Система стабилизации постоянного тока

Система стабилизации постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

И Е п1 556423

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Сооетскии

4оциолистииеских

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 14.07.75 (21) 2155163/07 (51) М Кч G 05F 1!56 с присоединением заявки М

Государстееииый комитет

Совета Мииистрса СССР ло делам иыоретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.04.77. Бюллетень Хе 16

Дата опубликования описания 20.05.77 (53) УДК 621.316.722.1 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. А. Бычков, В, С. Никитин, T. А. Семенова и В. Н. Ткачев (71) Заявитель (54) СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам стабилизации постоянного тока с отрицательной обратной связью, и может использоваться в системах, требующих поддержания стабильного тока с обеспечением повышенной надежности.

Известны системы стабилизации постоянного тока, содержащие блок стабилизации постоянного тока и нагрузку (1).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является система стабилизации постоянного тока, содержащая включенные последовательно основной и резервные блоки стабилизации, каждый из которых состоит из последовательно соединенных источника тока, регулятора тока и измерительного резистора, причем управляющий вход регулятора тока подключен параллельно измерительному резистору (2).

Однако надежность известных систем стабилизации постоянного тока сравнительно низкая: при отказе хотя бы одного элемента системы нарушается стабилизация тока.

Целью изобретения является повышение надежности системы путем сохранения работоспособности системы при отказе т из общего числа ее элементов.

Это достигается тем, что в предлагаемой системе стабилизации постоянного тока в каждом из блоков стабилизации параллельно измерительному резистору дополнительно подключены т резисторов, а последовательно включенные источник тока и регулятор тока шунтированы цепью с m-кратной защитой от обрыва, например т параллельно включенными резисторами, причем число резервных блоков стабилизации равно Л, где N не менее 2т.

На чертеже представлена блок-схема пред10 лагаемой системы стабилизации.

Система содержит последовательно включенные блоки 1, каждый из которых состоит из последовательно соединенных источников тока 2, регулятора тока 3 с управляющим

15 входом 4, цепь защиты 5 от обрыва цепи из последовательно включенных источника тока и регулятора тока, измерительный резистор 6, шунтированный резисторами 7, нагрузку 8.

Все блоки настраиваются на одну и ту же величину стабилизируемого тока, однако изза технологических разбросов отдельных элементов системы и производственных допусков на регулировку реальная настройка у различных блоков стабилизации оказывается различной, но лежащей в заданных пределах.

Система работает следующим образом.

Предположим, что ток в системе уменьшился, например, из-за изменения нагрузки.

ЗО B этом случае, как и в известных системах, 556423

3 напряжение блоков стабилизации повысится, способствуя сохранению прежней величины тока.

Ввиду того, что индивидуальная регулировка отдельных блоков может несколько различаться, изменение напряжения на них может происходить не в одинаковой степени.

Блоки стабилизации, настроенные ближе к нижней границе заданного тока, имеют меньшее напряжение, а блоки, настроенные ближе к верхней границе, — большее. Причем среди первых возможны блоки с предельно низким напряжением, а среди вторых — с предельно высоким. Таким образом, регулирование тока в каждой точке заданного диапазона стабилизации производится теми блоками, чья настройка более близка к текущему значению регулируемого тока.

Поскольку стабилизированный ток, обтекающий систему, имеет определенное значение, а блоки стабилизации с предельно низким напряжением могут оказаться не в состоянии пропустить этот ток, часть тока или весь ток потечет через узлы с m-кратной защитой от обрыва.

При отказе т из общего числа элементов, входящих в систему, исключая нагрузку, могут оказаться поврежденными m блоков этой системы. Изменение напряжения на неисправных блоках, вызванное отказом элементов, воспринимается исправными источниками, шунтированными исправными узлами защиты от обрыва, так же, как изменение сопротивления нагрузки. При этом изменение напряжения исправных блоков, элементы которых шунтированы исправными узлами защиты от обрыва, компенсирует изменение напряжения на неисправных блоках, и тем самым обеспечивается поддержание тока в нагрузке в заданных пределах.

Ввиду того, что напряжение на неисправном блоке стабилизации может выходить за пределы, характеризующие работу исправного блока, то, в общем случае, выход из строя одного блока не может быть полностью компенсирован одним аналогичным исправным блоком и потребуется еще не менее одного исправного блока стабилизации. Аналогично в случае защиты системы от неисправности т блоков потребуется и исправных блоков для компенсации возмущения, вносимого неисправными блоками, причем нескомпенсированная часть возмущения может быть скомпенсирована дополнительно одним или несколькими исправными блоками. Таким образом, число дополнительных блоков стабилизации должно быть не менее 2т, а общее число блоков системы — не менее 2m+1.

Поддержание тока в нагрузке при неисправных элементах системы и при одинаковых источниках стабилизирования постоянного тока и одинаковых узлах защиты от обрыва обеспечивается при условиях:

IcT н - макс + (N + 1 — т) U„«1 самым амин миниИз услови ка з нагрузк стемы

mUMàêñ + (N + I m) U„„„

) амин и после преобразований

"макс =. а макс р мин

N)m — 1+и имакс с макс мин

"мин т. е. всегда существует такое N, что последнее неравенство справедливо. Из него же следует, что N) 2m, так как дробь, имеющая сомножитель т, больше единицы. б0 т-кратная защита от обрыва в узле защиты от обрыва обеспечивает работоспособность системы при одновременном обрыве (m — 1) параллельных ветвей узла защиты от обрыва и неисправности в шунтируемом источниб5 ке, приводящей к невозможности протекания

4 самакс нмакс »B + (+ 1 ml макса где Ус и1с, — соответственно минимин макс мально и максимально допустимое значение тока в нагрузке;

9„м« и 9„ „, — соответственно мальное и максимальное значение активной составляющей сопротивления нагрузки; т — число отказавших элементов системы без учета нагрузки, при котором система должна сохранять работоспособность;

N+ 1 — необходимое количество блоков стабилизации;

U*.„, и У*„„„— соответственно максимально и минимально возможное напряжение на блоке стабилизации при наличии в них неисправных элементов и при протекании через них тока, значение которого лежит в пределах, допускаемых для тока нагрузки.

Умин И UMcHc — СООтВЕтСтВЕННО МИНИмальное и максимальное значение напряжения на исправном блоке стабилизации, при котором он сохраняет свои стабилизирующие свойства. и обеспечения поддержания тое при неисправных элементах сиmUìèí + (N + I m) макс

) 556423

5 через него требуемого тока нагрузки. В этом случае токовая цепь системы остается замкнутой благодаря оставшейся исправной ветви поврежденного узла защиты от обрыва.

Использование дополнительных блоков стабилизации и шунтирование узлами защиты от обрыва позволяет повысить надежность системы стабилизации постоянного тока, создавать измерительные и преобразовательные системы с использованием стабилизированного тока, где надежность стабилизации тока существенно не влияет на общую на- дежность этих систем, обеспечивать наперед заданную надежность поддержания тока в цепи нагрузки.

Ориентировочно выигрыш по надежности от применения предлагаемой системы по сравнению с известными системами можно определить следующим образом.

Пусть вероятность отказа известного блока стабилизации постоянного тока равна Р„, Пренебрегая вероятностью отказа узла защиты от обрыва по сравнению с вероятностью отказа источника стабилизированного постоянного тока ввиду значительно большей сложности последнего, считаем вероятность отказа параллельного соединения источника и узла защиты от обрыва также Р„.

Считая, что (т+1) неисправных элементов вывели из строя (т+1) блоков системы и что это приводит к отказу всей системы, т. е. считая вероятность отказа системы более высокой, чем действительная, можно ее оценить по формуле

Рп: C7y,у Р„ {1 — Р„) + Civ zP„" X

X{1 P.)™ + +С где Є— вероятность отказа предлагаемой системы;

С вЂ” число сочетаний.

Учитывая, что Р «1, получаем, что вероятность отказа предлагаемой системы меньше вероятности отказа известной системы в

С "+i P раз.

%+1 и

При т=1, N=2 и Р„=0,01 выигрыш будет в ЗЗ раза, а при т=2, N=4 и Р„=0,01 выигрыш будет в 1000 раз.

Формула изобретения

Система стабилизации постоянного тока, 15 содержащая включенные последовательно основной и резервные блоки стабилизации, каждый из которых состоит из последовательно соединенных источника тока, регулятора тока и измерительного резистора, причем управ20 ляющий вход регулятора тока подключен параллельно измерительному резистору, о т л ичающаяся тем, что, с целью повышения надежности системы путем сохранения работоспособности системы при отказе т из об25 щего числа ее элементов, в каждом из блоков стабилизации параллельно измерительному резистору дополнительно подключены nz резисторов, а последовательно включенные источник тока и регулятор тока шунтированы

З0 цепью с т-кратной защитой от обрыва, например т параллельно включенными резисторами, причем число резервных блоков стабилизации равно N, где Л не менее 2т.

Источники информации, принятые во вниЗ5 мание при экспертизе:

1. Источники электропитания на полупроводниковых приборах. Под ред. С. Д. Додика и др. М., «Сов. радио», 1969, с. 191.

2. Козлов Б., Ушаков И. Справочник по

40 расчету надежности радиоэлектронной аппаратуры. М., «Сов. радио», 1966, с. 285 — 292.

556423

Составитель С. Горбачева

Техред Л. Котова

Редактор С. Заика

Корректор Л. Брахнина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 998/17 Изд. № 404 Тираж 1106 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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