Система стабилизации постоянных регулируемых токов для питания n независимых нагрузок

 

Изобретение относится к вторичным источникам питания магнитных систем физических установок. Целью изобретения является повышение точности стабилизации токов. Это достигается введением в схему стабилизатора 7 постоянного напряжения, N цифровых переключателей 15, N цифровых элементов 16 с управляемой проводимостью, N усилителей постоянного тока и буферного преобразователя 14 постоянного тока. В качестве эталона в устройстве используется стабильный постоянный ток, который создает опорные м.д.с., сравниваемые с м.д.с., создаваемыми токами нагрузок. Нестабильность всей системы зависит только от одного резистора в источнике эталонного тока. Влияние нестабильности других резисторов на погрешность системы ослабляется на несколько порядков за счет введения указанных элементов и образованных ими связей. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 05 F 1 56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С

ЬР

4 ь

CO

С Э

Ьг

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А STOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 431 7582/24-07 (22) 19.10.87 (46) 23.11.89. Бюл. Р 43 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) В.В.Калиниченко (53) 621 .316.722.1 (088.8) (56) Асташин В.В. и др. Комплекс систем стабилизации токов в магнитных элементах транспортировки заряженных частиц синхроциклотрона íà I ГэВ ЛИЯФ

АН СССР. — Препарат ЛИЯФ АН СССР, Р 108, Л., 1974.

Баклаков Б.А. и др. Система питания электромагнита и линз накопителя

ВЭПП-3, управляемая с помощью ЭВМ.

В кн.: — Труды третьего Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, т. И. — M.: Наука, 1973, с. 39. (54) CVCTEMA СТАБИЛИЗАЦИИ IIOCTOHHHbX

РЕГУЛИРУЕМЬХ ТОКОВ ДЛЯ III .ТАНИЯ N НЕ—

ЗАВИСИМЫХ НАГРУЗОК (57) Изобретение относится к вторичным источникам питания магнитных систем физических установок . Целью изобретения является повышение точности стабилизации токов. Это достигается введением в схему стабилизатора 7 постоянного напряжения, N цифровых пе реключателей 15, N цифровых элементов

16 с управляемой проводимостью, N усилителей постоянного тока и буферного преобразователя 14 постоянного тока. В качестве эталона в устройстве используется стабильный постоянный ток, который создает опорные МДС, сравниваемые с МДС, создаваемыми токами нагрузок . Нестабильность всей системы зависит только от одного резистора в источнике эталонного тока.

»80 524032. А 1

Влияние нестабильности других резисторов на погрешность системы ослабляется на несколько порядков за счет введения указанных элементов и образованных ими связей. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

) 524032

Изобретение относится к электро технике, в частности к стабилизированным источникам тока.

Бель изобретения — повышение точности стабилизации токов.

Иа фиг. I приведена блок-схема системы стабилизации постоянных регулируемьгх токов для питания N 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 N независимых нагрузок (фиг.l) 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 ), 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 N-й 1 0 каналы стабилизации.

Канал стабилизации включает силовой управляемый преобразователь 1), датчик 12 тока, усилитель 13 постоян— ного тока, выход которого подключен к управляющему входу силового управ— ляемого 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 )5 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 I 9 разбаланса )!ДС, резистор 20, регулятор 21 постоянного тока, к выходу которого подключены соединенные последовательно резистор 20 и первая секция 22 компенсационной обмотки 18.

Потенциальные зажимы резистора 20 подключены к выходным выводам датчика 12 тока. Вход регулятора 2) по5 стоянного тока подключен к выходу детектора 19 раэбаланса )!ДС. Вторая секция 23 компенсационной обмотки ) 8 подключена через цифровой элемент 16 с управляемой проводимостью к выходу стаб илиз ато ра 7 постоянного нап ряжения. Ос Tальные секции компенсационной обмотки 18 подключены к выходам пифрового переключателя 15.

1!агрузка 24 первого канала 8 стабилизации подключена к его клеммам

25 и 26, нагрузка 27 второго канала

9 — к его клеммам 28 и 29, а нагрузка 30 N-ro канала 1 0 — к его клеммам

3l и 32. ))a фиг.l обозначены выходные зажимы 33 и 34 источника эталонного сигнала, выходные зажимы 35 и 36 измерительного преобразователя 14 (используемого в первом канале 8 стабилизации), входные зажимы 37 и 38 преобразователя 14, входные зажимы

39-42 измерительных преобразователей второго 9 и N-го 10 каналов стабилизации, зажимы 43 и 44 цифрового элемента 16 с управляемой проводимостьо, 30 используемой в пе):«ом канале 8 стабилизации. Первь., канал 8 стабилизации подключается к выходу стабилизатора постоянного напряжения через зажимы

45 и 46. Соответственно второй 9 и

N-й 10 каналы стабилизации — через зажимы 47, 48 и 49, 50.

Блок 3 управления связан с соответствующими узлами первого 8, второго 9 и N-ro 10 каналов стабилиза40 ции через жгуты 51 — 53 соответственно.

Измерительный преобразователь 14 постоянного тока (фиг.2, содержит усилитель 54 постоянного тока и измерительный узел с уравновешиванием

МДС постоянных токов, включающий измерительную 55 и компенсационную 56 обмотки, а также детектор 57 раэбаланса !!ДС. Выход детектора 57 раэба50 ланса ))ДС подключен к входу усилителя 54 постоянного тока, выходные выводы последнего соединены с выходными зажимами 35 и 36 один непосредственно, а другой — через компенсационную обмотку 56. Измерительная об—

55 мотка 55 подключена к входным эажимам 37 и 38.

Источник эталонного тока 5 (Фиг . 3 ) содержит регулятор 58 постоянного то! 52 Оз? ка, усилитель 59 постоянного тока, стабилизатор 60 постояннога тока, стабилитрон 61, этало»»»»ый» 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 котарьп» 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 эталоннь»»» 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 подсоедl»I»e»» не— пос редс твен но к вта рому 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, помещенные 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 16 с управляемой проводимостью содержит управляемый ключи 72 — 74 и резисторы 75 — 77 .

Первый ключ 72 соединен последовательно с первь»м резистором 75, второй ключ 73 — с вторым резистором 76 и т.д., Затем все образовавшиеся последовательнья цепочки соединены параллельно и их объединенные выводы подключены саатнс тс т» енно к выводам

43 и 44 цифровой управляемой прово5

»»»»ь.аст»». Сигнал упр<1В.» ния иа управ— ляющие входы клк чей 7? — 74 пас тупает через жгут 51.

Система ряботает следую»гп»»» обра": O!» °

» оды адресов, коды велич ш» токов и другие команды поступают в блок 3 управления либо непосредсз венна ат блока 4 ручного набора команд и адреса, либо от элек-.раиной гычисл»»тельной машины 1 через блс к 2 связи.

Через жгуты 51 — 53 соответствующие коды от блока 3 управления поступают в первый 8, второй 9 и N-й 10 каналы стабилизации.

Опор»»ь»»» ток с выхода буферного преобразователя 6 постояв»»ага тока наступает ва входную цепь 1»змсрит.льного преобразователя 1 i г»астоя»»».аго така (канал 8) через зажимы 37 и 38.

Этот опорный ток поступает и ня остяпьг»»ле каналы 9 и 1 О ст;. илизации соответственно через выводы 39 — 42. lr.pe3 Bb»Foäû 33 и 34 во входную цепь буферного преобразователя 6 постоялíoI о тока поступает эталанньп» так от источника 5 эталонного тока. Буфе»альп» преобразователь 6 служит для I!» l30 coêастябильнога преабразава:»èÿ относительна малого эталонного тока в существенно больший па вел;»ч»»».е опор ный так (послед»»»»»» в десять: » более раз больше эталонного така ), я также для ослабления дестаб»»;»иэ»»ру» 1ле» а

35 воздействия са стороны каналов сгабилизяции 8 — 1 О на эталонный источник

5 така.

На последовательно соединенные

40 элемент 16 и вторую секцию 23 компенсационной обмотки 18 (канал 8) настоянное напряжение L с выхода стабилизатора 7 постояш»ого напряжения поступает через зажимы 45 и 46. Это

45 нагряжение поступает на аналогичные элементы других каналов (9 и 10) через зажимы 47, 48 и 49, 50.

Теперь, после рассмотрения взаимодействия общих узлов системы, рас-.

50 смотрим рабату, например, первого 8 канала стабилизации. В соответствии с кодом, поступающим на управляющий вход цифрового переключателя 15, к выходу измерительната преобразователя 14 постоянного тока подключаются

55 соответствующие секции кам:»енсацианнай обмотки 18. Чере» эти включенные секции протекает выход»»ай ток Т изме рите Ib HQI преаб р:»э сват еля 1 4 IIo1524032 стоянного тока, на вход которого поступает опорный ток Ip. Измерительный преобразователь 14 постоянного тока служит для высокостабильной передачи опорного тока в цепь, сопро5 тивление которой изменяется в широких пределах (так как число витков включенных секций изменяется от единиц до нескольких тысяч в занисж ос10 ти от кода величины тока нагрузки), а также для гальванического разделения цепи опорного тока от остальных цепей каналов 8-10 стабилизации.

В соответствии с кодом, поступающим на управляющий выход элемента 16, регулируется величина тока I, который протекает во второй секции 23 компенсационной обмотки 18.

ToKH I H Ig 11poTeKBH IIo соответствующимм секциям обмотки 18, создают

МДС н магнитных элементах детектора

19 разбаланса МДС, которая будет ранна ТсИн + ? И, где V — число вит"k ков, включенных цифровым переключателем 15 в цепь тока I И вЂ” число витков секций 23. Под действием этой

МДС детектор разбаланса 19 МДС,выра— батынает управляющее напряжение, которое поступает на вход регулятора

21 постоянного тока и вызывает появление на его выходе тока Т >. Ток I протекает через резистор 20 и секцию 22 компенсационной обмотки 18, вызывая падение напряжения L на ре9 зисторе 20 и создавая МДС в магнитных элементах детектора 1 9, paFíóþ

Т Иэ> где W>. — число витков секции 22.

Напряжение U, являюще е с я выходным 40 напряжением датчика 12 тока, поступает на вход усилителя 13 постоянного тока, выходное напряжение последнего воздействует на управляющий вход си-. лового управляемого преобразователя 45

11 и управляет его выходным током I .

Ток IÄ протекает через нагрузку 24 и измерительную обмотку 17 датчика 12 тока, создавая и магнитных элементах детектора 19 МДС, равную I„W„, где

И вЂ” число витков измерительной обмотки 17. Г1ДС I W направлена навстречу YДС ТсИ„+ I >W> Ток ?н няется до тех пор, пока МДС I

55 изменении кода установки тока в данном канале изменяются величины И и

I>, что приводить установлению ново— го значения тока I „в наг руэке 24.

В установицшемся режиме напряжение на выходе датчика 12 тока равно величине действующего рассогласования 4 о в главном контуре авторегулирования (главный контур авторегулирования включает узлы 11, 12 и 13) . При большом усилении усили" åëÿ 13 постоянного тока LlU является малой величиной> такыра образом и ЛП 0.

Контур авторегулиронания датчика

12 тока (включает элементы 17-23) поддерживает с высокой точностью разбаланс МДС постоянных токон, действующих на магнитные элементы детектора разбаланса Г1ДС.

Рассмотрим работу отдельных узлов системы.

В измерительную обмотку 55 измерительного преобразователя 14 постоянного тока поступает опорный ток

I и создает в магнитных элементах детектора 57 разбаланса МДС, которая равна I W„„, 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 вьжодпым током, который> протекая по компенсапионной обмотке

56 с числом витков И, создает МДС, "ип> направленную нанстречу МДС измерительной обмотки 55. Выходной ток усилителя 54 постоянного тока изменяется до тех пор, пока не достигнет значения I > при котором упомянутые МДС взаимно компенсируются. Установившийся режим работы преобразонателя 14 (с точностью до величины действующего рассогласования контура анторегулиронания, при большом усилении величина действующего рассогласования пренебрежимо мала) описывается соотношением откуда

При 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 через эталонный резистор приложено к изме1 524032

l0 рительной обмотке 69 с числом витков

W, через которую начинает протекать некоторый постоянный ток I . Этот ток создает в магнитном экране 64 и магнитопроводах 65 и 66 магнитного дат5 чика 63 тока МДС I Wg . Выходное напряжение магнитного датчика 63 тока через усилитель 59 постоянного тока поступает на управляющий вход регуля10 тора 58 постоянного тока и управляет его выходным током I, который протекает через эталонный резистор 62 и нагрузку, подключенную к зажимам

33 и 34 источника 5 эталонного тока ° !

Падение напряжения U на эталонЯ ном резисторе 62 направлено навстречу эталонному напряжению g на стазт билитроне 61, действие контура авторегулирования направлено на поддер20 жанне баланса напряжений, т ° е. U причем при большом коэффициенте усиления разомкнутого контура авторегулирования действующее рас со глас он ание и ре не 6 режимо мало, в этом случае с высокой точностью поддерживается режим, при котором э эт )т где R — номинальное значение эталонного резистора 62, 30 откуда

I Ä = U»/R„

Напряжение с выхода основной час- 35 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 удноением частоты. При отсутствии подмагничивания постоянным током маг.нитопроводов 65 и 66 на сигнальном входе фазочувствительного детектора

7l 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 рас55 сматриваемого блока 5 нарушение баланса напряжений, т.е. U g Пзт) на сигнальном входе блока 71 появляется напряжение удвоенной частоты, амплитуда которого зависит от величины подмагничивания, а база изменяется о на 180 при изменении направления подмагничивания, соответственно, на выходе блока 71 поянляется постоянная составляющая напряжения, величина которой пропорциональна величине подмагничивания, а знак зависит от направления подмагничинания.

На последовательно включенныг секции 23 компенсационной обмотки 18 в цифровой элемент 16 с управляемой проводимостью подается напряжение Uq от стабилизатора постоянного напряжения. Управлжощие 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, 2У,,..., 2" У,, 2 Y, . При соответствующем количестве ключей достигается требуемое количество градаций изменения проводимости у блока и, соответственно, 3

Формула изобретения

l . Система стабилизации постоянных регулируемых токов для питания N независимых нагрузок, содержащая блок связи с выводами для подключения к электронной вычислительной машине, 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 N 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 подключения.,нагрузки, 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 проно— димостью, измерительный преобразователь постоянного тока, входная цепь которого гальванически отделена от остальных его цепей, цифровой переключатель, входные выводы которого. 1524032

12 подключены к выходным выводам измерительного преобразователя постоянного тока, выход бу*ерного преобразователя постоянного тока подключен к последо5 ва тель но соединенным входам измерительных преобразователей постоянного тока всех N каналов стабилизации, каждый датчик тока включает измерительную обмотку, ггодключенную к вход- 1О 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- 1 стоянного тока, вход которого подключен к выходу детектора разбаланса

ИДС, первая секция компенсационной обмотки подключена к выходу регулятора постоянного тока через резистор, 2О потенциальные зажимы последнего сое— динены с выходными вь<водами датчика тока, вторая секция компенсационной обмотки подключена к выходу стабили25 затора напряжения постоянного тока через цифровой элемент с управляемой проводимостью, <>< òàëüaûå секции ком— пенсационной обмотки <годключеггь< к вы— ходггым выводам ци<1>рового переключателя, выход датчика тока через усили - 3р тель постоянного тока подключен к уп— равляющему входу силовог о управляемого преобразователя, при этом источ— ник эталонного сигнала выполнен в виде источника эталонного тока, управ— ляющие входы цифровых переключатслей и цифровых элементов " у«равля< .:ой проводимостью подключены к входу канала стабилизации.

2. Система по и. 1, о т л и ч аю— щ а я с я тем, что измерительный преобразователь постоянного тока выполнен на базе усилителя постоянного тока и измерительного узла с уравно-. вешиванием 1 .ДС постоянных токов, включающего подключенную к входным выводам измерительног<> преобразовате— ля постоянного тока измерительную об мотку, компенсационную обмотку и детектор разбаланса 11ДС, выход которого

<годключен к входу у илителя постоянного тока, выходные в".воды последнего один нег>осредстг<ен «., а друг ой через компенсационную оГ мотк, — соединены с выходными выводами измерительного преобразователя постоянного тока.

3. Система по пп. 1 и 2, <> 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, стаби.гитрона, эталонного резистора и магнитного датчика тока, выход которого через усилитель постоянного тока подключен к уп равляющему входу регулятора пОстоянного тока, через который первый вывод для подключения источника постоянного напряжения питания соединен с первым выходным выводом источ>гика эталонного тока, и; рые выводы акал<> гичногс, на <н,>ленин со<:дигг:нь! между собой через эталонгп<йг резистор, первый входной вывод магнитно> о датчика тока соединен с первым г отенциальным выводом эталонног о резист<>ра, к вто рому потенциальному вын >ду которого г<с дсоединен соответствующий вывод стабилитрона, второй выло;< последнего

>годсоединен непосредственн<> к второму входному выводу магнитного датчика тока, а через стабилизатор тока — к первому выводу для подключения источника постоянного напряжения питания.

l 524032

1 524032

Составитель С.Черньипева

Редактор Л. Зайцева Техред M.Äèäûê КоРРектор T.Màëåö

Заказ 7042/49 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101