Стабилизатор постоянного тока Советский патент 1989 года по МПК G05F1/56 

1I ib/SAS

относится к электродо г р в с

технике, предназначено для использования при реализации стабилизирующих источников вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1180862.

Целью J зoбpeтeния является повышение динамической точности стабилизации.

На фиг. 1 представлена функциональная схема стабилизатора постоянного тока; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема используемого генератора возбуждения.

Стабилизатор содержит силовой регулятор 1 тока (фиг. 1), измерительно-усилительный узел 2, источник 3 опорного сигнала, датчик 4 тока, в который входят магнитомодуляцион- ньй узел 5, состоящий из экрана 6, первого магнитопровода 7, обмотки 8 возбуждения, второго магиитопровода

20 (фиг. 2), пиковый трансформатор 27 с первичной обмоткой 28 и вторичными обмотками 29 и 30, вентили 31 и 32, электромагнитное реле с обмоткой 33 и замыкающим контактом 34, последо9, рабочей обмотки 10, компенсацион- 25 вательную КС-цепочку с резистором 35 ной обмотки 11 и измерительной об-„ конденсатором 36, стабилитрон 37

мотки 12, генератор 13 возбуждения, первый конденсатор 14, второй конденсатор 15, узел 16 демодуляции.

и ограничительный резистор 38. Последовательная КС-цепочка 35-36 соединена с выводами для подключения состоящий из первого нерегулируемого зо источника напряжения постоянного то- резистора 17, второго нерегулируемо-ка. Обмотка 33 электромагнитного рего резистора 18, пиковых детекторов

ле через стабилитрон 37 подключена к.обкладкам конденсатора 36. Тиристоры подключены к обкладкам конден- эг сатора 36 последовательно через замыкающий контакт 34 реле. Первичная обмотка 28 пикового трансформатора 27 через органичительный резистор 38 соединена с выходом источника синхронизирующего напряжения (не показан) , а вторичные обмотки 29 и 30 через вентили 31 и 32 - с цепями управляющих электродов тиристоров 25 и 26. Выходными выводами генератора 13 возбуждения являются выводы силовых электродов тиристора 26.

19 и 20 и дифференциального усилителя 21, вспомогательный регулятор 22 ток а, регулируемый резистор 23. На функциональной схеме отмечена также нагрузка 24 стабилизатора.

Внутри магнитного экрана 6 помещены первый магнитопровод 7 с намотанной на его обмоткой 8 возбуждения и второй магнитопровод 9 в намотанной на него рабочей обмоткой 10. Поверх магнитного экрана 6 расположены компенсационная обмотка 11 и измерительная обмотка 12. B-KfOfi.b пиковых

детекторов 19 и 20 зашунтированы

нерегулируемыми резисторами 17 и 18, соединёнными один с другим первыми .из выводов. Входы дифференциального усилителя 21 подключены к выходам пиковых детекторов 19 и 20. Выход генератора 13 возбуждения последовательно включенные первый конденсатор 14 и обмотку 8 возбуждения соединен с вторыми выводами нерегулируемых резисторов 17 ij 18.

Вход вспомогате,пьного регулятора 22 тока подключен к выходу дифферен- 1.01ального усилителя 21. 0/1ин из вхо

дов измерительно-усилительного узла 2 соединен с В1)1ходом источника 3 опорного сигнала, а другой вход че- рез компенсационную обмотку 11 - с выходом вспомогательного регулятора 22 тока. Силовой регулятор 1 тока соединен через измерительную обмотку 12 с выводами для подключения нагРузки 23 и подключен управляющим входом к выходу измерительно-усилительного узла 2. Рабочая обмотка 10 через последовательно включенные второй конденсатор 15 и регулируемый

резистор 23 соединена с выходом генератора 13 возбуждения.

Генератор 13 возбуждения выполнен в виде инвертора напряжения и включает в себя тиристоры 25 и 26

(фиг. 2), пиковый трансформатор 27 с первичной обмоткой 28 и вторичными- обмотками 29 и 30, вентили 31 и 32, электромагнитное реле с обмоткой 33 и замыкающим контактом 34, последовательную КС-цепочку с резистором 35 „ конденсатором 36, стабилитрон 37

ле через стабилитрон 37 подключена к.обкладкам конденсатора 36. Тиристоры подключены к обкладкам конден- сатора 36 последовательно через замыкающий контакт 34 реле. Первичная обмотка 28 пикового трансформатора 27 через органичительный резистор 38 соединена с выходом источника синхронизирующего напряжения (не показан) , а вторичные обмотки 29 и 30 через вентили 31 и 32 - с цепями управляющих электродов тиристоров 25 и 26. Выходными выводами генератора 13 возбуждения являются выводы силовых электродов тиристора 26.

Стабилизатор постоянного тока работает следующим образом.

В качестве источника 3 опорного сигнала используется источник эталонного тока, который ньщает высокоста

бильный ток величиной I

эт

Этот ток

поступает на один нз входов измерительно-усилительного узла 2, к другому входу которого гго;;кодлтся ток кo ffleнcaции 1,., лы1)пСчп-ываемый вспомогательным регулятором 22 тока. Величина тока I j занисит от ваггичины тока нагрузки I., протеклющего через

измерительную обмотку I магнитомо- дуляцин узла 5. При неравенстве токов Ij и 1, на выходе измерительно- усилительного узла 2 появляется управляющий сигнал, который поступает на управляющий вход силового регулятора 1 тока. Под действие зтого сигнала ток нагрузки 1 изменяется до тех пор, пока величина разбаланса

токов

эт

10

15

20

IK не уменьшится до пренебрежимо малого значения, равного величине действующего рассогласования замкнутого контура стабилизации.

Ток нагрузки IH, протекая по измерительной обмотке 12 с числом витков Wy, создает в магнитном экране 6 и магнитопроводах 7 и 9 намагничивающую силу (н.с.), равную ,. Ток компенсации 1,, протекая по компенсационной обмотке 11 с числом витков Wj, создает в тех же элементах 6, 7 и 9 н.с. , причем направление . , противоположно направлению н.с. . В этих условиях при равен- 25 стве магнитный экран 6 и магнитопроводы 7 и 9 не подвергаются подмагничиванию полем постоянного тока (т.е. - I W 0). К обмотке 8 возбуждения с выхода генератора 13 возбуждения поступает переменное напряжение возбуждения прямоугольной формы. Такое же напряжение подводится и к рабочей обмотке 10. При отсутствии подмагничива- ния магнитопроводов 7 и 9 индуктивности обмоток 8 и 10 велики и по ним протекают небольщие токи, которые создают переменные н.с. соответственно в магнитопроводах 7..и 9. Обмотки 8 ТО подключаются к генератору 13 возбуждения таким образом, чтобы н.с. в магнитопроводах 7 и 9 бьши аправлены навстречу одна другой. этих условиях индуцируемые этими .с. электродвижущие силы в компенационной обмотке 11 взаимно компенируются и при точном балансе наряжение .частоты возбуждения на омпенсационной обмотке 11 отсутству30

35

40

.45

ет. Балансировка осуществляется под- 50 отлично от нуля, при этом его полярбором величины конденсатора .14 (грубо) и с помощью регулируемого рези- стора 23 (точно) .

Величина напряжения возбуждения на обмотках 8 и 10 выбирается из условия, чтобы амплитуда индукции в магнитопроводах 7 и 9 быпа несколько меньше индукции насыщения. В рассматность определяется знаком разбапанс.а dlW. Напряжение с выхода узла 16 де- модуляции воздействует на вход вспомогательного регулятора 22 тока, 55 вследствие зтого воздействия ток 1 изменяется до тех пор, пока разбаланс ампервитков 4IW не у1- епы11иться до пренебрежимо малого значения, равно10

15

20

25

30

35

40

45

ривлемом режиме ( , - TiU 0) вследстииг симметрия Kpinirn и) чивания положительные и отрицлтель- ные полуволны (пмпульсы) тока, формирующегося в цепи рабочей обмотки 10, имеют одинаковуь-; форму и- рапны по амплитуде.

При появлении разба1 анса ампервит- ков , и I (1цМу,- I,,Wt /3IW 0) элементы 6, 7 и 9 подмаг- ничиваются полем постоянного тока, причем направление подмагничивания зависит от знака разбаланса. Н.с. IgWg, создаваемая током возб окдения, знакопеременна, поэтому в один и5

полупериодов возбуждения н.с. leW,, и

и ь

iJIiy совпадают по направлению, а в другой - направлены навстречу одна другой (здесь 1цИ Ц - соответственно амплитуда тока в цепи обмотки 8 возбуждения и число витков этой обмотки) . При согласном направлении указанных н.с. магнитопровод 7 насыщается, индуктивность обмотки 8 уменьшается во много раз, что приводит к резкому увеличению амплитуды импульсов тока в обмотке 8 в этот по- лупернод (обозначим амплитуду этого импульса тока 1) . Для другого полу- периода возбуждения указанные н.с. направлены навстречу одна другой и компенсируются, амплитуда .импульса тока в этот полупериод зависит от величины Д1 : I 5J. AlW/Wg.

Сформированный в цепи обмотки 8 .возбуждения импульсный ток поступает в узел 16 демодуляции, который осуществлят преобразование поступающих на его вход импульсных сигналов в постоянное напряжение, величина.которого пропорциональна разности амплитуд импульсов положительной и отрицательной полярности, а знак определяется полярностью большего по амплитуде импульса.

Таким образом, в режиме dlW О напряжение на выходе узла 16 демодуляции равно нулю, а при 4Ш О -

ность определяется знаком разбапанс.а dlW. Напряжение с выхода узла 16 де- модуляции воздействует на вход вспомогательного регулятора 22 тока, 55 вследствие зтого воздействия ток 1 изменяется до тех пор, пока разбаланс ампервитков 4IW не у1- епы11иться до пренебрежимо малого значения, равно5, 14

го величине действзтощего рассогласо™

вания замкнутой следящей системы.

Следовательно, в стационарном режиме работы стабилизатора следящая система поддерживает с высокой точностью баланс ампервитков 1нИ„ Кроме того, контур стабилизации обеспечивает с высокой точностью баланс токов 1(1, Эти два соотношения описывают статическое состояние стабилизатора, откуда IH .

Для надежной работы стабилизатора во всем диапазоне стабилизируемых токов необходимо обеспечить вьшол- нение условия

Ig.W:

ц

где 1 глакс максимальный стабилизируемый ток.

С помощью конденсатора 14 обост™ ряются импульсы тока в цепи обмотки 8 возбз ждения, что позволяет существенно уменьшить действующее значение тока возбуждения при сохранении требуемого амплитудного значения этого тока.

Общий принцип действия узла 16 демодуляции не имеет существенных особенностей. Падения напряжений на резисторах 17 и 18, обусловленные протеканием тока, формирующегося в обмотке 8 возбуждения, детектируются однополупериодными пиковыми детекто- рами 19 и ZU... Постоянные напряжения на выходах детекторов 19 и 20 имеют одинаковую полярность, при.этом благодаря специфическому включению резисторов 17 и 18 и их связям с входами детекторов 19 и 20 каждьй из детекторов 19 и 20 детектирует свою полуволну тока возбуждения (например, детектор 19 - положительную, а детектор 20 отрицательную). Для режима IW О, как уже отмечалось, амплитуда импульсов тока возбуждения положительной и отрицательной полярности равны, поэтому равны и напряжения на выходах детекторов 19 и 20. Соответственно их разность, вьщеленная дифференциальным усилителем 21, равна нулю. Очевидно, при fllW О, напряжение на выходе дифференциального усилителя 21 отлично от нуля.

Работа генератора 13 возбуждения базируется на известном принципе инвертирования постоянного напряжения

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

56

При подаче напряжения питания на соответствуюиа е зажимы инвертора . конденсатор 36 заряжается через резистор 35. При определенной величине напряжения на конденсаторе 36 срабатывает электромагнитное реле с обмоткой 33, его контакт 34 замыкается, обеспечивая подачу напряжения питания на тир.исторы, 25 и 26. Стабилитрон 34 позволяет получить четкое срабатывание реле.

К выводам для подачи синхронизирующего напряжения подводится синусоидальное напряжение, которое через . ограничит ельный резистор 38 поступает на первичную обмотку 28 пикового трансформатора 27. Последний преобразует синусоидальное напряжение в импульсное с относительно крутыми фронтами. С вторичных обмоток 29 и 3.0 импульсы напряжения через электрические вентили 32 и 31 поступают на; управляющие электроды тиристоров 25 и 26.

Тиристоры 25 и 26 поочередно отпираются, обеспечивая протекание токов заряда и разряда конденсаторов 14 и 15 через включенные последовательно с ними соответствующие элементы.

При опрокидывании инвертора напряжение на конденсаторе 36 быстро уменьшается вследствие его разряда на низкое сопротивление открытых тиристоров 25 и 26, обмотка 33 реле обесточивается, контакт 34 размыкается и напряжение питания снимается с тиристоров 25 и 26. Конденсатор 36 при размыкании контакта 34 начинает заряжаться и, когда напряжение на нем достигает определенного уровня,, вновь срабатывает реле, контакт 34 замыкается и инвертор включается в работу. За время заряда конденсатора 36 тиристоры 25 и 26 восстанавливают свою вентильную прочность.

Через магнитный экран 6 осуществляется прямая магнитная связь между измерительной 12 и компенсационной 11 обмотками. Поэтому при относительно небольщом суммарном активном сопротивлении Ry в цепи компенсационной обмотки 11 происходит трансформация переменной составляющей тока нагрузки на вход измерительно-усилительного узла 2. Поскольку для пр дложенного технического решения нет необходимо-

сти устанавдгнвать Е) узле 2 фильтр нижних частот, обеспечиваются высо- , кие динамические показатели стабилизатора

RI:

R к « К Rftbiy, где RK активное сопротивление обмотки 11, RB,- входное сопротивление узла 2, вых выходное сопротивление регулятора 22.

Формула изобретения 1. Стабилизатор постоянного тока по авт. св. № 1180862, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической точности стабилизации, он снабжен вторым конденсатором и регулируемым резистором, а внутрь магнитного экрана магнитомо дуляционного узла введен второй маг- нитопровод с намотанной на него ра бочей обмоткой, причем рабочая обмотка через последовательно второй конденсатор и регулируемьй резистор соединена с выходом генератора возбуждения .

2. Стабилизатор по г. 1, о т - л и ч а ю щ и IJ с я тем, что ггяера-г тор возб окления «ьполнен н пиле инвертора напряжения, включающего в себя последовательную КС-цепочку, сое-, диненную с выводами для полключения источника напряжения постоянного тока, электромагнитное реле, обмотка

которого через стабилитрон подключена к обкладкам конденсатора КС- цепочки, два тиристора, подключенных к упомянутым обкладкам последоватепь- но через замыкаю1ций контакт реле,

пиковый трансформатор, первичная.

обмотка которого через ограничительный резистор соединена с выходом источника синхронизир т 11цего напряжения, а две вторичные обмотки через индивидуальные вентили - с цепями управляющих электродов соответствующих тиристоров, причем выходными выводами генератора возбуждения являются выводы силовых электродов одного из ти-

ристоров.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение динамической точности стабилизации. В состав устройства входят силовой регулятор 1 тока, измерительно усилительный узел 2, ниточник 3 опорного сигнала, магни™ томодуляционный узел 5,. состоящий из магнитного экрана 6, магнитопров о- да 7 с обмоткрй 8 возбуждения, маг- нитопровода 9 с рабочей обмоткой 10, а также компенсационной обмотки 11 и измерительной обмотки 12, намотанных поверх экрана 6, генератор 13 возбуждения, конденсаторы 14, 15, узел 16 демодуляции, состоящий из нерегулируемых резисторов 17, 18, пиковых детекторов 19, 20 и дифференци- .ального усилителя 21, вспомогательный регулятор 22 тока, регулируемьй резистор 23. Элементы 5-23 составляют датчик 4 тока. Генератор 13 возбуждения выполнен на основе тиристорно- го инвертора постоянного напряжения. В процессе работы стабилизатора имеет место непрерывный контроль тока в нагрузке 24 и подавление переменного напряжения частоты возбуждения, передаваемого в компенсационную обмотку 11 из обмотки 8 возбуждения. Вследствие этого отпадает необходи-г мость в установке в измерительно- усилительном узле 2 фильтра нижних частот. Это позволяет получить широкую полосу пропускания в контуре авторегулирования, и, таким образом, улучшить динамические характеристики устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 нл. (Л 4:ib О) vl СП 4 СЛ К)

3

ю

СЧД