РЕГУЛЯТОР ТОКА
CURRENT CONTROLLER

Относится к области электротехники и может использоваться в тиристорных выпрямителях и инверторах, применяемых в электроприводе и системах возбуждения генераторов, а также технологических (нагревательных) установках.
Широко известный регулятор тока [1, 2] пропорционально-интегрального типа содержит блок уставки, входом соединенный с пропорционально-интегральным усилителем, выход которого присоединен к управляющему входу выпрямителя, который силовыми выводами через датчик тока связан с нагрузкой, а выход датчика тока подключен ко второму входу усилителя. Недостаток устройства состоит в больших пульсациях выходного тока, обусловленных пульсациями, проникающими через пропорциональный канал.
Наиболее близким по достигаемому техническому результату является регулятор тока [3] пропорционально-интегрального типа, содержащий блок уставки, выходом соединенный с усилителями пропорционального и интегрального каналов, ко вторым входам которых присоединен выход датчика тока, включенного последовательно с управляемым выпрямителем и нагрузкой, выход интегрального канала непосредственно, а пропорционального - через блок зона нечувствительности соединены с входом сумматора, который выходом соединен с управляющим входом выпрямителя. Однако и в таком регуляторе возникают относительно большие пульсации тока, что приводит к помехам и дополнительным потерям энергии.
Техническим результатом предложения является снижение потерь энергии и электромагнитных помех. Технический результат достигается за счет того, что:
1) блок зона нечувствительности выполнен управляемым и его второй управляющий вход связан с выходом сумматора;
2) между выходом сумматора и вторым управляющим входом блока зона нечувствительности включен блок нелинейности.
На чертеже представлена схема регулятора тока. Блок 1 уставки соединен с операционными усилителями 2 - интегрирующим и 3 - пропорционального усиления. Выход интегрирующего усилителя 2 соединен с входом сумматора 4 непосредственно, а усилителя 3 через блок 5 типа зона нечувствительности. Сумматор 4 выходом соединен с входом управления выпрямителя 6, который силовыми выходами соединен с нагрузкой 7 через датчик тока 8. В управляющий вход блока 5 нечувствительности включен блок нелинейности 9.
Устройство работает следующим образом. Выпрямитель 6 создает постоянный ток в нагрузке 7, имеющей преимущественно активно-индуктивный характер. Выпрямитель 6 потребляет ток из сети переменного тока и управляется известным фазоимпульсным способом. Величина тока в нагрузке 7 задается блоком 1 уставки и измеряется датчиком тока 8. Величины заданного и действительного значений тока сравниваются на входе усилителей 2 и 3. Разница токов интегрируется в усилителе 2 и усиливается (преобразуется пропорционально) в усилителе 3, которые таким образом образуют пропорционально-интегральный закон регулирования. Сумматор 4 производит сложение сигналов этих каналов. Пропорциональный канал (усилитель 3) обеспечивает быструю динамику регулирования, а интегральный 2 - нулевую статическую ошибку. В динамике интегральный канал (усилитель 2) незначительно влияет на ход переходного процесса. В статике пропорциональный канал не работает, так как средний сигнал на его входе равен нулю, ибо заданное и реальное значения тока одинаковы. Это утверждение было бы справедливо только в том случае, если бы на выходе выпрямителя 6 отсутствовали пульсации. На самом деле пульсации тока в нагрузка 7 существуют. Их величина зависит от глубины регулирования выпрямителя. Так для известной схемы выпрямителя типа мост Ларионова чем больше глубина регулирования (чем меньше выходное напряжение), тем больше пульсации. При этом отношение пульсации при нулевом и максимальном напряжении составляет разы. Кроме того, амплитуда пульсаций зависит от разницы сопротивлений фаз сети, питающей выпрямитель, и разброса величины напряжения по фазам (несимметрии). Разброс этих величин может составлять 5-10%, что порождает нестационарные гармоники в выпрямленном токе. Для защиты от этих гармоник в блок 5 введена зона нечувствительности, которая в статике не пропускает пульсации с выхода усилителя 3 - пропорционального режима. Блок 5 имеет переменную ширину зоны нечувствительности. Такие устройства выпускаются в виде микросхем. Входной сигнал управления выпрямителя однозначно определяет величину его выходного напряжения. Это приводит к изменению ширины зоны нечувствительности блока 5. Введение блока нелинейности 9 позволяет обеспечить более точное поддержание требуемого значения ширины зоны нечувствительности, что повышает точность, ибо блок 9 воспроизводит зависимость пульсаций от величины среднего напряжения. Таким образом, в статике работает только интегральный канал (усилитель 2), на выходе которого имеется только гладкая составляющая. Пульсации тока, не превышающие зону нечувствительности, не проходят на вход сумматора 4 и поэтому не вызывают биений тока в нагрузке 7, которые могли бы увеличить потери энергии. Снижение пульсаций ведет к снижению потерь и электромагнитных помех.
Источники информации
1. Ключев В.Н. Теория электропривода. М., Энергоатомидат, 2001, стр. 481, рис. 7.17.
2. Патент на изобретение RU 2370878, кл. G05B 11/36, G05B 13/02, H02P 7/00.
3. Патент на изобретение RU №2156992, кл. С05В 11/36.