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

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

Цель изобретения - повышение надежности работы стабилизатора.

На фиг.1 представлена блок-схема стабилизатора постоянного тока; на фиг.2 - эпюры напряжений в некоторых характерных точках устройства.

Стабилизатор тока содержит силовой регулятор 1, источник 2 опорного тока нагрузку 3, усилитель 4 постоянного тока и датчик 5 тока, который имеет магнитомоду- ляционный узел, включающий дополнитель- ный магнитопровод 6 и рабочий магнитопровод 7 с намотанной на нем обмоткой 8 возбуждения. На сборку дополнительного 6 и рабочего 7 магнитопроводов намотаны измерительная 9 и компенсационная 10 обмотки. В состав датчика 5 тока

входит также генератор возбуждения, включающий бесконтактный ключ 11 переменного тока, блок 12 управления, конденсатор 13 и дополнительный резистор 14, Кроме того, датчик 5 тока содержит резистор 15 и демодулятор 16.

Стабилизатор тока включает также силовой трансформатор 17 с первичной 18 и вторичной 19 обмотками, мостовой выпрямитель 20, делитель 21 напряжения, компаратор 22 напряжений, источник 23 опорного напряжения, усилитель-формирователь 24 импульсов и дополнительный конденсатор 25, Первичная обмотка 18 силового трансформатора 17 подключена к зажимам 26 и 27 для подачи переменного напряжения питания.

Измерительная обмотка 9 через нагрузку 3 соединена с выходом силового регулятора 1. Компенсационная обмотка 10 подключена к источнику 2 опорного тока.

Управляющий вход силового регулятора 1 подключен через усилитель 4 постоянного тока к выходу демодулятора 16, входные выводы которого подключены к потенциальным выводам резистора 15.

Первые выводы резистора 15, дополнительного резистора 14, дополнительного конденсатора 25 и вторичной обмотки 19 объединены с первым выводом переменного тока мостового выпрямителя 20, с его вторым выводом переменного тока объединены вторые выводы вторичной обмотки 19 и дополнительного конденсатора 25 и первый вывод бесконтактного ключа 11 переменного тока. Второй вывод бесконтактного ключа 11 переменного тока соединен с первым выводом конденсатора 13. Вторые выводы конденсатора 13 и дополнительного резистора 14 объединены с первым выводом обмотки 8 возбуждения, второй вывод этой обмотки соединен с вторым выводом резистора 15.

Управляющий вход бесконтактного ключа 11 подключен к выходу блока 12 управления. Вход блока 12 управления через усилитель-формирователь 24 подключен к выходу компаратора 22 напряжений, входы которого подключены соответственно к источнику 23 опорного напряжения и выходу делителя 21 напряжения. Входные выводы делителя 21 напряжения подключены к выводам постоянного тока мостового выпрямителя 20.

Стабилизатор работает следующим образом.

Стабилизируемый ток н, вырабатываемый силовым регулятором 1, протекает по измерительной обмотке 9 с числом витков WH и создает у магнитопроводов 6 и 7 намагничивающую силу (н.с.) IHWH. Опорный ток Ion, вырабатываемый источником 2 опорного тока, протекает по компенсационной обмотке 10 с числом витков WK и создает в тех же элементах н.с. lonWK. При этом указанные н.с. направлены навстречу друг другу.

При отклонении тока н от требуемого значения на мэгнитопроводы 6 и 7 действует н.с. Alw lonWK - HWH, что вызывает появление на выходе демодулятора 16 (т.е. на выходе датчика 5 тока) напряжения 1)д соответствующей величины и полярности.

Выходное напряжение демодулятора 16 после усиления усилителем 4 постоянного тока поступает на управляющий вход силового регулятора 1. Под действием этого сигнала ток н в нагрузке 3 изменяется до тех пор, пока разбаланс н.с. не уменьшится до величины действующего в контуре регулирования рассогласования. В стационарном режиме состояние стабилизатора описывается соотношением lonWK - - , где Д lwA - величина действующего рассогласования н.с., откуда IH lonwK/wH - - AlwA/wH.

При большом усилении в контуре авторегулирования статической погрешностью стабилизатора AlwA/wH можно пренебречь

вследствие ее малости, тогда IH lonWK/wH. Рассмотренная работа стабилизатора тока в целом базируется на определенных свойствах датчика 5 тока: величина и полярность его выходного напряжения Уд соответствуют величине и знаку разбаланса н.с. Alw.

Рассмотрим работу элементов и узлов стабилизатора, обеспечивающих указанные свойства датчика 5 тока. Напряжение (мгновенное значение см. на фиг.2а) на вторичной обмотке 19 силового трансформатора 17 (а также на дополнительном конденсаторе 25) U UmSin v, где Dm - амплитуда напряжения вторичной обмотки v - о) I.

Это напряжение выпрямляется выпрямителем 20 и поступает на вход делителя 21 напряжения. Напряжение Uac выхода делителя 21 напряжения, равное Ua Кдит Isln v I, где Кд - коэффициент передачи

делителя 21 напряжения, поступает на один из входов компаратора 22 напряжений, на другой вход которого поступает опорное напряжение Uon от источника 23 опорного напряжения (фиг.2б, здесь показано также

напряжение U0n. поступающее на второй вход компаратора 22). На интервале углов vi - V2 (V3 - 14 ...) напряжение Ud Uon, a при этом условии на выходе компаратора 22 формируется положительное напряжение

UK (фиг.2в). Под действием фронтов импульсов UK, поступающих на вход усилителя формирователя 24 импульсов, на его выходе в моменты времени, определяемые углами V1,V3,V5... появляются импульсы Уф

(фиг.2г), которые через блок 12 управления производят включение бесконтактного ключа 11 переменного тока в указанные моменты времени.

Угол включения vi бесконтактного ключа 11 определяют из соотношения KAUmsin vi Uon. Напряжение Ui на вторичной обмотке 18 в момент включения бесконтактного ключа 11 составляет Ui Um sin vi, откуда с учетом предыдущего соотношения следует

Ui Uon/KA.

Аналогично напряжение из на вторичной обмотке 18 в момент включения бесконтактного ключа 11, соответствующий углу V3, составляет Us -Uon/Кд.

Таким образом, при приближенном рассмотрении работы магнитомодуляционного узла можно считать, что обмотка 8 возбуждения с последовательно соединенными с ней конденсатором 13 и резистором 15 с помощью бесконтактного ключа 11 подключается к напряжению Uon/Кд, затем через половину периода частоты возбуждения к напряжению -Uon/Кд, затем через половину периода снова к напряжению Uon/Кд и т.п. Приближение состоит в том, что на самом деле после включения бесконтактного ключа 11 напряжение, приложенное к цепи элементов 13-8-15, не остается постоянным, а изменяется. Однако так как длительность перезаряда гп конденсатора 13 относительно мала(тп 0,1 Т, где Т- период частоты возбуждения), то такое приближение допустимо.

При периодической подаче на обмотку 8 возбуждения напряжения +и0п/Кд через конденсатор 13 и резистор 15 в цепи этой обмотки (индуктивность этой обмотки нелинейна) формируются импульсы тока положительной и отрицательной полярности, обладающие следующими свойствами, при отсутствии подмагничивания рабочего маг- нитопровода 7 (т.е. при А Кч 0)ппложитоль- ные и отрицательные импульсы тока равны по амплитуде и одинаковы по форме вслед ствие симметрии кривой намагничивания, при подмэгничивании рабочего магнито- провода 7 (т.е. при Д lw 0) симметрия н зру- шается, соответственно, изменяются параметры импульсов, причем в разной степени для положительных и отрицтальных (в зависимости от направления подмл ничи- вания, т.е. от знака ulw). Этими же свойствами обладают и импульсы напряжения на резисторе 15. Импульсы напряжения с резистора 15 поступают на вход демодулятора 16. Демодулятор 16 осуществляет преобразование этих импульсных сигналов, при котором величина и полярность постоянной составляющей его выходного напряжения соответствуют величине и знаку разбаланса н,с. Д lw.

Из приведенного слрдует, что датчик 5 тока обладает требуемыми свойствами.

Делитель 21 напряжении предназначен для снижения уровня напряжения, подводимого к входу компаратора 22 напряжений, до допустимой величины. Его коэффициент передачи Кд определяют из условия KflUn UBX доп. где Un - амплитуда напряжения на вторичной обмотке 19; UBx доп - допустимое входное напряжение для применяемого типа компаратора напряжений.

Подключение делителя 21 напряжения к выходу мостового выпрямителя 20 обеспечивает работу последнего при высоком уровне напряжения, что, в свою очередь,

обеспечивает повышение стабильности уровней Ui и из напряжения, подводимого к цепи: конденсатор 13 - обмотка 8 возбуждения - резистор 15 (так как относительная погрешность преобразования, обусловлен0 ная изменением параметров вентилей выпрямителя, уменьшается с увеличением уровня переменного напряжения).

Дополнительный резистор 14 служит для облегчения включения бесконтактного

5 ключа 11 переменного напряжения, если последний выполнен на базе тиристоров. Как известно, включение тиристора на индуктивную нагрузку затруднено, для надежной работы требуется широкий импульс управ0 ления и пр. Включение резистора 14 обеспечивает протекание тока через тиристоры такого ключа сразу после подачи импульсов управления и если величина резистора 14 такова, что этот ток немногим больше тока

5 удержания тиристора, то обеспечивается надежный запуск такого ключа, при этом влиянием резистора 14 на процессы в обмотке 18 можно пренебречь.

Дополнительный конденсатор 25 ослаб0 лчет влияние активных сопротивлений и ин- ЛУЧТИЬНОСТИ рассеяния трансформатора 17 на импульсные процессы в цепи возбуждения 1агнитомодуляционного узла.

Таким образом, предлагаемый стабили5 затор характеризуется отсутствием даже потенциальной возможности возникновения нежелательных процессов, подобных опрокидыванию инверторов, что обеспечивает повышение надежности его работы.

0

Формула изобретения Стабилизатор постоянного тока, содержащий источник опорного тока, датчик тока, усилитель постоянного тока и силовой регу5 лятор, соединенный с выводами для подключения нагрузки через датчик тока, который выполнен на основе резистора, демодулятора, генератора возбуждения, включающего в себя блок управления и кон0 денсатор, а также магнитомодуляционного узла, включающего в себя дополнительный магнитопровод и рабочий магнитопровод с намотанной на нем обмоткой возбуждения, а компенсационная и измерительная обмот5 ки намотаны на сборке дополнительного и рабочего магнитопроводов, при этом компенсационная обмотка подключена к источнику опорного тока, а измерительная - к входным выводам датчика тока, потенциальные выводы резистора которого подключены к входным выводам демодулятора, выход которого через усилитель постоянного тока подключен к управляющему входу силового регулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, в него введены силовой трансформатор с первичной и вторичной обмотками, мостовой выпрямитель, делитель напряжения, компаратор напряжений, источник опорного напряжения, усилитель-формирователь импульсов и дополнительный конденсатор, а генератор возбуждения снабжен дополнительным резистором и бесконтактным ключом переменного тока, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления, вход которого через усилитель-формирователь импульсов подключен к выходу компаратора напряжений, входы которого подключены соответственно к источнику опорного напряжения и выходу делителя напряжения; входные выводы которого подключены к выводам постоянного тока массового выпрямителя, первые выводы резистора, дополнительного резистора, дополнительного конденсатора и вторичной

обмотки силового трансформатора соединены с первым выводом переменного тока мостового выпрямителя, с вторым выводом переменного тока которого объединены вторые выводы вторичной обмотки силового

трансформатора, дополнительного конденсатора и первый вывод бесконтактного ключа переменного тока, второй вывод которого соединен с первым выводом конденсатора, вторые выводы конденсатора и дополнительного резистора соединены с первым выводом обмотки возбуждения, второй вывод которой соединен с вторым выводом резистора, первичная обмотка силового трансформатора подключена к выводам для подключения источника питающего напряжения переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам тока большой силы. Цель изобретения - повышение надежности в работе. Устройство работает по компенсационной схеме автоматического регулирования. Датчик тока содержит маг- нитомодуляционный узел определенной конструкции, генератор возбуждения, резистор, демодулятор. В устр-во введены силовой трансформатор, мостовой выпрямитель, источник опорного напряжения, усилитель-фор- мирователь импульсов. Это позволяет устранить нежелательное явление опрокидывания инверторов силовой цепи устр-ва 2 ил.

Фиг.1

u

a

) v ( .}

, A|A 1Л Л I

Цф

t

i

JL-JL.

фиг.2