RU2052213C1

RU2052213C1 - Dc stabilizer

Info

Publication number: RU2052213C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Калиниченко
Original assignee: Объединенный Институт Ядерных Исследований
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1996-01-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: stabilizer has controllable force regulator 1, base current source 4, two resistors 2 and 5, DC amplifier 6, and unit 7 for comparing constant voltages. Resistors 2 and 5 are made of the same conducting material. The bodies of the resistors are brought into contact with each other. The assembly is mounted inside the space of a casing made of a heat conducting material and insulated electrically from the resistors. The ratio of the resistances is defined by the relationship presented in the invention description. EFFECT: improved quality of voltage. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к стабилизированным источникам тока. The invention relates to electrical engineering, in particular, to stabilized current sources.

Известны стабилизаторы постоянного тока [1,2]
Первое из известных устройств содержит силовой регулятор, соединенный через измерительный шунт с зажимами для подключения нагрузки, магнитный датчик тока и источник опорного тока [1]
Основной недостаток известного стабилизатора его низкая технологичность. В самом деле, измерительный шунт в данном случае одновременно выполняет и роль делителя тока. Он представляет собой сборку двух стандартных измерительных шунтов с падением напряжения 75 мВ. Для получения этой сборки стандартные шунты подвергаются механической обработке (фрезерованию и гибке), а также пайке твердыми припоями, причем на завершающем этапе сборки пайка токоведущих частей осуществляется в непосредственной близости от магнитного датчика тока (указанные токоведущие части проходят через магнитный датчик и охватывают его).Known DC stabilizers [1,2]
The first of the known devices contains a power regulator connected through a measuring shunt with clamps for connecting the load, a magnetic current sensor and a reference current source [1]
The main disadvantage of the known stabilizer is its low adaptability. In fact, the measuring shunt in this case simultaneously performs the role of a current divider. It is an assembly of two standard measuring shunts with a voltage drop of 75 mV. To obtain this assembly, standard shunts are subjected to mechanical processing (milling and bending), as well as brazing, and at the final stage of assembly, the soldering of live parts is carried out in the immediate vicinity of the magnetic current sensor (these live parts pass through the magnetic sensor and cover it).

Второе из известных устройств, являющееся наиболее близким техническим решением к данному изобретению, содержит силовой регулятор, соединенный через первый резистор с зажимами для подключения нагрузки, источник опорного тока, подключенный к токовым выводам второго резистора, усилитель постоянного тока, выход которого подключен к управляющему входу силового регулятора, а вход к выходу блока сравнения постоянных напряжений, к входам которого подключены соответственно первые потенциальные выводы первого и второго резисторов, вторые потенциальные выводы указанных резисторов объединены [2]
Недостатки прототипа состоят в следующем. Первый резистор в прототипе выполняется в виде шланга измерительного шунта. Для диапазона больших токов (единицы десятки кА) манганиновый шунт представляет собой сложную конструкцию, содержащую много манганиновых пластин (резистивные элементы) и медные наконечники (могут также содержать большое количество медных шин). Изготовление подобных шунтов требуемого качества представляет сложную задачу, требует, чтобы изготовитель обладал определенными технологическими "секретами"). Это приводит к ухудшению технологичности конструкции стабилизатора.The second known device, which is the closest technical solution to this invention, contains a power controller connected through the first resistor to the terminals for connecting the load, a reference current source connected to the current terminals of the second resistor, a DC amplifier, the output of which is connected to the control input of the power regulator, and the input to the output of the DC voltage comparison unit, the inputs of which are connected, respectively, the first potential leads of the first and second resistors, the second entsialnye conclusions said resistors are combined [2]
The disadvantages of the prototype are as follows. The first resistor in the prototype is in the form of a measuring shunt hose. For a range of high currents (units of tens of kA), the manganin shunt is a complex structure containing many manganin plates (resistive elements) and copper lugs (may also contain a large number of copper tires). The manufacture of such shunts of the required quality is a difficult task, requiring the manufacturer to have certain technological "secrets"). This leads to a deterioration in the manufacturability of the design of the stabilizer.

Повышение технологичности конструкции достигается тем, что в стабилизаторе постоянного тока, содержащем силовой регулятор, соединенный через первый резистор с зажимами для подключения нагрузки, источник опорного тока, подключенный к токовым выводам второго резистора, усилитель постоянного тока, выход которого подключен к управляющему входу силового регулятора, а вход к выходу блока сравнения постоянных напряжений, к входам которого подключены соответственно первые потенциальные выводы первого и второго резисторов, вторые потенциальные выводы указанных резисторов объединены, первый и второй резисторы выполнены из одного и того же проводникового материала, при этом тела резисторов находятся в тепловом контакте друг с другом, а сборка резисторов помещена в полость кожуха, выполненного из теплопроводящего материала, и электрически изолированного от резисторов, номинальные значения сопротивлений резисторов удовлетворяют соотношению
R_2н/R_1н I_н/I_оп, где R_1н и R_оп соответственно номинальные значения сопротивлений первого и второго резисторов, I_н и I_оп соответственно номинальные значения тока нагрузки и опорного тока.Improving the manufacturability of the design is achieved by the fact that in the DC stabilizer containing a power regulator connected through the first resistor to the terminals for connecting the load, a reference current source connected to the current terminals of the second resistor, a DC amplifier, the output of which is connected to the control input of the power regulator, and the input to the output of the DC voltage comparison unit, the inputs of which are connected, respectively, the first potential leads of the first and second resistors, the second potential The findings of these resistors are combined, the first and second resistors are made of the same conductive material, while the resistor bodies are in thermal contact with each other, and the resistor assembly is placed in the cavity of the casing made of heat-conducting material and electrically isolated from the resistors, the nominal values of the resistors satisfy the relation
R _2n / R _1n I _n / I _op , where R _1n and R _op respectively the nominal values of the resistances of the first and second resistors, I _n and I _op, respectively, the nominal values of the load current and the reference current.

Существенными отличительными признаками, достаточными для достижения требуемого технического результата, являются: выполнение первого и второго резисторов из одного и того же проводникового материала, расположение тел резисторов в тепловом контакте друг с другом, помещение сборки резисторов в тепловом контакте друг с другом, помещение сборки резисторов в полость кожуха, выполненного из теплопроводящего материала и электрически изолированного от резисторов, количественные соотношения, приведенные в формуле изобретения. Salient features sufficient to achieve the desired technical result are: the implementation of the first and second resistors from the same conductive material, the location of the resistor bodies in thermal contact with each other, the assembly of resistors in thermal contact with each other, the assembly of resistors in a cavity of a casing made of heat-conducting material and electrically isolated from resistors, the quantitative ratios given in the claims.

Предложенное техническое решение позволяет избавиться от измерительного манганинового шунта изделия низкой технологичности. Как будет показано ниже, сборка первого и второго резисторов существенно проще указанного шунта, технологичнее. Собственно благодаря этому и достигается повышение технологичности конструкции стабилизатора в целом. Исключение шунта позволяет уменьшить номенклатуру используемых при производстве стабилизаторов материалов, исключить ряд сложных технологических операций. Все это позволяет снизить трудоемкость и стоимость производства стабилизаторов тока большой силы. The proposed technical solution allows you to get rid of the measuring manganin shunt products of low technology. As will be shown below, the assembly of the first and second resistors is much simpler than the specified shunt, more technologically advanced. Actually due to this, an increase in the manufacturability of the stabilizer design as a whole is achieved. The exclusion of the shunt allows to reduce the range of materials used in the production of stabilizers, to exclude a number of complex technological operations. All this allows to reduce the complexity and cost of production of high current stabilizers.

На фиг. 1 приведена блок-схема предложенного стабилизатора постоянного тока; на фиг.2 конструкция сборки первого и второго резисторов (пример выполнения). In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed DC stabilizer; figure 2 construction of the Assembly of the first and second resistors (example execution).

Стабилизатор постоянного тока содержит силовой регулятор 1, первый резистор 2, через который к силовому регулятору подключена нагрузка 3, источник 4 опорного тока, второй резистор 5, усилитель 6 постоянного тока и блок 7 сравнения постоянных напряжений. Управляющий вход силового регулятора 1 подключен к выходу усилителя 6 постоянного тока, вход которого соединен с выходом блока 7 сравнения постоянных напряжений. Первые потенциальные выводы первого 2 и второго 5 резисторов подключены соответственно к входам блока 7 сравнения постоянных напряжений. Вторые потенциальные выводы резисторов 2 и 5 объединены. Источник 4 опорного тока подключен к токовым выводам второго резистора 5. The DC stabilizer contains a power regulator 1, a first resistor 2, through which a load 3, a reference current source 4, a second resistor 5, a DC amplifier 6 and a DC voltage comparison unit 7 are connected to the power regulator. The control input of the power regulator 1 is connected to the output of the DC amplifier 6, the input of which is connected to the output of the constant voltage comparison unit 7. The first potential leads of the first 2 and second 5 resistors are connected respectively to the inputs of the unit 7 comparing direct voltages. The second potential terminals of resistors 2 and 5 are combined. The reference current source 4 is connected to the current terminals of the second resistor 5.

Один из возможных вариантов выполнения сборки первого 2 и второго 5 резисторов (фиг.2) содержит медную шину 8 прямоугольного сечения и медный изолированный проводник 9 круглого (или прямоугольного) сечения. Шина 8 имеет отверстия 10 для болтового соединения с шинопроводом, а также паз 11 для укладки проводника 9. Участок шины 8, ограниченный пунктирными линиями В и Г, собственно и является первым резистором 2. Соответствующий участок проводника 9 (рабочий участок) является вторым резистором 5. Рабочий участок проводника 9 уложен в паз 11 шины 8, один из его концов соединен электрически с шиной 8 и в месте 12 соединения шины 8 с проводником 9 сделан отвод 13, являющийся вторым токовым выводом резистора 5. One of the possible options for assembling the first 2 and second 5 resistors (figure 2) contains a copper bus 8 of rectangular cross section and a copper insulated conductor 9 of round (or rectangular) cross section. The bus 8 has holes 10 for bolting to the busbar, as well as a groove 11 for laying the conductor 9. The section of the bus 8, limited by dashed lines B and D, is actually the first resistor 2. The corresponding section of the conductor 9 (working section) is the second resistor 5 The working section of the conductor 9 is laid in the groove 11 of the bus 8, one of its ends is electrically connected to the bus 8, and in the place 12 of the connection of the bus 8 with the conductor 9 a tap 13 is made, which is the second current terminal of the resistor 5.

На втором конце рабочего участка проводника 9 сделаны отводы 14 и 15, являющиеся соответственно первым потенциальным и первым токовым выводами второго резистора 5. Проводник 9 закреплен в пазу 11 на всем протяжении (от В до Г) каким-либо способом, обеспечивающим хороший тепловой контакт между шиной 8 и проводником 9, например, с помощью подходящего компаунда (при этом должна быть обеспечена электрическая изоляция проводника 9 от шины 8 по всей длине, кроме, разумеется, места 12 их электрического соединения). Отвод 16 от шины 8, сделанный в районе пересечения паза и линии В, является первым потенциальным выводом резистора 2. Все указанные отводы и электрические соединения выполняются способами, применяемыми в приборостроении и обеспечивающими малые переходные сопротивления и малые термоЭДС. At the second end of the working section of the conductor 9, taps 14 and 15 are made, which are, respectively, the first potential and first current terminals of the second resistor 5. The conductor 9 is fixed in the groove 11 along the entire length (from B to G) in some way that provides good thermal contact between bus 8 and conductor 9, for example, using a suitable compound (in this case, electrical insulation of conductor 9 from bus 8 along the entire length must be provided, except, of course, place 12 of their electrical connection). The tap 16 from the bus 8, made in the region of the intersection of the groove and line B, is the first potential output of the resistor 2. All of these tapes and electrical connections are made by methods used in instrumentation and providing low transition resistance and low thermoEMF.

Кожух образован двумя диэлектрическими стенками 17, 18 и медной или алюминиевой трубой 19 прямоугольного сечения. The casing is formed by two dielectric walls 17, 18 and a copper or aluminum pipe 19 of rectangular cross section.

Стабилизатор работает следующим образом. The stabilizer works as follows.

Ток нагрузки I_н протекает через первый резистор 2 и создает на нем падение напряжения U₁ I_н R₁, где R₁ значение сопротивления первого резистора 2 при текущем среднем значении температуры тела этого резистора Т₁ (среднем по объему). Через второй резистор 5 протекает ток I_оп, вырабатываемый источником 4 опорного тока, и создает на нем падение напряжения U₂I_оп R₂, где R₂ значение сопротивления второго резистора 5 при текущем значении температуры тела этого резистора Т₂ (среднем по объему). Напряжения U₁ и U₂ поступают на входы блока 7 сравнения постоянных напряжений. При неравенстве напряжений U₁ и U₂ на выходе блока 7 сравнения появляется напряжение рассогласования, которое через усилитель 6 постоянного тока поступает на управляющий вход силового регулятора 1. Рассматриваемый стабилизатор постоянного тока представляет собой систему автоматического регулирования следящего типа, действие которой направлено на поддержание равенства U₁ и U₂. Поэтому под действием напряжения рассогласования ток I_н будет изменяться до тех пор, пока система авторегулирования не придет в равновесное состояние, описываемое соотношением
U₁ U₂ Δ U_д, где Δ U_д действующее рассогласование в контуре авторегулирования. При большом усилении действующее рассогласование пренебрежимо мало, поэтому
U₁ U₂ откуда следует
I_н I_оп R₂/R₁
Это соотношение в первом приближении может быть представлено в виде
I_н= I_оп

1+α(T₂-T₁)

где R_1н и R_2н номинальные значения сопротивлений первого 2 и второго 5 резисторов (обычно при 20^оС), α температурный коэффициент сопротивления материала, из которого выполнены резисторы 2 и 5; в нашем случае (медные резисторы) α ≈ 0,004 1/^оС.The load current I _n flows through the first resistor 2 and creates a voltage drop U ₁ I _n R _{1 on it} , where R ₁ is the resistance value of the first resistor 2 at the current average value of the body temperature of this resistor T ₁ (volume average). Through the second resistor 5, the current I _op generated by the reference current source 4 flows and creates a voltage drop U ₂ I _op R _{2 on it} , where R ₂ is the resistance value of the second resistor 5 at the current value of the body temperature of this resistor T ₂ (volume average) . Voltages U ₁ and U ₂ are supplied to the inputs of the constant voltage comparison unit 7. When the voltage inequality U ₁ and U _{2 is} inequality, a mismatch voltage appears at the output of the comparison unit 7, which is supplied to the control input of the power regulator 1 through the DC amplifier 6. The considered DC stabilizer is a tracking type automatic control system whose action is aimed at maintaining the equality U ₁ and U ₂ . Therefore, under the action of the mismatch voltage, the current I _n will change until the self-regulation system reaches the equilibrium state described by the relation
U ₁ U ₂ Δ U _d , where Δ U _{d is the} actual mismatch in the autoregulation loop. With high gain, the effective mismatch is negligible, therefore
U ₁ U ₂ whence
I _n I _op R ₂ / R ₁
To a first approximation, this ratio can be represented as
I _n = I _op

1 + α (T ₂ -T ₁ )

wherein R _1N and R _2N nominal resistance values of the first 2 and second resistors is 5 (typically at ²⁰ ° C), α the temperature coefficient of resistance of the material from which the resistors 2 and 5; in our case (copper resistors) α ≈ 0.004 1 / ^о С.

Из последнего соотношения следует, что для медных резисторов 2 и 5 при отличии температур тел первого 2 и второго 5 резисторов в пределах 1^оС (I Т2-Т₁ ≅ < 1^оС I) составляющая температурной погрешности стабилизатора тока, обусловленная этим узлом, составит ±0,4% Выполнение первого 2 и второго 5 резисторов в виде единой монолитной сборки, заключенной в кожух из теплопроводящего материала, обеспечивающий уменьшение градиента температур в объеме сборки, позволяет реализовать стабилизаторы больших токов с таким показателем (без манганинового шунта).From the last relation it follows that for copper resistors 2 and 5, when the temperatures of the bodies of the first 2 and second 5 are different, the resistors are within 1 ^о С (I Т2-Т ₁ ≅ <1 ^о С I), the component of the temperature error of the current stabilizer due to this node, will be ± 0.4%. The implementation of the first 2 and second 5 resistors in the form of a single monolithic assembly enclosed in a casing of heat-conducting material, providing a decrease in the temperature gradient in the volume of the assembly, allows the implementation of high current stabilizers with such an indicator (without manganin shunt )

Рабочая температура манганиновых шунтов на большие токи достигает 80-120^оС (Спектров С.А. Измерение больших постоянных токов, Л. Энергия, 1978), при этом погрешности манганиновых шунтов составляют ±0,5% Таким образом, предложенное техническое решение при прочих равных условиях имеет одинаковую температурную погрешность с прототипом (и, вообще, со стабилизаторами тока с манганиновыми шунтами в качестве датчиков тока). Следовательно, предложенное техническое решение обеспечивает решение задачи повышения технологичности производства стабилизаторов больших постоянных токов, достижение требуемого технического результата.The operating temperature of manganin shunts for high currents reaches 80-120 ^о С (Spektrov S.A. Measurement of high constant currents, L. Energia, 1978), while the errors of manganin shunts are ± 0.5%. Thus, the proposed technical solution with other equal conditions, it has the same temperature error with the prototype (and, in general, with current stabilizers with manganin shunts as current sensors). Therefore, the proposed technical solution provides a solution to the problem of improving the manufacturability of the production of stabilizers of large constant currents, achieving the desired technical result.

Узлы предложенного устройства могут быть выполнены по известным для стабилизаторов тока решениям. Кроме того, блок сравнения постоянных напряжений может быть выполнен с магнитным сравнением, как это сделано в прототипе. При этом обеспечивается гальваническая развязка силовых и измерительных цепей стабилизатора. The nodes of the proposed device can be made by known solutions for current stabilizers. In addition, the DC voltage comparison unit can be made with magnetic comparison, as is done in the prototype. This ensures galvanic isolation of the power and measuring circuits of the stabilizer.

Claims

A DC stabilizer containing a power regulator connected through a first resistor to terminals for connecting a load, a reference current source connected to the current terminals of the second resistor, a DC amplifier whose output is connected to the control input of the power regulator, and the output to the output of a constant comparison unit voltage, to the inputs of which are connected respectively the first potential terminals of the first and second resistors, the second potential terminals of which are combined, characterized in that I mention The first and second resistors are made of the same conductive material, while the bodies of the resistors are in thermal contact with each other, and the assembly of resistors is placed in a cavity of a casing made of heat-conducting material and electrically isolated from resistors whose nominal resistance values satisfy the relation
R ₂ _n / R ₁ _n = I _n / I _o _p ,
where R ₁ _n and R ₂ _n are the nominal values of the resistances of the first and second resistors;
I _n and I _about _p - nominal values of the load current and the reference current.