Стабилизатор постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения - повышение динамической точности стабилизации. В состав устройства входят силовой регулятор 1 тока, измерительно усилительный узел 2, ниточник 3 опорного сигнала, магни™ томодуляционный узел 5,. состоящий из магнитного экрана 6, магнитопров ода 7 с обмоткрй 8 возбуждения, магнитопровода 9 с рабочей обмоткой 10, а также компенсационной обмотки 11 и измерительной обмотки 12, намотанных поверх экрана 6, генератор 13 возбуждения, конденсаторы 14, 15, узел 16 демодуляции, состоящий из нерегулируемых резисторов 17, 18, пиковых детекторов 19, 20 и дифференци- .ального усилителя 21, вспомогательный регулятор 22 тока, регулируемьй резистор 23. Элементы 5-23 составляют датчик 4 тока. Генератор 13 возбуждения выполнен на основе тиристорного инвертора постоянного напряжения. В процессе работы стабилизатора имеет место непрерывный контроль тока в нагрузке 24 и подавление переменного напряжения частоты возбуждения, передаваемого в компенсационную обмотку 11 из обмотки 8 возбуждения. Вследствие этого отпадает необходи-г мость в установке в измерительноусилительном узле 2 фильтра нижних частот. Это позволяет получить широкую полосу пропускания в контуре авторегулирования, и, таким образом , улучшить динамические характеристики устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 нл. (Л 4:ib О) vl СП 4 СЛ К)

COl03 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1467545 (51) 4 G 05 F 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1180862 (21) 4298785/24-07 (22) 24.. 08 . 8 7 (46) 23.03.89. Бюл. N - 11 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) Э.К. Батманова и В.В. Калиниченко (53) 621.316. 722.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1180862, кл. G 05 F 1/56, 1984. (54) СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Цель изобретения — повышение динамической точности стабилизации, В состав устройства входят силовой регулятор 1 тока, измерительно-усилительный узел 2, источник 3 опорного сигнала, магнитомодуляционный узел 5, состоящий из магнитного экрана 6, магнитопровода 7 с обмоткой 8 возбуждения, магнитопровода 9 с рабочей обмоткой 10, а также компенсационной обмотки 11 и измерительной обмотки 12, намотанных поверх экрана 6, генератор 13 возбуждения, конденсаторы 14, 15, узел 16 демодуляции, состоящий из нерегулируемых резисторов 17, 18, пиковых детекторов 19, 20 и дифференциального усилителя 21, вспомогательный регулятор 22 тока, регулируемый резистор 23. Элементы 5-23 составляют датчик 4 тока. Генератор 13 возбуждения выполнен на основе тиристорного инвертора постоянного напряжения.

В процессе работы стабилизатора имеет место непрерывный контроль тока в нагрузке 24 и подавление переменного напряжения частоты возбуждения, передаваемого в компенсационную об-, мотку 11 из обмотки 8 возбуждения.

Вследствие этого отпадает необходи.-. мость в установке в измерительноусилительном узле 2 фильтра нижних частот. Это позволяет получить широкую полосу пропускания в контуре авторегулирования, и, таким образом, улучшить динамические характеристики устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

146 7 545

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для использования при реализации стабилизирующих источников вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. К- 1180862, Целью изобретения является повышение динамической точности стабилиза ции.

На фиг. 1 представлена функциональная схема стабилизатора постоянного тока; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема используемого генератора возбуждения.

Стабилизатор содержит силовой регулятор 1 тока (фиг. 1), измерительно-усилительный узел 2, источник

3 опорного сигнала, датчик 4 тока, в который входят магнитомодуляционный узел 5, состоящий из экрана 6, первого магнитопровода 7, обмотки 8 возбуждения, второго магнитопровода

9, рабочей обмотки 10, компенсацион- 25 ной обмотки 11 и измерительной обмотки 12, генератор 13 возбуждения, первый конденсатор 14, второй конденсатор 15, узел 16 демодуляции, состоящий из первого нерегулируемого 30 резистора 17, второго нерегулируемого резистора 18, пиковых детекторов

19 и 20 и дифференциального усилителя 21, вспомогательный регулятор

22 тока, регулируемый резистор 23.

На функциональной схеме отмечена также нагрузка 24 стабилизатора.

Внутри магнитного экрана 6 помещены первый магнитонровод 7 с намотанной на его обмоткой 8 возбуждения и второй магнитопровод 9 в намотанной на него рабочей обмоткой 10. Поверх магнитного экрана 6 расположены компенсационная обмотка 11 и измерительная обмотка 12. Входы пиковых

45 детекторов 19 и 20 зашунтированы — —нерегулируемыми резисторами 17 и 18, сосдиненйыми один с другим первыми .из выводов. Входы дифференциального усилителя 21 подключены к выходам пиковых детекторов 19 и 20. Выход 50 генератора 13 возбуждения через последовательно включенные первый конденсатор 14 и обмотку 8 возбуждения соединен с вторыми выводами нерегулируемых резисторов 17 и 18.

Вход вспомогательного регулятора

22 тока подключен к выходу дифференциального усилителя 21. Один из вхо( дов измеритепьно-усилительно гo узла

2 соединен с выходом источннка 3 опорного сигнала, а другой вход через компенсационную обмотку 11 — с выходом вспомогательного регулятора

22 тока. Силовой регулятор 1 тока соединен через измерительную обмотку

12 с выводами для подключения нагрузки 23 и подключен управляющим входом к выходу измерительно-усилительного узла 2. Рабочая обмотка 10 через последовательно включенные второй конденсатор 15 и регулируемый резистор 23 соединена с выходом генератора 13 возбуждения.

Генератор 13 возбуждения выполнен в виде инвертора напряжения и включает в себя тиристоры 25 и 26 (фиг. 2), пиковый трансформатор 27 с первичной обмоткой 28 и вторичнымиобмотками 29 и 30, вентили 31 и 32, электромагнитное реле с обмоткой 33 и замыкаюшим контактом 34, последовательную RC-цепочку с резистором 35 и конденсатором 36, стабилитрон 37 и ограничительный резистор 38. Последовательная RC-цепочка 35-36 соединена с выводами дпя подключения источника напряжения постоянного тока. Обмотка 33 электромагнитного реле через стабилитрон 37 подключена к. обкладкам конденсатора 36. Тиристоры подключены к обкладкам конденсатора 36 последовательно через замыкающий контакт 34 реле. Первичная обмотка 28 пикового трансформатора

27 через органичительный резистор 38 соединена с выходом источника синхронизирующего напряжения (не показан), а вторичные обмотки 29 и 30 через вентили 31 и 32 — с цепями управляющих электродов тиристоров 25 и 26. Выходными выводали генератора

13 возбуждения являются выводы силовых электродов тиристора 26.

Стабилизатор постоянного тока работает следующим образом.

В качестве источника 3 опорного сигнала используется источник эталонного тока, который выдает Bûñокостабильный ток величиной I . Этот ток поступает на один из вх дов измерительно-усилительного узла 2, к другому входу которогA по.. водится ток компенсации I,. ныраб,l (.h!Hëåìûé вспомогательным рег:. втором 22 тока. Величина тока Т „за висит от величины тока нагрузки I, нро.гека((лцего через

Таким образом, в режиме dIW = 0 напряжение на выходе узла 16 демодуляции равно нулю, а при dIW = 0— отлично от нуля, при этом его полярность определяется знаком разбаланса

dIW. Напряжение с выхода узла 16 демодуляции воздействует на вход вспомогательного регулятора 22 тока, вследствие этого воздействия ток I изменяется до тех пор, пока разбаланс ампервитков hIW не уменьшиться до пренебрежимо малого значения, равноз 146754 измерительную обмотку Т магнитомо2 дуляции узла 5. При неравенстве токов I> и I на выходе измерительноусилительного узла 2 появляется управляющий сигнал, который поступает на управляющий вход силового регулятора 1 тока. Под действие этого сигнала ток нагрузки I> изменяется до тех пор, пока величина разбаланса токов I u I 1, не уменьшится до пренебрежимо малого значения, равного величине действующего рассогласования замкнутого контура стабилизации.

Ток нагрузки IH, протекая по изме- 15 рительной обмотке 12 с числом вит" ков W создает в магнитном экране 6 и магнитопроводах 7 и 9 намагничивающую силу (н.с.), равную I Wö. Ток компенсации I » протекая по компенсационной обмотке 11 с числом витков

W создает в тех же элементах 6, 7 и 9 н.с. I W причем направление н,с. ?110„ противоположно направлению н.с. I>Wq В этих условиях при равен. 25 стве Х„И 11 = II,W < магнитный экран 6 и магнитопроводы 7 и 9 не подвергаются подмагничиванию полем постоянного тока (т.е. ХНИ11 — II,W О) .

К обмотке 8 возбуждения с выхода генератора 13 возбуждения поступает переменное напряжение возбуждения прямоугольной формы. Такое же.напряжение подводится и к рабочей обмотке 10. При отсутствии подмагничивания магнитопроводов 7 и 9 индуктивности обмоток 8 и 10 велики и по ним протекают небольшие токи, которые создают переменные н.с. соответственно в магнитопроводах 7..и 9. Обмотки 8 и 10 подключаются к генератору 13 возбуждения таким образом, чтобы н.с. в магнитопроводах 7 и 9 были направлены навстречу одна другой.

В этих условиях- индуцируемые этими н.с. электродвижущие силы в компенсационной обмотке 11 взаимно компенсируются и при точном балансе напряжение .частоты возбуждения на компенсационной обмотке 11 отсутствует. Балансировка осуществляется под- 50 бором величины конденсатора .14 (грубо) и с помощью регулируемого резистора 23 (точно).

Величина напряжения возбуждения на обмотках 8 и 10 выбирается из 55 условия, чтобы амплитуда индукции в магнитопроводах 7 и 9 была несколько меньше индукции насыщения. В рассмат5

4 рива еГ!ом рс жиГ1Р ((I W „— („4,. = О) вследст» иг симметрии I pIII«il! ннма гничивания положит ел ьние и ОтрГи1а тель» ные полуволны (импульсы) тока, формирующегося в цепи рабочей сбмстки

10, имеют одинаковую форму и раним по амплитуде.

При появлении разбаланса ампервитков Т11Ид и I У 1, (Т„Ъ 11 — I „W»

= JIW Ф О) элементы 6, 7 и 9 подмагничиваются полем постоянного тока, причем направление подмагничивания зависит от знака разбаланса. Н.с.

I W(l, создаваемая током возбуждения, знакопеременна, поэтому в один иэ полупериодов возбуждения н.с. I (lW> и

ЯХ(д совпадают по направлению, а в другой — направлены навстречу одна другой (здесь Т и (— соответственВ 8 но амплитуда тока в цепи обмотки 8 возбуждения и число витков этой обмотки) . При согласном направлении указанных н.с. магнитопровод 7 насыщается, индуктивность обмотки 8 уменьшается во много раз, что приводит к резкому увеличению амплитуды импульсов тока в обмотке 8 в этот полупериод (обозначим амплитуду этого импульса тока I>я) . Для другого полупериода возбуждения указанные н.с. направлены навстречу одна другой и компенсируются, амплитуда импульса: тока в этот полупериод зависит от величины П1(: I ц„= IW/W .

Сформированный в цепи обмотки 8 . возбуждения импульсный ток поступает в узел 16 демодуляции, который осуществлят преобра зование поступающих на его вход импульсных сигналов в постоянное напряжение, величина.которого пропорциональна разности амплитуд импульсов положительной и отрицательной полярности, а знак определяется полярностью большего rro амплитуде импульса.

5 146754

ro величине действующего рассогласования замкнутой следящей системы.

Следовательно, в стационарном режиме работы стабилизатора следящая система поддерживает с высокой точ5 ностью баланс ампервитков IqW, = — Х„Мк. Кроме того, контур стабилизации обеспечивает с высокой точностью баланс токов I к = 1 .

Эти два соотношения описывают статическое состояние стабилизатора, откуда I„= I W /W„. дпя надежной работы стабилизатора во всем диапазоне стабилизируемых токов необходимо обеспечить выполнение условия

При подаче напряжения питания на соответствующие зажимы инвертора конденсатор 36 заряжается через резистор 35. При определенной величине напряжения на конденсаторе 36 срабатывает электромагнитное реле с обмоткой 33, его контакт 34 замыкается, обеспечивая подачу напряжения питания на тиристоры 25 и 26. Стабилитрон 34 позволяет получить четкое срабатывание реле.

К выводам для подачи синхронизирующего напряжения подводится синусоидальное напряжение, которое через ограничительный резистор 38 поступает на первичную обмотку 28 пикового трансформатора 27. Последний преобразует синусоидальное напряжение в импульсное с относительно крутыми фронтами. С вторичных обмоток 29 и 30 импульсы напряжения через электрические вентили 32 и 31 поступают на управляющие электроды тиристоров 25 и 26.

Тиристоры 25 и 26 поочередно отпираются, обеспечивая протекание токов заряда и разряда конденсаторов 14 и 15. через включенные последовательно с ними соответствующие элементы.

При опрокидывании инвертора напряжение на конденсаторе 36 быстро уменьшается вследствие его разряда на низкое сопротивление открытых тиристоров 25 и 26, обмотка 33 реле обесточивается, контакт 34 размыкается и напряжение питания снимается с тиристоров 25 и 26. Конденсатор 36 при размыкании контакта 34 начинает заряжаться и, когда напряжение на нем достигает определенного уровня, вновь срабатывает реле, контакт 34 замыкается и инвертор включается в работу. За время заряда конденсатора 36 тиристоры 25 и 26 восстанавливают свою вентильную прочность.

Через магнитный экран 6 осуществляется прямая магнитная связь между измерительной 12 и компенсационной

11 обмотками. Поэтому при относительно небольшом суммарном активном сопротивлении R в цепи компенсационной обмотки 11 происходит трансформация переменной составляющей тока нагрузки на вход измерительно-усилительного узла 2. Поскольку для предложенного технического решения нет необходимоьн1 6 Iq макс1 1и

50 где IÄ Ä вЂ” максимальный стабилизируемый ток.

С помощью конденсатора 14 "обостряются" импульсы тока в цепи обмотки

8 возбуждения, что позволяет существенно уменьшить действующее значение 25 тока возбуждения при сохранении требуемого амплитудного значения этого тока.

Общий принцип действия узла 16 демодуляции не имеет существенных особенностей. Падения напряжений на резисторах 17 и 18, обусловленные протеканием тока, формирующегося в обмотке 8 возбуждения, детектируются однополупериодными пиковыми детекторами. 19 и 20. Постоянные напряжения

35 на выходах детекторов 19 и 20 имеют одинаковую полярность, при.этом благодаря специфическому включению резисторов 17 и 18 и их связям с входами детекторов 19 и 20 каждый из детекторов 19 и 20 детектирует "свою" полуволну тока возбуждения (например, детектор 19 — положительную, а детектор 20 — отрицательную). Для

45 режима IW = О, как уже отмечалось, амплитуда импульсов тока возбуждения положительной и отрицательной полярности равны, поэтому равны и напряжения на выходах детекторов

19 и 20. Соответственно их разность, выделенная дифференциальным усилителем 21, равна нулю. Очевидно, при QIW ф О, напряжение на выходе дифференциального усилителя 21 отлично ат нуля °

Работа генератора 13 возбуждения базируется на известном принципе инвертирования постоянного напряжения.

146 756 5

15

25

И,75 сти устанавливать в узле 2 фильтр нижних частот, обеспечиваются высокие динамические показатели стабили3BTopR Rg = R K + К вх+ Rgg,y где Rx— активное сопротивление обмотки 11, Кв„- входное сопротивление узла 2, Rsbtx выходное сопротивление регулятора 22.

Формула изобретения

1. Стабилизатор постоянного тока, по авт. св. В 1180862, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повыщения динамической точности стабилизации, он снабжен вторым конденсатором и регулируемым резистором, а внутрь магнитного экрана магнитомодуляционного узла введен второй магнитопровод с намотанной на него рабочей обмоткой, причем рабочая обмотка через последовательно второй конденсатор и регулируемьп1 резистор соединена с выходом генератора возбуждения .

2. Стабилизатор ио и. 1, и т л и ч à fo шийся тем, что генера тор вîзбужления выпoJIHеH в ниле инвертора напряжеиия, включающего в себя посл едова тел ьную RC-rtenn r ку, с ое-. диненную с выводами для подключения источника напряжения постоянного тока, электромагнитное реле, обмотка которого через стабилитрон иодклк чена к обкладкам конденсатора RCцепочки, два тиристора, подключенных к упомянутым обклапкам последовательно через замыкающий контакт реле, пиковый трансформатор, первичная обмотка которого через ограничительный резистор соединена с выходом источника синхронизирующего напряжения, а две вторичные обмотки через индивидуальные вентили — < цепями управляющих электродов соответствующих тиристоров, причем выходными выводами генератора возбуждения являются выводы силовых электродов одного из тиристоров.