Устройство для регулирования отношения токов в нагрузках

 

Использование: для регулирования отношения токов в нескольких нагрузках. Сущность изобретения: устройство содержит общий датчик 3 тока, (n-1) регулирующих элементов 4, (n-1) соответствующих датчиков 5 тока, (n-1) операционных усилителей 6 с регулируемыми коэффициентами усиления, (n-1) дифференциальных усилителей 7. Нагрузки 2 соединены последовательно. Регулирование отношений токов в каждой нагрузке 2 к полному току, протекающему через первую нагрузку, осуществляется путем управления коэффициентами усиления операционных усилителей 6. Получение заданного соотношения токов в нагрузках 2 обеспечивается путем выбора коэффициентов усиления, соответствующих операционных усилителей 6. Изменение этих коэффициентов может производиться по команде с ЭВМ. Устройство отличается высокой точностью регулирования токов. Использование термостабильных датчиков 3 и 5 тока обеспечивает получение термостабильного коэффициента отношения токов в нагрузках 2. 1 ил.

Изобретение относится к автоматическому регулированию постоянных токов и может быть использовано для регулирования отношения токов в нескольких нагрузках.

Известно устройство для регулирования отношения токов в двух нагрузках, представляющих собой обмотки магнитного устройства. Обмотки одним выводом соединены с клеммами источника питания, а другие выводы соединены между собой. Параллельно одной из обмоток установлено переменное активное сопротивление, за счет изменения которого достигается регулирование заданного соотношения токов в нагрузках (обмотках) [1] Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее две катушки, одни из выводов которых соединены с соответствующей клеммой источника питания, а другие выводы соединены между собой. Для регулирования отношения токов в катушках параллельно одной из них установлено переменное активное сопротивление [2] Недостатком известных устройств является низкая точность регулирования и поддержания заданного соотношения токов в нагрузках, обусловленная температурной нестабильностью как активного сопротивления катушек (обмоток), так и регулирующего сопротивления.

Целью изобретения является повышение точности регулирования отношения токов в нагрузках.

Достигается это тем, что в устройство регулирования отношения токов в нагрузках, выход каждой из которых соединен с входом последующей, содержащее источник питания, одна из клемм которого подключена к входу первой нагрузки, и регулирующий элемент, токовый вход которого подключен к выходу первой нагрузки, дополнительно введены регулирующие элементы, датчики тока регулирующих элементов, общий датчик тока, операционные усилители с регулируемым коэффициентом усиления и дифференциальные усилители. Регулирующие элементы выполнены электронными, токовые входы второго и последующих регулирующих элементов соединены с выходами, соответственно, второй и последующих нагрузок, выходы регулирующих элементов соединены с входами соответствующих датчиков тока и операционных усилителей. Выходы датчиков тока регулирующих элементов соединены между собой, с входом общего датчика тока и с общей шиной операционных и дифференциальных усилителей. Выходы операционных усилителей соединены с неинвертирующими входами дифференциальных усилителей, выход общего датчика тока с инвертирующими входами дифференциальных усилителей и с второй клеммой источника питания, а выходы дифференциальных усилителей с управляющими входами соответствующих регулирующих элементов, кроме того коэффициенты усиления К₁, К₂, К_(n-1).(n-1) операционных усилителей выбраны из условия: K_он2= 1 K_он3= K_он2- 1 K_он4= K_он3- K_онn= K_он(n-1)- где R_o, R₁, R₂, R_(n-1) сопротивление соответственно общего, первого, второго, (n-1) датчиков тока.

I_o, I_н2,I_нn токи, протекающие соответственно через первую, вторую, n нагрузки.

На чертеже показана структурная схема устройства регулирования отношения токов.

Она содержит источник питания 1, нагрузки 2 в количестве n, выход каждой из которых соединен с входом последующей, общий датчик тока 3, электронные регулирующие элементы 4 в количестве "n-1", соответствующие датчики тока 5, операционные усилители с регулируемым коэффициентом усиления 6 и дифференциальные усилители 7. Датчики тока 3 и 5 выполнены в виде термостабильных резисторов. Одна из клемм (зажимов) источника питания 1 подключена к входу первой нагрузки 2 (R_н1), а выход последней (n-й) нагрузки соединен с входом общего датчика тока 3, выход которого с второй клеммой источника 1. Токовый вход первого регулирующего элемента 4 соединен с входом второй нагрузки 2, а токовые входы последующих регулирующих элементов 4 соединены с входами соответствующих нагрузок 2. Выходы регулирующих элементов 4 соединены с входами соответствующих датчиков тока 5 и операционных усилителей 6, а выходы последних с неинвертирующими входами соответствующих дифференциальных усилителей 7. Выходы датчиков тока 5 соединены между собой, с входом общего датчика тока 3 и с общей шиной операционных и дифференциальных усилителей. Выход общего датчика тока 3 соединен с инвертирующими входами дифференциальных усилителей 7, а выходы последних с управляющими входами соответствующих регулирующих элементов 4.

Принцип действия устройства заключается в следующем. Ток I_о, поступающий на вход последовательно соединенных нагрузок 2 (R_н1.R_нn) и протекающий по нагрузке R_н1, делится на два тока I_н2 и I_рн2 протекающие соответственно через нагрузку R_н2 и регулирующий элемент 4, подключенный к точке соединения R_н1 и R_н2. При этом I_о=I_н2+I_рн2. Если в качестве датчиков тока 3 и 5 применены резисторы с сопротивлением R_о и R₁.R_(n-1) соответственно, то в этом случае легко получить отношение токов I_н2 и I_о: K_он2= 1 Формула получена в предположении, что К_рэ1К_д1К₁R₁>>1 (это легко выполнимое условие), где К₁ коэффициент усиления инвертирующего усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, на который поступает сигнал с датчика тока сопротивлением R₁ ˙К_рэ1 коэффициент передачи регулирующего элемента, по которому протекает ток I_рн2, К_д1 коэффициент усиления дифференциального усилителя 7, управляющего через соответствующий регулирующий элемент током I_рн2. При этом по нагрузке 2 с сопротивлением R_н2 протекает ток I_н2=I_о˙К_он2, а по нагрузке n с сопротивлением R_нn протекает ток I_нn= I_o˙К_онn=I_оК_он(n-1)- . Коэффициент отношения токов К_онm изменяется по программе ЭВМ путем изменения кода в регистре соответствующего цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), в результате чего изменяется выходной сигнал ЦАП, поступающий на управляющий вход инвертирующего усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 6, усиливающего сигнал с датчика тока 5 сопротивлением R_(m-1) (ЭВМ и ЦАП на рисунке не показаны). При этом изменяется K_(m-1), следовательно, (см. формулу (1), К_онm. Каждая ветвь ответвления тока кроме датчика тока содержит регулирующий элемент (электронный), управляемый сигналом с дифференциального усилителя, на входы которого поступают усиленные сигналы с датчиков полного тока и тока регулируемой ветви. Такое включение элементов позволяет поддерживать стабильное во времени и слабо зависящее от температуры отношение токов в нагрузках 2. Регулирование отношений токов в каждой нагрузке к полному осуществляется путем управления коэффициентом усиления инвертирующих операционных усилителей. При этом все нагрузки 2 включены так, чтобы выполнялось условие I_н1 ≥I_н2≥ I_нn, т.е. по нагрузке 2 с сопротивлением Rн1 протекает полный ток, по нагрузке с сопротивлением R_н2 протекает ток I_о К_он2 и т.д. самый малый ток протекает по нагрузке с сопротивлением Rнn, и он равен I_оК_онn. Если в процессе регулирования отношения токов в нагрузках окажется, что необходимо иметь I_нm ≥I_н(m-1), то это означает, что нужно поменять местами включение нагрузки с сопротивлениями R_нm и R_н(m-1).

Использование устройства регулирования отношения токов в нагрузках позволит поддерживать стабильно в диапазоне температур отношения токов в нагрузках, а также оперативно, по команде ЭВМ, изменять его при необходимости. Это устройство найдет применение везде, где за конечный результат отвечает отношение токов в нагрузках. Это, например, устройства магнитной фокусировки и отклонения пучка электронных и ионных пушек, работающие в том числе и в режиме автофокусировки, системы транспортировки и отклонения пучков заряженных частиц, магнитные системы в технике проведения магнитных измерений.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТНОШЕНИЯ ТОКОВ В НАГРУЗКАХ, содержащее первый регулирующий элемент, первый вывод которого соединен с первыми выводами для подключения первой и второй нагрузок, а второй вывод для подключения первой нагрузки соединен с первым выводом для подключения источника питания, отличающееся тем, что, в него введены n 2 регулирующих элемента, n-1 операционных усилителей с регулируемыми коэффициентами усиления, n-1 дифференциальных усилителей, n 1 датчиков тока, общий датчик тока и выводы для подключения n 2 нагрузок где n > 3, причем первый вывод второго регулирующего элемента соединен с вторым выводом для подключения второй и с первым выводом для подключения третьей нагрузок, первый вывод третьего регулирующего элемента соединен с вторым выводом для подключения третьей и с первым выводом для подключения четвертой нагрузок, первый вывод (n -1)-го регулирующего элемента соединен с вторым выводом для подключения (N 1)-й и с первым выводом для подключения n-й нагрузок, а второй вывод n-й нагрузки соединен с первым выводом общего датчика тока и с общей шиной источников питания операционных и дифференциальных усилителей, к которой подключены также первые выводы n 1 датчиков тока, вторые выводы которых соединены с вторыми выводами соответствующих регулирующих элементов и с входами соответствующих операционных усилителей, выходы которых подключены к неинвертирующим входам соответствующих дифференциальных усилителей, инвертирующие входы которых соединены с вторым выводом общего датчика тока и с вторым выводом для подключения источника питания, а выходы дифференциальных усилителей подключены к управляющим входам соответствующих регулирующих элементов, кроме того, коэффициенты усиления K₁, K₂, K_{n - 1} n 1 операционных усилителей выбраны из условия



где R₀, R₁, R₂, R_n-1 - сопротивления соответственно общего, первого, второго,(n-1)-го датчиков тока;
I₀, I_h.2, I_h.n токи, протекающие соответственно через первую, вторую, n-ную нагрузки.

РИСУНКИ

Рисунок 1