Устройство для подавления пульсацийпОСТОяННОгО TOKA Советский патент 1981 года по МПК H02M1/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике в частности к источникам питания постоянного напряжения (тока). В настоящее время для экспериментальной ядерной физики, ускорительной техники и ряда других областей науки и техники необходимы источники постоянного напряже ния (тока) на максимальные тики в нагрузке единицы-десятки килоампер, регулируемые в широком диапазоне. При этом одним из главных требований к источникам является низкий уровень пульсаций напряжения (тока) на нагрузке ( меньше). Известно устройство для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выпрямителя, которое содержит электромагнитный умножитель частоты с выходной обмоткой и обмоткой возбуждения, а также фильтр, вход которого подключен к выходным клеммам выпрямителя, а выход фильтра соединен с цепью, состоящей из выходной обмотки умножителя частоты и цепи нагрузки, причем обмотка возбуждения подсоединена к входным клеммам выпрямителя 1. Однако при больших токах нагрузки (сотни ампер - десятки килоампер) из-за насыщения магнитопровода умножителя частоты эффективность действия устройства снижается; не обеспечивается подавление составляющих спектра пульсаций, частота которых не кратна периодичности выпрямителя/ эффективность действия устройства снижается также при глубоком регулировании выпрямленного напряжения в выпрямителях с фазовым регулированием. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, которое содержит компенсирующий трансформатор с первичной и вторичной обмотками, усилитель мощности, предварительный усилитель и цепь коррекции. Первичная обмотка трансформатора подключена к выходу усилителя мощности, а его вторичная обмотка включена последовательно с нагрузкой. В диапазоне больших токов нагрузки (единицы - десятки килоампер) сердечник выходного трансформатора этого устройства работает в режиме очень сильного подмагничивания постоянным током, что обуславливает значительное увеличение габаритов и массы сердечника. Кроме того, такой трансформатор является источником относительного больших рассеянных магнитных полей. В ряде случаев вблизи физических установок недопустимо размещение устройств, содержащих больщие количества ферромагнитных материалов, а также устройств, являющихся источниками сильных рассеянных магнитных полей. Так как трансформатор непосредственно связан с сильноточными токоведущими шинами, подводящими ток к нагрузке, значительное удаление его от нагрузки вызывает удлинение токоведущих щин. Увеличение протяженности токоведущих щин вызывает, в свою очередь, увеличение расхода меди, увеличение объема занятого рассеянными магнитными полями, увеличение потерь мощности. Таким образом наличие больщого количества ферромагнитных материалов и существование сильных рассеянных магнитных полей вблизи нагрузки являются недостатками, ограничивающими его использование в экспериментальной ядерной физике 2. Цель изобретения - уменьщение количества ферромагнитных материалов, а также уменьшение рассеянных магнитных полей вблизи питаемой .установки. Указанная цель достигается тем, что трансформатор известного устройства снабжен дополнительной обмоткой, которая через первый датчик тока и развязывающий LC-фильтр подключена к выходу регулятора постоянного тока. Управляющий вход этого регулятора соединен с выходом измерительно-усилительного устройства. Сигнальный в,ыход первого датчика тока подсоединен к инвертирующему входу измерительно-усилительного устройства, а неинвертирующий вход измерительно-усилительного устройства подключен к сигнальному выходу второго датчика тока, включенного последовательно с нагрузкой в цепь вторичной обмотки компенсирующего трансформатора. На чертеже показана схема устройства. Устройство содержит компенсирующий трансформатор 1, усилитель 2 мощности, предварительный усилитель 3, цепь 4 коррекции, нагрузку 5, второй датчик б тока, вторичную обмотку 7 выходного трансформатора, первичную обмотку 8 выходного трансформатора, дополнительную обмотку 9 выходного трансформатора, развязывающий LC-фильтр 10, первый датчик 11 тока, регулятор 1-2 постоянного тока, измерительно-усилительное устройство 13, входные зажимы 14 и 15 для подключения источника постоянного тока, выходные зажимы 16 и 17 для подключения нагрузки. Устройство работает следующим образом. Регулятор 12 постоянного тока , на управляющий вход которого поступает сигнал с выхода измерительно-усилительного устройства 13 регулирует величину тока IO,B цепи дополнительной обмотки 9. Так как на один из входов устройства 13 поступает сигнал с первого датчика 11 тока, а на другой со второго датчика 6 тока, то значение тока Iв нагрузке 5 обусловливает величину тока 1окВ цепи дополнительной обмотки 9. Соответствующий выбор параметров датчика 6, I1и настройка измерительно-усилительного устройства 13 обеспечивает для всего рабочего диапазона токов нагрузки выполнение условия WW4 1,, где W 2- число витков вторичной обмотки 7; WQ, - число витков дополнительной обмотки 9; IOH OK-соответственно постоянные токи в нагрузке 5 и в дополнительной обмотке 9. Практически это означает, что сердечник трансформатора 1 работает без постоян-г ного подмагничивания. Параметры регулятора 12 постоянного тока выбраны таким образом, что в цепи дополнительной обмотки 9 переменные токи пренебрежимо малы. Кроме того, развязывающий LC-фильтр 10 настроен на частоту наиболее интенсивной составляющей пульсаций и повыщает выходное сопротивление регулятора на этой частоте. Эти меры необходимы для уменьщения мощности переменного тока. Отбираемой от усилителя 2 мощности. Переменная составляющая с выходных зажимов 16 и 17 устройства через цепь 4 коррекции и предварительный усилитель 3 поступает на вход усилителя 2 мощности, нагрузкой которого служит первичная обмотка 8 выходного трансформатора 1. Переменное напряжение, индуцируемое на вторичной обмотке 7, повторяет форму и величину напряжения пульсаций на входных зажимах 14 и 15 и направлено ему навстречу. Переменная составляющая на выходных зажимах 16 и 17 устройства равна разности этих напряжений. Большое усиление в усилительном тракте и соответствующее качество его частотно-фазовой характеристики обеспечивает эффективное подавление переменной составляющей на нагрузке. Трансформатор - работает без постоянного подмагничивания, что позволяет у.меньщить его габариты и массу. Сердечник трансформатора в этом случае выполнен без намагнитного зазора, что позволяет уменьшить до пренебрежимо малого значения и поля рассеяния. Формула изобретения Устройство для подавления пульсаций постоянного тока, содержащее компенсирующий трансформатор, вторичные обмотки которого включены между одним из зажимов для подключения источника постоянного тока и одним из зажимов для подключения нагрузки, а первичная соединена с выходом усилителя мощности, вход которого подключен непосредственно к выходу предварительного усилителя, а входы предварительного усилителя через цепь обратной связи подключены к выходным зажимам, отличающееся тем, что, с целью уменьшения количества ферромагнитных материалов, а также уменьшения рассеяния магнитных полей вблизи нагрузки, компенсируюш,ий трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, которая через первый датчик тока и 4)азвязывающий LC-фильтр подключена к выходу регулятора постоянного тока, управляюш,ий вход которого соединен с выходом измерительно-усилительного устройства, сигнальный выход первого датчика тока подсоединен к инвертирующему входу измерительно-усилительного устройства, неинвертируюший вход которого подключен к сигнальному выходу второго датчика тЬка, включенного последовательно в цепь вторичной,обмотки компенсирующего трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авербух С. И., Бакланов Б. А. и др. Система стабилизации тока в электромагните ВЭПП-3. Препринт № 6370 ИЯФ СО АН СССР, Новосибирск, 1970.