Магнитный функциональный преобразователь

 

л11737962

Союз Советских

Социапистических

Республик

ОП И

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. свид-ву— (22) Заявлено 101077 (21) 2533257/18-24 (51)м, Ила

С 06 6 7/26 с присоединением заявки Nо(23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.05.80. Бюллетень Но 20

Дата опубликования описания 300580 (53) УДК 681.335. . 813 (088.8) (72) Авторы изобретения

A.À.Äóáðoâ и Г.И.Королев

Таганрогский радиотехнический институт с им. В.Д.Калмыкова (71) Заявитель (54) МАГНИТНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ. Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, в частности к нелинейным функциональным преобразователям. 5

Известен функциональный преобразователь, выполненный на магнитных усилителях с использованием в качестве задающего нелинейного элемента полупроводникового сопротивления (lj.

Такой функциональный преобразователь имеет мощность выходного сигнала, достаточную для непосредственного использования в схемах промышленной автоматики.

Недостатком этого преоб1азователя является ограниченный класс воспроизводимых функций .

Наиболее близким к предлагаемому является магнитный функциональный преобразователь, содержащий генератор управляющих импульсов и магнитный усилитель с последовательно соединеннымч выходными обмотками, общий

-вывод которых через нагрузочный ре- 25 зистор соединен с первой клеммой источника питающего напряжения (2).

Недостатком такого-преобразователя является невозможность воспроизведения других функциональных эависимостей, кромй квадратичной. При необходимости воспроизведения иных зависимостей следует изменять форму напряжения одного из источников пита ния. Построение источников питания с формой напряжения, отличной от синусоидальной и прямоугольной, является сложной самостоятельной задачей.

Цель изобретения - расширение класса воспроизводимых функций .

Для достижения указанной цели в магнитный функциональный преобразователь, содержащий генератор управляющих импульсов, магнитный усилитель с последовательно соединенными выходными обмотками, общий, вывод которых через нагрузочный резистор соединен с первой клеммой источника питающего напряжения, введены выпрямительные элементы и цепочки из последовательно соединенных шунтирующих резисторов и управляемых ключей, цепочки подключены параллельно выходным обмоткам магнитного усилителя, а каждый выпрямительный элемент включен между второй клеммой источника питающего напряжения и свободным выводом соответствующей

73796 2 выходной обмотки, управляющие входы уйравляемых ключей соединены с выходами генератора управляющих импульсов .

На фиг.1 показана общая структурная схема магнитного функционального . ( преобразователя; на фиг.2 — форма кривой тока управления магнитного усилителя с самонасыщением; на фиг.3 вид проходной характеристики идеаль- його магнитного усилителя с самона- !О сыщением (кривая 1) и при введении импульсного шунтирования (кривая 2); на фиг. 4 — пример конкретной реализации преобразователя °

Магнитный функциональный преобра- 5 эователь содержит магнитный усилитель 1, выпрямительные элементы 2 и 3, управляемые ключи 4 — 4п, шунтирующие резисторы 51 - 5,, генератор б управляющих импульсов, источник питающего напряжения с клеммами 7, нагрузочный резистор 8. Магнитный усилитель 1 имеет выходные обмотки

9 и 10.

Магнитный функциональный преобразователь работает следующим образом.

Нелинейная зависимость выходного сигнала магнитного усилителя, собран . ного по схеме с самонасыщением, от

==""=в»ходного сигнала достигается путем осуществления режима импульсного 30 шунтирования вентилей выходных обмоток усилителя. Импульсы управления таковы, что интервал отпирания шунтирующих ключей всегда меньше полупериода напряжения питания. 35

Пбскольку предлагается использо вать интервал шунтирования длительнос тью меньше полупе риода, поскол ьку уменьшается коэффициент усиления только на части проходной характеристики. Таким образом проходная ха- .

-рактеристика магнитного усилителя деформируется . Если участков шунтирования несколько, величины сопротивлений шунтирующих резисторов различны для разных участков, и про- 4> ходной характеристикой магнитного

" усилителя можно воспроизводить сложные функции с высокой точностью, но йе имеющие экстремумов.

Эффект местного уменьшения коэффи- 50 циента усиления за счет импульсного шунтирования объясняется следующим образ,, ом. Эависимость выходного напряжения" от угла насыщения для магнитного усилителя с самонасыщением выра- Я жается уравнением — (1 — — )+ < — (1)

H E R c H Wp ф где U напряжение на нагрузочном резисторе; 60

КПД, рабочей цепи;

U — амплитуда прямоугольного

YA напряжения питания; . - угол насыщения сердечника;

Н - величина коэрцитивной силы Я

-динамической петли гистерезиса;

e - длина средней силовой линии сердечника;

R сопротивление нагрузочного резистора 8;

W число витков выходной обмотки.

Зависимость величины тока управления от угла насыщения выражается уравнением д н E - í-. e (1» ы) (2)

W Уч где Н вЂ” величина коэрцйтивной силы

Ст статической петли гистерезиса.

Магнитный усилитель дроссельного типа описывают выражением у н где 1„ — ток нагрузки.

Поскольку при глубоком шунтировании вентилей рабочих обмоток магнитный усилитель с самонасйщением превращается в усилитель дроссельного типа, то, следовательно, приращение тока управления в интервале шунтирования отвечает уравнению (3).

В режиме возбуждения величина тока управления не зависит от наличия интервалов шунтирования и по-прежнему определяется величиной коэрцитивной силы динамической петли гистерезиса (первое слагаемое правой части второго выражения).

Если интервал шунтирования занимает часть полупериода управления так, что начинается при, а заканчивается при окончании полупериода (при 9(),.то кривая тока управления принимает вид, показанный на фиг.26, из которой видно, что при изменении угла насыщения в зоне интервала шунтирования приращения тока управления значительно больше,,/ чем приращения тока управления при изменении угла насыщения в интервале без шунтирования. Следовательно, в рассматриваемом примере коэффициент усиления магнитного усилителя 1 имеет различную величину участков проходной характеристики.

Функциональный преобразователь, выполненный на„ базе магнитного усилителя с самонасыщением в режиме (см. фиг.2,6) при условии свободных четных гармоник описйвается выражением

29/ т(0 с . 2Нс (1 Г<с (<- — )К - — (1 М ч% Р " р ) р Ч

° (a-и q5 (s> где К и К - коэффициенты, определяемые выражением

> (5) н )

1" +P

p np где r - сопротивление выходной обP мотки 9;

737962

6 г — сопротивление прямое цепи

nr вен тиль-шунтирующий резистор;

r - обратное сопротивление отр э той цепи, При определении К считать ключ закрытым, при определении К считать ключ открытым, Использование группы управляемых ключей 4„ — 4 с резисторами 5 - 5„ позволяет при соответствующем управ,лении иметь на разных интервалах полупериода питания разные величины шунтирующих сопротивлений, и следовательно, на разных участках проходной характеристики преобразователя— разные коэффициенты усиления.

Аналоговый функциональный преобразователь в течение одного полупериода питающего напряжения работает следующим образом (см.фиг.4) .

С началом первого полупериода 20 сердечник A начинает намагничиваться, сердечник Б — размагничиваться.

Выпрямительный элемент 2 открыт, выпрямительный элемент 3 и управляемый ключ 4 закрыты. В обмотке управле- 25 ния устанавливается ток, равный н-а а ч

При наступлении момента насыщения ЗО

= — сердечник насыщаетс я. Изменение индукции в сердечнике А прекращается. 2oz в цепй управления опре- ". деляется процессом размагничивания сердечника Б по статической петле гистерезиса — (7)

v a ч (.А щ

При наступлении t,„-- с выхода генератора б на управляемый ключ 4 4О поступает отпирающий импульс, ключ

4, открывается, шунтируя закрытый до этого вентиль 3.

Изменение индукции в сердечнике

Б прекращается. По рабочей обмотке сердечника Б начинает протекать ток, величина которого определяется отношением сопротивлений рабочих цепей сердечником А и Б (если они равны, то равны и рабочие токи) . В ,соответствии с законом полного тока в цепи управления устанавливается ток величиной

9/ q1,) ч Ф "Kw(8)

v н 55

В следующем полупериоде процессы

"повторяются, только соердечники А и Б меняются ролями ° Величина среднего за период тока управления определяется выражением (4) .

В качестве генератора 6 управляющих импульсов може т быть использ ован высокостабильный мостовой элемент Ильина.

Перестройка генератора (регулирование длительности импульсов шунтирования), перестройка шунтирующих цепей (регулирование глубины шунтировайия) достигается изменением величин соответствующих сопротивлений. Изменение глубины шунтирования, длительности интервалов таунтирования позволяют моделировать широкий класс функций, описываемых как монотонные функции без экстремумов.

Формула изобретения

Магнитный функциональный преобразователь, содержащий генератбр управляющих импульсов и магнитный усилитель с последовательно соединенными выходными обмотками, общий вывод которых через нагрузочный. резистор соединен с первой клеммой источника питающего напряжения, о т - л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения класса воспроизво димых функций, он содержит выпрямительные элементы и цепочки из последовательно соединенных шунтирукицих резйсторов и управляемых ключей, цепочки подключены параллельно выходным обмоткам магнитного усилителя, а каждый выпрямительный элемент влючен между второй клеммой источника питающего напряжения и свободным выводом соответствующей выходной обмотки, управляющие входи управляемых ключей соединены с выходами генератора управляющих импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Розенблат N.A. Применение магнитных элементов для переработки информации в аналоговой форме. — Сб. Магнитные аналоговые элементы, M., Наука, 1965, с.10.

2. Авторское, свидетельство СССР

9543950, кл. G 06 G 7/20, 1977 (прототип);

737962

Фог2

Составитель О.Сахаров

Техред О.Легеза Корректор В. Бутяга

Редактор С.Тимохина филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4

Закаэ 2566/8, Тираж 751 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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