Устройство для компенсации пульсаций источника постоянного напряжения

Устройство для компенсации пульсаций источника постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Автор изобретения

В. В. Калиниченко

Объединенный институт.ядерны (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ПУЛЬСАЦИЙ

ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено преимущественно для использования в системах питания магнитных элементов, применяемых в экспериментальной ядерной,физике и ускорительной технике, где требуется, как правило, малый уровень пульсаций при значении постоянного . тока в нагрузке, достигающего десятков килоампер. . Известно устройство для компенса" ции пульсаций источника постоянного напряжения, содержащее компенсирующий трансформатор, вторичная обмотка которого включена последовательно с нагрузкой, а первичная соединена с выходом иэмерительно-усилительного блока, вход которого связан с эталонным резистором (датчиком тока), включенным последовательно с нагруз- го кой (1 1.

Так как сигнал пульсаций на эталонный резистор весьма мал, требуются усилители с высоким коэффициентом

2 усиления. Такие усилители подвержены самовозбуждению, кроме того, их выходные цепи необходимо тщательно за" щищать от помех и наводок. Следствием этого является низкая надежность подобного устройства.

Известно также устройство, содержащее компенсирующий трансформатор, вторичная обмотка которого включена последовательно с нагрузкой, а первичная соединена с выходом измерительно-усилительного блока, вход которого связан с выходными зажимами устройства - с зажимами для подключения на" груэки 2).

Как известно, коэффициент сглажи" вания примерно равен коэффициенту усиления разомкнутого контура регу" лирования. Следовательно, для получения высокого коэффициента сглажи" вания необходимо в такой же мере по-. вышать коэффициент усиления в контуре регулирования ° Повышение коэффи«

3 944 циента усиления приводит к снижению устойчивости устройства. Таким образом, устройству присущи противоречия: высокий коэффициент сглаживания - низкая устойчивость, высокая устойчивость -низкий коэффициент сглаживания.

Аналогичные недостатки присущи и устройству с параллельным включением сглаживающего трансформатора.

Наиболее близким к изобретению является устройство для компенсации пульсаций источника постоянного напряжения, содержащее компенсирующий трансформатор, вторичная обмотка которого включена в цепь нагрузки, а

;первичная соединена с выходом усили1теля .мощности, вход которого через предварительный усилитель соединен с выходом цепи обратной связи f 2 j.

Недостатками этого устройства яв" ляются низкие коэффициент сглаживания пульсаций и устойчивость.

Цель изобретения - увеличение коэффициента сглаживания и повышение устойчивости устройства.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройстве для компенсации пульсаций источника постоянного напряжения, содержащем компенсирующий .трансформатор, вторичная обмотка которого включена в цепь нагрузки, а первичная соединена с выходом усилителя мощности, вход которого через предварительный усилитель соединен с выходом цепи обратной связи, компенсирующий трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, подключенной к входу введенного регулируемого де" лителя напряжения, причем один вход" ной вывод цепи обратной. связи непосредственно, а другой через выходную цепь регулируемого делителя напряжения подключен к выводам для подключения источника постоянного напряжения.

1О

На чертеже представлена принципиальная электр@ческая схема варианта устройства с последовательным компен" сирующим трансформатором.

Устройства содержит входные выводы 1 для подключения источника постоянного напряжения, выходные выводы 2 для подключения нагрузки, нагрузку 3,. компенсирующий трансформатор 4, цепь 5 обратной связи, предваритель- " ный усилитель 6, усилитель 7 мощности, первичную обмотку 8, вторичную обмотку 9, дополнительную обмотку 10 регулируемый делитель 11 напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Для упрощения анализа работы устройства будем считать все его элементы идеальными, в частности обладающими чисто вещественными коэффициентами передачи. Заметим, что последнее допущение выполняется для некоторой области частот и для реальных элементов, так что полученные здесь качественные выводы можно счи" тать в целом достоверными, а коли" чественные требуют некоторой коррекции в соответствии с реальными характеристиками элементов.

К входным выводам 1 подключен ис" точник постоянного напряжения 0д, имеющий пульсации напряжения. Напряжение может быть представлено в виде постоянной Ед и переменной 0„,6, составляющих

0 = Е +О

Поступающее на вход цепи 5 обратной связи переменное напряжение усили" вается усилителями 6 и 7 и возбуждает на обмотках 9 и 10 трансформатора 4 компенсирующее напряжение 0< (напряжение на обмотке 9) и напряже«

we обмотки обратной связи U (наос пряжение на обмотке 10). При подключении обмоток 9 и 10 к соответствующим цепям требуется выполнение двух условий: напряжение 0 противофазно напряжению 0, „,напряжение на выходе регулируемого делителя 11 напряжения (напряжение обратной связи up ) также противофазнр напряжению 0 + .

-ах

Напряжение сигнала ошибки U, поступающее на вход цепи обратной связи, определим как

Uco= 0-ьх — Uoc

Из теории автоматического регулирования известно соотношение

ЩСО - Оое (2) где 4, -. коэффициент усиления разомкнутого контура регулирования.

Из соотношений (1) и (2) получаем

%с= 1 ех (1+").

Определим величину компенсирующего напряжения Ок, вырабатываемого вследствие действия замкнутого контура регулирования под воздействием сигнала ошибки О о(замкнутый контур содержит узлы 5, 6, 7, 8, 10 и 11) .

Связь между напряжениями на обмотках

5 94401 трансформатора 4 можно записать в виде М к = Ьоо/лоос (4) где k и 00с соответственно количест". во витков обмоток 9 и 10.

С другой стороны

%c- п ос ® где n - коэффициент деления делителя 11 напряжения. »о

Из соотношений (4) и 5) получаем

0 к = пщ4»»/ юс= mu (6) где m = nM /Ö является важным параметром устройства. При работе устройства величина пульсаций на нагрузке равна 4» = Ц-е цк (7)

Определим коэффициент сглаживания устройства К г

Кс„„= 3ц.,„/u „!. (8)

Из соотношения (8) с учетом соотношений (3) (6) и (7) получаем

3 6 эффициента сглаживания вблизи ноиинального значения, равного 11. Для предлагаемого устройства параметр

m - (1iK)/K - 31+10)I1O - 1,1, что при номинальном значении коэффициента усиления обеспечивает K д,-Фа

При коэффициенте усиления, равном 9 (т.е. при его снижении на 103), в соответствии с соотношением (9) полу-чаеи

9 9 1

Как показывает этот расчет, пред" ложенное устройство способно обеспечить значительный коэффициент сглаживания при небольшом коэффициенте усиления в контуре регулирования, что в свою очередь гарантирует высокую устойчивость.

Формула изобретения

25 эо сгл q g 1+К (а)

Значение параметра m определяем из условия полной компенсации пульсаций. При полной компенсации

uH= o„ тогда из соотношения (7) следует

Ц„е = U»»» откуда с учетои (3) и (6) получаем

m - (1+K)/K ° (10)

Лри таком выборе»т в соответствии с формулой (7) устройство обеспечивает полное подавление (Ко -я- сс ) б

На практике параметр п, задаваемый через достаточно стабильные параметры (число витков, коэффициент . деле ни я ), остается неи зменныи при, изменении коэффициента усиления в контуре регулирования. Это приводит к нарушению условия (10) и к уменьше-. нию коэффициента сглаживания.

П р и и е р. Пусть коэффициент усиления разомкнутого контура (его номинальное значение ) равен 10. При таком значении коэффициента усиления

50 известное устройство обеспечивает коэффициент сглаживания, равный

KCi = K + 1 = 11 при этом легко получить высокую устойчивость устройства. Пусть под действием различных факторов коэффициент

55 усиления контура изменяется на g 10ь.

Для известного устройства это означает примерно такое же изменение коУстройство для компенсации пульсаций источника AocTDRHHolQ напряже" ния, содержащее коипенсирующий транс" форматор, вторичная обмотка которого включена в цепь нагрузки, а первичная соединена с выходом усилителя мощности, вход которого через предваритель" ный усилитель соединен с выходом цепи обратной связи, о.т л и ч а ю щ е". .е с я тем, что, с целью увеличения коэффициента сглаживания и повышения. устойчивости, компенсирующий транс": форматор снабжен дополнительной об« иоткой, подключенной к входу введенного регулируемого делителя напряже" ния, причем один входной вывод цепи обратной связи непосредственно, а другой через выходную цепь регулируемого делителя напряжения подключен jc выводам для подключения источника постоянного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авербух С.И. и др. Система ста; билизации тока в электромагните

ВЭПП-3. Препринт ИЯФ ОСАН СССР, У 63-70, Новосибирск, 1970.

2. Шуваев Ю.Н. Транзисторные . сглаживающие устройства с последовательным и параллельным включением компенсирующего трансфориатора. - 98 сборнике "Электронная техника в автоматике". И., "Сов.. радио", 1980,,aw. 11, с. 126.

944013

Составитель Л. Устинкина

Редактор Л. Алексеенко ТехоедМ, Надь Корректор Л. Бокшан

Заказ 511У71 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква 1-35 Раушская наб. д. 4/5

«- - 4 «- «4 в»» ««» »» »» 3 8»

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