Система стабилизации постоянных регулируемых токов для питания n независимых нагрузок

(56) Асташин В.В. итем стабилизации то лияниеов натся на Р 43 едени зованных4 ил. о(088.8 екс сиситных др. Ком ов в ма транспортировки х ро цик ло трона н элементахчастиц синАН СССР.Р 108, Л. аряженных 1 ГэВ ЛИЯ СССР,Препарат ЛИЯФ1974.Б.А. и др. Симагнита и лийэ Баклаия элек ема пита- акопителя с/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВЭПП-З, управляемая с помощью ЭВМ, В кн.: - Труды третьего Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, т. И, - М.: Наука, 973,с. 39.(57) Изобретение относится к вторичным источникам питания магнитных систем физических установок . Целью изобретения является повышение точностистабилизации токов, Это достигаетсявведением в схему стабилизатора 7 постоянного напряжения, И цифровых переключателей 15, И цифровых элементов16 с управляемой проводимостью, Бусилителей постоянного тока и буферного преобразователя 14 постоянноготока. В качестве эталона в устройствеиспользуется стабильный постоянныйток, который создает опорные МДС,сравниваемые с МДС, создаваемыми токами нагрузок . Нестабильность всейсистемы зависит только от одного резистора в источнике эталонного тока. 2естабильности других резистоогрешность системы ослабляесколько порядков за счет указанных элементов иобраими связей. 2 з.п. ф-лы, 1 524032Изобретение относится к электро, технике, в частности к стабилизированным источникам тока.Бель изобретения - повышение точности стабилизации токов.На фиг. 1 приведена блок-схема системы стабилизации постоянных регулируемых токов для питания И независимых нагрузок; на фиг. 2 - блоксхема варианта выполйения измерительного преобразователя постоянного тока; на фиг, 3 - блок-схема варианта выполнения источника эталонного тока; на фиг. 4 - принципиальная схема цифровой управляемой проводимости.Автоматизированная система стабилизации постоянных регулируемых токов для питания И независимых нагрузок (Фиг.1) содержит электронную вычислительную машину 1, блок 2 связи, блок 3 управления, блок 4 ручного набора команд и адреса, соединенный с соответствующим входом блока 3 управления, второй вход блока 3 управления соединен через блок 2 связи с электронной вычислительной машиной 1, источник 5 эталонного сигнала, буферный преобразователь 6 постоянного тока, вход которого подключен к источнику 5 эталонного сигнала, и стабилизатор 7 постоянного напряжения. Предлагаемая система содержит первый 8, второй 9 и Н-й 1 0 каналы стабилизации.Канал стабилизации включает силовой управляемый преобразователь 11, датчик 12 тока, усилитель 13 постоянного тока, выход которого подключен к управляющему входу силового управляемого преобразователя 11, а вход к выходу датчика 12 тока. В состав канала 8 входят также измерительный преобразователь 14 постоянного тока, цифровой переключатель 15 и цифровой элемент 1 6 с управляемой проводимостью. Управляющие входы цифрового переключателя 15 и цифрового элемента 16 с управляемой проводимостью подключены к выходу блока 3 управления,Датчик 12 тока содержит измерительную обмотку 17, компенсационную обмотку 18, состоящую из отдельных секций с разным числом витков, детектор 1 9 разбаланса МДС, резистор 20, регулятор 21 постоянного тока, к выходу которого подключены соединенные последовательно резистор 20 и первая секция 22 компенсационной обмотки 18. Потенциальные зажимы резистора 20подключены к выходным выводам датчика 12 тока, Вход регулятора 2 по 5стоянного тока подключен к выходу детектора 19 раэбаланса МДС. Втораясекция 23 компенсационной обмотки 18подключена через цифровой элемент 16с управляемой проводимостью к выходустабилизатора 7 постоянного напряжения. Остальные секции компенсационной обмотки 18 по; ключены к выходамцифрового переключдте,пя 15.11 дгрузка 24 первого канала 8 стабилизации подключена к его клеммам25 и 26, нагрузка 27 второго канала9 - к его клеммам 28 и 29, а нагрузка 30 11-го канала 1 О - к его клеммам31 и 32. На фиг.1 обозначены выходные зажимы 33 и 34 источника эталонного сигнала, выходные зажимы 35 и 36измерительного преобразователя 14(используемого в первом канале 8 стабилизации), входные зажимы 37 и 3825 преобразователя 14, входные зажимы39-42 измерительных преобразователейвторого 9 и И-го 10 каналов стабилизации, зажимы 43 и 44 цифрового элемента 16 с управляемой проводимостью,используемой в пе 1,ом канале 8 стабилизации. Первь., кднал 8 стабилизацииподключается к выходу стабилизаторапостоянного напряжения через зажимы45 и 46. Соответственно второй 9 иИ-й 1 О каналы стабилизации - череззажимы 47, 48 и 49, 50.Блок 3 управления связан с соответствующими узлами первого 8, второго 9 и И-го 10 каналов стабилиза 40ции через жгуты 51 - 53 соответственно,Измерительный преобразователь 14постоянного тока (фиг.2, содержитусилитель 54 постоянного тока и измерительный узел с уравновешиваниемМДС постоянных токов, включающий измерительную 55 и компенсационную 56обмотки, а также детектор 57 раэбаланса МДС, Выход детектора 57 раэба 50ланса МДС подключен к входу усилителя 54 постоянного тока, выходныевыводы последнего соединены с выходными зажимами 35 и 36 один непосредственно, а другой - через компенсационную обмотку 56. Измерительная об -55мотка 55 подключена к входным эажимам 37 и 38,Источник эталонного тока 5 (Ьиг.3)содержит регулятор 58 постоянного тока, усилитель 59 постоянного тока, стабилизатор 60 постоянного тока, стабилитрон 61, эталонный резистор 62 и магнитный датчик 63 тока. Выход магнитного датчика 63 тока через усилитель 59 постоянного тока подключен к управляющему входу регулятора 58 постоянного тока, через которьп первый вывод для подключения постоянного напряжения питания соединен с первым выходным выводом 33 источника 5 эталонного тока. Второй вывод для подключения постоянного напряжения питания соединен через эталонньп резистор 62 с вторым выходным выводом 34. Первый входной вывод магнитного датчика 63 тока соединен с первым потенциальным выводом эталонного резистора 62, к второму его потенциальному выводу подсоединен соответствующий вывод стабилитрона 61, второй вывод последнего подсоединен не -посредственно к второму входному выводу магнитного датчика 63 тока, а через стабилизатор 60 тока - к перному выводу для подключения постоянного напряжения питания.Магнитный датчик 63 така включает магнитный экран 64, два магнитопровода 65 и 66 с обмотками 67 и 68 возбуждения, помешеццые в магнитный экран 64, поверх последнего размещена измерительная обмотка 69, генератор 70 возбуждения, к выходным выводам основной частоты которого подключены свободные выводы последовательно соединенных обмоток 67 и 68 возбуждения, и фазочувствительный детектор 71, к его сигнальному входу подключен объединенный вывод обмоток 67 и 68 возбуждения, а к управляющему входу выход удвоенной частоты генератора 70 возбуждения. Измерительная обмотка 69 подключена к входным выводам магнитного датчика 63 тока, а его ныходом служит выход фазочувствительного детектора 71.Цифровой элемент 1 6 с управляемой проводимостью содержит управляемый ключи 72 - 74 и резисторы 75 - 77. Первый ключ 72 соединен последовательно с первьм резистором 75, второй ключ 73 - с вторым резистором 76 и т.д., Затем все образовавшиеся последовательньд цепочки соединены параллельно и их объединенные выводы подключены соответственно к выводам 43 и 44 цифровой управляемой прово 51 О15 димости. Сигнал управ.дения ца упран - ляющце входы клк чей 7 - 74 цас тупает через жгут 51,Система работает следуюдци обра:амКоды адресов, коды величин токов и другие команды поступают в блок Э управления либо цепосредсд венца ат блока 4 ручного набора команд и адреса, либо от электронной гы.целительной машинычерез бл к 2 связи. Через жгуты 51 - 53 соответствующие коды от блока Э управления поступают в первый 8, второй 9 и И-й 10 каналы стабилизации.Опорцьп ток с выхода буферного преобразователя 6 п стаянцага тока поступает ва входную цепь измерит-льнога преобразователя 1постоянноготака (канал 8) через зажимы 37 и 38.Этот опорный ток поступает и ца остальные каналы 9 и 10 ст;. илцзациисоответственно через выводы 39 - 42.Через выводы 33 и 34 во входную цепьбуферного преобразователя 6 постоялцад а тока поступает эталонцьпю так отисточника 5 эталонного тока. Буфепцьпт преобразователь 6 служит для нм сакастабильнога преобразования относительна малого эталонного тока всущественно больший па величин е опорцьд так 1,последний в десять ц болеераз больше эталонного тока ), а такжедля ослабления дестабцлиэцрунюега 35воздействия са стороны каналов сгабилизации 8 - 10 на эталонный источник5 така.На последовательно соединенные 40 элемент 16 и вторую секцию 23 компенсационной обмотки 18 (канал 8) настоянное напряжение 1. с выхода стабилизатора 7 постоянного напряженияпоступает через зажимы 45 и 46. Это 45 наг.ряжение поступает ца аналогичныеэлементы других каналов (9 и 1 О) через зажимы 47, 48 и 49, 50.Теперь, после рассмотрения взаимодействия общих узлов системы, рас смотрим работу, например, первого 8канала стабилизации. В соответствиис кодом, поступающим на управляющийвход цифрового переключателя 15, квыходу измерительного преобразователя 14 постоянного тока подключаются 55соответствующие секции компенсационной обмотки 18. Через эти включенныесекции протекает ныхадцай ток Т измерительного преобразователя 14 па 1524032стоянного тока, на вход которого поступает опорный ток 1 О. Измерительный преобразователь 14 постоянного тока служит для высокостабильной передачи опорного тока в цепь, сопро 5 тинление которой изменяется в широких пределах (так как число витков включенных секций изменяется от единиц до нескольких тысяч в зависцмос 10 ти от кода величины тока нагрузки), а также для гальванического разделения цепи опорного тока от остальных цепей каналов 8-1 0 стабилизации.В соответствии с кодом, поступающим на управляющий выход элемента 16, регулируется величина тока 1 который протекает во второй секции 23 компенсационной обмотки 18.Токи 1 г и 1 З, протекая по соответствующим секциям обмотки 1 8, создают МДС н магнитных элементах детектора 19 разбаланса МДС, которая будет ранна 1 И, + 1 И, где И - число нитков, включенных циФровым переключа телем 15 в цепь тока 1, И - число витков секций 23. Под действием этой МДС детектор разбаланса 19 МДС,вырабатывает управляющее напряжение, которое поступает на вход регулятора 21 постоянного тока и вызывает появление на его выходе тока 1 . Ток 1 протекает через резистор 20 и секцию 22 компенсационной обмотки 18, вызывая падение напряжения П на резисторе 20 и создавая МДС в магнитных элементах детектора 1 9, равную 1 Иэ где И. - число витков секции 22. Напряжен ие П , являюще е с я выходным 4 напряжением датчика 12 тока, поступает на вход усилителя 13 постоянноготока, выходное напряжение последнего воздействует на управляющий вход си-, лового управляемого преобразователя 45 11 и управляет его выходным током 1. Ток 1 протекает через нагрузку 24 и измерительную обмотку 17 датчика 12 тока, создавая и магнитных элементах детектора 19 МДС, равную 1 И, где И н - число витков измерительной обмотки 17. ИДС 1 И направлена навстречу ГДС 1 И+ 1 ИТок 1 н изменяется до тех пор, пока МДС 1 И н не скомпенсирует МДС 1 И+ 1 И. При55 изменении кода установки тока в данном канале изменяются величины И и 1 что приводитустановлению ново - го значения тока 1в нагрузке 24. В установицшемся режиме напряжение на выходе датчика 12 тока равно величине действующего рассогласования 411 н главном контуре авторегулирования (главный контур авторегулирования включает узлы 11, 12 ц 13) . При большом усилении усилителя 13 постоянного тока ДБ является малой величиной такими образом- О.Контур авторегулцронация датчика 12 тока (включает элементы7-23) поддерживает с высокой точностью разбаланс МДС постоянных токон, действующих на магнитные элементы детектора разбаланса Г 1 ДС.Рассмотрим работу отдельных узлов системы.В измерительную обмотку 55 измерительного преобразователя 14 постоянного тока поступает опорный ток 1 и создает в магнитных элементах детектора 57 разбаланса МДС, которая равна 1 И, где И - число витков измерительной обмотки 55. Сигнал рассогласования с выхода детектора 57 разбаланса МДС поступает на вход усилителя 54 постоянного тока и управляет его выходным током, который протекая по компенсационной обмотке 56 с числом витков И , создает МДС,"н,пнаправленную нанстречу МДС измерительной обмотки 55. Выходной ток усилителя 54 постоянного тока изменяется до тех пор, пока не достигнет значения 1 г при котором упомянутые МЛС взаимно компенсируются. Установившийся режим работы преобразонателя 14 (с точностью до величины действующего рассогласования контура анторегулиронания, при большом усилении величина действующего рассогласования пренебрежимо мала) описывается соотещношением откуда1 г 1 оИио 11При включении питания эталонного источника 5 тока (Фиг. 3) через стабилитрон 61 начинает проходить стабильный ток от стабилизатора 60 постоянного тока. Падение напряжения на стабилитроне является эталонным напряжением для данного узла и черезэталонный резистор приложено к измерительной обмотке 69 с числом витков И , через которую начинает протекать некоторый постоянный ток 1 . Этот ток создает в магнитном экране 64 и магнитопроводах 65 и 66 магнитного дат 5 чика 63 тока МДС 1 И. Выходное напряжение магнитного датчика 63 тока через усилитель 59 постоянного тока поступает на управляющий вход регуля 1 О тора 58 постоянного тока и управляет его выходным током 1, , который протекает через эталонный резистор 62 и нагрузку, подключенную к зажимам 33 и 34 источника 5 эталонного тока15Падение напряжения 11 на эталоняном резисторе 62 направлено навстречу эталонному напряжению Ц на стазтбилитроне 61, действие контура авто- регулирования направлено на поддер 20 жанне баланса напряжений, т.е. Б,причем при большом коэффициенте усиления разомкнутого контура авторегулирования действующее рас согласование пренебрежимо мало, в 25 этом случае с высокой точностью поддерживается режим, при котором О эт = 13 т Эт где Й- номинальное значение эталонного резистора 62,30 откуда эт 11 т ,. Напряжение с выхода основной час - тоты генератора 70 возбуждения поступает на соединенные последонательновстречно обмотки 67 и 68 возбуждения. На сигнальный вход фазочувствительного детектора 71 напряжение поступает 40 с объединенных выводов обмоток 67 и 68, а на управляющий - с выхода удвоенной частоты генератора 70 возбуждения. Магнитный датчик 63 тока работает в режиме магнитного модулятора с 45 удвоением частоты. При отсутствии подмагничивания постоянным током маг.нитопроводов 65 и 66 на сигнальном входе фазочувствительного детектора 71 отсутствует напряжение удвоенной частоты и, соответственно, на выходе последнего постоянная составляющая напряжения равна нулю. При подмагничивании постоянным током магнитопроводон 65 и 66 (что означает для рас 55 сматриваемого блока 5 нарушение баланса напряжений, т.е. Б,11 т) на сигнальном нходе блока 71 появляется напряжение удвоенной частоты, амплитуда которого зависит от величины подмагничивания, а база изменяетсяона 180 при изменении направления подмагничивания, соответственно, на выходе блока 71 появляется постоянная составляющая напряжения величина которой пропорциональна величине подмагничивания, а знак зависит от направления подмагничинания.На последовательно нключенныс секции 23 компенсационной обмотки 18 в цифровой элемент 16 с управляемой праводимостью подается напряжение П от стабилизатора постоянного напряжения. Управлеощие сигналы пос гупают на ключи 72-74 через жгут 51 от блока 3 управления (фиг. 4 ), Последовательно с ключами 72-74 включены резисторы, проводимости которых У,2 У,2" У, 2 У При соответствующем количестве ключей достигается требуемое количество градаций изменения проводимости у блока и, соответственно, тока 13 Формула изоб ретен ияСистема стабилизации постоянных регулируемых токов для питания И независимых нагрузок, содержащая блок связи с выводами для подключения к электронной вычислительной мащине, выходом подключенный к первому входу блока управления, второй вход которого соединен с блоком ручного набора команд и адреса, а выход блока управления подключен к входам И каналов стабилизации, каждый из которых включает в себя силовой управляемый преобразователь, выводы переменного тока которого подключены к входным выво-, дам, а выводы постоянного тока через датчик тока соединены с выводами для подключениянагрузки, и источник эталонного сигнала, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации токов, в нее введены стабилизатор постоянного напряжения и буферный преобразователь постоянного тока, вход которого подключен к источнику эталонного сигнала, а в каждый из каналов стабилизации - усилитель постоянного тока, цифровой элемент с управляемой прово - димостью, измерительный преобразователь постоянного тока нходная цепь которого гальванически отделена от остальных его цепей, цифровой переключатель входные нынопы которого. 1524032 12 25 подключены к выходным выводам измерительного преобразователя постоянного тока, выход буерного преобразователя постоянного тока подключен к последо 5 вательно соединенным входам измерительных преобразователей постоянного тока всех И каналов стабилизации, каждый датчик тока включает измрительную обмотку, подключенную к вход О ным выводам датчика тока, компенса - ционную обмотку, состоящую из отдельных секций с разным числом витков, резистор, детектор разбаланса магии тодвижущей силы (МДС) и регулятор по стояццого тока, вход которого подключен к выходу детектора разбалацса 11 ДС, первая секция компенсациоцной обмотки подключена к выходу регулятора постоянного тока через резистор, потенциальные зажимы последнего соединены с выходными цьводами датчика тока, вторая секция компенсационнойобмотки подключена к выходу стабилизатора напряжения постоянного токачерез цифровой элемент с управляемой проводимостью, остальцье секции ком - пенсационцой обмотки ггодключены к выходным выводам цифрового переключателя, выход датчика тока через усили- тель постоянного тока подключен к управляющему входу силового управляемого преобразователя, при этом источ -ник эталонного сигнала выполнен в виде источника эталонного тока, управляющие входы цифровьх переключатслей и цифровых элементов " уравля:ой проводимостью подключены к входу ка нала стабилизации,402. Система по и. 1, о т л и ч аю -щ а я с я тем, что измерительныйпреобразователь постоянного тока выполнен на базе усгглителя постоянноготока и измерительного узла с уравно-,вешиванием ИДС постоянных токов,включающего подключенную к входнымвыводам измерительног преобразовате -ля постоянного тока измерительную обмотку, компенсационную обмотку и детектор разбаланса 11 ДС, вьход которого годключец к входу у илцтля постояцного тока, выходные ц".лопь последнего однц нецасредствец з, а другой через компенсационную обмотк., - соединены с выходными выводами измерительного преобразователя постоянного тока.3, Система по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что источник эталонного тока выполнен на основе регулятора постоянного тока, усилителя постоянного тока, стабилизатора постоянного тока, стабилитрона, эталонного резистора ц магнитного датчика тока, выход которого через усилитель постоянного тока подключен к управляющему входу регулятора пОстоянцого тока, через который первыйвывод для подключения источника постоянного напряжения питания соединен с первым выходным выводом источника эталонного тока, г; рые выводы акал 1 - гичногс, ца начеция соедццы между собой через э 1 алоцггйезистор, первый входной вывод маггитно о датчика тока соединен с первым готенциальным цьцодом эталонного резист 1 ра, к второму потенциальному выводу которого гсдслединен соответствующий вывод стабилитрона, второй вывод последнего годсоединен непосредственно к второму входному выводу магнитного датчикатока, а через стабилизатор тока - кпервому выводу для подключения источника постоянного напряжция питания.1 524032Составитель С,Черньипева Редактор Л. Зайцева Техред М.Дидык Корректор Т.Малец Заказ 7042/49 Тираж 788 Подписное ВНИИПИ .Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушскаянаб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101