчика тока, что, в конечном счете, повышает точность стабилизатора. Здесь К - коэффициент передачи от входа блока 33 к выходу УПТ 19.

W>@ - число витков обмотки 32 обратной связи.

Рассмотрим теперь работу стабилизатора в режиме ввода.

При нарушении рабочего режима стабилизатора происходит частичное и Полное насыщение магнитопроводов

8 и 9. При этом индуктивность обмоток 10 и 11 возбуждения уменьшается и, соответственно, изменяется переменное напряжение на обмотках 10 и

11, Это изменение напряжения регист5 рируется датчиком 26 насьнцения магнитопроводов и на выходе последнего появляется сигнал, который поступает на вход блока 25 управления ключами. Под действием этого сигнала п

10 блоке 25 вырабатываются управляющие сигналы, под действием которых ключ 23 запирается, а ключи 22 и 24 отпираются.

При отпертом ключе 22 через об15 мотки 10 и 11 возбуждения протекают однополярные импульсы тока, формирующиеся в результате резонансного перезаряда конденсатора I.Ñ-контура

28, их полярность определяется

20 направлением включения электрического вентиля 29. В течение второго полупериода напряжения генератора 21 возбуждения конденсатор LC-контура

28 перезаряжается от укаэанного

25 генератора 21 через электрический вентиль 30, ключ 22 и индуктивность

LC-контура 28. Ток через резистор

31 мал и не оказывает влияния на указанные процессы.

Через открытый ключ 24 и инвертор 27 на управляющий вход фазового детектора 15 поступает напряжение удвоенной частоты с генератора 21 возбуждения. Пока ключи 22 и 24,открыты, статическая характеристика магнитомодуляционного узла 7 имеет линейный участок с двусторонним ограничением. Рабочая точка стаби40 лизатора быстро возвращается на линейный участок и в блоке 25 управления ключами вырабатываются сигналы, под действием которых ключи 22 и 24 запираются, а ключ 23 отпирается, 4> Стабилизатор перехолит в рабочий режим. б ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° . ° ° °

111г3Я

Ф ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

ВНИИПИ Заказ 6458/33 Тираж 841 . Подписное

Филиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4