Магнитный функциональный преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G06G7/26 

(54) МАГНИТНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, в частности к нелинейным функциональным преобразователям. Известен функциональный преобразователь, выполненный на магнитных усилителях с использованием в качест ве задающего нелинейного элемента полупроводникового сопротивления 1 Такой функциональный преобразователь имеет мощность выходного сигнош достаточную для непосредственного использования в схемах промышленной автоматики.Недостатком этого преобразователя является ограниченный класс воспроизводимых функций. Наиболее близким к предлагаемому является магнитный функциональный npeo6pa3OBaTejfb, содержащий генератор управляющих импульсов и магнитный усилитель с последовательно соединенннмя выходными обмотками, общ «вывод которых через нагрузочный резистор соединен с первой клеммой источника питающего напряжения 2. Недостатком такого-преобразовате ля является невозможность воспроизведения других функциональных зависимостей, кроме квадратичной. При необходимости воспроизведенияиных зависимостей следует изменять форму напряжения одного из источников . Построение источников питания с формой напряжения, отличной от синусоидальной и прямоугольной, является сложной самостоятельной задачей. Цель изобретения - расширение класса воспроизводимых функций. Для достижения указанной цели в магнитный функциональный преобразователь, содержащий генератор управляющих импульсов, магнитный усилитель с последовательно соединенными выходными обмотками, общий вывод которйх через нагрузочныйрезистор соединен с первой клеммой источника питающего напряжения, введены выпрямительные элементы и цеПочкИ из последовательно соединенных шунтирующих резисторов и управляемых ключей, цепочки подключены параллельно выходным обмоткам магнитного усилителя, а выпрямительный элемент включен между второй клеммой источника питающего напряжения и свободным выводом соответствующей

выходной обмотки, управляющие входы управляемых ключей соединены с выходами генератора.управляющих импульсов . .. .

На фиг.1 показана общая структурная схема магнитного функционального преобразователя; на фиг,2 - форма кривой тока управления магнитного усилителя с самонаснщениём;на фиг.З вид проходной характеристики идеаль НЬГО магнитного усилителя с самонасыщением (кривая 1) и при введении импульсного шунтирования (кривая 2); на фиг. 4 - пример конкретной реади.зации преобразователя.

Магнитный функциональный преобразователь содержит магнитный усилитель 1, выпрямительные элементы 2 и 3, управляемые ключи 4-1.- 4п, шунтирующие резисторы 5„ , генератор 6 управляющих импульсов, источник питающего напряжения с клеммами 7, нагрузочный резистор 8. Магнитный усилитель 1 имеет выходные обмотки 9 и 10..

Магнитный функциональный преобразователь работает следующим образом. Нелинейная зависимость выходного сигнала магнитного усилителя, собранного по схеме с самонасыщением, от ЦГЩНоТЪ- сигнала йостигается путем осуществления режима импульсного шунтирования вентилей выходных обмоток усилителя . Импульсы управления та:ковы, что интервал отпирания шунтирующих ключей всегда меньше полупериода напряжения питания.

Поскольку предлагается использовать интервал шунтирования длительностью меньше полупериода, поскрльку уменьшается коэффициент усиления только на части проходной характе- ристики. Таким образом проходная характёрйстйка магнитного усилителя деф01 1ируется . Если участков шунтирования несколько, величины сопротивлений шунтирующих резисторов различны для разных участков, и проходной характеристикой магнитного ус йлйт ёЛя можно воспроизводить сложные функции с высокой точностью, но йе имеющие экстремумов.

Эффект местного уменьшения коэффициента усиления за Счетимпульсного шунтирования объясняется следующим образцом. Зависимость выходного напряжения от угла насыщения для магнитного усилители с самонасьадением выражается уравнением

/тт И т -У

НсЕ RM,

i )+

()

и.„(1

н

/г

W,

уу

и - напряжение на нагрузочном

резисторе;

fj - КПД, рабочей цепи; амплитуда прямоугольного

напряжения питания; d - УГОЛ насьащения сердечника; величина коэрцитивной силы

-динамической петли гистерезиса;Z - длина средней силовой линии

сердечника; Кц- сопротивление нагрузочного

резистора 8;

Wp- число витков выходной обмот Зависимость величины тока управления от угла насыщения выражается уравнением

- ± J. Нс-т I , , а(

(1),(2

v W

. где величина коэрцитивной силы

статическойпетли гистерези Магнитный усилитель дроссельного типа описывают выражением

(3)

I, W

I

w

н р где 1ц - ток нагрузки. . .

Поскольку при глубоком шунтировании вентилей рабочих обмоток магнитный усилитель с самонасЕ-йце.нием превращается в усилитель дроссельного., типа, то, следовательно, приращение тока управления в интервале шунтирования отвечает уравнению (3) В режиме Возбуждения величина тока управления не зависит от наличия интервалов шунтирования и по-прежне определяется величиной коэрцитивной силы динамической петли гистерезиса (первое слагаемое правой, части второго выражения).

. Если интервал шунтирования занимает часть полупериода управления так, что начинается при oi, а заканчивается при окончании полупериода (при п iJTr- ) , -то кривая тока управления принимает вид, показанный на фиг.26, из которой видно, что при изменении угла насыщения в зоне интервала шунтирования приращения тока Управления значительно больше, чем приращения тока управления при изменении угла насыщения в интервал без шунтирования. Следовательно, в рассматриваемом примере коэффициент усиления магнитного усилителя 1 имеет различную величину участков проходной характеристики.

Функциональный преобразователь, выполненный на,базе магнитного усилтеля с самонасыщением в режиме (см. фиг.2,б) при условии свободных четных гармоник описывается выражением

(i-S 4- - :i1rc2W,

Vwl

Л-л

()

Т

где К и К - коэффициенты, определяемые выражением

а

(5)

(Ul) 1

г +V

Р лр

где г - сопротивление выходной обмотки 9;

r - сопротивление прямое цепи вентиль-шунтирующий резистор;,- обратное сопротивление

ОТр

этой цепи. При определении К считать ключ закрытым, при определении К считать ключ открытым.

Использование группы управляемых . ключей 4 - 4п с резисторами 5„ позволяет при соответствующем управ1лении иметь, на разных интервалах полупериода питания разные величины шунтирующих сопротивлений, и следовательно, на разных участках проходной характеристики преобразователя разные коэффициенты усиления.

Аналоговый функциональный преобразователь в течение одного полупериода питающего напряжения работает следующим образом (см.фиг.4), .

С началом первого полупериода сердечник А начинает намагничиваться, с,ердечник Б - размагничиваться. Выпрямительный элемент 2 открыт, выпрямительный элемент 3 и управляемый ключ 4 закрыты. В обмотке управления устанавливается ток, равный

ki

(Ь)

W,,

При наступлении момента насыщения t w сердечникНасыщается. Изме. нение индукции в сердечнике А прекращается. Ток в цепи управления определяется процессом размагничивания сердечника Б по статической петле гистерезиса

Ис

-С-).

oLr

При наступлении t,y

с выхода

U)

генератора б на управляемый ключ 4 поступает отпирающий импульс, ключ 4 открывается, шунтируя закрытый до вентиль 3,

Изменение индукции в сердечнике Б прекращается. По рабочей обмотке сердечника Б начинает протекать ток, величина которого определяется отношением сопротивлений рабочих цепей сердечником А и Б (если они равны, то равны и рабочие токи) . В .соответствии с законом полного тока в цепи управления устанавливается ток в.еличиной

W ou

i ( H

в следующем полупериоде процессы повторяются, только соердечники А

и Б меняются ролями. Величина среднего за период тока управл ения определяется выражением (4) .

В качестве генератора 6 управляющих импульсов может быть использован .высокостабильный мостовой элемент Ильина.

Перестройка генератора (регулирование длительности импульсов шунтирования) , перестройка шунтирующих цепей (регулирование глуби пл шуйтирования) достигается измененкем величин соответствующих сопротивлений. Изменение глубины шунтирования, длитель;ностй интервалов шун5тирования позволяют моделировать широкий класс функций, описываемых как монотонные, функции без экстремумов.

20

Формула изоб ретения

Магнитный функ1гиональяый преобразователь , содержащий.генератор управляющих импульсов и магнитный усилитель с последовательно соединенными выходными обмотками, общий вывод котррлх через нагрузочный, резистор соединен с первой soieNMoA источника пита ющбгб напряжения, о т личающийся тем, что, с целью расширения класса воспроизводимых функций, он содержит вьотрями- тельные элементы и цепочки из последовательно соединенны: шунтирующих резисторов и управляемых ключей, цепочки подключены параллельно вы- ходным обмоткам магнитного усилителя, а каждый выпрямительный элемент влючен мезкду второй клеммой источника питд,кадего напряжения и пзвобод1;ым выводе соответствующейвыходной обмотки, управлякадиё входы управляемых ключей соединены с выходаГ(Ш генератора управлятощих импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

.2. Авторское .свидетельство СССР №543950, кл. G Об G 7/20, 1977 (прототип) .

.. - V -

,,.

737962

.

Фиг2 L- , ,. 1 .-J: CM

Фцг.4

(It)

ш-fc

iu.

Фиг.З п T--S7--- -ir«if l.. ill