SU1645947A1 - Стабилизатор посто нного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к стабилизированным источникам тока большой силы. Цель изобретени  - расширение диапазона регулировани  в сторону больших токов. Устр-во выполнено по схеме регул тора компенсационного типа с целью обратной св зи. При этом датчик тока выполнен на базе генератора возбуждени , конденсатора, демодул тора , дифференциального усилител , регул тора посто нного тока и магнитомо- дул ционногр узла Последний содержит магнитный экран, рабочий магнитопровод с обмоткой возбуждени , помещенный в магнитный экран, измерительную и компенсационные обмотки, намотанные на этот экран Цель достигаетс  тем, что в устр-во введены трансформатор тока, коммутатор переменного напр жени  и резистор, а рабочий магнитопровод снабжен дополнительной обмоткой, а также определенным построением схемы коммутатора-перемен- ного тока. Обеспечиваетс  мала  статическа  ошибка устройства при больших намагничивающих силах возбуждени . Диапазон регулировани  расшир етс . 1 з. п. ф-лы, 5 ил. е

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к стабилизированным источникам тока большой силы.

Цель изобретени  - расширение диапазона регулировани  в сторону больших токов .

На фиг-. 1 приведена блок-схема предложенного стабилизатора посто нного тока; на фиг. 2 - один из вариантов исполнени  устройства; на фиг. 3 - блок-схема коммутатора переменного тока; на фиг. 4 - статические характеристки магнитомодул ционного узла описываемого устройства(крива  1)и изве-, стного устройства (крива  2.); на фиг. 5 - начальные участки соответствующих характеристик . В обоих случа х (крива  1 и крива  2) ImbWb 5 кА витков.

Стабилизатор тока содержит силовой регул тор 1 с блоком пуска, измерительно- усилительный блок 2, источник 3 опорного сигнала, датчик 4 тока, нагрузку 5, В состав датчика 4 тока входит магнито-модул цион- ный узел, включающий магнитный экран 6, внутри которого помещен рабочий магнитопровод 7 с обмоткой 8 возбуждени  и допол- нительной обмоткой 9, намотанными на магнитопровод 7. Поверх магнитного экрана 6 размещены компенсационна  10 и измерительна  11 обмотки. Генератор 12 возбуждени  выполнен в виде транзисторного или тиристорного инвертора напр жеО СП

ю

N VJ

ни  и имеет зажимы 13, 14 дл  подачи посто нного напр жени  питани 

В состав датчика 4 тока вход т также трансформатор 15 тока, выполненный на магнитопроводе 16 и имеющий первичную 17 и вторичную 18 обмотки, конденсатор 19. демодул тор 20, дифференциальный усилитель 21, регул тор 22 посто нного тока, коммутатор 23 переменного напр жени  и резистор 24. Коммутатор 23 переменного напр жени  имеет входные выводы 25, 26 и выходные 27, 28.

Обмотка 8 возбуждени  подключена к выходу генератора 12 возбуждени  через последовательно включенные конденсатор 19 и первичную обмотку 17 трансформатора 15 тока. Вторична  обмотка 18 последнего подключена ко входу демодул тора 20, выходные выводы которого подключены к соответствующим входам дифференциального усилител  21. Регул тор 22 посто нного тока подключен управл ющим входом к выходу дифференциального усилител  2 1. Выходные выводы регул тора 22 посто нного тока один непосредственно, а другой через компенсационную обмотку 10 подключены к выходным зажимам датчика 4 тока.

Управл ющий вход коммутатора 23 переменного напр жени  подключен к выходу блока пуска силового регул тора 1.

Управл ющий вход силового регул тора 1 подключен к выходу измерительно-усилительного блока 2, входы которого соединены соответственно с выходом источника 3 опорного сигнала и выходом датчика 4 тока. При использовании в качестве источника 3 опорного сигнала источника эталонного тока в блоке 2 сравниваютс  однородные величины: эталонный ток и ток компенсации, протекающий через компенсационную обмотку 10. В случае использовани  в качестве источник 3 опорного сигнала источника опорного напр жени  в блоке 2 осуществл етс  преобразование тока компенсации в пропорциональное ему напр жение, которое затем сравниваетс  с опорным напр жением источника 3.

Дополнительна  обмотка 9 подключена к входным выводам 25 и 26 коммутатора 23 переменного напр жени , к выходным выводам 27 и 28 которого подключен резистор 24. В варианте стабилизатора по п. 2 выходные выводы 27 и 28 коммутатора 23 переменного напр жени  один через резистор 24, а другой непосредственно соединены соответственно с зажимами 14 л 13 дл  подачи посто нного напр жени  питани  на генератор 12 возбуждени .

Представленный на фиг. 3 вариант выполнени  коммутатора 23 переменного напр жени  состоит из оптоэлектронного ключа 29 переменного напр жени , мостового выпр мител  30 и одновибратора 31, Выводы переменного тока мостового

выпр мител  30 подключены к входным выводам 25, 26 коммутатора 23 переменного напр жени  через оптоэлектронный ключ 29 переменного напр жени , управл ющий вход которого подключен к выходу одновиб0 ратора 31. Вход запуска одновибратора 31 подключен к управл ющему входу коммутатора 23 переменного напр жени , к выходным выводам последнего подключены выводы посто нного тока мостового выпр 5 мител  30.

Статическа  характеристика магнито- модул ционного узла представл ет собой зависимость (lMWn) где 1)д - напр жение на выходе демодул тора 20, - ток

0 в измерительной обмотке 11, WM - число витков обмотки 11 (статическа  характеристика магнитомодул ционного узла снимаетс  при разомкнутом контуре авторегулировани ).

5Блок 23 обеспечивает подключение резистора 24 к дополнительной обмотке 9 с некоторой задержкой относительно момента пуска силового регул тора 1. В этом случае блок 23 может быть выполнен на основе,

0 например, ключа переменного тока и одно- вибратора.

Стабилизатор работает следующим образом .

В качестве источника 3 опорного сигна5 ла используем источник эталонного тока, который вырабатывает высокостабильный ток величиной Эт. Этот ток поступает на один из входов измерительно-усилительного блока 2, на другой вход этого блока посту0 пает ток компенсации U, вырабатываемый регул тором 22 посто нного тока. Заметим, что величина тока IK зависит от величины тока нагрузки н, протекающего через измерительную обмотку 11.

5При неравенстве токов (Эт и I на выходе

измерительно-усилительного блока 2 по в-- л етс  управл ющий сигнал, который посту- пает на управл ющий вход силового регул тора 1. Под действием этого сигнала

0 ток нагрузки измен етс  до тех пор, пока величина разбаланса токов 1ЭТ и к не уменьшитс  до пренебрежимо малого значени , равного величине действующего рассогласовани  замкнутого контура стабилизации.

5Ток нагрузки н, протека  по измерительной обмотке 11 с числом витков WM. создает в магнитном экране 6 и рабочем магнитолроводе 7 намагничивающую силу (н. с.), равную HWn Ток компенсации U, протека  по компенсационной обмотке 10с

числом виткоп Wf, создает в тех же тлемен тах 6 и 7 н. с UWr причем направление н. с. IKWK. противоположено направлению н.с. HWn. В этих ycлofзиqx при рапенстнг iHWnHxWK магнитный экран б и магнитопро вод 7 не подвергаютс  намагничиванию по лем посто нного тока (т. е. UWK 0).

С выхода генератора 12 возбуждени  переменное напр жение возбуждени  пр  моугольной формы поступает к цепи, содер жащей последовательно включенные обмотку 8 возбуждени , первичную обмотку 17 трасформатора 15 тока и конденсатор 19. Параметры указанных элементов и режима генератора 12 возбуждени  выбираютс  так, чтобы амплитуда тока возбуждени  lm ь удовлетвор ла ранее приведенному условию:

lm.BWB

ИНОМ

,Wn.

Заметим, что ток возбуждени  формируетс  в процессе перезар да конденсатора 19 через нелинейную индуктивность обмотки 8 возбуждени . Кроме того, ввиду трансформаторной св зи между обмотками 8 и 9 через магнитопровод 7 на процесс формировани  тока возбуждени  оказывает вли ние резистор 24, подключенный через коммутатор 23 переменного тока к дополнительной обмотке 9. Укажем, что при пуске силового регул тора 1 на управл ющий вход коммутатора 23 переменного напр жени  поступает сигнал, обеспечивающий задержку включени  резистора 24 к обмотке 9 на некоторое врем  по отношению к моменту пуска силового регул тора 1. По истечении времени задержки коммутатор 23 переменного напр жени  подключает резистор 24 к обмотке 9, так что в стационарном режиме работы стабилизатора обмотка 9 нагружена на резистор 24.

При отсутствии подмагничивани  маг- нитопроводов б и 7 полем посто нного тока (1н Л/и-1к Л/к 0) положительные и отрицательные импульсы тока, формирующиес  в цепи обмотки 8 возбуждени , имеют одинаковую форму и равны по амплитуде (вследствие симметрии кривой намагничивани  рабочего магнитопровода 7). Эти импульсы тока через трансформатор 15 тока поступают на вход демодул тора 20. Ввиду идентичности положительных и отрицательных импульсов , подводимых к демодул тору 20, напр жение на его выходе равно нулю, управл ющее воздействие на выходе дифференциального усилител  21 не измен етс  и выходной ток регул тора 22 посто нного тока также не измен етс . Это

означает, что баланс lnWn и UWK не нарушаетс  (LNv,- )

При нарушении баланса ампервитков l,.Wn I I,W, ( AlW 0) рабочий

магнитопровод 7 и магнитный экран б под- магничиваютс  полем посто нного тока, Причем направление подмагничивани  зависит от знака разбаланса. Н. с. IBWB, создаваема  током возбуждени , знакопеременна , поэтому в один из полупериодов возбуждени  н.с. IBWB и AlW в рабочем маг- нитопроводе 7 совпадают по направлению, а в другой - направлены навстречу друг другу .

При согласном направлении указанных

н. с. рабочий магнитопровод 7 насыщаетс  (или остаетс  в насыщении), индуктивность обмотки 8 возбуждени  уменьшаетс  во много раз (или мала), что приводит к резкому

увеличению амплитуды импульса тока возбуждени  в этот полупериод (обозначим амплитуду этого импульса тока Вн). Дл  другого полупериода возбуждени  указанные н. с. направлены навстречу друг

другу и происходит компенсаци  н. с. AIW н. с. IBWB, амплитуда импульса тока возбуждени  1вк в этот полупериод зависит от величины Д IW:

IBK AIW/WB.

Таким образом, при Д IW 0 положительные и отрицательные импульсы тока, формирующиес  в цепи обмотки 8 возбуждени , имеют разную форму и отличаютс  по амплитуде. Эти импульсы через трансформатор 15 тока поступают в демодул тор 20. на выходе которого по вл етс  напр жение сигнала разбаланса. Его величина и знак определ ютс  соответственно величиной и знаком ДIW. Это напр жение, усиленное дифференциальным усилителем 21, воздействует на-управл ющий вход регул тора 22 посто нного тока, вследствие этого воздействи  ток к измен етс  до тех пор, пока разбаланс ампервитков ДIW не уменьшитс  до пренебрежимо малого значени , равного величине действующего рассогласовани  замкнутой след щей системы.

Следовательно, в стационарном режи- ме работы стабилизатора след ща  система поддерживает с высокой точностью баланс ампервитков

.

Кроме того, контур стабилизации обес- печивает с высокой точностью баланс токов

.

Эти два соотношени  описывают статическое состо ние стабилизатора, откуда:

.

Магнитный экран 6 в значительной степени увеличивает индуктивность компенс  ционной обмотки 10, что обеспечивает существенное ослабление в выходном тгкс датчика 4 переменных составл ющих, трансформируемых из обмотки 8 возбужде ни . Кроме того, через магнитный экран 6 осуществл етс  пр ма  магнитна  св зь между измерительной обмоткой 11 и обмоткой компенсации 10. Поэтому при относи тельно небольшом суммарном активном сопротивлении Ry в цепи обмотки компенсации 10 происходит трансформаци  (практически без искажений) переменной составл ющей тока нагрузки на вход измерительно-усилительного блока 2, что обеспечивает высокие динамические пока затели стабилизатора.

Как уже отмечалось, в момент пуска силового регул тора на управл ющий вход коммутатора 23 переменного напр жени  поступает сигнал, вызывающий отключение резистора 24 от дополнительной обмотчи 9 Затем по истечении времени задержки коммутатор 23 подключает резистор 24 к обмот ке 9. При отключенном резисторе 24 статическа  характеристика магнитомоду- л ционного узла имеет большую ширину, чем при включенном резисторе 24 (кривые 2 и 1 соответственно на фиг. 5), что повышает надежность ввода стабилизатора в рабочий режим. При включенном резисторе 24 статическа  характеристика не имеет мертвой зоны (крива  1 на фиг, 5), что обеспечивает работу стабилизатора с малой статической ошибкой при больших н. с. ьоз- буждени  т eWB. Диапазон регулировани  тока стабилизатора пр мо св зан с величиной н. с. возбуждени . Если I I Im.eWe I, ввод стабилизатора в режим не гарантируетс . Средства, позвол ющие увеличить н. с. возбуждени  (разумеетс , без ухудшени  метрологических характеии- стик магнитомодул ционного узла), обеспечивают расширение диапазона регулировани  сталибилизатора, С помощью описанных средств указанна  цель достигаетс .

Кратко рассмотрим работу коммутатора 23 переменного напр жени  (фиг. 2).

При пуске силового регул тора 1 на вход запуска одновибратора 31 поступает сигнал, который переводит одновибрзтор 31 во временно устойчивое состо ние В этом состо нии на управл ющий вход опто- электронного ключа 29 ток не поступает и ключ 29 находитс  в выключенном состо нии: переменное напр жение с обмотки 9 не поступает на выводы переменного тока мостового выпр мител  30.

После перехода однопибратора 31 в ждущее состо ние на управл ющий вход ключа 29 поступает ток чпроз замкнутый теперь ключ 29 переменное напр жение с

обмотки 9 поступает на мостовой выпр митель 30. Посто нное напр жение с выхода выпр мител  30 через резистор 24 посту- п ет на зажимы дл  подачи напр жени  питани  на генератор возбуждени  12 одно0 временно с напр жением питани  от специального источника. При этом обмотка 9 нагружаетс , что приводит к устранению искажений начального участка статической хар  ктер и стики магнитомодул ционного

5 узла Кроме того, обмотка 9 нагружаетс  полезной нагрузкой, при этом уменьшаетс  мощность, потребл ема  генератором возбуждени  12 от специального источника пи глни .

Claims (2)

1. Стабилизатор посто нного тока, содержащий силовой регул тор с блоком пус- ка соединенный через датчик тока с клеммами дл  подключени  нагрузки, при5 чем управл ющий вход силового регул тора подключен к выходу измерительно-усили- тельного блока, входы которого соединены соответственно с источником опорного сиг- нага и выходом датчика тока, который вы0 полней на базе генератора возбуждени  с зажимами дл  подачи посто нного напр жени  питани , конденсатора, демодул тора , дифференциального усилител , регул тора посто нного тока и магнитомо5 дул ционнско узла, включающего в себ  магнитный экран, рабочий магнитопровод с обмоткой возбуждени , помещенный в магнитный экран, измерительную и компенсационную обмотки, намотанные поверх

0 магнитного экрана, при этом измерительна  обмотка подключена к входным зажимам датчика тока, выходные выводы рв ул тора посто нного тока один непосредственно , а другой через компенсацион5 ную обмотку подключены к выходным зажимам датчика тока, управл ющий вход регул тора посто нного тока подключен к выходу дифференциального усилител , входы которого подключены ксо0 ответствующим выходам демодул тора, о т- л и чающийс  тем. что. с целью расширени  диапазона регулировани  в сторону больших токов, в него введены трансформатор тока, коммутатор переменного напр 5 жени  и резистор, а рабочий м  нитопровод магнитомодул ционного узла снабжен дополнительной обмоткой, котора  подключена к входным выводам коммутатора переменного напр жени , к вы одным выводам кгторого -подключен резистор, а куправл ющему входу выход блока пуска кро ме того, обмотка возбуждени  через последовательно соединенные конденсатор и первичную обмотку трансформатора тока подключена к выходу генератора возбуждени , а вторична  обмотка трансформатора тока подключена ко входу демодул тора

2. Стабилизатор по п. 1,отличающий с   тем, что выходные выводы коммутатора переменного напр жени , один непосредственно , а другой через резистор подключены к соответствующим зажимам дл  подачи посто нного напр жени  питани  на генератор возбуждени , при этом

коммутатор переменного напр жени  выполнен на основе оптоэлектронного ключа переменного напр жени , одновибратора и мостового выпр мител , выводы переменного тока которого подключены к входным выводам коммутатора переменного напр жени  через оптоэлектронный ключ переменного напр жени , управл ющий вход которого подключен к выходу одновибра- тор, вход запуска которого подключен к управл ющему входу коммутатора переменного напр жени , а его выходные выводы подключены к выводам посто нного тока мостового выпр мител .

27 &

h-O

Фаг.2

/Jo WQ

-/„% fO A 8um

-lHWH,ABu/n SO 20 10

2 J „№„ вит

Ю 20 30 1„ Щ, A Sum