Стабилизатор постоянного тока
Изобретение относится к электротехнике , в частности к стабилизированным источникам тока большой силы. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования в сторону больших токов. Устр-во выполнено по схеме регулятора компенсационного типа с целью обратной связи. При этом датчик тока выполнен на базе генератора возбуждения, конденсатора, демодулятора , дифференциального усилителя, регулятора постоянного тока и магнитомодуляционногр узла Последний содержит магнитный экран, рабочий магнитопровод с обмоткой возбуждения, помещенный в магнитный экран, измерительную и компенсационные обмотки, намотанные на этот экран Цель достигается тем, что в устр-во введены трансформатор тока, коммутатор переменного напряжения и резистор, а рабочий магнитопровод снабжен дополнительной обмоткой, а также определенным построением схемы коммутатора-переменного тока. Обеспечивается малая статическая ошибка устройства при больших намагничивающих силах возбуждения. Диапазон регулирования расширяется. 1 з. п. ф-лы, 5 ил. е
((1Н) 1 ., )Г!! !(KИХ
601!ИЛ11ИС !И i.!.È
Г С1!Ч! ПИК
<с1}с G 05 Г 1/56
ГОСУДЛРСТВ(11! Гь!И КОМИТЕТ !
10 И306РЕ ГЕНИЯМ И 01КРЫ1ИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4706911/07 (22) 16.06.89 (46) 30.04.91. Бюю, М 16 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) В, В, Калиниченко (53) 621,316,722. 1 (56) Авторское свидетельство СССР
М 913353, кл. G 05 F 1/56, 1982, Авторское свидетельство СССР
N 1180862, кл. G 05 F 1/56, 1985. (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к стабилизированным источникам тока большой силы. Цель изобретения — расширение диапазона регулирования в сторону больших токов. Устр-во выполнено по схеме регулятора компенсационного типа с целью обратной связи, При
Изобретение относится к электротехнике, в частности к стабилизированным источникам тока большой силы, Цель изобретения — расширение диапа.зона регулирования в сторону больших токов.
На фиг; 1 приведена блок-схема предложенного стабилизатора постоянного тока; на фиг. 2 — один из вариантов исполнения устройства; на фиг. 3 — блок-схема коммутатора переменного тока; на фиг. 4 — статические характеристки магнитомодуляционного узла описываемого устройства (кривая 1) и изве-, стного устройства (кривая 2); на фиг. 5— начальные участки соответствующих харак„„SU „„1645947 А1 этом датчик тока выполнен на базе генератора возбуждения, конденсатора, демодулятора, дифференциального усилителя, регулятора постояннсго тока и магнитомодуляционного узла. Последний содержит магнитный экран, рабочий магнитопровод с обмоткой возбуждения, помещенный в магнитный экран, измерительную и компенсационные обмотки, намотанные на этот экран, Цель достигается тем, что в устр-во введены трансформатор тока, коммутатор переменного напряжения и резистор, а рабочий магнитопровод снабжен дополнительной обмоткой, а также определенным построением схемы коммутатора переменного тока. Обеспечивается малая статическая ошибка устройства при больших намагничивающих силах возбуждения.
Диапазон регулирования расширяется, 1 3. и. ф-лы, 5 ил. теристик. В обоих случаях (кривая 1 и кривая 2)!п ь|Я6 = 5 кА витков.
Стабилизатор тока содержит силовой регулятор 1 с блоком пуска, измерительноусилительный блок 2, источник 3 опорного сигнала, датчик 4 тока, нагрузку 5. В состав датчика 4 тока входит магнито-модуляционный узел, включающий магнитный экран 6, внутри которого помещен рабочий магнитопровод 7 с обмоткой 8 возбуждения и дополнительной обмоткой 9, намотанными на магнитопровод 7, Поверх магнитного Экрана 6 размещены компенсационная 10 и измерительная 11 обмотки. Генератор 12 возбуждения выполнен в виде транзисторного или тиристорного инвертора напряже1645947 ния и имеет зажимы 13, 14 для подачи постоянного напряжения питания.
B состав датчика 4 тока входят также трансформатор 15 тока, выполненный на магнитопроводе 16 и имеющии первичную 5
17 и вторичную 18 обмотки, конденсатор 19, демодулятор 20, дифференциальный усилитель 21, регулятор 22 постоянного тока, коммутатор 23 переменного напряжения и резистор 24. Коммутатор 23 переменного 10 напряжения имеет входные выводы 25, 26 и выходные 27, 28.
Обмотка 8 возбуждения подключена к выходу генератора 12 возбуждения через последовательно включенные конденсатор 15
19 и первичную обмотку 17 трансформатора
15 тока. Вторичная обмотка 18 последнего подключена ко входу демодулятора 20, выходные выводы которого подключены к соответствующим входам дифференциального 20 усилителя 21. Регулятор 22 постоянного гока подключен управляющим входом к выходу дифференциального усилителя 21. Выходные выводы регулятора 22 постоянного тока один непосредственно, а другой через ком- 25 пенсационную обмотку 10 подключены к выходным зажимам датчика 4 тока, Управляющий вход коммутатора 23 переменного напряжения подключен к выходу блока пуска силового регулятора 1. 30
Управляющий вход силового регулятора 1 подключен к выходу измерительно-усилительного блока 2, входы которого соединены соответственно с выходом источника 3 опорного сигнала и выходом дат- 35 чика 4 тока. При использовании в качестве источника 3 опорного сигнала источника эталонного тока в блоке 2 сравниваются однородные величины: эталонный ток и ток компенсации, протекающий через компен- 40 сационную обмотку 10. В случае использования в качестве источник 3 опорного сигнала источника опорного напряжения в блоке 2 осуществляется преобразование тока компенсации в пропорциональное ему 45 напряжение, которое затем сравнивается с опорным напряжением источника 3.
Дополнительная обмотка 9 подключена к входным выводам 25 и 26 коммутатора 23 переменного напряжения, к выходным вы- 50 водам 27 и 28 которого подключен резистор
24. В варианте стабилизатора по и. 2 выходные выводы 27 и 28 коммутатора 23 переменного напряжения один через резистор
24, а другой непосредственно соединены 55 соответственно с зажимами 14 и 13 для подачи постоянного напряжения питания на генератор 12 возбуждения.
Представленный на фиг. 3 вариант выполнения коммутатора 23 переменного напряжения состоит из оптоэлектронного ключа 29 переменного напряжения, мостового выпрямителя 30 и одновибратора 31, Выводы переменного тока мостового выпрямителя 30 подключены к входным выводам 25, 26 коммутатора 23 переменного напряжения через оптоэлектронный ключ
29 переменного напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу одновибратора 31. Вход запуска одновибратора 31 подключен к управляющему входу коммутатора 23 переменного напряжения, к выходным выводам последнего подключены выводы постоянного тока мостового выпрямителя 30.
Статическая характеристика магнитомодуляционного узла представляет собой зависимость Up=f(I W,) где 0д — напряжение на выходе демодулятора 20, 1и=lн — ток в измерительной обмотке 11, W — число витков обмо-,ки 11 (статическая характеристика магнитомодуляционного узла снимается при разомкнутом контуре авторегулирования).
Блок 23 обеспечивает подключение резистора 24 к дополнительной обмотке 9 с некоторой задержкой относительно момента пуска силового регулятора 1, В этом случаp блок 23 может быть выполнен на основе, например, ключа переменного тока и одновибратора.
Стабилизатор работает следующим образом.
В качестве источника 3 опорного сигнала используем источник эталонного тока, который вырабатывает высокостабильный ток величиной 1эт. Этот ток поступает на один иэ входов измерительно-усилительного блока 2, на другой вход этого блока поступает ток компенсации 1», вырабатываемый регулятором 22 постоянного тока, Заметим, что величина тока l» зависит от величины тока нагрузки 1н, протекающего через измерительную обмотку 11.
При неравенстве токов l„и I» на выходе измерительно-усилительного блока 2 появляется управляющий сигнал, который поступает на управляющий вход силового регулятора 1. Под действием этого сигнала ток нагрузки изменяется до тех пор, пока величина разбаланса токов I„и I„не уменьшится до пренебрежимо малого значения, равного величине действующего рассогласования замкнутого контура стабилизации.
Ток нагрузки 1,, протекая по измерительной обмотке 11 с числом витков W<, создает в магнитном экране 6 и рабочем мэгнитопроводе 7 намагничивающую силу (н. с,), равную 1 Ч4и. Ток компенсации 1», обтекая по компенсационной обмотке 10 с числом витков VÈ,, rоэдаег и гех же )лемен тах 6 и 7 н. с. I )//к причем направление н. с. I„W,. противоположено ))аправле))ию н.с. 1иВ/и. В этих условиях при равенс) ьч
1„байи=-!кР/к магни нь)й экран 6 и магнитопро вод 7 не подвергаются намаз ничивани)г) по лем постоянного тока (т. е. 1> С выхода генератора 12 возбуждения переменное напряжение возбуждения пря моугольной формы поступает к цепи, содер жащей последовательно включенные обмотку 8 возбуждения, первичную обмотку 17 трасформатора 15 тока и конденсатор 19. Параметры указанных элементов и режима генератора 12 возбуждения выбираются так, чтобы амплитуда тока возбуждения Im ь удовлетворяла ранее приведенному условию; Im )) /)4 > нном1/)/и Заметим, что ток возбуждения формируется в процессе перезаряда конденсатора 19 через нелинейную индуктивность обмотки 8 возбуждения. Кроме того, ввиду трансформаторной связи между обмотками 8 и 9 через магнитопровод 7 на процесс формирования тока возбуждения оказывает влияние резистор 24, подключенный через коммутатор 23 переменного тока к дополнительной обмотке 9. Укажем, что при пуске силового регулятора 1 на управляющий вход коммутатора 23 переменного напряжения поступает сигнал, обеспечивающий задержку включения резистора 24 к обмотке 9 на некоторое время по отношению к моменту пуска силового регулятора 1. По истечении времени задержки коммутатор 23 переменного напряжения подключает резистор 24 к обмотке 9, так что в стационарном режиме работы стабилизатора обмотка 9 нагружена на резистор 24. При отсутствии подмагничивания магнитопроводов 6 и 7 полем постоянного тока () нМ/и — IKWK=O) пол ожител ьн ые и отри цател ьные импульсы тока, формирующиеся в цепи обмотки 8 возбуждения, имеют одинаковую форму и равны по амплитуде (вследствие симметрии кривой намагничивания рабочего магнитопровода 7). Эти импульсы тока через трансформатор 15 тока поступают на вход демодулятора 20. Ввиду идентичности положительных и отрицательных импульсов, подводимых к демодулятору 20, напряжение на его выходе равно нулю, управляющее воздействие на выходе дифференциального усилителя 21 не изменяется и выходной ток регулятора 22 постоянного тока также не изменяется. Это пэначас т, что баланс 1„Иl, и I,W, не наруша .)ся (I„N I W„l При нарушении баланса ампервитков l, W„) 1кЧ/ (14И,-1к0/к= ЛМ/ О) рабочий магнитопровод 7 и магнитный экран 6 подма ничиваются полем постоянного тока, Причем направление подмагничивания зависит от знака раэбаланса. Н. с. I 04, создаваемая током возбуждения, знакопе10 ременна, поэтому в один из полупериодов возбуждения н.с. I 15 При согласном направлении указанных н. с. рабочий магнитопровод 7 насыщается (или остается в насыщении), индуктивность обмотки 8 возбуждения уменьшается во много раз (или мала), что приводит к резкому 20 увеличению амплитуды импульса тока возбуждения в этот полупериод (обозначим амплитуду этого импульса тока IB:.), Для другого полупериода возбуждения указанные н. с. направлены навстречу друг 25 другу и происходит компенсация н. с. Л IW н. с. I 1вк Л IW/Wâ Таким образом, при Л IW A 0 положительные и отрицательные импульсы тока, формирующиеся в цепи обмотки 8 возбуждения, имеют разную форму и отличаются по амплитуде, Эти импульсы через трансформатор 15 тока поступают в демодулятор 20, на выходе которого появляется напряжение сигнала разбаланса. Его величина и знак определяются соответственно величиной и знаком ЛIW. Это напряжение, усиленное дифференциальным усилителем 21, воздействует на управляющий вход регулятора 22 постоянного тока, вследствие этого воздействия ток 1к изменяется до тех пор, пока разбаланс ампервитков Л IW не умень45 шится до пренебрежимо малого значения, равного величине действующего рассогласования замкнутой следящей системы. Следовательно, в стационарном режиме работы стабилизатора следящая система поддерживает с высокой точностью баланс ампервитков IHWH=IKWK. Кроме того, контур стабилизации обеспечивает с высокой точностью баланс токов ) к=1эт Эти два соотношения описывают статическое состояние стабилизатора, откуда: le=larWK / /)/и Магнитный экран б в значи гельнои степени увеличивает индуктивность компенсдционной обмотки 10, что обеспечивает существенное ослабление в выходном токе датчика 4 переменных составляющих, трансформируемых из обмотки 8 возбужде ния. Кроме того, через магнитный экран 6 осуществляется прямая магнитная связь между измерительной обмоткой 11 и обмоткой компенсации 10. Поэтому при относительно небольшом суммарном активном сопротивлении R> в цепи обмотки компенсации 10 происходит трансформация (практически без искажений) переменной составляющей тока нагрузки на вход измерительно-усилительного блока 2, что обеспечивает высокие динамические пока затели стабилизатора. Как уже отмечалось, в момент пуска силового регулятора на управляющий вход коммугатора 23 переменного напряжения поступает сигнал, вызывающий отключение резистора 24 от дополнительной обмотки 9. Затем по истечении времени задержки коммутатор 23 подключает резистор 24 к обмотке 9, При отключенном резисторе 24 статическая характеристика магнитомодуляционного узла имеет большую ширину, "ем при включенном резисторе 24 (кривые 2 и 1 соответственно на фиг. 5), что повышает надежность ввода стабилизатора в рабочий режим. При включенном резисторе 24 статическая характеристика не имеет " лертвой зоны" (кривая 1 на фиг, 5), что обеспечивает работу стабилизатора с малой. статической ошибкой при больших н. с. ьозбуждЕНИя Im IIWI. ДИаПаЗОН рЕГуЛИрОВаНИя тока стабилизатора прямо связан с величиной н. с. возбуждения. Если I, Чл > > I Im IIWII 1, ввод стабилизатора в режим не гарантируется. Средства, позволяющие увеличить н, с. возбуждения (разумеется, без ухудшения метрологических характеоистик магнитомодуляционного чзла), обеспечивают расширение диапазона регулирования сталибилизатора, С Iioмощью описанных средств указанная цель достигается. Кратко рассмотрим работу коммутатора 23 переменного напряжения (фиг. 2). При пуске силового регулятора 1 на вход запуска одновибратора 31 поступает сигнал, который переводит одновибратор 31 во временно устойчивое состояние. В этом состоянии на управляющий вход оптоэлектронного ключа 29 ток не поступает и ключ 29 находится в выключенном остоянии: переменное напряжение с обмотки 9 не поступает на вь,воды переменного тока MocToBof о выпрямителя 30. После пРреходд одновибрдтора 31 в "ждущее cncrnaIIIie на управляющий вход ключа 29 поступдег ток, через замкнутый теперь ключ 29 переменное напряжение с обмотки 9 поступает на мостовои выпрямитель 30. Постоянное напряжение с выхода выпрямителч 30 через резистор 24 поступде на зажимы дпя подачи напряжения пи1дния на генератор возбуждения 12 одновременно с напряжением питания от специального источника. При этом обмотка 9 нагружается, что приводит к устранению искажении начального участка статической характеристики магнитомодуляционного узла Кроме того, обмотка 9 нагружается "полезной нагрузкой", при этом уменьшается мощность, потребляемая генератором возбуждения 12 от специального источника пи -дния. Формула изобретения 1. Стабилизатор постоянного тока, содержащии силовой регулятор с блоком пускд. соединенный через датчик тока с клеммами для подключения нагрузки, причс"„1 управляющий вход силового регулятора подключен к выходу измерительно-усили1епьного блока, входы которого соединены соответственно с источником опорного сигндпа и выходом датчика тока, который выполнен на базе генератора возбуждения с зажимами для подачи постоянного напряжения питания, конденсатора, демодулятора, дифференциального усилителя, регулятора постоянного тока и магнитомодуляционного узла, включающего в себя мэгчитный экран, рабочий магнитопроводс обмоткой возбуждения, помещенный в магнитный экран, измерительную и компенса,.„ионную обмотки, намотанные поверх магнитного экрана, при этом измерительная обмотка подключена к входным зажимам датчика тока, выходные выводы регулятора постоянного тока один непосредственно, а другой через компенсационную обмотку подключены к выходным зажимам датчика тока, управляющии вход регулятора постоянного тока подключен к выходу дифференциального усилителя, входы которого подключены ксоответствующим выходам демодулятора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования в сторону больших токов, в него введены трансформатор тока, коммутатор переменного напряжения и резистор, а рабочий мд нитопровод магнитомодуляционного узла снабжен дополнительной обмоткои. которая подключена к входным Выводд л коммутатора переменного напряжения, к выходным выводам которого:зодкпючРп резистор, а к уп16159 17 Фиг. 2 равляющему входу - выход блока пуска. кроме того, обмотка возбуждения через последовательно соединенные конденсатор и первичную обмотку трансформатора тока подключена к выходу генератора возбужде- 5 ния, а вторичная обмотка трансформатора тока подключена ко входу демодулятора. 2, Стабилизатор по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что выходные выводы коммутатора переменного напряжения, один не- 10 посредственно, а другой через резистор подключены к соответствующим зажимам для подачи постоянного напряжения питания на генератор возбуждения, при этом коммутатор переменного напряжения выполнен на основе оптоэлектронного ключа переменного напряжения, одновибратора и мостового выпрямителя, выводы переменного тока которого подключены к входным выводам коммутатора переменного напряжения через оптоэлектронный ключ переменного напряжения, управляющий вход которого подключен к вЫходу одновибратор, вход запуска которого подключен к управляющему входу коммутатора переменного напряжения, а его выходные выводы подключены к выводам постоянного тока мостОвого выпрямителя. 1645947 -le, В Фиг. 9 Фиг. S Составитель С.Ситко Редактор Е,Зубиетова Техред М.Моргентал Корректор A,Îcàóëåíêo Заказ 1553 Тираж 475 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбйнат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
