Источник питания электромагнита постоянного тока Советский патент 1990 года по МПК H05H7/04 

Изобретение относится к технологическому оборудованию ускорителей заряженных частиц и термоядерных установок, в частности к источникам питания электромагнитного оборудования постоянного тока.

Цель изобретения - повышение удобства эксплуатации.

На чертеже приведена схема предложенного устройства.

Выход задат«шка 1 подключен к второму входу схемы 2 сравнения, выход которой через включенные последовательно усилитель 3 постоянного тока и первый вход сумматора 4 соединен с управляющим входом выпрямителя 5. Выход датчика 6 выходного постоянного тока соединен с первыми входами схемы 2 сравнения и суммирующего усилителя 7. Управляемый переключатель 8 выходом соединен через интегратор 9 с вторым входом сумматора 4, управляющим входом через компаратор 10 - с выходом сумматора 4, а сигнальными входами - с выходами схемы 2 сравнения и суммирующего усилителя 7. Клемма 11 служит для подключения нагрузки.

Передаточные функции узлов источника питания электромагнита постоянного тока и сигналы в различных точках схемы имеют следующее обозначение: Uof(t) - задающий ступенчатый сигнал; Us(t} - сигнал на выходе интегратора 9; ) - сигнал на выходе сумматора 4 (т. е. на выходе пропорционально-интегрального регулятора, когда вход интегратора 9 подключен к выходу схемы 2 сравнения через управляемый переключатель 8); Uf,(t} - сигнал на выходе датчика тока 6; /(), Uf,{t} - ток и напряжение на выходе преобразователя;

а

00

I

IK - коэффициент усиления пропорциональLH

НОЙ части регулятора тока; Т Б;; постоянная времени нагрузки, где L, RH - индуктивность и активное сопротивление нагрузки

(электромагнита); 7 i интегрирования

лятора тока; даи(5)

интегральной

1н(5)

постоянная

части регу- К

--- ПАU(S-) Ts+1 редаточная функция нагрузки, где /(

ТсЦ- 1

ajp,(s)A:--rp- - передаточная функция

I о

К

: регулятора тока ();

/ X идт(5)

ИТ)- (д - передаточная функция датчика выходного тока 6; , - передаточная

функция преобразователя; -

:Дпр

порог срабатывания компаратора 10, соот- : ветствующий максимальному напряжению Unmax на выходе выпрямителя 5. i Аппроксимация выпрямителя 5 звеном с передаточной функцией )Knp оправдана даже в том случае, если выпрямитель 5 включает в себя пассивные фильтры пуль- саций и внутренние подчиненнь1е контура

При большом () задаюшем сигнале в начальный период времени на выходе сумматора 4 (выход регулятора тока) ) больше, чем Um- Срабатывает компаратор 10 и управляемый переключатель 8 подключает выход суммирующего усилителя 7 к входу интегратора 9. В течение времени пока Upt(t)Um К нагрузке приложено максималь20 ное напряжение , а изменение ) на выходе интегратора 9 с высокой точностью повторяет изменение напряжения на выходе датчика тока 6. Равенство t/s(t) т(0 поддерживается за счет того, что последовательно включенные суммирующий

2 усилитель 7 и интегратор 9 охвачены общей обратной связью с выхода интегратора 9 на вход суммирующего усилителя 7. Этот контур астатический и имеет большую частоту среза (много большую, чем частота

LH

стабилизации напряжения. Дело в том, что 30 контура стабилизации тока с пропорционально-интегральным регулятором), что и обеспечивает отслеживание входного (для этого контура) сигнала Uf,f(t). В момент, когда ошибка уменьшается до такого значения, что 6 р((0 становится меньше Um, срабаI

при 7 50 мс из-за энергетических

чений в сочетании со сложностью реализации нецелесообразно делать полосу пропус-.,.,кания контура стабилизации тока выше 10- тывает компаратор 10 и вход интегратора У

. f , г r TT Tf tTwtj , О i r QDlJOlJU J

15 Гц. На таких частотах практически не проявляются как особенности динамики собственно силового элемента преобразователя, так и влияние фильтров и внутренних контуров, которые имеют, как правило, поподключается.к схемы 2 сравнения. При этом в момент подключения интегратора 9 к схеме 2 сравнения на выходе интегратора 9 установлены требуемые начальные условия, адекватные значению тока

КОНЧуииь, д ULJDic nmcnji, iipciurit/ivy, .v- j, - -

ЛОСУ равномерного пропускания до частот 40 i(t), при котором произошло переключе I -„., ,,,„.,,.-,, т По ттлл v/ п и о Э я П я НТ4ПР

не менее чем в десять раз больших, чем частота среза контура стабилизации тока.

Малым ступенчатым задающим сигналом Uo- s(t) считают такой сигнал, когла UoK. L/,n, где (Ут -порог срабатывания компаратора 10, соответствующий максимальному напряжению и„„акс на выходе выпрямителя 5, К. - коэффициент усиления пропорциональной части регулятора тока.

Устройство работает следующим образом.

При малом ступенчатом задающем сигна- ле сигнал Upt(t) всегда меньше На выходе компаратора 10 сигнал равен нулю и управляемый переключатель 8 соединяет выход схемы 2 сравнения с входом интегратора 9, а выход суммирующего усилителя 7 отключен от схемы. В этом случае лсточник работает как обычный источник с пропорционально-интегральным регулятором. Примем

ние структуры. Далее выход на заданное значение Uo плоской верщины импульса происходит при замкнутом контуре стабилизации тока с пропорционально-интегральным регулятором, а выход суммирующего усили теля 7 отключен от схемы.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовать такой режим работы, когда исключается заряд емкости до значения, превышающего значение заряда, соотcQ ветствующее установившемуся режиму (режиму стабилизации плоской вершины импульса тока). В то же время при переходе на нагрузку с другой индуктивностью надо перестроить только коэффициенты усилителя постоянного тока 3 и интегратора 9, т. е.

55 параметры пропорционально-интегрального регулятора. Никаких подстроек в зависимости от параметров регулятора для обеспечения адекватных начальных условий (заряза выходную координату сигнал (t) на выходе датчика тока (его форма повторяет форму изменения тока). Тогда замкнутая передаточная функция по управлению

Ф(s) (s)/Uo(s) -,

-j(

где не нарушая общности принято Кпр-КнХ Процесс изменения тока во времени в этом случае рлисывается выражением

Uj (/) Uo( 1 ), из которого видно, чтовы- ход тока на заданный уровень носит монотонный характер.

При большом () задаюшем сигнале в начальный период времени на выходе сумматора 4 (выход регулятора тока) ) больше, чем Um- Срабатывает компаратор 10 и управляемый переключатель 8 подключает выход суммирующего усилителя 7 к входу интегратора 9. В течение времени пока Upt(t)Um К нагрузке приложено максималь0 ное напряжение , а изменение ) на выходе интегратора 9 с высокой точностью повторяет изменение напряжения на выходе датчика тока 6. Равенство t/s(t) т(0 поддерживается за счет того, что последовательно включенные суммирующий

усилитель 7 и интегратор 9 охвачены общей обратной связью с выхода интегратора 9 на вход суммирующего усилителя 7. Этот контур астатический и имеет большую частоту среза (много большую, чем частота

0 контура стабилизации тока с пропорционально-интегральным регулятором), что и обеспечивает отслеживание входного (для этого контура) сигнала Uf,f(t). В момент, когда ошибка уменьшается до такого значения, что 6 р((0 становится меньше Um, срабатывает компаратор 10 и вход интегратора У

f , г r TT Tf tTwtj , О i r QDlJOlJU J

подключается.к схемы 2 сравнения. При этом в момент подключения интегратора 9 к схеме 2 сравнения на выходе интегратора 9 установлены требуемые начальные условия, адекватные значению тока

iii.v- j, - -

i(t), при котором произошло переключе40 i(t), при котором произошло переключе„., ,,,„.,,.-,, т По ттлл v/ п и о Э я П я НТ4ПР

ние структуры. Далее выход на заданное значение Uo плоской верщины импульса происходит при замкнутом контуре стабилизации тока с пропорционально-интегральным регулятором, а выход суммирующего усили теля 7 отключен от схемы.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовать такой режим работы, когда исключается заряд емкости до значения, превышающего значение заряда, соотcQ ветствующее установившемуся режиму (режиму стабилизации плоской вершины импульса тока). В то же время при переходе на нагрузку с другой индуктивностью надо перестроить только коэффициенты усилителя постоянного тока 3 и интегратора 9, т. е.

55 параметры пропорционально-интегрального регулятора. Никаких подстроек в зависимости от параметров регулятора для обеспечения адекватных начальных условий (заряv

да емкости в интегрирующей части 9 регулятора тока) в отличие от прототипа про водить не надо, так как астатический контур, образованный суммирующим усилителем 7 и интегратором 9, обеспечивает равенство у/)f;,() при любой скорости изменения (7дт(0. Начальные условия по скорости изменения сигналов и другим высшим производным для такого источника не имеют значения.

Формула изобретения

Источник питания электромагнита постоянного тока, содержащий управляемый выпрямитель с цепью отрицательной обратной связи из включенных последовательно датчика выходного постоянного тока, схемы сравнения, усилителя постоянного тока и

5

первого входа сумматора, к второму входу которого подключен выход интегратора, входом соединенного с выходом схемы сравнения, к второму входу которой подключен задатчнк тока, компаратор, вход которого подключен к выходу сумматора, отличаю- щийсятеы, что, с целью повышения удобства эксплуатации, в него введены суммирующий усилитель постоянного тока и управляемый переключатель, выход которого подключен к входу интегратора, управляющий вход -- к выходу компаратора, первый сигнальный вход - к выходу схемы сравнения, а второй сигнальный вход - к выходу суммирующего усилителя постоянного тока, к первому вхО;а.у которого подключен выход датчика выходного постоянного тока, а к второму входу -- выход интегратора.

Изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения - повышение удобства эксплуатации. Источник питания позволяет реализовать такой режим работы, когда исключается заряд емкости /ЕМ/ до значения, превышающего значение заряда, соответствующего установившемуся режиму. В то же время при переходе на нагрузку с другой индуктивностью надо перестроить только коэффициенты усилителя /УС/ постоянного тока и интегратора, т.е. параметры пропорционально-интегрального регулятора. Никаких подстроек в зависимости от параметров регулятора для обеспечения адекватных начальных условий /заряда ЕМ в интегрирующей части регулятора тока/ проводить не надо, так как аститический контур, образованный суммирующим УС и интегратором, обеспечивает равенство сигнала на выходе интегратора сигналу на выходе датчика тока при любой скорости изменения последнего. Начальные условия по скорости изменения сигналов и другим высшим производным для такого источника не имеют значения. 1 ил.

tM

Т

11