RU2289192C1 - Power supply for electromagnetic compensators - Google Patents

Power supply for electromagnetic compensators Download PDF

Info

Publication number
RU2289192C1
RU2289192C1 RU2005115388/09A RU2005115388A RU2289192C1 RU 2289192 C1 RU2289192 C1 RU 2289192C1 RU 2005115388/09 A RU2005115388/09 A RU 2005115388/09A RU 2005115388 A RU2005115388 A RU 2005115388A RU 2289192 C1 RU2289192 C1 RU 2289192C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
inverter
converter
signal
Prior art date
Application number
RU2005115388/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Петрович Молодцов (RU)
Александр Петрович Молодцов
Дмитрий Игоревич Васильев (RU)
Дмитрий Игоревич Васильев
Александр Леонидович Кашин (RU)
Александр Леонидович Кашин
Original Assignee
Александр Петрович Молодцов
Дмитрий Игоревич Васильев
Александр Леонидович Кашин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Петрович Молодцов, Дмитрий Игоревич Васильев, Александр Леонидович Кашин filed Critical Александр Петрович Молодцов
Priority to RU2005115388/09A priority Critical patent/RU2289192C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2289192C1 publication Critical patent/RU2289192C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: demagnetization of ships.
SUBSTANCE: proposed device that can be used for feeding demagnetizing windings and electromagnetic compensators employed at present instead of rotary converters depends for their operation on conversion of bipolar input setting signal into single-pole signal, its amplification by controlled switch-mode power supply, and synchronous conversion into bipolar output signal by means of controlled inverter.
EFFECT: enhanced reliability, reduced mass and size, enhanced precision of power supply.
1 cl

Description

Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.

Изобретение относится к устройствам размагничивания кораблей.The invention relates to devices for the demagnetization of ships.

Уровень техники.The prior art.

Известные устройства размагничивания кораблей, например, описанные в книге Б.А.Ткаченко. История размагничивания кораблей советского военно-морского флота, Л.: Наука, 1981 г., предполагают создание магнитного поля, компенсирующего магнитное поле Земли в месте нахождения корабля, и поля, создаваемого ферромагнитными массами корабля. Для этой цели используются ортогональные обмотки размагничивания или электромагнитные компенсаторы, расположенные на ферромагнитных массах корабля. Питание обмоток в настоящее время осуществляется электромашинными преобразователями (прототип настоящего изобретения).Known devices for the demagnetization of ships, for example, described in the book of B.A. Tkachenko. The history of the demagnetization of ships of the Soviet Navy, L .: Nauka, 1981, suggests the creation of a magnetic field that compensates the Earth's magnetic field at the location of the ship, and the field created by the ferromagnetic masses of the ship. For this purpose, orthogonal demagnetization windings or electromagnetic compensators located on the ferromagnetic masses of the ship are used. The windings are currently powered by machine converters (prototype of the present invention).

Известны также управляемые источники питания, например, фазосдвигающий ШИМ-конвертор, построенный на фазосдвигающем резонансном контроллере UC3875 (отечественный аналог 1156Е1). Схема такого конвертора, описанная в справочнике Микросхемы для импульсных источников питания и их применение (М.: издательский дом "Додэка XXI", 2001 г., стр.248), позволяет получить высокоточный управляемый источник питания мощностью до десятков кВт. Но он не может быть применен для питания обмоток размагничивания, т.к. это однополярный источник.Managed power sources are also known, for example, a phase-shifting PWM converter built on a phase-shifting resonant controller UC3875 (domestic analogue 1156Е1). The circuit of such a converter, described in the reference manual Microchips for switching power supplies and their application (M .: Dodeka XXI Publishing House, 2001, p. 248), allows to obtain a highly accurate controllable power source with a capacity of up to tens of kW. But it can not be used to power the demagnetization windings, because it is a unipolar source.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Для питания электромагнитных компенсаторов в системах размагничивания кораблей требуется усиление двухполярного (синусоидального) входного сигнала. Электромашинные преобразователи имеют ряд недостатков - шумность, значительные габариты и массу, низкую надежность. Попытки создания управляемых импульсных источников питания с микропроцессорной системой управления также показали их недостаточную точность и быстродействие из-за необходимости двойного преобразования входного сигнала (аналог-цифра-аналог) и низкую надежность из-за наличия сбоев в системе управления, что недопустимо для класса необслуживаемых систем.To power electromagnetic compensators in ship demagnetization systems, amplification of a bipolar (sinusoidal) input signal is required. Electric machine converters have several disadvantages - noise, considerable dimensions and weight, low reliability. Attempts to create controlled switching power supplies with a microprocessor control system also showed their insufficient accuracy and speed due to the need for double conversion of the input signal (analog-digital-analog) and low reliability due to malfunctions in the control system, which is unacceptable for the class of unattended systems .

Задача изобретения.The objective of the invention.

Задача изобретения заключается в повышении надежности, уменьшении массогабаритных характеристик и повышении точности источника питания.The objective of the invention is to increase reliability, reduce weight and size characteristics and improve the accuracy of the power source.

Технический результат достигается путем преобразования входного двухполярного сигнала в однополярный в момент его перехода через ноль с помощью аналогового коммутатора с одновременным изменением направления тока в нагрузке с помощью инвертора. Однополярный входной сигнал отрабатывается аналоговой электронной следящей системой, обеспечивающей ток в электромагнитном компенсаторе, пропорциональный входному сигналу.The technical result is achieved by converting the input bipolar signal to unipolar at the time of its transition through zero using an analog switch with a simultaneous change in the direction of the current in the load using an inverter. A unipolar input signal is processed by an analog electronic tracking system that provides a current in the electromagnetic compensator proportional to the input signal.

Описание чертежей.Description of the drawings.

Фиг.1 - структурная схема источника питания электромагнитных компенсаторов.Figure 1 is a structural diagram of a power source of electromagnetic compensators.

Фиг.2 - принципиальная схема фазосдвигающего ШИМ-конвертора.Figure 2 is a schematic diagram of a phase shifting PWM converter.

Фиг.3 - принципиальная схема инвертора.Figure 3 - schematic diagram of the inverter.

Примечание. На чертежах и далее в тексте ОУ - операционный усилитель.Note. In the drawings and further in the text, the op-amp is an operational amplifier.

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Предлагаемый на фиг.1 источник питания электромагнитных компенсаторов содержит источник задающего воздействия 1, фазосдвигающий ШИМ-конвертор 2 и электромагнитный компенсатор 3, отличается тем, что выход источника 1 соединен со входом ОУ4 с гальванической развязкой, выход которого соединен со входом компаратора 5, с первым входом аналогового коммутатора 6 напрямую, а со вторым - через инвертирующий ОУ7, прямой выход компаратора 5 соединен со входами управления коммутатора 6 и инвертора 8, а инверсный выход - со вторым входом управления инвертора 8, выход коммутатора 6 соединен с инверсным входом измерительного ОУ9, прямой вход которого соединен с выходом суммирующего ОУ10, первый вход которого соединен с выходом опорного напряжения конвертора 2, а второй - с выходом второго ОУ11 с гальванической развязкой, входы которого соединены с выходами датчика тока 12, выход измерительного ОУ9 соединен со входом управления конвертора 2, в диагонали которого через последовательно соединенные разделительный конденсатор 13, накопительный дроссель 14 включена первичная обмотка силового трансформатора 15, вторичная обмотка которого по пушпульной схеме через выпрямитель 16 и датчик тока 12 соединена с цепью питания инвертора 8, выход инвертора 8 является выходом устройства и соединен с нагрузкой - компенсатором 3.The power supply of electromagnetic compensators proposed in Fig. 1 comprises a driving source 1, a phase-shifting PWM converter 2 and an electromagnetic compensator 3, characterized in that the output of the source 1 is connected to the input of the op-amp 4 with galvanic isolation, the output of which is connected to the input of the comparator 5, with the first the input of the analog switch 6 directly, and with the second through the inverting OS7, the direct output of the comparator 5 is connected to the control inputs of the switch 6 and inverter 8, and the inverse output is connected to the second input of the invert control 8, the output of switch 6 is connected to the inverse input of the measuring op-amp 9, the direct input of which is connected to the output of the summing op-amp 10, the first input of which is connected to the output of the reference voltage of converter 2, and the second to the output of the second op-amp 11 with galvanic isolation, the inputs of which are connected to the outputs of the sensor current 12, the output of the measuring op-amp 9 is connected to the control input of the converter 2, in the diagonal of which through a series-connected isolation capacitor 13, a storage choke 14, the primary winding of the power transformer is turned on the torus 15, the secondary winding is of push-pull circuit 16 through a rectifier and current sensor 12 is connected to the power inverter circuit 8, output of the inverter 8 is the output device and connected to a load - compensator 3.

Работа устройства.The operation of the device.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

Источник задающего воздействия 1 вырабатывает сигнал постоянного тока, величина и полярность которого зависят от курса и координат корабля. Этот сигнал поступает на вход гальванически развязанного ОУ4. Требование гальванической развязки входного сигнала является требованием систем размагничивания кораблей. При этом гальваническая развязка может быть как составной частью ОУ (например микросхема AD 202JN фирмы ANALOG DEVICES), так и выполнена в виде самостоятельного узла (например по схеме: модулятор - трансформатор - демодулятор). Сигнал по цепи главной обратной связи снимается с датчика тока 12, выполненного, например, в виде шунта, включенного последовательно в цепь питания инвертора 8, и поступает на ОУ11, аналогичный ОУ4, и далее на суммирующий ОУ10. Сумма напряжений - напряжение цепи обратной связи плюс опорное напряжение конвертора - поступает на прямой вход измерительного ОУ9. Такая схема необходима в связи с тем, что фазосдвигающий ШИМ-конвертор может усиливать только положительные сигналы от опорного напряжения и ниже. Сигнал обратной связи всегда положителен, т.к. ток на выходе конвертора изменяется от нуля до Iном. Полярность входного сигнала может изменяться с частотой до 0,5 Гц. Для преобразования двухполярного входного сигнала в однополярный на входы аналогового коммутатора 6 поступают два сигнала - прямой от ОУ4 и инвертированный от ОУ7. Переключение коммутатора 6 происходит по команде компаратора 5, настроенного по схеме "нуль-органа", т.е. информация на его выходе меняется при переходе входного сигнала через ноль. Эта же информация используется для переключения инвертора 8, изменяющего направление тока в нагрузке 3.The source of the reference action 1 generates a direct current signal, the magnitude and polarity of which depend on the course and coordinates of the ship. This signal is fed to the input of galvanically isolated OU4. The requirement of galvanic isolation of the input signal is a requirement of ship demagnetization systems. In this case, galvanic isolation can be both an integral part of the op-amp (for example, the AD 202JN microcircuit from ANALOG DEVICES), and can be made as an independent unit (for example, according to the scheme: modulator - transformer - demodulator). The signal through the main feedback circuit is removed from the current sensor 12, made, for example, in the form of a shunt, connected in series to the power supply circuit of the inverter 8, and fed to the OS11, similar to OS4, and then to the summing OS10. The sum of the voltages — the voltage of the feedback circuit plus the reference voltage of the converter — goes to the direct input of the measuring OU9. Such a scheme is necessary due to the fact that the phase-shifting PWM converter can amplify only positive signals from the reference voltage and below. The feedback signal is always positive, as the current at the converter output varies from zero to Inom. The polarity of the input signal can vary with a frequency of up to 0.5 Hz. To convert a bipolar input signal into a unipolar one, two signals are received at the inputs of analog switch 6 - a direct signal from ОУ4 and an inverted signal from ОУ7. Switch 6 is switched by the command of comparator 5, configured according to the "zero-organ" scheme, i.e. information at its output changes when the input signal passes through zero. The same information is used to switch the inverter 8, changing the direction of the current in the load 3.

В качестве компаратора может быть использована ИМС 521САЗ, а в качестве коммутатора - ИМС 590КН3.As a comparator, IC 521CAZ can be used, and as a switch, IC 590KN3.

Выпрямленный входной сигнал поступает на инверсный вход измерительного ОУ9. В результате выходной сигнал ОУ9 будет представлять из себя разницуThe rectified input signal is fed to the inverse input of the measuring op-amp 9. As a result, the OU9 output signal will be the difference

Q=Uоп+k1Uoc-k2Uвх,Q = Uop + k 1 Uoc-k 2 Uin,

где Q - выходной сигнал ОУ9,where Q is the output signal OU9,

Uоп - опорное напряжение конвертора,Uop - reference voltage of the converter,

Uoc - сигнал обратной связи,Uoc - feedback signal,

Uвх - сигнал источника задающего воздействия,Uin - the signal source of the master set,

k1 и k2 - коэффициенты передачи ОУ, которые выбираются из соображений устойчивости и заданной точности следящей системы.k 1 and k 2 are the transmission coefficients of the opamp, which are selected for reasons of stability and the given accuracy of the tracking system.

Величина Q является сигналом рассогласования следящей системы и управляющим сигналом для конвертора 2.The value of Q is the error signal of the follower system and the control signal for the Converter 2.

Вариант исполнения управляемого мостового каскада фазосдвигающего ШИМ-конвертора 2 представлен на фиг.2.An embodiment of a controllable bridge stage of the phase shifting PWM converter 2 is shown in FIG. 2.

Фазосдвигающий ШИМ-конвертор 2 представлен мостовой схемой из четырех мощных полевых транзисторов, затворы которых через разделительные трансформаторы соединены с выходами А, В, С, D фазосдвигающего резонансного контроллера, в качестве которого может быть использована микросхема 1156ЕУ4 (импортный аналог UC3875 фирмы UNITRODE).The phase-shifting PWM converter 2 is represented by a bridge circuit of four powerful field-effect transistors, the gates of which are connected through outputs from the transformers to the outputs A, B, C, D of the phase-shifting resonant controller, which can be used as an 1156EU4 chip (an imported analogue of UC3875 from UNITRODE).

На управляющий вход конвертора 2 поступает сигнал "Q" с ОУ9. Частота переключения транзисторов задается контроллером и определяется конструктивными требованиями и стоимостью элементной базы. Оптимальная частота лежит в пределах 10-30 кГц. Фаза переключения транзисторов зависит от величины входного сигнала.The control input of the converter 2 receives the signal "Q" with OS 9. The switching frequency of the transistors is set by the controller and is determined by the design requirements and the cost of the element base. The optimal frequency lies in the range of 10-30 kHz. The switching phase of the transistors depends on the magnitude of the input signal.

Питание конвертора 2 осуществляется выпрямленным напряжением сети переменного тока. Выходное напряжение конвертора 2 поступает через разделительный конденсатор 13 и накопительный дроссель 14 на первичную обмотку трансформатора 15. Конденсатор 13 служит для уменьшения постоянной составляющей, намагничивающей сердечник дросселя 14, который в свою очередь служит для уменьшения потерь транзисторных ключей в момент переключения.The power of the Converter 2 is carried out by the rectified AC voltage. The output voltage of the converter 2 is supplied through the isolation capacitor 13 and the storage inductor 14 to the primary winding of the transformer 15. The capacitor 13 serves to reduce the DC component magnetizing the core of the inductor 14, which in turn serves to reduce the loss of transistor switches at the time of switching.

Промодулированное напряжение с вторичной обмотки трансформатора 15 через выпрямитель 16 (фиг.1) поступает в цепь питания управляемого инвертора 7, вариант исполнения которого представлен на Фиг 3.The modulated voltage from the secondary winding of the transformer 15 through the rectifier 16 (Fig. 1) enters the power circuit of the controlled inverter 7, an embodiment of which is shown in Fig. 3.

Управляемый инвертор представлен мостовой схемой из четырех мощных полевых транзисторов, затворы которых управляются двумя полумостовыми драйверами типа IR2110 фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER таким образом, что направление тока в диагонали инвертора зависит от полярности сигнала на выходе ОУ4, поступающего через компаратор 5.The controlled inverter is represented by a bridge circuit of four powerful field-effect transistors, the gates of which are controlled by two half-bridge drivers of the type IR2110 by INTERNATIONAL RECTIFIER in such a way that the direction of the current in the diagonal of the inverter depends on the polarity of the signal at the output of the op amp 4, supplied through comparator 5.

Таким образом, величина тока в электромагнитном компенсаторе 3, включенном в диагональ инвертора, будет пропорциональна величине задающего сигнала, а направление тока соответствовать полярности задающего сигнала.Thus, the current value in the electromagnetic compensator 3 included in the diagonal of the inverter will be proportional to the value of the reference signal, and the direction of the current corresponds to the polarity of the reference signal.

Claims (1)

Источник питания электромагнитных компенсаторов, содержащий источник задающего воздействия, фазосдвигающий ШИМ-конвертор и электромагнитный компенсатор, отличающийся тем, что выход источника соединен со входом ОУ с гальванической развязкой, выход которого соединен со входом компаратора, с первым входом аналогового коммутатора напрямую, а со вторым - через инвертирующий ОУ, прямой выход компаратора соединен со входами управления коммутатора и инвертора, а инверсный выход - со вторым входом управления инвертора, выход коммутатора соединен с инверсным входом измерительного ОУ, прямой вход которого соединен с выходом суммирующего ОУ, первый вход которого соединен с выходом опорного напряжения конвертора, а второй - с выходом второго ОУ с гальванической развязкой, входы которого соединены с выходами датчика тока, выход измерительного ОУ соединен со входом управления конвертора, в диагонали которого через последовательно соединенные разделительный конденсатор, накопительный дроссель включена первичная обмотка силового трансформатора, вторичная обмотка которого по пушпульной схеме через выпрямитель и датчик тока соединена с цепью питания инвертора, выход инвертора является выходом устройства и соединен с нагрузкой - компенсатором.A power source of electromagnetic compensators, containing a source of a driving action, a phase-shifting PWM converter and an electromagnetic compensator, characterized in that the output of the source is connected to the input of the op-amp with galvanic isolation, the output of which is connected to the input of the comparator, with the first input of the analog switch directly, and with the second through an inverting op-amp, the direct output of the comparator is connected to the control inputs of the switch and the inverter, and the inverse output is connected to the second control input of the inverter, the output of the commutator is connected nen with an inverse input of the measuring op-amp, the direct input of which is connected to the output of the summing op-amp, the first input of which is connected to the output of the reference voltage of the converter, and the second - with the output of the second op-amp with galvanic isolation, the inputs of which are connected to the outputs of the current sensor, the output of the measuring op-amp is connected to the control input of the converter, in the diagonal of which, through a series-connected isolation capacitor, a storage choke, the primary winding of the power transformer is turned on, the secondary winding of which is pushed the pulsed circuit through the rectifier and the current sensor is connected to the power supply circuit of the inverter, the inverter output is the output of the device and connected to the load - compensator.
RU2005115388/09A 2005-05-12 2005-05-12 Power supply for electromagnetic compensators RU2289192C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005115388/09A RU2289192C1 (en) 2005-05-12 2005-05-12 Power supply for electromagnetic compensators

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005115388/09A RU2289192C1 (en) 2005-05-12 2005-05-12 Power supply for electromagnetic compensators

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2289192C1 true RU2289192C1 (en) 2006-12-10

Family

ID=37665711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005115388/09A RU2289192C1 (en) 2005-05-12 2005-05-12 Power supply for electromagnetic compensators

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2289192C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2552625C1 (en) * 2014-01-31 2015-06-10 Сергей Алексеевич Жуков Power supply sources for marine deperming stations
RU2581314C1 (en) * 2014-12-05 2016-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (ФГУП "Крыловский государственный научный центр") Method for demagnetisation of ships with ferromagnetic body
RU2618968C1 (en) * 2015-10-13 2017-05-11 Александр Петрович Молодцов Device for power and automatic control of output current system of cathodic protection system from corrosion of metal constructions
RU2808773C1 (en) * 2023-08-15 2023-12-05 Акционерное общество "Научно-производственное объединение Завод "Волна"(АО "НПО Завод "Волна") Current power supply for demagnetization windings

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Справочник, Москва, Додэка XXI, 2001, с.248. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2552625C1 (en) * 2014-01-31 2015-06-10 Сергей Алексеевич Жуков Power supply sources for marine deperming stations
RU2581314C1 (en) * 2014-12-05 2016-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (ФГУП "Крыловский государственный научный центр") Method for demagnetisation of ships with ferromagnetic body
RU2618968C1 (en) * 2015-10-13 2017-05-11 Александр Петрович Молодцов Device for power and automatic control of output current system of cathodic protection system from corrosion of metal constructions
RU2808773C1 (en) * 2023-08-15 2023-12-05 Акционерное общество "Научно-производственное объединение Завод "Волна"(АО "НПО Завод "Волна") Current power supply for demagnetization windings
RU223234U1 (en) * 2023-11-14 2024-02-08 Акционерное общество "Научно-производственное объединение Завод "Волна" (АО "НПО Завод "Волна") Inverter power supply current demagnetization windings

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9634514B2 (en) Single stage rectification and regulation for wireless charging systems
US10516337B2 (en) DC voltage conversion circuit
US7289338B2 (en) Input to output isolated DC-DC converter
US6549436B1 (en) Integrated magnetic converter circuit and method with improved filtering
JP4620151B2 (en) Non-contact power transmission circuit
WO2015008506A1 (en) Power supply device and contactless power supply system
KR20060083162A (en) Dc-dc converter of multi-output type
AU2016101962A4 (en) A Semi-Dual-Active-Bridge Converter System and Methods Thereof
EP1333566A3 (en) Driving a control unit of one or more switching devices
DE60219886D1 (en) INSULATED DRIVER CIRCUIT ARRANGEMENT FOR USE IN CIRCUIT BREAKERS
WO2001028079A3 (en) Drive circuits for synchronous rectifiers
JP2005528872A (en) Switching mode power supply
US20080238379A1 (en) Pulse frequency to voltage conversion
EP4125196A1 (en) Current detecting circuit, current detecting method and converter
RU2289192C1 (en) Power supply for electromagnetic compensators
US20150194897A1 (en) Power supply apparatus
CN107925344B (en) Asymmetric bipolar voltage supply device
JP2006054961A (en) Synchronous rectification switching power supply circuit
CN114070034A (en) Power conversion device
JP2016220483A (en) Resonance type power supply device
JP4271673B2 (en) Switching power supply
JP2009545945A (en) DC-DC power converter with switch control circuit coupled magnetically
KR101759619B1 (en) Power supply apparatus including the dc to dc convertor and power supply method thereof
EP0797290B1 (en) Regulated resonant converter
US10658932B2 (en) Power control circuit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070513

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20081210

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20121119

PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20180529

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20121119

Effective date: 20180530