УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТНОШЕНИЯ ТОКОВ В НАГРУЗКАХ Российский патент 1995 года по МПК G05F1/10 G05F1/577 

Изобретение относится к автоматическому регулированию постоянных токов и может быть использовано для регулирования отношения токов в нагрузках.

Известно устройство для регулирования отношения токов в двух нагрузках, представляющих собой обмотки магнитного устройства. Обмотки одним выводом соединены с клеммами источника питания, а другие выводы соединены между собой. Параллельно одной из обмоток установлено переменное активное сопротивление, за счет изменения которого достигается регулирование заданного соотношения токов в нагрузках (обмотках) [1]
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для регулирования токов в нагрузках, содержащее две катушки, один из выводов которых соединен с соответствующей клеммой источника питания, а другие выводы соединены между собой. Для регулирования отношения токов в катушках параллельно одной из них установлено переменное активное сопротивление [2] Недостатком известных устройств является низкая точность регулирования и поддержания заданного соотношения токов в нагрузках, обусловленная температурной нестабильностью как активного сопротивления нагрузок (обмоток), так и регулирующего сопротивления.

Целью изобретения является повышение точности регулирования отношения токов в нагрузках.

Достигается это тем, что в устройство для регулирования отношения токов в нагрузках, содержащее регулирующий элемент, первый вывод которого соединен с первым выводом для подключения первой нагрузки и с первым выводом для подключения источника питания, а второй вывод для подключения источника питания соединен с первым выводом для подключения второй нагрузки, введены инвертирующий усилитель, операционный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, дифференциальный усилитель и два датчика тока, причем первые выводы первого и второго датчиков тока соединены соответственно с вторыми выводами для подключения первой и второй нагрузок, вторые выводы датчиков тока соединены между собой и с вторым выводом регулирующего элемента, выходы первого и второго датчиков тока подключены ко входам соответственно инвертирующего и операционного усилителей, выходы которых соединены с соответствующими входами дифференциального усилителя, выходом подключенного к управляющему входу регулирующего элемента, кроме того, общая точка датчиков тока соединена с общей шиной источников питания всех усилителей, а коэффициенты усиления инвертирующего К₁ и операционного К₂ усилителей выбраны из условия
· где I₁, I₂ токи соответственно в первой и второй нагрузках;
а₁, а₂ постоянные преобразования тока в напряжение соответственно первого и второго датчиков тока.

Цель достигается также тем, что в устройстве датчики тока выполнены в виде термостабильных резисторов.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 схема устройства с резисторами в качестве датчиков тока.

Устройство для регулирования отношения токов в нагрузках (фиг. 1) содержит выводы для подключения источника 1 питания, регулирующий элемент 2, датчики 3 и 4 тока, инвертирующий усилитель 5, операционный усилитель 6 с регулируемым коэффициентом усиления и дифференциальный усилитель 7. Один из выводов источника питания 1 соединен с первым выводом для подключения первой нагрузки 8 и с первым выводом регулирующего элемента 2, а второй вывод источника соединен с первым выводом для подключения второй нагрузки 9. Первые выводы датчиков тока 3 и 4 соединены соответственно с вторыми выводами для подключения нагрузок 8 и 9, вторые выводы датчиков тока соединены между собой, с общей точкой источников питания всех усилителей и со вторым выводом регулирующего элемента 2. Выходы датчиков 3 и 4 соединены, соответственно, со входами инвертирующего усилителя 5 и операционного усилителя 6, выходы которых соединены с соответствующими входами дифференциального усилителя 7. Выход последнего соединен с управляющим входом регулирующего элемента 2.

Датчики тока могут быть выполнены в виде термостабильных резисторов 3 и 4 (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом. На управляющий вход операционного усилителя (ОУ) 6 подают напряжение (сигнал), задавая коэффициент усиления (К₂) ОУ. Ток I₂ в нагрузке 9 делится на два тока, один из которых протекает через нагрузку 8 (ток I₁), а другой через регулирующий элемент 2 (ток I₃): I₂=I₁+I₃. Напряжения на выходе усилителей 5 и 6 равны U₁=K₁е₁ и U₂=K₂е₂, где е₁ и е₂ сигналы с выходов датчиков тока 3 и 4, прямо пропорциональные токам I₁ и I₂(e₁=а₁I₁, e₂=a₂I₂), где а₁ и а₂ постоянные преобразования тока в напряжение соответственно первого 3 и второго 4 датчиков тока, а К₁ коэффициент усиления инвертирующего усилителя 5. Ток в регулирующем элементе I₃ определяется выражением I₃=(U₂-U₁) K₃K_р, где К₃ коэффициент усиления дифференциального усилителя 7, а К_рэ коэффициент передачи регулирующего элемента 2.

Поскольку
I₃=I₂-I₁=K₃K_рэ(К₂а₂I₂-K₁a₁I₁), то
Если К₁К₃К_рэа₁>>1 и К₂К₃К_рэа₂>>1, что легко выполнимо на практике, то получим
·
Данное условие определяет выбор коэффициентов усиления К₁ и К₂ для получения заданных соотношений токов I₁ и I₂ в нагрузках 8 и 9. Изменение коэффициента К₂, например, по программе ЭВМ с выдачей цифровых кодов в регистры цифроаналогового преобразователя (ЦАП) с подачей выходного сигнала ЦАП на управляющий вход ОУ6 приводит к изменению отношения токов I₁ и I₂, протекающих по нагрузкам 8 и 9. Легко получить стабильные по температуре коэффициенты К₁ и К₂ и, если применить термостабильные датчики тока 3 и 4, то получим термостабильный коэффициент отношения токов в нагрузках.

Если применить в качестве датчиков тока 3 и 4 термостабильные резисторы с сопротивлением R₁ и R₂ (фиг. 2), что упрощает схему, то уравнения, описывающие работу схемы останутся теми же, что и для схемы фиг. 1 при замене а₁ на R₂, а₂ на R₂.

Использование предлагаемого изобретения позволит расширить область применения устройств, в которых за выходной параметр отвечает отношение токов в нагрузках в местах с большим перепадом температур (плохо отапливаемые помещения, цехи, заводы, полевые условия и т.д.). К таким устройствам, например, относятся магнитные энергоанализаторы рентгено- электронных спектрометров, состоящие из двух катушек, а также некоторые электромагнитные системы приборов и устройств для проведения магнитных измерений.

Использование: для регулирования отношения токов в нагрузках. Сущность изобретения: устройство содержит регулирующий элемент 2, два датчика 3 и 4 тока, инвертирующий усилитель 5, операционный усилитель 6 с регулируемым коэффициентом усиления и дифференциальный усилитель 7. Выводы источника питания 1 соединены с нагрузками 8 и 9. Коэффициенты усиления K₁ и K₂ усилителей 5 и 6 выбраны из условия, приведенного в описании. Выбор коэффициентов усиления K₁ и K₂ обеспечивает получение заданного соотношения токов нагрузках 8 и 9. Изменение коэффициента K₂ может производиться по программе с ЭВМ. Устройство отличается высокой точностью регулирования токов. Использование термостабильных датчиков 3 и 4 тока обеспечивает получение термостабильного коэффициента отношения токов в нагрузках 8 и 9. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТНОШЕНИЯ ТОКОВ В НАГРУЗКАХ, содержащее регулирующий элемент, первый вывод которого соединен с первым выходом для подключения первой нагрузки и с первым выводом для подключения источника питания, а второй вывод для подключения источника питания соединен с первым выводом для подключения второй нагрузки, отличающееся тем, что в него введены инвертирующий усилитель, операционный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, дифференциальный усилитель и два датчика тока, причем выводы первого и второго датчиков тока соединены соответственно с вторыми выводами для подключения первой и второй нагрузок, вторые выводы датчиков тока соединены между собой и с вторым выводом регулирующего элемента, выходы первого и второго датчиков тока подключены к входам соответственно инвертирующего и операционного усилителей, выводы которых соединены с соответствующими входами дифференциального усилителя, выходом подключенного к управляющему входу регулирующего элемента, кроме того, общая точка датчиков тока соединена с общей шиной источников питания всех усилителей, а коэффициенты усиления инвертирующего K₁ и операционного K₂ усилителей выбраны из условия

где I₁, I₂ токи соответственно в первой и второй нагрузках;
a₁, a₂ постоянные преобразования тока в напряжение соответственно первого и второго датчиков тока. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчики тока выполнены в виде термостабильных резисторов.