Устройство для компенсации пульсаций источника постоянного напряжения

 

(72) Автор изобретения

В. В. Калиниченко

Объединенный институт.ядерны (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ПУЛЬСАЦИЙ

ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено преимущественно для использования в системах питания магнитных элементов, применяемых в экспериментальной ядерной,физике и ускорительной технике, где требуется, как правило, малый уровень пульсаций при значении постоянного . тока в нагрузке, достигающего десятков килоампер. . Известно устройство для компенса" ции пульсаций источника постоянного напряжения, содержащее компенсирующий трансформатор, вторичная обмотка которого включена последовательно с нагрузкой, а первичная соединена с выходом иэмерительно-усилительного блока, вход которого связан с эталонным резистором (датчиком тока), включенным последовательно с нагруз- го кой (1 1.

Так как сигнал пульсаций на эталонный резистор весьма мал, требуются усилители с высоким коэффициентом

2 усиления. Такие усилители подвержены самовозбуждению, кроме того, их выходные цепи необходимо тщательно за" щищать от помех и наводок. Следствием этого является низкая надежность подобного устройства.

Известно также устройство, содержащее компенсирующий трансформатор, вторичная обмотка которого включена последовательно с нагрузкой, а первичная соединена с выходом измерительно-усилительного блока, вход которого связан с выходными зажимами устройства - с зажимами для подключения на" груэки 2).

Как известно, коэффициент сглажи" вания примерно равен коэффициенту усиления разомкнутого контура регу" лирования. Следовательно, для получения высокого коэффициента сглажи" вания необходимо в такой же мере по-. вышать коэффициент усиления в контуре регулирования ° Повышение коэффи«

3 944 циента усиления приводит к снижению устойчивости устройства. Таким образом, устройству присущи противоречия: высокий коэффициент сглаживания - низкая устойчивость, высокая устойчивость -низкий коэффициент сглаживания.

Аналогичные недостатки присущи и устройству с параллельным включением сглаживающего трансформатора.

Наиболее близким к изобретению является устройство для компенсации пульсаций источника постоянного напряжения, содержащее компенсирующий трансформатор, вторичная обмотка которого включена в цепь нагрузки, а

;первичная соединена с выходом усили1теля .мощности, вход которого через предварительный усилитель соединен с выходом цепи обратной связи f 2 j.

Недостатками этого устройства яв" ляются низкие коэффициент сглаживания пульсаций и устойчивость.

Цель изобретения - увеличение коэффициента сглаживания и повышение устойчивости устройства.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройстве для компенсации пульсаций источника постоянного напряжения, содержащем компенсирующий .трансформатор, вторичная обмотка которого включена в цепь нагрузки, а первичная соединена с выходом усилителя мощности, вход которого через предварительный усилитель соединен с выходом цепи обратной связи, компенсирующий трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, подключенной к входу введенного регулируемого де" лителя напряжения, причем один вход" ной вывод цепи обратной. связи непосредственно, а другой через выходную цепь регулируемого делителя напряжения подключен к выводам для подключения источника постоянного напряжения.

1О

На чертеже представлена принципиальная электр@ческая схема варианта устройства с последовательным компен" сирующим трансформатором.

Устройства содержит входные выводы 1 для подключения источника постоянного напряжения, выходные выводы 2 для подключения нагрузки, нагрузку 3,. компенсирующий трансформатор 4, цепь 5 обратной связи, предваритель- " ный усилитель 6, усилитель 7 мощности, первичную обмотку 8, вторичную обмотку 9, дополнительную обмотку 10 регулируемый делитель 11 напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Для упрощения анализа работы устройства будем считать все его элементы идеальными, в частности обладающими чисто вещественными коэффициентами передачи. Заметим, что последнее допущение выполняется для некоторой области частот и для реальных элементов, так что полученные здесь качественные выводы можно счи" тать в целом достоверными, а коли" чественные требуют некоторой коррекции в соответствии с реальными характеристиками элементов.

К входным выводам 1 подключен ис" точник постоянного напряжения 0д, имеющий пульсации напряжения. Напряжение может быть представлено в виде постоянной Ед и переменной 0„,6, составляющих

0 = Е +О

Поступающее на вход цепи 5 обратной связи переменное напряжение усили" вается усилителями 6 и 7 и возбуждает на обмотках 9 и 10 трансформатора 4 компенсирующее напряжение 0< (напряжение на обмотке 9) и напряже«

we обмотки обратной связи U (наос пряжение на обмотке 10). При подключении обмоток 9 и 10 к соответствующим цепям требуется выполнение двух условий: напряжение 0 противофазно напряжению 0, „,напряжение на выходе регулируемого делителя 11 напряжения (напряжение обратной связи up ) также противофазнр напряжению 0 + .

-ах

Напряжение сигнала ошибки U, поступающее на вход цепи обратной связи, определим как

Uco= 0-ьх — Uoc

Из теории автоматического регулирования известно соотношение

ЩСО - Оое (2) где 4, -. коэффициент усиления разомкнутого контура регулирования.

Из соотношений (1) и (2) получаем

%с= 1 ех (1+").

Определим величину компенсирующего напряжения Ок, вырабатываемого вследствие действия замкнутого контура регулирования под воздействием сигнала ошибки О о(замкнутый контур содержит узлы 5, 6, 7, 8, 10 и 11) .

Связь между напряжениями на обмотках

5 94401 трансформатора 4 можно записать в виде М к = Ьоо/лоос (4) где k и 00с соответственно количест". во витков обмоток 9 и 10.

С другой стороны

%c- п ос ® где n - коэффициент деления делителя 11 напряжения. »о

Из соотношений (4) и 5) получаем

0 к = пщ4»»/ юс= mu (6) где m = nM /Ö является важным параметром устройства. При работе устройства величина пульсаций на нагрузке равна 4» = Ц-е цк (7)

Определим коэффициент сглаживания устройства К г

Кс„„= 3ц.,„/u „!. (8)

Из соотношения (8) с учетом соотношений (3) (6) и (7) получаем

3 6 эффициента сглаживания вблизи ноиинального значения, равного 11. Для предлагаемого устройства параметр

m - (1iK)/K - 31+10)I1O - 1,1, что при номинальном значении коэффициента усиления обеспечивает K д,-Фа

При коэффициенте усиления, равном 9 (т.е. при его снижении на 103), в соответствии с соотношением (9) полу-чаеи

9 9 1

Как показывает этот расчет, пред" ложенное устройство способно обеспечить значительный коэффициент сглаживания при небольшом коэффициенте усиления в контуре регулирования, что в свою очередь гарантирует высокую устойчивость.

Формула изобретения

25 эо сгл q g 1+К (а)

Значение параметра m определяем из условия полной компенсации пульсаций. При полной компенсации

uH= o„ тогда из соотношения (7) следует

Ц„е = U»»» откуда с учетои (3) и (6) получаем

m - (1+K)/K ° (10)

Лри таком выборе»т в соответствии с формулой (7) устройство обеспечивает полное подавление (Ко -я- сс ) б

На практике параметр п, задаваемый через достаточно стабильные параметры (число витков, коэффициент . деле ни я ), остается неи зменныи при, изменении коэффициента усиления в контуре регулирования. Это приводит к нарушению условия (10) и к уменьше-. нию коэффициента сглаживания.

П р и и е р. Пусть коэффициент усиления разомкнутого контура (его номинальное значение ) равен 10. При таком значении коэффициента усиления

50 известное устройство обеспечивает коэффициент сглаживания, равный

KCi = K + 1 = 11 при этом легко получить высокую устойчивость устройства. Пусть под действием различных факторов коэффициент

55 усиления контура изменяется на g 10ь.

Для известного устройства это означает примерно такое же изменение коУстройство для компенсации пульсаций источника AocTDRHHolQ напряже" ния, содержащее коипенсирующий транс" форматор, вторичная обмотка которого включена в цепь нагрузки, а первичная соединена с выходом усилителя мощности, вход которого через предваритель" ный усилитель соединен с выходом цепи обратной связи, о.т л и ч а ю щ е". .е с я тем, что, с целью увеличения коэффициента сглаживания и повышения. устойчивости, компенсирующий транс": форматор снабжен дополнительной об« иоткой, подключенной к входу введенного регулируемого делителя напряже" ния, причем один входной вывод цепи обратной связи непосредственно, а другой через выходную цепь регулируемого делителя напряжения подключен jc выводам для подключения источника постоянного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авербух С.И. и др. Система ста; билизации тока в электромагните

ВЭПП-3. Препринт ИЯФ ОСАН СССР, У 63-70, Новосибирск, 1970.

2. Шуваев Ю.Н. Транзисторные . сглаживающие устройства с последовательным и параллельным включением компенсирующего трансфориатора. - 98 сборнике "Электронная техника в автоматике". И., "Сов.. радио", 1980,,aw. 11, с. 126.

944013

Составитель Л. Устинкина

Редактор Л. Алексеенко ТехоедМ, Надь Корректор Л. Бокшан

Заказ 511У71 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква 1-35 Раушская наб. д. 4/5

«- - 4 «- «4 в»» ««» »» »» 3 8»

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4