Устройство для компенсации пульсаций источника постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02M1/14 

Изобретение относитея к электротехнике и предназначено преимущеетвенно для использования в системах п тания магнитных элементов, применяемых в экспериментальной ядерной ,фи-, зике и ускорительной технике, где требуется, как правило, малый уровен пульсаций при значении постоянного . тока в нагрузке, достигающего десятков килоампер. Известно устройство для компенсации пульсаций источника постоянного напряжения, содержащее компенсирующи транс(|юрматор, вторичная обмотка которого включена последовательно е нагрузкой, а первичная соединена с выходом измерительно-усилительного блока, вход которого связан е эталонным резистором (датчиком тока), включенным последовательно с нагрузкой tl 1. Так как сигнал пульсаций на эталонный резистор весьма мал, требуются усилители с высоким коэ(1к{ ициентом усиления. Такие усигмтели подвержены самовозбуждению, кроме того, ик выходные цепи необходимо тщательно защищать от помех и наводок. Следствиеи этого является низкая надежность подобного устройства. Известно также устройство, содержащее компенсирующий транс(}юрматор, вторичная обмотка которого включена последовательно с нагрузкой, а первичная соединена е выходом измерительно-усилительного блока, вход которого связан с выходными зажима уетройства - с зажимами для подключения нагрузки 23. Как известно, коэф(ициент сглаживания примерно равен коэффициенту усиления разомкнутого контура регулирования. Следовательно, для получения высокого коэффициента еглаживания необходимо в такой же мере повышать коэффициент усиления в контуре регулирования. Повышение коэф(11ициента усиления приводит к снижению устойчивости устройства. Таким образом, устройству присущи противоречия: высокий коэффициент сглаживания - низкая устойчивость, высокая устойчивость -низкий коэффициент сглаживания. Аналогичные недостатки присущи и устройству с параллельным включением сглаживающего трансформатора. Наиболее близким к изобретению является устройство для компенсации пульсаций источника постоянного напряжения, содержацее компенсирующий трансформатор, вторичная обмотка которого включена в цепь нагрузки, а ,первичная соединена с выходом усилиггеля мощности, вход которого через предварительный усилитель соединен с выходом цепи обратной связи Г 2. Недостатками этого устройства являются низкие коэффициент сглаживания пульсаций и устойчивость. Цель изобретения - увеличение коэффициента сглаживания и повышение устойчивости устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для компенсации пульсаций источника постоянного напряжения, содержащем компенсирующий трансформатор, вторичная обмотка которого включена в цепь нагрузки, а первичная соединена с выходом усилителя мощности, вход которого через предварительный усилитель соединен с выходом цепи обратной связи, компенсирующий трансформатор снабжен до полнительной обмоткой, подключенной к входу введенного регулируемого делителя напряжения, причем один входной вывод цепи обратной.связи непосредственно, а другой через выходную цепь регулируемого делителя напряжения подключен к выводам для подключения источника постоянного напряжения. 1 . На чертеже представлена принципиальная электрическая схема варианта устройства с последовательным компен сирующим трансформатором. Устройство содержит входные выводы 1 для подключения источника постоянного напряжения, выходные выводы 2 для подключения нагрузки, нагру ку 3, компенсирующий трансформатор k цепь 5 обратной связи, предварительный усилитель 6, усилитель 7 мощности, первичную обмотку 8, вторичную о мотку Э, дополнительную обмотку 10, регулируемый делитель 11 напряжения. Устройство работает следующим образом. Для упрощения анализа работы устройства будем считать все его элементы идеальными, в частности обладающими чисто вещественными коэффициентами передачи. Заметим, что последнее допущение выполняется для некоторой области частот и для реальных элементов, так что полученные здесь качественные выводы можно считать в целом достоверными, а количественные требуют некоторой коррекции в соответствии с реальными характеристиками элементов. К входным выводам 1 подключен источник постоянного напряжения Uj, имеющий пульсации напряжения. Напряжение может быть представлено в виде постоянной Е и переменной , составляющих , . d -vex- , „ Поступающее на вход цепи 5 обратной . связи переменное напряжение усиливается усилителями 6 и 7 и возбуждает на обмотках 9 и 10 трансформатора k компенсирующее напряжение U. (напряжение на обмотке 9) и напряжение обмотки обратной связи IL (напряжение на обмотке 10). При подключении обмоток 9 и 10 к соответствующим цепям требуется выполнение двух условий: напряжение U, противофазно напряжению ,напряжение на выходе регулируемого делителя 11 напряжения (напряжение обратной связи также противофазнр напряжению . Напряжение сигнала ошибки U0(j, п ступающее на вход цепи обратной связи, определим как со UvBX ocИз теории автоматического регулирования известно соотношение kl UQC,(2) где {(. - коэффициент усиления разомкнутого контура регулирования. Из соотношений (1) и (2) получаем Uoc Uexk/(Uk). (3) Определим величину компенсирующего напряжения Uf , вырабатываемого вследствие действия замкнутого контура регулирования под воздействием сигнала ошибки Upo(замкнутый контур содержит узлы 5 6, 7 8, 10 и 11). Связь между напряжениями на обмотках 5 трансформатора т можно записать в виде Ufc/W lU/Wooc.(Ю где Wj, и WgjjjT- соответственно количе во витков обмоток 9 и 10. С другой стороны Цос (5) где п - коэффициент деления делителя 11 напряжения. Из соотношений () и(,5 получаем и к nl,. lUoo (6) где m nW,/lv являeтcя важным пара метром устройства. При работе устро ства величина пульсаций на нагрузке равна Чн (7) Определим коэффициент сглаживания устройства Ксгл. КСГЛ (и.(8) Из соотношения (8) с учетом соот ношений (3), (6) и (7) получаем 1-mlQl l Значение параметра m определяем из условия полной компенсации пульсаций. При полной компенсации VH 0. тогда из соотношения (7) следует Mvfljr к откуда с учетом (З) и (6) получаем m (UK)/K .(10) 1ри таком выборе п в соответствии fc формулой (7) устройство.обеспечивает полное подавление (Кср-д- со) На практике параметр Vi , задаваемый через Достаточно стабильные параметрь (число витков, коэффициент деления), остается неизменным при изменении коэффициента усиления в контуре регулирования. Это приводит к нарушению условия (Ю) и к уменьше нию коэффициента сглаживания. 1 П р и м е р. Ryctb коэффициёнт усиления разомкнутого кон.тура (его номинальное значение) равен 10. При таком значении коэффициента усиления известное устройство обеспечивает коэффициент сглаживания, равный Ксгл к + 1 11, при этом легко получить высокую устойчивость устройства. Пусть под дей ствием различных факторов коэффициен усиления контура изменяется на t10%. Для известного устройства это означа ет примерно такое же изменение ко36эффициента сглаживания вблизи номинального значения, равного 11. Для предлагаемого устройства параметр m ()/К (1+10)/10 1,1, что при но|«1нальном значении коэффициента усиления обеспечивает . При коэффициенте усиления, равном 9 (т.е. при его снижении на 10%), в со ответствии с соотношением (9) чаем Ы,Ь9/(9-И) I Как показывает этот; расчет, предложенное устройство способно обеспечить значительный коэффициент сглажиЁания при небольшом коэффициенте ; усиления в контуре регулирования, что в свою очередь гарантирует высокую устойчивость., формула изобретения Устройство для компенсации пульсаций источника постоянного напряжения, содержащее компенсирукядий трансформатор, вторичная обмотка которого включена в цепь нагрузки, а первичная соединена с выходом уси/мтеяя мощности , вход которого через предварительный уси;«1тель соединен с выходом цепи обратной связи, отличающееся тем, что, с целью увелице1 я коэффициента сгланадвания и повыше1«1Я. устойчивости, компенсирующий трансФорматор снабжен дополнительной обмоткой, подключенной к входу введенного регулируемого делителя нафяжения, причем один входной вывод цепи обратной сЗязи непосредственно, а другой через выходную цепь pery/wpyeМОго дел1теля напряжения подключен Y. выводам для подключения источника постоянного напряжения. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе . 1.Авербух С.И. и др. Система ста: илизации тока в электромагните ЭПП-3. Препринт ИЯФ ОСАН СССР, 63-70, Новосибирск, 1970. 2.Шувзев Ю.Н. Транзисторные глаживающие устройства с последоваельным и параллельным включением коменсирующего трансформатора. - В борнике Электронная техника в авоматике. М. , Сов. радио , 1980, ыд. 11, с. 126.