АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года «, утвержденных ХХУ1 съездом КПСС, среди других поставлена задача: «Опережающими темпами развивать производство быстродействующих комплексов,. .. приборов и датчиков систем комплексной автоматизации сложных технологических процессов, агрегатов, машин и оборудования «.Указанная задача в полной мере относится к совершенствованию систем управления процессами производства, эксплуатации и обслуживания многоэлементных источников энергии, таких как аккумуляторные батареи, солнечные батареи и др. В большинстве случаев структура, надёжность, точность указанных систем определяются применяемыми в них преобразователями электрических величин, осуществляющими информационную связь объекта управления с системой. Сложность задачи заключается в том, что необходим непрерывный контроль или измерение электрических параметров большого числа элементов, например, контроль тока и напряжения каждого из десятков, а, иногда, и сотен элементов, входящих в состав аккумуляторной батареи. Это обуславливает требования малых габаритов, малой потребляемой мощности, высокой помехоустойчивости, простоты конструкции и высокой надёжности применяемых преобразователей. Кроме этого, преобразователи должны обладать высокой чувствительностью, иметь выходные цепи, гальванически не связанные с контролируемыми цепями. Принцип действия преобразователей должен обеспечивать возможность их применения совместно с современными средствами электронной и вычислительной техники. Проведенный анализ показал, что существ^щие первичные преобразователи электрических величин не удовлетворяют в полной мере требованиям, предъявляемым к ним указанными вьше системами контроля и управления. В этой связи разработка преобразователей постоянного тока и напряжения, наиболее полно отвечающих указанным требованиям, актуальна и имеет большое народнохозяйственное значение. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка и исследование высокочувствительных малогабаритных и экономичных преобразователей постоянного тока и напряжения, имеющих гальванически разделенные между собой входные и выходные цепи и предназначенных для совместного применения с современными средствами электронной и вычислительной техники в системах управления и контроляразработка практических устройств на основе данных преобразователей. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи : — сформулировать требования к преобразователям постоянного тока и напряжения для систем управления многоэлементными источниками энергии- - разработать схемотехнические решения преобразователей и математическое описание происходящих в них процессов- - применить разработанные преобразователи в практических устройствах систем управления. НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Новыми научными результатами являются: — математическое описание процесса безгистерезисного намагничивания кольцевых ферромагнитных сердечников, позволяющее количественно оценить влияние медленно изменяющегося и синусоидального подмагничивающих полей на работу безгистерезисного магнитного преобразователя- - математическое описание процессов в безгистерезисном магнитном преобразователе в режиме параметрического резонанса на второй гармонике поля возбуждения, позволившее создать магнитный компаратор электрических величин с релейной передаточной характеристикой- - схемотехника безгистерезисных магнитных преобразователей, использующих различные виды обратных связей и имеющих, вследствие этого, более широкие по сравнению с известными преобразователями функциональные возможности. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. На основании проведенных исследований разработаны следующие устройства — 1) преобразователь с внутренней отрицательной обратной связью, обладающий повышенной помехоустойчивостью к синусоидальным мешающим полям- 2) преобразователь постоянного тока с внешней ООС, представляющей собой астатическую систему регулирования выходной величины и имеющий линейную характеристику преобразования- 3) преобразователь постоянного тока с внешней обратной связью по второй гармонике поля возбуждения, имеющий легко изменяемый в широких пределах коэффициент преобразования- 4) устройство поэлементного допускового контроля уровня напряжения для системы управления аккумуляторной батареей, работающей в буферном режиме, УПКН-2- 5) устройство поэлементного контроля нижнего уровня напряжения для системы управления стационарной аккумуляторной батареей, работающей в аварийном режиме, АСК1/1П-128- 6) устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей, находящихся под напряжением как постоянного, так и переменного тока- 7) генераторы Еозбуждения для безгистерезисных магнитных преобразователей на основе: колебательного звена с мостом Винауправляемого транзисторного инверторааналогового перемножителя. Новизна указанных устройств защищена четырьмя авторскими свидетельствами и одним положительным решением по заявке на изобретение. РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Устройство УПКН-2 принято к внедрению в НПО «Квант «, г. Москва, с ожидаемым экономическим эффектом 55,203 тыс. руб. Устройство АСКИП-123 принимается к внедрению Молдглавэнерго, г. [Сишинев, с ожидаемым экономическим эффектом 12,4 тыс. руб. на один комплект. Потребность Молдглавэнерго в устройствах АСКИП-128 составляет 48 шт. В первой главе диссертации сформулированы требования к преобразователям постоянного тока и напряжения, предъявляемые к ним системами управления и контроля. Проведен обзор и анализ характеристик существующих типов преобразователей постоянного тока и напряжения. На основе результатов анализа выбран принцип преобразования и поставлена задача исследования. Вторая глава посвящена разработке математического описания процесса безгистерезисного намагничивания (БН) применяемых в преобразователях кольцевых ферромагнитных сердечников и анализу влияния на результат БН составляющих подмагничивающего поля, изменяющихся во времени по произвольному закону. В третьей главе рассматривается схемотехнита преобразователей постоянного тока с различными видами обратных связей. Получены передаточные функции преобразователей. Проанализирована работа магнитного компаратора, использующего режим параметрического резонанса на второй гармонике поля возбуждения. Получены выражения для расчёта оптимальных значений параметров резонансного контура. Четвертая глава посвящена вопросам, связанным с практическим применением разработанных преобразователей в системах управления и контроля. Рассмотрены новые типы генераторов возбуждения для преобразователей в режиме БН. Приведены описания устройств, использующих разработанные преобразователи. Во многих случаях надёжное функционирование этих систем невозможно без гальванического разделения между каналами. Гальваническое разделение необходимо, например, для подавления синфазных помех / 3 /, для согласования с системой чувствительных элементов, находящихся под высоким потенциалом / 4 / и т. п.При технической реализации таких систем часто возникает потребность Б первичных преобразователям: постоянного тока или напряжения, имеющих гальванически разделенные между собой входные и выходные цепи. Такие первичные преобразователи необходимы, например, для реализации автоматических систем управления технологическими процессами электросварки или электролиза, для систем управления электрофизическими установками / 4 /, многоэлембитными источниками энергии и т .д .Сформулируем требования к первичным преобразователям постоянного тока для систем автоматического управления многоэлементными химическими источниками тока — аккумуляторными батареями. Эти системы предназначены для продления срока службы химических источников тока и повышения надёжности их работы, Они выполняют следующие функции: 1) реализация заданного алгоритма работы зарядно-разрядных устройств, обслуживающих аккумуляторную батарею- 2) предотвращение глубоких разрядов и переполюсовок отдельных аккумуляторов батареи- 3) предотвращение перезарядов и недозарядов батареи- 4) выявление неисправных аккумуляторов в составе батареи. Известно /5−7/, что одним из основных критериев окончания процессов заряда и разряда является допустимое значение напряжения на аккумуляторе. Это напряжение сильно зависит от тока заряда или заряда аккумулятора, температуры окружающей среды ив случае герметичных аккумуляторов — давления в аккумуляторе. Поэтому входными величинами системы управления являются напряжение на каждом из аккумуляторов батареи, ток батареи или отдельных её ветвей, температура окружающей среды и давление в аккумуляторах. Рассмотрим систему управления технологическим процессом формирования химических аккумуляторов в составе батареи. В процессе формирования аккумуляторная батарея подвергается ряду зарядно-разрядных циклов в соответствии с заданной программой. Роль системы заключается в реализации заданного алгоритма процесса формирования, а также коррекции этого алгоритма в зависимости от состояния аккумуляторов батареи. Функциональная схема системы управления приведена на рис. 1.I.Paботает система следующим образом. Аккумуляторная батарея АБ, состоящая из большого числа соединенных последовательно и параллельно аккумуляторов, заряжается или разряжается с помощью зарядного ЗУ и разрядного РУ устройств. Подключение АБ к зарядному или разрядному устройствам осуществляется посредством исполнительного устройства ЙУ. Состояние аккумуляторной батареи характеризуется показаниями комплекса первичных преобразователей : — преобразователей тока батареи и отдельных её ветвей ППГРис.1.I. функциональная схема системы управления технолог форшрования аккумуляторов — преобразователя температуры батареи ПТ- - преобразователей давления в аккумуляторах Щ. В зависимости от показаний этих преобразователей корректируется алгоритм технологического процесса, осуществляемый блоком задания алгоритма БЗА. Воздействие блока задания алгоритма на ЗУ, РУ и ИУ производится через согласующее устройство СУ. Информация с преобразователей напряжения ПН поступает таюке на пульт управления ПУ, благодаря чему оператор получает возможность: 1) выявлять неисправные аккумуляторы- 2) осуществлять коррекцию алгоритма процесса. При создании описанной выше системы наибольшие трудности связаны с технической реализацией преобразователей напряжения ПН и постоянного тока ППТ. Преобразователи давления выпускаются встроенными в некоторых типах аккумуляторов / 9 /. Измерение температуры АБ оср^ествляется известными методами /10/.Рассмотрим систему управления аккумуляторной батареей, работающей в режиме заряд-разряд /13/. В таком режиме аккумуляторные батареи могут функционировать во многих устройствах, например, в электрокарах, электромобилях и т. п.Система предназначена: I) в режиме разряда : — для установления соответствия разряженности аккумуляторной батареи допустимому уровню- - для выявления неисправных аккумуляторов- 2) в режиме заряда — для обеспечения полного заряда и предотвращения перезаряда батареи. Рассмотрим функционирование системы применительно к электромобилям. Аккумуляторы, разрабатываемые для электромобилей должны быть способны к форсированному заряду. Вследствие этого существенно возрастает значение системы управления процессом заряда. Функциональная схема системы приведена на рис. 1.2. Работает система следующим образом. Б процессе разряда АБ на нагрузку Н осуществляется контроль нижнего уровня напряжения на каждом из аккумуляторов с помощью преобразователей напряжения ПН. Производится коррекция уставки U^^ в зависимости от тока разряда и температуры окружающей среды. При заряде АБ на зарядной станции, оператор переключает исполнительное устройство ИУ и блок задания алгоритма БЗА в режим заряда. Система управления при этом обеспечивает полный заряд АБ и предотвращает возможность перезаряда или недозаряда. Кроме перечисленных выше требований к преобразователям тока и напршения, используемым в данной системе, предъявляются требования минимальной массы, габаритов и потребляемой мощности. Устройство контроля токов внешнего саморазряда УКИ, может быть построено в соответствии с принципами, применяемь^ ми для контроля сопротивления изоляции автономных электрических сетей, находящихся под напряжением / 22, 23 /. Для технической реализации УКИ необходим высокочувствительный преобразователь постоянного тока для измерений бесконтактным способом /22/. Диапазон изменения токов утечки составляет от нуля до нескольких десятков миллиампер, погрешность измерения не более 0,5% / 13, 23 А На рис. 1.3 приведена функциональная схема системы управления аккумуляторной батареей, работающей в буферном режиме. При работе в буферном режиме АБ подключается к нагрузке Н Рис. 1.3. функциональная схема системы управления АБ в буфе 2U совместно с другим основным источником электроэнергии, ИЗТ. Буферный режим обычно используется в тех случаях, когда в качестве источника зарядного тока ИЗТ применяется источник энергии, функционирующий периодически, например, ветроэлектрогенератор или солнечная батарея /24/. Система управления служит для предотвращения глубоких зарядов и перезарядов АБ. Наиболее целесообразно применение таких систем для управления источниками питания автономных объектов: транспортных средств, автоматичес1шх метеостанций и т. д.Требования, предъявляемые к преобразователям тока и напряжения, используемым в такой системе, аналогичны требованиям к преобразователям для описанных ранее систем управления. Рассмотрим систему управления аккумуляторной батареей, работающей в аварийном режиме. При эксплуатации АБ в аварийном режиме основной источник электроэнергии — сеть или автономный генератор — обеспечивает работу всех потребителейаккумуляторная батарея начинает разряжаться только при аварии — отключении основного источника. Батареи в таком режиме применяются, например, для обеспечения работы автоматических телефонных станций при отключении напряжения питающей сети, для питания цепей противоаварийной автоматики электрических подстанций и т. п. / 1 3, 14 /. функциональная схема системы приведена на рис. 1.4.Б режиме холостого хода зарядное устройство ЗУ осуществляет постоянный подзаряд АБ небольшим током, компенсирующим саморазряд аккумуляторов батареи. Система управления при этом обеспечивает состояние АБ, соответствующее полному заряду. При включении пиковой нагрузки Н система осуществляет контроль нижнего уровня напряжения на каждом из аккумулятоРис. 1.4. функциональная схема системы управлен работающей Б аварийном режиме ров относительно измененного (уменьшенного) значения уставки Z4y. Результаты контроля хранятся в памяти системы П и после окончания пиковой нагрузки воспроизводятся на пульте управления ПУ. Сброс памяти осуществляется оператором. Такой алгоритм работы системы управления позволяет: 1) использовать её для плановых профилактических проверок состояния АБ- 2) использовать включения резервного оборудования для проверки состояния АБ. К преобразователям напряжения и тока для этой системы предъявляются требования по быстродействию, обусловленные длительностью бросков нагрузки. Максимальное быстродействие, которое они должны обеспечивать, соответствует времени преобразования в несколько десятков миллисекунд. Такое быстродействие необходимо, например, для системы управления АБ, служащей для питания приводов масляных выключателей электричесшх подстанций /13/ .Преобразователь постоянного тока ППТ в данной системе должен измерять постоянный ток в диапазоне от нуля до сотен миллиампер при работе АБ на холостом ходу и до сотен ампер при пиковых нагрузках. Одним из важных требований, предъявляемых к описанным выше системам управления, является универсальность. Это требование обусловлено: 1) многообразием типов и конструкций аккумуляторов- 2) возможностью использования одной и той же аккумуляторной батареи в различных режимах работы. Частично удовлетворить этому требованию можно, реализовав электронную часть системы (БЗА) на основе «гибкой логики» — микропроцессора / 25, 26 /. Для полного решения этой задачи необходимо применение в системе управления универсальных преобразователей напряжения и тока. Требование универсальности преобразователей напряжения заключается в возможности изменения уставок порогов срабатывания и было оговорено выше. Требование универсальности преобразователей тока состоит в возможности изменения их чувствительности в широких пределах как для преобразователей малых (до сотен МА), так и больших (до сотен, А) токов. Кроме перечисленных выше, к преобразователям напряжения и тока во многих случаях предъявляются требования минимальной массы, габаритов и потребляемой мощности. Эти требования обусловлены, как ограничениями, накладываемыми объектом управления, например, если объект управления АБ электромобиля или другого транспортного средства, так и общей тенденцией микроминиатюризации и уменьшения энергопотребления электронной аппаратуры. С учётом перечисленных требований выберем принцип преобразования постоянного тока и напряжения.1.2. Выбор принципа построения преобразователей постоянного тока и напряжения 1.2.1. Выбор принципа построения преобразователей постоянного напряжения Требованием, в наибольшей мере влияющим на принцип построения преобразователей напряжения, очевидно, является требование гальванического разделения между входными и выходньми цепями. Этому требованию можно удовлетворить следующими способами / 3, 27 /: 1) применением коммутирующих элементов / 3 /- 2) использованием оптоэлектронной связи- 3) применением магнитных элементов. Указанные недостатки затрудняют применение параметронов Б качестве преобразователей напряжения для описанных в п. I. I систем управления. Режим БН, как известно, заключается в одновременном воздействии на ферромагнитный сердечник небольшого подмагничивающего постоянного поля и переменного поля с амплитудой, убывающей от величины, достаточной для насыщения материала сердечника, до нуля. Постоянное подмагничивающее поле создается измеряемым током. В результате совместного действия этих полей в сердечнике устанавливается состояние, характеризуемое индукцией 5^^, значение которой определяется безгистерезисной кривой намагничивания (БКН). Значение В^/- не зависит от предшествующего магнитного состояния сердечника, а максимальное значение магнитной проницаемости при БН по крайней мере на порядок выше максимального значения дифференциальной магнитной проницаемости при перемагничивании сердечника по предельной петле гистерезиса. Последнее обстоятельство обуславливает высокую чувствительность устройств, работающих в режиме БН. К недостаткам существующих магнитных компараторов, использующих безгистерезисное намагничивание, можно отнести следующее: 1) сильная зависимость характеристики «вход-выход «компаратора от магнитных параметров применяемых ферромагнитных сердечников- 2) отсутствие релейной характеристики «вход-выход «, вследствие этого магнитные компараторы должны иметь многовиткоБые входные и выходные обмотки, что затрудняет применение серийно выпускаемых трансформаторов на миниатюрных сердечниках. Обеспечить К^р-^оа можно введением положительной обратной связи Ti = ^ 6 Кррос коэффициент преобразования компаратора, охваченного обратной связьюу^^- глубина обратной связи. Характеристика рассматриваемого компаратора при выполнении условия соответствует виду (1.2). Отсутствие гистерезиса в этой характеристике обусловлено тем, что результат сравнения величин X ж Хп периодически стирается в промежуток времени ^^^ .Из условия (1.3) следует, что выбором достаточно большого значения fioc можно уменьшить влиярше разброса значений Kfjp, вызванного разбросом магнитных характеристик применяемых сердечников. Таким образом, введение положительной обратной связи с глубиной, удовлетворяющей условию (1.3), позволит установить основные недостатки, присущие магнитным компараторам в режиме БН. Это обстоятельство позволяет считать магнитные компараторы в режиме БН весьма перспективными для применения их в рассмотренных выше системах в качестве преобразователей напряжения. При всех известных достоинствах первого способа / 62, 63/ во многих случаях и, в частности, для описанных в п.I.I систем управления, он не может быть использован по следующим причинам: — для измерения малых токов (десятки ыА) необходимо применение высокоомных шунтов, что во многих случаях недопустимо для систем управления источниками питания- - применение низкоомных шунтов требует использования высокочувствительных усилителей постоянного напряжения с гальваническим разделением входных и выходных цепей, что значительно усложняет устройство. Оптоэлектронные преобразователи, использующие магнитооптические эффекты Керра и Фарадея / 5 5, 56 / весьма громоздки. Применение их оправдано для измерения больших токов в высоковольтных цепях / 27 /.В обоих случаях требуется точная фиксация преобразователей Холла относительно проводника с измеряемым током, что ведет к усложнению конструкции. Для повышения ромехоустойчивости обычно необходимо применение нескольких преобразователей Холла, определенньм образом соединенных между собой / вв /.Указанные обстоятельства могут объяснить тот факт, что преобразователи Холла не нашли применения для измерения малых токов. Преобразователи, использующие эффект Гаусса, имеют высокий и непостоянный температурный коэффициент сопротивления и поэтому не могут быть использованы в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды. Среди большого числа различных типов преобразователей, использующих ферромагнитные сердечники, можно выделить магнитные модуляторы с удвоением частоты (ММУЧ), магнитные модуляторы с импульсным (ММИВ) выходом и безгистерезисные магнитные преобразователи / 41−43 / .Магнитные модуляторы с удвоением частоты / 41, 68, 69 / имеют наивысшую чувствительность. Принцип их действия основан на явлении образования четных гармоник в нелинейных магнитных цепях при наложении переменного и постоянного полей. К основным недостаткам ММУЧ можно отнести следующие : — гистерезисный уход нуля, проявляющийся при кратковременных бросках измеряемого тока- - громоздкость устройства, обусловленная необходимостью применения качественных фильтров второй гармоники, узкополосного усилителя и фазочувствительного выпрямителя. Магнитные модуляторы с импульсным выходом / 41 / более просты по сравнению с ММУЧ и значительно экономичнее. Их недостатком является более высокий порог чувствительности по сравнению с другими типами модуляторов. Повышение порога чувствительности ММИВ обусловлено влиянием ряда факторов: изменением тока возбуждения, температуры, гистерезиса магнитных характеристик применяемых сердечников. Как уже указывалось выше, значительное повышение чувствительности может быть достигнуто применением режима безгистерезисного намагничивания. Однако, использование существующих магнитных преобразователей постоянного тока, работающих в режиме безгистерезисного намагничивания, (БМП) / 70−72 / в описанных выше системах управления невозможно по следующим причинам: 1) малый динамический диапазон изменения измеряемых токов- 2) сильная зависимость характеристики «вход-выход «от магнитных параметров применяемых сердечников. Эти причины, очевидно, могут быть устранены введением отрицательной обратной связи (ООС) в преобразователях, работающих в режиме безгистерезисного намагничивания. БМП в этих преобразователях могут применяться в качестве компараторов напряженности поля, создаваемого измеряемым током, и напряженности поля цепи ООС. Благодаря высокой чувствительности НЛП, ООС может быть очень глубокой. Вследствие этого, характеристика преобразователя может близка к линейной, а зависимость её от параметров применяемых сердечников — значительно снижена. Изменение параметров цепи ООС позволяет изменять чувствительность преобразователя. Таким образом, для построения преобразователей напряжения и тока целесообразно использовать режим безгистерезисного намагничивания. Для получения преобразователей с релейной характеристикой «вход-выход «необходимо применять ВШ с положительной обратной связью. Для получения линейной характеристики и широкого динамического диапазона необходимо использовать БМП с отрицательной обратной связью. В обоих случаях значительно снжается зависимость характеристики «вход-выход «преобразователя от магнитных параметров применяемых сердечников. Разработка критериев для выбора скорости убывания ЗПП, равно как и разработка способов введения ООС в устройствах, использующих БН, невозможны без математического описания (модели) процесса безгистерезисного намагничивания наиболее распространенных кольцевых ферромагнитных сердечников. Напряженность поля, создаваемая цепью ОС, в общем случае может изменяться во времени по произвольному закону. В связи с этим математическая модель должна позволять анализировать влияние изменяющегося по произвольному закону подмагничивающего поля на процесс БН кольцевых сердечников. Как показали предварительные эксперименты, необходимо оценить влияние на процесс БН полей, напряженность которых медленно изменяется во время осуществления безгистерезисного намагничивания или изменяется по синусоидальному закону. Существующие модели процесса БН или применимы только для ЗПП с бесконечно малой скоростью убьшания и сердечников с близким к единице отношением наружного и внутреннего радиусов / 79,80^^ или предполагают бесконечно большим максимальное значение магнитной проницаемости материала сердечника / 74 /. В большинстве случаев с помощью существующих моделей процесса БН можно получать лишь качественные результаты. Следовательно для того, чтобы: 1) разработать критерии для выбора скорости убывания ЗПП- 2) разработать и исследовать способы введения ОС в устройствах, использующих БНнеобходимо математическое описание процесса БН, учитывающее: I) геометрические размеры сердечника- 2) магнитные параметры материала сердечника- 3) конечное значение скорости убывания ЗПП. Решение задач, связанных с применением БН, позволит создать комплекс преобразователей постоянного тока, полностью отвечающих сформулированньм в п. I. I требованиям, имеющих широкую область применения и большие функциональные возможности. Формулировке этих задач посвящен следующий параграф данной главы.1.3. Постановка задачи исследования •Основные задачи исследования можно сформулировать следующим образом: I. Разработать математическую модель процесса безгистерезисного намагничивания кольцевых ферромагнитных сердечников. Используя эту модель, проанализировать влияние на результат процесса БН: 1) скорости убывания затухающего переменного поля- 2) медленно-изменяющегося во время БН подмагничивающего поля- 3) подмагничивающего поля, изменяющегося по синусоидальному закону.2. Используя результаты анализа, разработать и исследовать преобразователи постоянного тока на основе БМП с различными видами обратных связей, отвечающие требованиям параграфа I. I .3. Разработать новые типы генераторов возбуждения для БМП с учётом данных, полученных в результате выполнения предвдущих двух пунктов.4. Разработать практические схемы применения преобразователей постоянного тока и напряжения на основе БМП, для рассмотренных выше систем управления. Решению этих задач и посвящены последующие главы диссертации.2. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ БЕЗ ГИСТЕРЕЗИС, НО ГО НАМАГНИЧИВАНИЯ СЕРДЕЧНИКОВ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ 2 .1. Постановка задачи исследования. Основные допущения Как было показано в предьдущей главе, для построения высокочувствительных преобразователей постоянного тока и напряжения, использующих режим безгистерезисного намагничивания, необходимо: 1) установить зависимость остаточной индукции кольцевого ферромагнитного сердечника, размагниченного затухающим переменным полем (ЗПП), и относительной дифференциальной магнитной проницаемости при безгистерезисном намагничивании от параметров ЗПП- 2) определить влияние медленно изменяющейся и синусоидальной составляющих напряженности поля измеряемого тока на результат безгистерезисного намагничивания кольцевого ферромагнитного сердечника.
I. Установлено, что наиболее критичным к изменениям ско рости убывания и частоты поля возбуждения является преобразо ватель с внутренней 000. Преобразователи с компенсирующей ОС и в режиме параметрического резонанса менее критичны к изме нениям указанных параметров ЗПП.
2. Для преобразователей с компенсирующей ОС и в режиме параметрического резонанса предложен генератор затухающих сину соидальных колебаний тока, использующий колебательное звено.
2-го порядка на основе моста Вина, с усилителем мощности. Данный генератор позволяет получить колебания с добротностью.
3. Для преобразователей с внутренней 000, а также для преобразователей, использующих массивные ферромагнитные сер дечники, разработан генератор на основе управляемого транзис торного инвертора. Генератор позволяет получить затухающие им пульсные колебания тока с заданной скважностью. Максимальное значение амплитуды импульсов может достигать нескольких десят ков А.
4. Для исследования режима безгистерезисного намагничива ния разработан генератор на основе аналогового умножителя с усилителем мощности. Генератор вырабатывает колебания вида «затухающий меандр «. Такая форма колебаний ЗПП, как было по казано в главе 3, значительно уменьшает влияние чётных гармо ник поля возбуждения на резрьтат безгистерезисного намагничи вания кольцевого сердечника с ППГ.
5. Разработан преобразователь небольших (до сотен мА) значений постоянного тока, использующий компенсационный метод измерения. Погрешность указанного преобразователя составляет.
0,5% при одном витке обмотки измеряемого тока.6. Для измерения сравнительно больших (до нескольких со тен, А) разработки преобразователь с компенсирующей ОС. В пре образователе для уменьшения потребляемой цепью ООС мощности используется импульсная компенсация напряженности поля изме ряемого тока. Для вывода применяемого в преобразователе ШП на линейный участок характеристики, применяется специальная система поиска. Эта система состоит из триггера Шмитта и уп равляемого им источника напряжения. Дополнительная погреш ность, вносимая системой поиска, невелика и составляет пример, но 0,05%,.
7. Разработано устройство поэлементного допускевого кон троля напряжений аккумуляторов. Данное устройство входит в состав системы управления аккумуляторной батареей, работающей Б буферном режиме. В качестве преобразователей напряжения в данной системе используются БМП, работающие в режиме парамет рического резонанса. Применение этого режима позволило реали зовать преобразователи напряжения на основе серийно-выпускае мых мишатюрных трансформаторов типа ТрН-100. Абсолютная по грешность контроля напряжения не более + 0,05 Б. Данное устройство внедряется на НПО «Квант «г.Москвы с ожидаемым экономическим эффектом 55 208 руб. в год.8. Разработано устройство для поэлементного контроля ниж него уровня напряжений аккумуляторов стационарной аккумулятор ной батареи, осуществляющей питание противоаварийной автомати ки электрических подстанций. Устройство позволяет одновременно контролировать напряжение на 128 последовательно соединеннык аккумуляторов, как при работе батареи на холостом ходу, так и при аварийных включениях. Погрешность контроля не более + 0,05 В. Устройство АСКИП-128 принимается к внедрению управ лением Молдглавэнерго, г. Кишинев, с ожидаемым экономическим эффектом 12,4 тыс. руб. на один комплект. Потребность Молдглав энерго Б устройствах АСКИП-128 составляет 48 шт.9. Для измерения и контроля сопротивления изоляции элек трических сетей находящихся под напряжением разработано устрой ство на основе преобразователя с внутренней ООС. Данное устрой ство позволяет также измерять токи внешнего саморазряда акку муляторной батареи. ОБЩИЕ БЫЮДЫ.
1. Разработано математическое описание процесса безгисте резисного намагничивания кольцевых ферромагнитных сердечников, Б основе которого лежит представление каждого из элементарных слоев сердечника в виде ансамбля частиц, характеризующихся ко эрцитивной силой п и полем смещения П .2. Проведенный на основании математического описания про цесса безгистерезисного намагничивания анализ показал следую щее: • режим безгистерезисного намагничивания обладает свой ством усреднения переменных составляющих напряженности под магничивающего поля, медленно изменяющихся (по сравнению с затухающим переменным полем) во времени- • на результат безгистерезисного намагничивания оказыва ют сильное влияние синусоидальные составляющие подмагничиваю щего поля, изменяющиеся с частотой в чётное число раз превы шающей частоту затухающего переменного поля и практически не оказывают влияния составляющие, частота которых не кратна уд военной частоте поля возбуждения- • для повышения чувствительности безгистерезисных магнит ных преобразователей целесообразно использовать резонансные явления на второй гармонике поля возбуждения. Результаты анализа легли в основу схемотехники безгисте резисных магнитных преобразователей с различными видами об ратных связей.3. На основе проведенных исследований разработаны сле дующие устройства: • для систем управления автономными источниками электро питания (АИЭП) — магнитный компаратор напряжений, работающий в режиме параметрического резонанса на второй гармонике поля возбуждениявремя установления выходного сигнала компа ратора несколько мс, благодаря чему область его применения распространяется и на системы управления АИЭП, работающими в аварийных режимах- • для систем управления АИЭП, работающими в буферном и аварийном режимах, — преобразователь постоянного тока в ам плитуду импульса напряжения с внешней обратной связью по вто рой гармонике поля возбуждения, имеющий легко изменяемую чув ствительность в диапазоне от десятых долей до сотен вольт/ам пер и время установления выходного сигнала несколько мс- • для систем управления АИЭП, работающими в режиме заряд • разряд, и для систем управления технологическими процессами изготовления химических источников тока — преобразователь по стоянного тока в постоянное напряжениепреобразователь содер vжит интгрирующее звено и имеет, вследствие этого, линейную характеристику во всем диапазоне входных токоввремя преобра зования устройства составляет несколько десятков мс, погреш ность не более 0,5% в диапазоне рабочих токов от нескольких десятков мА до сотен, А (при соответств-ующем переключении диа пазонов) — • для систем управления малогабаритными АИЭП повышенной энергоёмкости — преобразователь с внутренней ООС, позволяющий измерять небольшие постоянные токи (от нуля до десятков мА), обусловленные утечками электрической толпщш, на фоне пере менной помехи. Новизна разработанных устройств защищена четырьмя автор скими свидетельствами.4. Для возбуждения преобразователей разработаны простые схемы генераторов затухающих колебаний тока на основе управ ляемого транзисторного инвертора, аналогового перемножителя, а также на основе колебательного звена 2-го порядка на базе моста Вина. Для возбукдения магнитных компараторов в режиме парамет рического резонанса и преобразователей с внешней ООС рекомен дуется генератор на основе моста Вина. Генераторы на основе управляемого транзисторного инвертора и аналогового умножите ля рекомендуются для возбуждения преобразователей с внутрен ней отрицательной обратной связью.5. Разработаны устройства поэлементного контроля напря жений для систем управления аккумуйяторными батареями, рабо тающими в буферном и аварийном режимах. В качестве преобразо вателей тока и напряжения в них использованы разработанные преобразователи. О новизне этих устройств свидетельствует по ложительное решение по заявке на изобретение. Устройство поэлементного допускового контроля, позволяю щее контролировать напряжение с абсолютной погрешностью не более 50 мБ на каждом из 27 аккумуляторов в составе батареи, внедряется НПО «Квант «, г. Москва, с ожидаемым экономическим эффектом 55,208 тыс. руб.Устройство поэлементного контроля нижнего уровня напря жения на каждом из 128 аккумуляторов стационарной батареи, принимается к внедрению управлением Молдглавэнерго, г. Кишинев.Потребность Молдглавэнерго в таких устройствах составляет 48 комплектов. Ожидаемый экономический эффект от внедрения может соста вить 12,4 тыс. руб. на один комплект.
