Стабилизатор постоянного регулируемого тока

(19) (11) 31511 05 Г 1/56 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Объединенный институт ядерныхисследований"Ндф 1 у БаЬ 1 е ВС рошег зцрр 11 езапд розг е 1 есггопсз".2. Авторское свидетельство СССРКц 005000, кл. С 05 Р 1/56, 1981.(54)(57) 1СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО РЕГУЛИРУЕМОГО ТОКА, содержащий силовой регулятор, соединенный через датчик тока с клеммами для подключения нагрузки, управляющий вход силового регулятора подключен к выходу измерительно-усилительного блока, входы которого соединены соответственно с источником опорного напряжения и выходом датчика тока, который выполнен на базе цифрового переключателя, усилителя постоянного тока, генератора возбуждения, эталонного резистора и магнитомодуляционного узла, включающего магнитопроводы с обмотками возбуждения, первичной и компенсационной, а также демодулятор, при этом первичная обмотка подключена к токовым. зажимам датчика тока, а состоящая из отдельных секций с разным числом витков компенсационная обмотка через эталонный резистор и цифровой переключатель подсоединена к выходу усилителя постоянного тока, управляющий . вход цифрового переключателя подключен к выходу блока программного управления, потенциальные зажимы датчика тока соединены с соответствующими зажимами эталонного резистора,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения его точности путемуменьшения динамической ошибки, вустройство введены магнитный экран,первый, второй и третий ключи, блокуправления, датчик насыщения магнитопроводов, инвертор, блок развязки,последовательный 1.С-контур, первыйи второй электрические вентили, резистор и потенциометр, демодуляторвыполнен в виде фазового детектора,генератор возбуждения выполнен с выходами основной и удвоенной частот,первый зажим выхода основной частотыгенератора возбуждения соединен сего вторым зажимом через резистори обмотки возбуждения, которые соединены между собой последовательновстречно, к выводам обмоток возб)ждения подключены соответственновходные зажимы датчика насыщения магнитопроводов и выводы потенциометра,подвижный контакт которого соединенс одним из входных зажимов блокаразвязки, второй входной зажим которого соединен с общим выводом обмоток возбуждения, параллельно резистору подключена последовательная цепочка, состоящая из последовательного 1.С-контура и первого электрического вентиля, последовательный 1.Сконтур через второй электрическийвентиль, включенный встречно первому,и первый ключ соединен с выходом основной частоты генератора возбуждения, выход фазового детектора связнс входом усилителя постоянного тока,сигнальный вход фазового детектора1112353 подключен к выходу блока развязки,управляющий вход фазового детекторачерез второй ключ соединен с выходомудвоенной частоты генератора возбуждения, а через третий ключ - с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу удвоенной частоты генератора возбуждения, выход датчиканасыщения магнитопровода подключенк входу блока управления, выход коФИзобретение относится к электротехнике, в частности к стабилизированным источникам тока.Известны стабилизаторы по тоянно го регулируемого тока 11 и 21 .Известно устройство, содержащее силовой регулятор, измерительноусилительный блок, датчик тока и источник опорной величины, в качестве которого используется прецизионный цифроаналоговый преобразователь, обеспечивающий возможность управления стабилизатором с помощью ЭВМ 1,Наиболее существенный недостаток известного устройства заключается в том, что это устройство теряет способность управляться от ЭВМ при использовании в нем датчиков тока с Б-образной выходной характеристикой, которой обладает ряд перспективных датчиков тока, например, датчики магнитомодуляционного типа или основанные на использовании явлений ядерного и электронного резонанса. 25Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство содержащее силовой регулятор, соединенный через датчик тока с клеммами для подключения нагрузки, ЗО управляющий вход силового регулятора подключен к выходу измерительноусилительного опорного напряжения и выходом датчика тока, который выполнен на базе цифрового переключа- З 5 теля, усилителя постоянного тока, генератора возбуждения, эталонного резистора и магнитомодуляционного узла, включающего магнитопроводы с обмотками возбуждения, первичной торого соединен с управляющими входами ключей.2, Стабилизатор по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в датчике тока связь между выходом фазового детектора и входом усилителя постоянного тока осуществлена через введенный блок суммирования и коррекции, к входу которого подключена введенная обмотка обратной связи. 3и компенсационной, а также демодулятор, при этом первичная обмотка подключена к токовым зажимам датчика тока, а состоящая из отдельных секций с разным числом витков компенсационная обмотка через эталонный резистор и цифровойпереключатель подсоединена к выходу усилителя постоянного тока, управляющий вход цифрового переключателя подключен к выходу блока программного управления, потенциальные зажимы датчика тока соединены с соответствующими зажимами эталонного резистора 21 .Недостатком прототипа является большая динамическая ошибка, т.е. быстрые изменения тока нагрузки отрабатываются стабилизатором с большой погрешностью, Причина состо ит в том, что между первичной и компенсационной обмотками датчика тока пРототипа, благодаря наличию массивных сердечников трансформатора постоянного тока (ТПТ), существует прямая магнитная связь, обеспечивающая передачу без существенных искажений быстрых флюктуаций тока нагрузки на выход датчика то" ка, т,е. в принципе датчик тока является широкополосным. Однако на выход датчика тока также хорошо передаются и интенсивные коммутацйонные "провалы",и "выбросы" напряжения, обусловленные работой ТПТ, частота их кратна или равна частоте напряжения возбуждения ТПТ. Для подавления укаэанных "провалов" и ввыбросов" выходного напряжения датчика тока приходится существенно сужать полосу пропускания тракта2353 4 Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор постоянного регулируемого тока, содержащий силовой регулятор, соединенный через датчик тока с клеммами для подключения нагрузки, управляющий вход силового регулятора подключен к выходу измерительно-усилительного блока, входы которого соединены со 15 ответственно с источником опорного напряжения и выходом датчика тока, который выполнен на базе цифрового переключателя, усилителя постоянноГо тока, генератора возбуждения, эталонного резистора и магнитомодуляционного узла, включающего магнитопроводы с обмотками возбуждения, первичной и компенсационной, а также демодулятор, при этом первичная25 обмотка подключена к токовым зажимам датчика тока, а состоящая из отдельных секций с разным числом витков компенсационная обмотка через эталонный резистор и цифровой переключатель подсоединена к выходу усилителя постоянного тока, управляющий вход цифрового переключателя подключен к выходу блока программного управления, потенциальные зажимы 35 датчика тока соединены с соответствующими зажимами эталонного резистора, введены магнитный экран, первый, второй и третий ключи, блок управления ключами, датчик насыщения магнитопроводов, инвертор, блск Развязки, последовательный ЬС-контур, первый и второй электрические вентили, резистор и потенциометр, демодулятор выполнен в виде фазо вого детектора, генератор возбуждения выполнен с выходами основной и .удвоенной частот, первый зажим выхода основной частоты генератора возбуждения соединен с его вторым 50 зажимом через резистор и обмотки возбуждения, которые соединены между собой последовательно-встречно, к выводам обмоток возбуждения подключены соответственно входные зажимы 55 датчика насыщения магнитопроводов и выводы потенциометра, подвижный контакт которого соединен с одним 1 О 40 3 111 усиления сигнала ошибки стабилизато- ра, что и приводит к увеличению динамической ошибки устройства.Цель изобретения - повышение точности стабилизатора путем уменьшения динамической ошибки. из входных зажимов блока развязки, второй входной зажим которого соеди нен с общим выводом обмоток возбуждения, параллельно резистору подключена последовательная цепочка, состоящая из последовательного ЬС-контура и первого электрического вентиля, последовательный ЬС-контур через второй электрический вентиль, включенный встречно первому, и первый ключ связан с выходом основной частоты генератора возбуждения, выход фазового детектора связан с входом усилителя постоянного тока, сигнальный вход фазового детектОра подключен к выходу блока развязки, управляющий вход фазового детектора через второй ключ связан с выходом удвоенной частоты генератора возбуждения, а через третий ключ - с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу удвоенной частоты генератора возбуждения, выход датчика насыщения магнитопроводов подключен к входу блока управления ключами, выход которого соединен с управляющими входами ключей.При этом связь выхода фазового детектора с входом усилителя постоянного тока может осуществляться через введенный блок суммирования и коррекции, к входу которого подключена обмотка обратной связи.На фиг. 1 и 2 представлены принципиальные электрические схемы стабилизаторов.Стабилизатор (фиг. 1) содержит силовой регулятор 1, измерительноусилительный блок 2, источник 3 опорного напряжения, датчик 4 тока, блок 5 программного управления и нагрузку 6. Магнитомодуляционный узел 7 включает магнитопроводы 8 и 9, которые с обмотками 10 и 11 возбуждения помещены в магнитный экран 12, поверх которого размещаются компенсационная 13 и первичная 14 обмотки, а также фазовый детектор 15, блок 16 развязки и потенциометр 17.УДатчик 4 тока включает еще ряд элементов: цифровой переключатель 18, усилитель постоянного тока (УПТ) 19, эталонный резистор 20, генератор 2 1 возбуждения, первый 22, второй 23 и третий 24 ключи, блок 25 управления, датчик 26 насыщения магнитопроводов, инвертор 27, последовательный ЬС-контур 28, первый 29 ивторой 30 электрические вентили,резистор 31.В стабилизаторе (Фиг. 2) кромеперечисленных выше элементов датчик4 тока включает обмотку 32 обратнойсвязи и блок 33 суммирования и коррекции сигналов.Стабилизатор работает следующимобразом.В рабочем режиме открыт толькоключ 23 и на управляющий входФазового детектора 15 поступает напряжение удвоенной частоты с соответствующего выхода генератора 21возбуждения. Конденсатор БС-контура28 заряжен до амплитудного значениянапряжения основной, частоты генератора 2 1 возбуждения, постоянноенапряжение указанного конденсатора приложено в обратном направлении к. электрическому вентилю 29 и запирает его. Поэтому к последовательносоединенным обмоткам 10 и 11 возбуждения магнитомодуляционного узла 7 через резистор 31 подводится переменное напряжение с выхода основной частоты генератора 21 возбуждения.Магнитомодуляционный узел 7 при таком возбуждении действует какмагнитный модулятор с удвоением частоты. Характерной особенностью магнитного модулятора является генерирование им напряжения удвоенной час. тоты, если ТЫ Ф О, это напряжение может быть снято, в частности, с общего вывода обмоток 10 и 11 возбуждения и подвижного контакта балансировочного потенциометра 17. Через блок 16 развязки (обеспечивает гальваническую развязку) напряжение удвоенной частоты поступает на сигнальный вход Фазового детектора 15.Изменение постоянной составляющей тока нагрузки или тока компенсации приводит к появлению разбаланса ампернитков1 У что в соответст"1вии со статической характеристикой узла 7 вызывает появление на его выходе некоторого напряжения ПВ,которое поступает на вход УПТ 19, Иагнитомодуляционный узел 7 и УПТ 19 образуют замкнутую систему автоматического регулирования следящего типа. Выходной ток УПТ 19, который является током компенсации и протекает через эталонный резистор 20 и включенные с помощью цифрового переключателя 18 секции компенсационной обмотки 13, под действием напряжения Пб, изменяется до тех пор, пока разбаланс ампервитков не уменынится довеличины действующего рассогласования 1 ИР замкнутой следящей системы.5 При большом коэффициенте усиленияУПТ 19 значение 61 ИР стремится кнулю.Так как компенсационная обмотка13 закорочена на небольшое сопротивление (последовательно соединенныеэталонный резистор 20 и выходноесопротивление УПТ 19), то трансформатор, включающий магнитный экран12 и обмотки первичную 14 и компенсационную 13, работает в режиметрансформатора тока. Поэтому переменная составляющая тока в цепиэталонного резистора равна20 1 1 И/ИК (1)где Ч и М - количество витков со 1 Кответственно первичнойи компенсационной обмоток,- переменная составляющая тока нагрузки.Соотношение (1) не учитываетпогрешности упомянутого трансформатора.ЗО Полный ток через эталонный резис"тор 20 равен1 К = 1.+(2)где 1 - постоянная составляющаяко35тока в обмотке компенсации.Напряжение на выходе датчика 4тока равно"з "1 1 к (3)где К - номинальное значение этаЭ 7лонного резистора 20,н ио н где- постоянная составляющаятока нагрузки.В измерительно-усилительном блоке2 выходное напряжение датчика 4 тока сравнивается с опорным напряжением Бо, которое вырабатывается источником 3 опорного напряжения. Приотклонении величины тока нагрузкиот установленного значения на выходеизмерительно-усилительного блока 2появляется управляющий сигнал, который поступает на управляющий входсилового регулятора 1. Под действиемэтого сигнала отклонение величинытока нагрузки от заданного значения.уменьшается до пренебрежимо малой величины, при этом Бо Б, откуда с учетом (3) получаем(4) 1= Оо, Ь 7 /К. Я,йз соотношения (4) очевидно, чтовеличина тока нагрузки зависит отчисла включенных витков Ы компенсакционной обмотки 13. Включение требуе.мого числа витков этой обмотки обеспечивается цифровым переключателем18 по. командам от блока 5 программного управления.Работа стабилизатора, приведенного на фиг. 2 в рабочем режиме характеризуется небольшими отличиями.Здесь на вход УПТ 19 поступает напряжение с выхода блока 33 суммирования и коррекции сигналов. а входыблока 33 поступают два сигнала;напряжение Ю с выхода магнитомодуляционного узла 7 и напряжение с обмотки 32 обратной связи. В блоке 33осуществляется также необходимаякоррекция в области верхних частот.С помощью указанных элементовтрансформатор тока, включающий магнитный экран 12 и обмотки 13 и 14,охвачен через УПТ 19 отрицательнойобратной связью, Эта мера позволяетуменьшить погрешность трансфор,даторатока примерно в КУ /Ук раз, поэтомупеременная составляющая тока нагрузки более точно воспроизводится навыходе датчика тока, что, в конечномсчете, повышает точность стабилизатора, Здесь К - коэффициент передачиот входа блока 33 к выходу УПТ 19,Чб - число витков обмотки 32 обратной связи.Рассмотрим теперь работу стабилизатора в режиме ввода.При нарушении рабочего режимастабилизатора происходит частичноеи Полное насыщение магнитопроводов8 и 9. При этом индуктивность обмоток 10 и 11 возбуждения уменьшаетсяи, соответственно, изменяется переменное напряжение на обмотках 10 и11, Это изменение напряжения регист рируется датчиком 26 насыщения магнитопроводов и на выходе последнегопоявляется сигнал, который поступает на вход блока 25 управления ключами. Под действием этого сигнала п 10 блоке 25 вырабатываются управляющиесигналы, под действием которыхключ 23 запирается, а ключи 22 и 24отпираются.При отпертом ключе 22 через об мотки 1 О и 11 возбуждения протекаютоднополярные импульсы тока, формирующиеся в результате резонансногоперезаряда конденсатора 1.С-контура28, их полярность определяется 20 направлением включения электрического вентиля 29. В течение второго полупериода напряжения генератора 21возбуждения конденсатор ЕС-контура28 перезаряжается от укаэанного 25 генератора 21 через электрическийвентиль 30, ключ 22 и индуктивностьЬС-контура 28, Ток через резистор31 мал и не оказывает влияния науказанные процессы.30Через открытый ключ 24 и инвертор 27 нд управляющий вход Фазовогодетектора 15 поступает напряжениеудвоенной частоты с генератора 21возбуждения. Пока ключи 22 и 24.открыты, статическая характеристикдмдгнитомодуляционного узла 7 имеетлинейный участок с двустороннимограничением. Рабочая точка стаби лиздтора быстро возвращается на линейный участок и в блоке 25 управления ключами вырабатываются сигндлы,под действием которых ключи 22 и 24запираются, а ключ 23 отпирается, 45 Стабилизатор перехолит в рабочий режим.