Стабилизатор постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК G05F1/56 

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

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования в сторону больших токов.

На фиг-. 1 приведена блок-схема предложенного стабилизатора постоянного тока; на фиг. 2 - один из вариантов исполнения устройства; на фиг. 3 - блок-схема коммутатора переменного тока; на фиг. 4 - статические характеристки магнитомодуляционного узла описываемого устройства(кривая 1)и изве-, стного устройства (кривая 2.); на фиг. 5 - начальные участки соответствующих характеристик. В обоих случаях (кривая 1 и кривая 2) ImbWb 5 кА витков.

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

ю

N VJ

ния и имеет зажимы 13, 14 для подачи постоянного напряжения питания

В состав датчика 4 тока входят также трансформатор 15 тока, выполненный на магнитопроводе 16 и имеющий первичную 17 и вторичную 18 обмотки, конденсатор 19. демодулятор 20, дифференциальный усилитель 21, регулятор 22 постоянного тока, коммутатор 23 переменного напряжения и резистор 24. Коммутатор 23 переменного напряжения имеет входные выводы 25, 26 и выходные 27, 28.

Обмотка 8 возбуждения подключена к выходу генератора 12 возбуждения через последовательно включенные конденсатор 19 и первичную обмотку 17 трансформатора 15 тока. Вторичная обмотка 18 последнего подключена ко входу демодулятора 20, выходные выводы которого подключены к соответствующим входам дифференциального усилителя 21. Регулятор 22 постоянного тока подключен управляющим входом к выходу дифференциального усилителя 2 1. Выходные выводы регулятора 22 постоянного тока один непосредственно, а другой через компенсационную обмотку 10 подключены к выходным зажимам датчика 4 тока.

Управляющий вход коммутатора 23 переменного напряжения подключен к выходу блока пуска силового регулятора 1.

Управляющий вход силового регулятора 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 сравниваются однородные величины: эталонный ток и ток компенсации, протекающий через компенсационную обмотку 10. В случае использования в качестве источник 3 опорного сигнала источника опорного напряжения в блоке 2 осуществляется преобразование тока компенсации в пропорциональное ему напряжение, которое затем сравнивается с опорным напряжением источника 3.

Дополнительная обмотка 9 подключена к входным выводам 25 и 26 коммутатора 23 переменного напряжения, к выходным выводам 27 и 28 которого подключен резистор 24. В варианте стабилизатора по п. 2 выходные выводы 27 и 28 коммутатора 23 переменного напряжения один через резистор 24, а другой непосредственно соединены соответственно с зажимами 14 л 13 для подачи постоянного напряжения питания на генератор 12 возбуждения.

Представленный на фиг. 3 вариант выполнения коммутатора 23 переменного напряжения состоит из оптоэлектронного ключа 29 переменного напряжения, мостового выпрямителя 30 и одновибратора 31, Выводы переменного тока мостового

выпрямителя 30 подключены к входным выводам 25, 26 коммутатора 23 переменного напряжения через оптоэлектронный ключ 29 переменного напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу одновиб0 ратора 31. Вход запуска одновибратора 31 подключен к управляющему входу коммутатора 23 переменного напряжения, к выходным выводам последнего подключены выводы постоянного тока мостового выпря5 мителя 30.

Статическая характеристика магнито- модуляционного узла представляет собой зависимость (lMWn) где 1)д - напряжение на выходе демодулятора 20, - ток

0 в измерительной обмотке 11, WM - число витков обмотки 11 (статическая характеристика магнитомодуляционного узла снимается при разомкнутом контуре авторегулирования).

5Блок 23 обеспечивает подключение резистора 24 к дополнительной обмотке 9 с некоторой задержкой относительно момента пуска силового регулятора 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 регулятором 22 постоянного 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 появ-- ляется управляющий сигнал, который посту- пает на управляющий вход силового регулятора 1. Под действием этого сигнала

0 ток нагрузки изменяется до тех пор, пока величина разбаланса токов 1ЭТ и к не уменьшится до пренебрежимо малого значения, равного величине действующего рассогласования замкнутого контура стабилизации.

5Ток нагрузки н, протекая 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, протекая 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 подвергаются намагничиванию по лем постоянного тока (т. е. UWK 0).

С выхода генератора 12 возбуждения переменное напряжение возбуждения пря моугольной формы поступает к цепи, содер жащей последовательно включенные обмотку 8 возбуждения, первичную обмотку 17 трасформатора 15 тока и конденсатор 19. Параметры указанных элементов и режима генератора 12 возбуждения выбираются так, чтобы амплитуда тока возбуждения lm ь удовлетворяла ранее приведенному условию:

lm.BWB

ИНОМ

,Wn.

Заметим, что ток возбуждения формируется в процессе перезаряда конденсатора 19 через нелинейную индуктивность обмотки 8 возбуждения. Кроме того, ввиду трансформаторной связи между обмотками 8 и 9 через магнитопровод 7 на процесс формирования тока возбуждения оказывает влияние резистор 24, подключенный через коммутатор 23 переменного тока к дополнительной обмотке 9. Укажем, что при пуске силового регулятора 1 на управляющий вход коммутатора 23 переменного напряжения поступает сигнал, обеспечивающий задержку включения резистора 24 к обмотке 9 на некоторое время по отношению к моменту пуска силового регулятора 1. По истечении времени задержки коммутатор 23 переменного напряжения подключает резистор 24 к обмотке 9, так что в стационарном режиме работы стабилизатора обмотка 9 нагружена на резистор 24.

При отсутствии подмагничивания маг- нитопроводов б и 7 полем постоянного тока (1н Л/и-1к Л/к 0) положительные и отрицательные импульсы тока, формирующиеся в цепи обмотки 8 возбуждения, имеют одинаковую форму и равны по амплитуде (вследствие симметрии кривой намагничивания рабочего магнитопровода 7). Эти импульсы тока через трансформатор 15 тока поступают на вход демодулятора 20. Ввиду идентичности положительных и отрицательных импульсов, подводимых к демодулятору 20, напряжение на его выходе равно нулю, управляющее воздействие на выходе дифференциального усилителя 21 не изменяется и выходной ток регулятора 22 постоянного тока также не изменяется. Это

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

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

магнитопровод 7 и магнитный экран б под- магничиваются полем постоянного тока, Причем направление подмагничивания зависит от знака разбаланса. Н. с. IBWB, создаваемая током возбуждения, знакопеременна, поэтому в один из полупериодов возбуждения 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 насыщается (или остается в насыщении), индуктивность обмотки 8 возбуждения уменьшается во много раз (или мала), что приводит к резкому

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

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

IBK AIW/WB.

Таким образом, при Д IW 0 положительные и отрицательные импульсы тока, формирующиеся в цепи обмотки 8 возбуждения, имеют разную форму и отличаются по амплитуде. Эти импульсы через трансформатор 15 тока поступают в демодулятор 20. на выходе которого появляется напряжение сигнала разбаланса. Его величина и знак определяются соответственно величиной и знаком ДIW. Это напряжение, усиленное дифференциальным усилителем 21, воздействует на-управляющий вход регулятора 22 постоянного тока, вследствие этого воздействия ток к изменяется до тех пор, пока разбаланс ампервитков ДIW не уменьшится до пренебрежимо малого значения, равного величине действующего рассогласования замкнутой следящей системы.

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

.

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

.

Эти два соотношения описывают статическое состояние стабилизатора, откуда:

.

Магнитный экран 6 в значительной степени увеличивает индуктивность компенся ционной обмотки 10, что обеспечивает существенное ослабление в выходном тгкс датчика 4 переменных составляющих, трансформируемых из обмотки 8 возбужде ния. Кроме того, через магнитный экран 6 осуществляется прямая магнитная связь между измерительной обмоткой 11 и обмоткой компенсации 10. Поэтому при относи тельно небольшом суммарном активном сопротивлении Ry в цепи обмотки компенсации 10 происходит трансформация (практически без искажений) переменной составляющей тока нагрузки на вход измерительно-усилительного блока 2, что обеспечивает высокие динамические пока затели стабилизатора.

Как уже отмечалось, в момент пуска силового регулятора на управляющий вход коммутатора 23 переменного напряжения 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 статическая характеристика магнитомоду- ляционного 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 статическая характеристика не имеет мертвой зоны (кривая 1 на фиг, 5), что обеспечивает работу стабилизатора с малой статической ошибкой при больших н. с. ьоз- буждения т eWB. Диапазон регулирования тока стабилизатора прямо связан с величиной н. с. возбуждения. Если I I Im.eWe I, ввод стабилизатора в режим не гарантируется. Средства, позволяющие увеличить н. с. возбуждения (разумеется, без ухудшения метрологических характеии- стик магнитомодуляционного узла), обеспечивают расширение диапазона регулирования сталибилизатора, С помощью описанных средств указанная цель достигается.

Кратко рассмотрим работу коммутатора 23 переменного напряжения (фиг. 2).

При пуске силового регулятора 1 на вход запуска одновибратора 31 поступает сигнал, который переводит одновибрзтор 31 во временно устойчивое состояние В этом состоянии на управляющий вход опто- электронного ключа 29 ток не поступает и ключ 29 находится в выключенном состоянии: переменное напряжение с обмотки 9 не поступает на выводы переменного тока мостового выпрямителя 30.

После перехода однопибратора 31 в ждущее состояние на управляющий вход ключа 29 поступает ток чпроз замкнутый теперь ключ 29 переменное напряжение с

обмотки 9 поступает на мостовой выпрямитель 30. Постоянное напряжение с выхода выпрямителя 30 через резистор 24 посту- пяет на зажимы для подачи напряжения питания на генератор возбуждения 12 одно0 временно с напряжением питания от специального источника. При этом обмотка 9 нагружается, что приводит к устранению искажений начального участка статической харя ктер и стики магнитомодуляционного

5 узла Кроме того, обмотка 9 нагружается полезной нагрузкой, при этом уменьшается мощность, потребляемая генератором возбуждения 12 от специального источника пи глния.

0Формула изобретения

1. Стабилизатор постоянного тока, содержащий силовой регулятор с блоком пус- ка соединенный через датчик тока с клеммами для подключения нагрузки, при5 чем управляющий вход силового регулятора 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 возбуждения с зажимами для подачи постоянного напряжения питания, конденсатора, демодулятора, дифференциального усилителя, регулятора постоянного тока и магнитомо5 дуляционнско узла, включающего в себя магнитный экран, рабочий магнитопровод с обмоткой возбуждения, помещенный в магнитный экран, измерительную и компенсационную обмотки, намотанные поверх

0 магнитного экрана, при этом измерительная обмотка подключена к входным зажимам датчика тока, выходные выводы рв улятора постоянного тока один непосредственно, а другой через компенсацион5 ную обмотку подключены к выходным зажимам датчика тока, управляющий вход регулятора постоянного тока подключен к выходу дифференциального усилителя, входы которого подключены ксо0 ответствующим выходам демодулятора, о т- л и чающийся тем. что. с целью расширения диапазона регулирования в сторону больших токов, в него введены трансформатор тока, коммутатор переменного напря5 жения и резистор, а рабочий мя нитопровод магнитомодуляционного узла снабжен дополнительной обмоткой, которая подключена к входным выводам коммутатора переменного напряжения, к вы одным выводам кгторого -подключен резистор, а куправляющему входу выход блока пуска кро ме того, обмотка возбуждения через последовательно соединенные конденсатор и первичную обмотку трансформатора тока подключена к выходу генератора возбуждения, а вторичная обмотка трансформатора тока подключена ко входу демодулятора

2. Стабилизатор по п. 1,отличающий с я тем, что выходные выводы коммутатора переменного напряжения, один непосредственно, а другой через резистор подключены к соответствующим зажимам для подачи постоянного напряжения питания на генератор возбуждения, при этом

коммутатор переменного напряжения выполнен на основе оптоэлектронного ключа переменного напряжения, одновибратора и мостового выпрямителя, выводы переменного тока которого подключены к входным выводам коммутатора переменного напряжения через оптоэлектронный ключ переменного напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу одновибра- тор, вход запуска которого подключен к управляющему входу коммутатора переменного напряжения, а его выходные выводы подключены к выводам постоянного тока мостового выпрямителя.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к стабилизированным источникам тока большой силы. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования в сторону больших токов. Устр-во выполнено по схеме регулятора компенсационного типа с целью обратной связи. При этом датчик тока выполнен на базе генератора возбуждения, конденсатора, демодулятора, дифференциального усилителя, регулятора постоянного тока и магнитомо- дуляционногр узла Последний содержит магнитный экран, рабочий магнитопровод с обмоткой возбуждения, помещенный в магнитный экран, измерительную и компенсационные обмотки, намотанные на этот экран Цель достигается тем, что в устр-во введены трансформатор тока, коммутатор переменного напряжения и резистор, а рабочий магнитопровод снабжен дополнительной обмоткой, а также определенным построением схемы коммутатора-перемен- ного тока. Обеспечивается малая статическая ошибка устройства при больших намагничивающих силах возбуждения. Диапазон регулирования расширяется. 1 з. п. ф-лы, 5 ил. е

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