Стабилизатор постоянного тока Советский патент 1985 года по МПК G05F1/56 

11 Изобретение относится к электро|технике, в частности к стабилизированным источникам тока. Целью изобретения является повышение статической точности стабилиза тора. . На чертеже представлена блок-схем стабилизатора тока. Стабилизатор тока содержит силовой регулятор 15 измерительно-усили тельныи блок 2, источник 3 опорного сигнала, датчик 4 тока, нагрузку 5. состав датчика 4 тока входит магнито модуляционный узел включaюш й маг нитный экран 6, внутри которого помещен рабочий магнитопровод 7 с обмоткой 8 возбуждения, намотанный на магнитопровод 7, поверх магнитного экрана 6 размещены компенсационная 9 и первичная 10 обмотки. Генератор 11 возбуждения выполнен в виде транзисторного инвертора напряжения, к выхо ду которого подключены последователь но соединенные конденсатор 12, обмот ка 8 возбуждения, первьш 13 и второй 14 резисторы. Демодулятор выполнен на основе двух однополупериодных пиковых детек торов 15 и 16, их входы подключены соответственно к первому 13 и второму 14 резисторам, а выходы - к входам дифференциального усилителя 17, Регулятор 18 постоянного тока подключен управляющим входом к выходу дифференциального усилителя 17. Выходные выводы регулятора 18 постоянного тока один непосредственно, а другой через компенсационную обмотку 9 подключены к вькодным зажимам датчика 4 тока. Управляющий вход силового регулятора 1 подключен к выходу измеритель но-усилительного блока 2, входы кото рого соединены соответственно с выхо дом источника 3 опорного сигнала и выходом датчика 4 тока. При использовании в качестве источника 3 опорного сигнала источника эталонного тока в юлоке 2 сравниваются однородные величины: эталонный ток и ток компенсации, протекающий через компенса- 5Q ционную обмотку 9. В случае использования в качестве источника 3 опорного сигнала источника опорного напряжения в блоке 2 осуществляется преобразование тока компенсации в пропорциональ- 55 нов ему напряжение, которое затем сравнивается с опорным напряжением источника 3. 22 Стабшшзатор работает следующим образом, В качестве источника 3 опорного сигнала используем источник эталон тока, который вырабатывает высокостабильный ток величиной Л .Этот ток поступает на один из входов измерительно-усилительного блока 2, на другой вход этого блока поступает ток „ „ , ч с компенсации J,, , вырабатываемый регуляпостоянного тока. Заметим, что величина тока J зависит от величины тока нагрузки 0, протекающего через первичную обмотку 10. S ,. . При неравенстве токов 3 и 3j, 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 величи- на разбаланса токрвЗ 3 , не уменьшается до пренебрежимо малого значения, равного величине действующего рассогласования замкнутого контура стабилизации. Ток нагрузки 3ц , протекая по первичной обмотке 10 с числом витков W 5 создает в магнитном экране 6 и магвитопроводе 7 намагничивающую силу (н.с.), равную 3j,W,. Ток компенсации Jv3 протекая по компенсационной обмотке 9 с числом витков W,создает в тех же элементах 6 и 7 н.с. . , причем направление н.с, i).W; противоположно направлению н.с. . В этих условиях при равенстве ( магнитный экран 6 и магнитопровод 7 не подвергается подмагничиванию полем постоянного тока (т.е. JH К обмотке 8 возбуждения с выхода транзисторного инвертора 11 напряжение поступает переменное напряжение возбуждения прямоугольной формы.При отсутствии подмагничивания магнитопровоДа 7 полем постоянного тока индуктивность обмотки 8 возбуждения велика, и в цепи возбуждения протекает небольшой ток возбуждения (величина напряжения выбирается из УСЛО.ВИЯ, чтобы амплитуда индукции в магнитных элементах была несколько меньше индукции насьш;ения) . В этом режиме ввиду малости- тока возбуждения падение напряжение на конденсаторе 12 мало, и он практически не оказывает влияния на работу уст3ройства. Кроме того, вследствие симметрии кривой намагничивания, положительные и отрицательные полуволны (импульсы) тока возбуждения имеют одинаковую форму и равны по амплитуде. Падение напряжен 1й на резисторах 13 и 14, обусловленные протеканием тока возбуждения, детектируются однополупериодными пиковыми детекторами 15 и 16. Постоянные напряжения на выходах детекторов 15 и 16 имеют одинаковую полярность, при этом важно подчеркнуть, что благодаря специфическому включению резис торов 13 и 14 и связям их со входами детекторов 15 и 16, каждый из детекторов 13 и 16 детектирует свою полуволну тока возбуждения, например детектор 15 - положительную, а детектор 16 - отрицательную. Для режима 3ц W, -3ц W, О напряжение на выходах детектора 15 и 16 равны, следовательно их разность, ,вьщеляемая дифференциальным усилите ;лем 17, равна нулю. При появлении разбаланса ампервитков 3ц VV, , -3KW|. ) элементы 6 и 7 подмагничиваются полем постоянного тока, причем направление подмагничивания зав сит от знака разбаланса. H.c. , создаваемая током возбуждения, знакопеременна, поэтому в один из полу периодов возбуждения H.C.JgWa совпадают по направлению, а в другой - направлены навстречу друг дру гу (здесь Jg и Wg - соответственно амплитуда тока возбуждения и число витков обмотки 8 возбуждения). При согласном направлении указанных н. с. элементы- 6 и 7 насыщаются , индуктивность обмотки 8 уменьшается во много раз, что приводит к резкому увеличению амплитуды импульса тока возбуждения в этот полупериод (обозначим амплитуду этого импуль са токаЗцц). Для другого полупериода возбуждения указанные н,с. направлены навстречу друг другу и компенсируются, амплитуда импульса тока возбуждения в этот полупериод зависит от величины Ь 3 VV : 3 fi:)w/Wg. Соответственно напряжения на выходах пиковых детекторов 15 и 16 будут различны по величине: напряжение на выходе одного из них будет 624 пропорционально 3 g , на выходе другого - iJ вк Разность этих напряжений, выделяемая дифференциальным усилителем 17, воздействует на управляющий вход регулятора 18 постоянного тока, вследствие этого воздействия ток Зц изменяется до тех пор, пока разбаланс ампервитков не уменьшается до пренебрежимо малого значения, равного величине, действующего рассогласования замкнутой следящей системы. Таким образом, в стационарном режиме работы стабилизатора следящая система поддерживает с высокой точностью баланс ампервитков O,N,. Кроме того, контур стабилизации обеспечивает с высокой точностью баланс токов JK J эт Эти два соотношения описьшают статическое состояние стабилизатора, откуда . Для надежной работы стабилизатора во всем диапазоне стабилизируемых токов необходимо обеспечить выполнение условия .„NNalHma.i 5 1деЛ - максимальный стабилизируемый ток. Включение конденсатора 12 в цепь тока возбуждения позволяет увеличить амплитуду тока возбуждения О вн без увеличения амплитуды выходного напряжения инвертора 11 за счет слоения напряжений: выходного напряжения инвертора 11 и напряжения на онденсаторе 12. При большом разбалансе конденсатор 12 заряжается до амплитудного значения выходноо напряжения инвертора 11. Сложеие упомянутых напряжений наиболее ффективно происходит при использоании в качестве генератора возбужения именно транзисторного инверора напряжения, так как вследствие

ключевого характера работы инвертора конденсатор 12 после заряда отсекается от остальной схемы и в паузе между импульсами тока возбуждения не разряжается на какиелибо параллельные цепи. Кроме того, с помощью конденсатора 12 обостряются импульсы тока возбуждения,что позволяет существенно уменьшить дей ствующее значение тока возбуждения при сохранении требуемого амплитудного значения этого тока.

Магнитный экран 6 в значительной степени увеличивает индуктивность компенсационной обмотки 9, что обеспечивает существенное ослабление в выходном токе датчика 4 переменных составляющих, трансформи-: руемых из обмотки 8 возбуждения.. Кроме того, через магнитный экран 6 осуществляется прямая магнитная связь между первичной 10 и компенсационной 9 обмотками. Поэтому при относительно небольшом суммарном активном сопротивлении Rg. в цепи обмотки 9 компенсации происходит трансформация (практически без искажений) переменной составляющей

тока нагрузки на вход измерительноусилительного блока 2, что обеспечивает высокие динамические показатели

стабилизатора (., + l

в/ 9.

где

R л ол . olл V;- активное сопротивление обмотки

входное сопротивление блока 2,R g - выходное сопротивление регулятора 18 постоянного тока).

Таким образом, в магнитомодуляционном узле реализуется дифферен.циальный режим работы преобразователя разбаланса ампервитков в управляющий сигнал. Существенным отличием предложенного стализатора является использование одного магнитопровода (при сохранении дифференциального режима работы) для осуществления преобразования разбаланса ампервитков в управляющий сигнал.

Так как высокая степень идентичности параметров магнитопровода при намагничивании его в одном и другом направлениях технологически обеспечивается, то в предложенном стабилизаторе достигается существенное снижение дрейфа нуля датчика тока, что гарантирует повьпиение его статической точности.

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий силовой регулятор, соединенный через датчик тока с клеммами для подключения нагрузки,управляющий вход силового регулятора подключен к выходу измерительно-усилительного блока, входы которого соединены соответственно с источником опорного сигнала и выходом датчика тока, который выполнен на базе генератора возбуждения, демодулятора и магнитомодуляционного узла, включающего магнитную систему с обмотками первичной, компенсационной и возбуждения, при этом первичная обмотка подключена к входным зажимам датчика тока, отличающийся тем, что, с.целью повышения точности, в него введены дифференциальньш усилитель, регулятор постоянного тока, конденсатор,первьй и второй резисторы, а магнитная система магнитомодуляционного узла выполнена на основе рабочего магнитопровода и магнитного экрана, внутри которого помещен рабочий магнитопровод с намотанной на нем обмоткой возбуждения, при этом компенсационная и первичная обмотки намотаны поверх магнитного экрана, генератор возбуждения выполнен в виде транзисторного инвертора напряжения, первьй выходной зажим i которого соединен с его вторым выходньм зажимом через последовательно включенные конденсатор, обмотку возбуждения, первый и второй резисторы, демодулятор вьтолнен на основе двух однополупериодньк пиковых детекторов, входы которых подключены соответственно к первому и второму резисторам, а выходы - к соответствующим входам дифференциального усилителя, выход 00 последнего соединен с управляющим , входом регулятора постоянного тока, выходные выводы которого - один не30 посредственно, а другой через комО5 к пенсационную обмотку подключены к выходным зажимам датчика тока.