Стабилизатор постоянного тока

)Н) 1 .)Г) СКИК СОИЛ)ИС ГИчГ ск Г СПУГЧИК 459 5.(,.Г Гс(Гс С 05 Г 1/5 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКО ИДЕТЕЛЬСТ ых исс и, ф-лы,5 и к электротехни Изобретение относитс е, в частности к стабилизи икам тока большой силы,нным источЦельэона регуков.На фи 1 приве блок-схема предло- постоянного тока; иантов исполнения ок-схема коммутатофиг. 4 - статические одуляционного узлаа (кривая 1) и иэве-, вая 2); на фиг, 5 - ветствующих харакженного с на фиг. 2 - устройства ра перемен характерис описываем стного уст начальные табилизато один из в на фиг,З - ного тока; ки магнитом го устройств ойства (кри участки соот ГОСУДЛРСТВГ.Г ЬИ КОМИТЕТ10 ИЗОЬРЕ ГЕНИЯМ И ОГКРЫГИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Объединенный институт ядерндовдний(56) Авторское свидетельство СССРМ 913353, кл. 6 05 Р 1/56, 1982,Авторское свидетельство СССР(с. 1180862, кл. О 05 Г 1/56, 1985,54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) 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 обретения - расширение диапарования в сторону больших тоэтом датчик тока выполнен на базе генератора возбуждения, конденсатора, демодулятора, дифференциального усилителя, регулятора постоянного тока и магнитомодуляционного 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 переменного тока, Обеспечивается малая статическая ошибка устройства при больших намагничивающих силах возбуждения. Диапазон регулирования расширяется,теристик. В обоих случаях (кривая 1 и кри- фъ, вая 2)тьО/ь =5 кА витков, (ЛСтабилизатор тока содержит силовой сО регулятор 1 с блоком пуска, измерительноусилительный блок 2, источник 3 опорного сигнала, датчик 4 тока, нагрузку 5, В состав датчика 4 тока входит магнито-модуляционный узел, включающий магнитный экран б, внутри которого помещен рабочий магнито- ф провод 7 с обмоткой 8 возбуждения и дополнительной 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 напряже 1645947ния и имеет зажимы 13, 14 для подачи постоянного напряжения питанияВ состав датчика 4 тока входят такжетрансформатор 15 тока, выполненный намагнитопроводе 16 и имеющии первичную 517 и вторичную 18 обмотки, конденсатор 19,демодулятор 20, дифференциальный усилитель 21, регулятор 22 постоянного тока, коммутатор 23 переменного напряжения ирезистор 24, Коммутатор 23 переменного 10напряжения имеет входные выводы 25, 26 ивыходные 27, 28.Обмотка 8 возбуждения подключена квыходу генератора 12 возбуждения черезпоследовательно включенные конденсатор 1519 и первичную обмотку 17 трансформатора15 тока. Вторичная обмотка 18 последнегоподключена ко входу демодулятора 20, выходные выводы которого подключены к соответствующим входам дифференциального 20усилителя 21, Регулятор 22 постоянного гокаподключен управляющим входом к выходудифференциального усилителя 21. Выходныевыводы регулятора 22 постоянного токаодин непосредственно, а другой через компенсационную обмотку 10 подключены квыходным зажимам датчика 4 тока,Управлющй вход комуатора 23 переменного напряжения подключен к выходублока пуска силового регулятора 1, 30Управляющий вход силового регулятора 1 подключен к выходу измерительно-усилительного блока 2, входы которогосоединены соответственно с выходом источника 3 опорного сигнала и выходом датчика 4 тока. При использовании в качествеисточника 3 опорного сигнала источникаэталонного тока в блоке 2 сравниваются однородные величины: эталонный ток и токкомпенсации, протекающий через компенсационную обмотку 10. В случае использования в качестве источник 3 опорногосигнала источника опорного напряжения вблоке 2 осуществляется преобразование тока компенсации в пропорциональное ему 45напряжение, которое затем сравнивается сопорным напряжением источника 3.Дополнительная обмотка 9 подключенак входным выводам 25 и 26 коммутатора 23переменного напряжения, к выходным выводам 27 и 28 которого подключен резистор24. В варианте стабилизатора по и, 2 выходные выводы 27 и 28 коммутатора 23 переменного напряжения один через резистор24, а другой непосредственно соединены 55соответственно с зажимами 14 и 13 для подачи постоянного напряжения питания нагенератор 12 возбуждения,Представленный на фиг, 3 вариант выполнения коммутатора 23 переменного напряжения состоит из оптоэлектронногоключа 29 переменного напряжения, мостового выпрямителя 30 и одновибратора 31,Выводы переменного тока мостовоговыпрямителя 30 подключены к входным выводам 25, 26 коммутатора 23 переменногонапряжения через оптоэлектронный ключ29 переменного напряжения, управляющийвход которого подключен к выходу одновибратора 31. Вход запуска одновибратора 31подключен к управляющему входу коммутатора 23 переменного напряжения, к выходным выводам последнего подключенывыводы постоянного тока мостового выпрямителя 30.Статическая характеристика магнитомодуляционного узла представляет собойзависимость Од=1(1,9/,) где Од - напряжение на выходе демодулятора 20, 1 и=1 н - токв измерительной обмотке 11, У/и - числовитков обмо-,ки 11 1 статическая характеристика магнитомодуляционного узла снимается при разомкнутом контуреавторегулирования).Блок 23 обеспечивает подключение резистора 24 к дополнительной обмотке 9 снекоторой задержкой относительно момента пуска силового регулятора 1, В этом случае блок 23 может быть выполнен на основе,например, ключа переменного тока и одновибратора.Стабилизатор работает следующим образом,В качестве источника 3 опорного сигнала используем источник эталонного тока,который вырабатывает высокостабильныйток величиной 1 эт, Этот ток поступает наодин иэ входов измерительно-усилительного блока 2, на другой вход этого блока поступает ток компенсации 1 к, вырабатываемыйрегулятором 22 постоянного тока, Заметим,что величина тока 1 зависит от величинытока нагрузки 1 н, протекающего через измерительную обмотку 11,При неравенстве токов 1 эт и 1 к на выходеизмерительно-усилительного блока 2 появляется управляющий сигнал, который поступает на управляющий вход силовогорегулятора 1. Под действием этого сигналаток нагрузки изменяется до тех пор, покавеличина разбаланса токов 1 эт и 1 к не уменьшится до пренебрежимо малого значения,равного величине действующего рассогласования замкнутого контура стабилизации,Ток нагрузки 1 протекая по измерительной обмотке 11 с числом витков Э/и,создает в магнитном экране 6 и рабочеммэгнитопроводе 7 намагничивающую силу(н. с,), равную 1 Ч 4 Ток компенсации 1,обтекая по компенсационной обмотке 10 счислом витков О/ соэдаег и гех же племен тах б и 7 н. с 1 О/, причем направление н, с, 1,О/,. прогивоположено нэправлеггию н,с 1 нО/и, В этих условиях при равенствг 1 НО/и=.кО/к магнигньй экран би магнигопро вод 7 не подвергаются намагничиванию по лем постоянного тока (т. е, 1 чО/и 1 Л.О).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 1 гг, ь удовлетворяла ранее приведенному условию;1 гп вО/в ) нО/и.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 магнитопроводов 6 и 7 полем постоянного тока (1 НО/и 1 кО/к=О) 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 пэначаг г, что баланс 1 Оl, и,И/, не нарушается (1 Ги 1 О/к)При нарушении баланса ампервитков1,ЛЧн 1.О/ (1 нО/иО/= ЛО/О) рабочий магнитопровод 7 и магнитный экран б подмагничиваются полем постоянного тока, Причем направление подмагничивания зависит от знака раэбаланса. Н. с, 1 О/г создаваемая током возбуждения, знакопе ременна, поэтому в один из полупериодоввозбуждения н.с,1,О/ и ЛО/ в рабочем магнитопроводе 7 совпадают по направлению, а в другой - направлены навстречу друг другу15 При согласном направлении указанныхн. с рабочий магнитопровод 7 насыщается (или остается в насыщении), индуктивность обмотки 8 возбуждения уменьшается во много раз (или мала), что приводит к резкому 20 увеличению амплитуды импульса тока возбуждения в этот полупериод (обозначим амплитуду этого импульса тока 1 и), Для другого полупериода возбуждения указанные н. с. направлены навстречу друг 25 другу и происходит компенсация н. с. Л 1 О/н. с. 1 вИ/в, амплитуда импульса тока возбуждения 1 гз,г в этот полупериод зависит от величины Л 1 И/:вы= Л 1 О//О/30 Таким образом, при Л 1 И/0 положительные и отрицательные импульсы тока, формирующиеся в цепи обмотки 8 возбуждения, имеют разную форму и отличаются по амплитуде, Эти импульсы через транс форматор 15 тока поступают в демодулятор20, на выходе которого появляется напряжение сигнала разбаланса. Его величина и знак определяются соответственно величиной и знаком Л 1 О/, Это напряжение, усилен ное дифференциальным усилителем 21,воздействует на управляющий вход регулятора 22 постоянного тока, вследствие этого воздействия ток 1, изменяется до тех пор, пока разбаланс ампервитков Л 1 О/ не умень шится до пренебрежимо малого значения,равного величине действующего рассогласования замкнутой следящей системы. Следовательно, в стационарном режиме работы стабилизатора следящая система поддерживает с высокой точностью баланс ампервитков1 нО/и=1 кО/к,Кроме того, контур стабилизации обес печивает с высокой точностью баланс токов1 к=1 эгЭти два соотношения описывают статическое состояние стабилизатора, откуда:1 н=1 э г О/к /О/иМагнитный экран б в значи гельнои степени увеличивает индуктивность комценса.ционной обмотки 10, что обеспечиваетсущественное ослабление в выходном токедатчика 4 переменных составляющих,трансформируемых из обмотки 8 возбуждения, Кроме того, через магнитный экран 6осуществляется прямая магнитная связьмежду измерительной обмоткой 11 и обмоткой компенсации 10. Поэтому при относи.тельно небольшом суммарном активном,ф сопротивлении В в цепи обмотки компенсации 10 происходит трансформация(практически без искажений) переменнойсоставляющей тока нагрузки на вход измерительно-усилительного блока 2, чтообеспечивает высокие динамические показатели стабилизатора.Как уже отмечалось, в момент пуска силового регулятора на управляющий входкоммугатора 23 переменного напряженияпоступает сигнал, вызывающий отключениерезистора 24 от дополнительной обмоти 9.Затем по истечении времени задержки кол 1- мутатор 23 подключает резистор 24 к обмотке 9, При отключенном резисторе 24статическая характеристика магнитомодуляционного узла имеет большую ширину,ем при включенном резисторе 24 (кривые2 и 1 соответственно на фиг. 5), что повышает надежность ввода стабилизатора в рабочий режим. При включенном резисторе 24статическая характеристика не имеет "лертвой зоны" (кривая 1 на фиг, 5), что обеспечивает работу стабилизатора с малойстатической ошибкой при больших н, с. ьозбуждения 1 щ вО/о. Диапазон регулированиятока стабилизатора прямо связан с величиной н. с. возбуждения, Если И,Ч,1 щ.вИв 1, ввод стабилизатора в режим негарантируется, Средства, позволяющиеувеличить н, с, возбуждения (разумеется,без ухудшения метрологических характеои.стик магнитомодуляционного чзла), обеспечивают расширение диапазонарегулирования сталибилизатора, С помощью описанных средств указанная цельдостигается,Кратко рассмотрим работу колмутатора23 переменного напряжения (фиг. 2).При пуске силового регулятора 1 навход запуска одновибратора 31 поступаетсигнал, который переводит одновибратор31 во временно устойчивое со тояние Вэтом состоянии на управляющий вход оптоэлектронного ключа 29 ток не поступает иключ 29 находится в выключенном состоянии: переменное напряжение с обмотки 9не поступает на выводы переменного токамостового выпрямителя 30. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 После перехода одновибратора 31 в "ждущее" состояние на управляющий вход ключа 29 цостуцаег ток, через замкнутый тецерь клнэч 29 церемонное нацряжение с обмотки 9 поступает на мостовои выпрямитель 30. Постоянное напряжение с выхода выцрямителч 30 через резистор 24 поступает на зажимы для подачи напряжения ци 1 ания на генератор возбуждения 12 одновреленно с напряжением питания от специального источника, При этом обмотка 9 нагружается, что приводит к устранению искажении начального участка статической характеристики магнитомодуляционного узла Кроме того, обмотка 9 нагружается "полезной нагрузкой", при этом уменьшается мощность, потребляемая генератором возбуждения 12 от специального источника ци гания.Формула изобретения1 Стабилизатор постоянного тока, содержащии силовой регулятор с блоком пуска соединенный через датчик тока с клеммами для подключения нагрузки, причсм управляющий вход силового регулятора подключен к выходу измерительно-усили 1 ельного блока, входы которого соединены соответственно с источником опорного сигнала и выходом датчика тока, который выполнен на базе генератора возбуждения с зажимами для подачи постоянного напряжения питания, конденсатора, демодулятора, дифференциального усилителя, регулятора постоянного тока и магнитомодуляционного узла, включающего в себя магнитный экран, рабочий магнитопроводс обмоткой возбуждения, помещенный в магнитный экран, измерительную и компенса,.ионную обмотки, намотанные поверх магнитного экрана, при этом измерительная обмотка подключена к входным зажимам датчика тока, выходные выводы регулятора постоянного тока один непосредственно, а другой через компенсационную обмотку подключены к выходным зажимам датчика тока, управляющии вход регулятора постоянного тока подключен к выходу дифференциального усилителя, входы которого подключены ксоответствующим выходам демодулятора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования в сторону больших токов, в него введены трансформатор тока, коммутатор переменного напряжения и резистор, а рабочий л 1 д нитопровод магнитомодуляционного узла снабжен дополнительной обмоткои. которая подключена к входн ым Вы Вода л к 01 лмутатора переменного напряжения, к выходным выводам которого 1 одключен резистор, а к уп16159 17 Фаг. 2 равляющему входу - выход блока пуска, кроме того, обмотка возбуждения через последовательно соединенные конденсатор и первичную обмотку трансформатора тока подключена к выходу генератора возбужде ния, а вторичная обмотка трансформатора тока подключена ко входу демодулятора.2, Стабилизатор по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что выходные выводы коммутатора переменного напряжения, один не посредственно, 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 одновибратор, вход запуска которого подключен к управляющему входу коммутатора переменного напряжения, а его выходные выводы подключены к выводам постоянного тока мостового выпрямителя,1645947гУ ф,д ,В Фиг. ВФиг. ХСоставитель С.Ситкоедактор Е,Зубиетова Техред М.Моргентал Корректор А,Осауле Заказ 1553 Тираж 475 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5роиэводственно-издательский комбйнат "Патент", г. Ужгород, ул Гагарина, 101