Тиристорный стабилизатор постоянного напряжения

Тиристорный стабилизатор постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 748382

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

1

, т.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22)Заивлено09.06.78 (21)2627241/24-07 (Qф }М. Кл.

G 05 F 1/56 с присоединением заявки J%—

Государствеиный комитет

СССР (23) Приормтет—

Опубликована 15. 07.80. Бюллетень .% 26 ио делам изобретений и открытий (5З} УДК 621.З16. . 722. 1 (088.8) Дата опубликования описания 17.07.80

В. К. Долгов, В. В. Ланцов, В. М. Потапов и Г. А. Хайкина (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт научного приборостроения (54) ТИРИСТОРНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ юк мю» Ф»»»»»»:»»»..»» .»%»бы Рак»»маы»»»»»Изобретение относится к радиоэлектротехнике и предназначено для питания стабилизированным напряжением. или током электронных, электроизмерительных и радиотехнических установок различного назначения и, в частности, может быть ис5 пользовано в приборах и устройствах для научных исследований.

Известны тиристорные стабилизаторы постоянного напряжения (СПН) с испольтО зованием в схемах фаэоимпульсного управления генераторов:пилообразного напряжения на RC-цепочках (1)

В укаэанных устройствах при изменениях напряжения сети и тока нагрузки упт5 равление регулирующим элементом осуществляется посредством одной и той же схемы управления с одним или двумя входами. Вследствие этого не удается обеспечить приемлемую стабильность (менее 1%) при одновременном изменении напряжения сети и тока нагрузки. Кроме того, не обеспечивается выполнение таких важных требований, как наличие мягкого

2 включения в работу (без бросков тока и перенапряжений) при использовании в выпрямителе емкостного фильтра, обеспечение помехозашишенности от реально присутствутощих импульсных сетевых помех, наличие эффективной зашиты устройства от перегрузок по току, коротких замыканий и перенапряжений на выходе устройств.

Наиболее близким к изобретению является тиристорный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий тиристорный регулирующий элемент в цепи переменного напряжения силового трансформатора, к вторичной обмотке которого подключен выпрямитель, соединенный с выходными выводами, фазоимпульсную схему управления на однопереходном транзисторе с

КСцепью, вход которой соединен с выводами для подключения питающего напряжения 2 .

Недостатком этого устройства являют.ся недостаточно высокие величины коэффициента стабилизации и КПД, так как

3 74838 фазоимпульсная схема управления, в которой линейность участка (зоны) управления обеспечивается выбором постоянной времени цепи одного зарядного конденсатора, имеет ограниченные чувствительность и пределы управления для стабилизации по вс ем дестабилизирующим факторам, включая

2 ф тый - вспомогательный управляющий вход мультивибратора, который соединен через диод с выходом сглаживающего фильтра.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства. изменения напряжения сети и тока нагрузки. Степень помехозашищенности неудовлетворительна так как при воздействии

10 импульсных сетевых помех значительной величины происходят ложные срабатывания формирователя импульсов на однопере ходном транзисторе и на тиристорный регулирующий элемент поступают сигналы ошибки. Кроме того, в таком устройстве не предусмотрены элементы и узлы, обеспечива1ошие устройству возможность "мя кого" включения при работе на выпрямитель с емкостным фильтром. Недостаточная эффективность работы устройства токового ограничения (эащиты от перегрузок по току и коротких замыканий)обусловлена явлением насыщения токового трансформа15

20 вой нагрузки.

Цель изобретения - повышение коэффициента стабилизации, КПД и помехозашишенности от внешних помех и перенапря., жений.

Поставленная цепь достигается тем, что тиристорный стабилизатор постоянного напряжения, содержащий тиристорный ре .гулируюший элемент в цепи переменного напряжения силового трансформатора, K вторичной обмотке которого подключен выпрями гель, соединенный с выходными выводами, фаэоимпульсную схему управле ния на однопереходном транзисторе с RG30

35 цепью, вход которой соединен с выводами

40 для подключения питающего напряжения, снабжен ждущим многовходовым мультивибратором, пороговым ключевым узлом, резистивным датчиком тока и делителем напряжения, причем первый - запускающий 45 вход мультивибратора соединен с выходом фазоимпульсной схемы управления, второй управляющий вход соединен через резистивный делитель с выходом выпрямителя, третий - запирающий вход соединен через пороговый ключевой узел с реэистивным датчиком тока в выходной цепи выпрямителя, а выход мультивибратора подключен к

50 унравля)еаему входу тиристорного регулятора, который выполнен на оптронных тиристорах.

Кроме того, введен четвертый - вспомогательный управляюший вход мультивибратора, который соединен через пороговый

"интегратор с выходом выпрямителя, и пя, тора, являющегося датчиком сигнала токо- 25

Входные контакты 1 сетевого напряжения подключены к тиристорному регулирующему элементу 2, выполненному на оптронных тиристорах 3, который связан через силовой трансформатор 4 с выпрямителем 5 и реэистивным датчиком 6 тока, а также с емкостным сглаживающим филь ром 7 и реэистивным делителем 8 напряжения на выходе тиристорного стабилизатора напряжения.

Вход фазоимпульсной схемы (ФСУ) 9 на однопереходном транзисторе 10 связан с входными контактами 1, а выход ФСУ

9 соединен через первый - запускающий . вход 11 с управляемым ждущим мультивибратором (УЖМ) 12. Второй — управля юший вход 13 УЖМ 12 соединен с резистивным делителем 8. Третий — запирающий вход 14 УЖМ 12 соединен через пороговую ключевую схему 15 с резистивным датчиком 6 тока. Четвертый — вспомогательный вход 16 УЖМ 12 связан через пороговый емкостный интегратор 17 с выпрямителем 5. Пятый - вспомогатеп ный вход 18 УЖМ 12 соединен через диод 19 со сглаживающим фильтром 7, выход 20 УЖМ 12 связан через оптронные пары 21 и 22 с оптронными тиристорами 23.

Устройство работает следующим образом.

При подключении тиристорного СПН к контактам 1 сетевого напряжения тиристорный регулирующий элемент 2 закрыт и напряжение на силовой трансформатор

4, выпрямитель 5 и фильтр 7 не поступа» ет, При этом ФСУ 9 начинает вырабатывать синхронно с удвоенной частотой сетевого напряжения" импульсы дпя запуска по входу ll УЖМ 12. При отсутствии напряжения на фильтре 7 и выпрямителе 5 УЖМ, 12 начинает вырабатывать импульсы максимальной длительности, близкой к половине периода сетевого напряжения 1, так как управляющие напряжения на выходах

13, 14, 16 и 18 УЖМ 12 отсутствуют и диод 19 открыт, Задним фронтом им. пульса с выхода 20 УЖМ 12 включака" ся оптронные пары 22 и 21 тиристорного регулирующего элемента 2 и оптрон» ные тиристоры 3 и 23 в зависимости от полярности сетевого напряжения 1. При

5 7483 этом импульсы сетевого напряжения 1 при угле открытия е =165 - 170 оптронных тиристоров. 3 и 23 поступают в первичную обмотку трансформатора 4.

Чапряжение со вторичной обмотки трансформ-5 оратора 4 через выпрямитель 5 начинает заряжать конденсатор фильтра 7 и конденсатор порогового интегратора 17, постоянные времени которых выбраны так, что до определенного порога конденсатор порогс щ вого интегратора 17 заряжается быстрее конденсатора фильтра 7. Нарастаюшее напряжение порогового интегратора 17 поступает на вход 16 УЖМ 12 и уменьшает длительность импульсов, вырабатываемых

УЖМ 12, что приводит к уменьшению угла открытия оптронных тиристоров 3 и 23..

При этом на трансформатор 4 поступает большая величина сетевого напряжения 1 и, следовательно, через выпрямитель 5 еше больше возрастает напряжение на конденсаторе порогового интегратора 17, и соответственно уменьшается длительность импульсов УЖМ 12 и т.д. При этом осушествляется "мягкое подключение тирис- yg торного СПН к сетевому напряжению и исключаются броски тока и напряжения при работе на выпрямитель с емкостным фильтром. се изменения величины сетевого напряжения.

При изменении тока нагрузки меняется длительность импульсов УЖМ 12, от заднего фронта которого производится включение тиристорного регулирующего элемента 2.

Предлагаемое раздельное управление тиристорами повышает более, чем в два раза суммарный коэфф щиент стабилизации и одновременно повышает КПД тиристорного СПЦ на 5-TА за счет более оптимального регулирования.

Использование УЖМ 12, запускаемого от ФСУ 9, позволяет повысить помехозашишенность тиристорного СПН от внешних помех, так как длительность импульса

УЖМ 12 близка по величине к половине периода сетевого напряжения, а УЖМ син кронизируется с удвоенной частотой сети.

Поэтому период воздействия помех сокрашается в 3-5 раз, что повышает помехозашишенность тиристорного СПН, так как количество срабатываний УЖМ 12 и соот ветственно тиристоров 2 уменьшается.. 30

По мере накопления заряда на конденсаторе фильтра 7 напряжение, снимаемое с делителя 8, превышает величину поро гового напряжения в интеграторе 17 и, воздействуя через вход 13 на УЖМ 12, превалирует над воздействием по входу

16. При этом диод 19 закрывается и устанавливается режим стабилизации тиристорного СПН, так как изменение напряже ния на выходе емкостного фильтра 7, на-пример, при изменении тока нагрузки управляет длительностью импульсов УЖМ 12, соответственно отрабатывается угол открытия оптронных тиристоров 3 и 23. Вследствие достаточно большой постоянной времени емкостного -фильтра осушествляется стабилизация по среднему значению напряжения.

В случае перенапряжений на выпрямителе 5 напряжение, образуемое на датчи- >О ке 6 тока, включает ключевую пороговую схему 15, которая выключает по входу

14 У?КМ 12, который перестает вырабатывать импульсы, и, тем самым, закрываются оптронные тиристоры 3 и 23 и напряжение не поступает на трансформатор

4 и выпрямитель 5. После снятия перенапряжений на выпрямителе 5 пороговая ключевая схема 15 отключается и проис82 6 ходит первоначальное "мягкое" подключение УЖМ 12 и тиристорного СПН.

При коротком замыкании на выходе тиристорного СПН или значительных перегрузках напряжение на емкостном фильтре падает и диод 19 открывается, при этом УЖМ 12 вырабатывает импульс сы по длительности, близкой максимальной,. и соответственно оптронные тиристоры 3 и 23 открываются и пропускают лишь незначительную часть сетевого напряжения 1. В этом случае происходит автоматический переход из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока. При снятии короткого замыкания или значительных перегрузок на вь .ходе тиристорного СПН напряжение на емкостном фильтре 7 возрастает и закрывает диод 19 и соответственно восстанавливается режим стабилизации напряжения, Повышение коэффициента стабилизации в предлагаемом устройстве обеспечивается путем разделения функций управления опт ронными тиристорами по изменениям напряжения сети и тока нагрузки. Для стабилизации напряжения при изменении сетевого напряжения используется ФСУ на однопераходном транзисторе 10, импульсом которого запускается УЖМ 12. Таким образом, запуск УЖМ 12 производится синхронно с удвоенной частотой сетевого напряжения, а момент запуска зависит

7 7483

Использование многовходового УЖМ i2 позволяет осуществить защиту тиристорногс

СПН от перенапряжений путем вьпипочения

УЖМ пороговой ключевой схемой 15.

В предлагаемом тиристорном СПН рас5 ширены функциональные возможности по сравнению с известным путем подачи управляющих воздействий н- различные входы УЖМ, При этом перв.:.й — запускающий

10 вход осуществляет связь с УЖМ 12 по переменному току, второй — управляющий вход — по постоянному току, третий - запирающий вход - токоограничиваюший, чет« вертый — вспомогательный управляющий вход - времязадерживаюший и пятый» вспомогательный управляющий вход обеспечивает устойчивость. работы УЖМ 12 при автоматическом переходе из режима стабилизации напряжения в режи> стабилиза. ции тока и эффективность работы устройства зашиты. Введение многовходового

УЖМ практически не увеличивает габариты устройства, так как УЖМ может быть выполнен в микроэлектронном исполнении. !

Использование многовходового УЖМ позволяет обеспечить "мягкое подключение к сети при работе СПН на емкостный фильтр путем плавного иэмененйя длитель- п ности импульса УЖМ, которая зависит от напряжения, снимаемого через пороговый интегратор 17 с выхода выпрямителя 5.

При "мягком" подключении к сети исключаются броски тока и перегрузки в СПН, 3S так как угол включения тиристоров 2 изменяется автоматически по мере нарастания выходного напряжения.

Наличие многовходового УЖМ 12 достаточно просто обеспечивает автоматический переход СПН из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации, тока при наличии перегрузок и коротких замыканий на выходе сглаживающего филь тра 7. В этом случае поддерживается устойчивая работа УЖМ 12 при открывании диода 19. При этом УЖМ 12 вырабаты« вает импульс максимальной длительности, что обеспечивает включение оптронных тиристоров на минимальное время дпя поддержания тока короткого замыкания на выходе СПН.

Таким образом, в предлагаемом тиристорном СПН по сравнению с известным достигаются следующие преимущества и по- 5 ложительный технико-экономический эффект: повышение коэффициента стабилизации К<> в 2-3 раза и КПД на 5-7% путем разделения функции стабилизации по

82 изменению сети и тока нагрузки эа счет использования в цепи управления тириоторного регулирующего элемента ФСУ, которая отрабатывает изменения сети изменением начала запуска УЖМ, и много входового У)КМ, длительность импульса которого зависит от изменения тока наг рузки, вследствие этого отпадает необ- . ходимость в применении в ряде случаев дополнительных транзисторных линейных стабилизаторов, тем самым упрощается и удешевляется схема СПН в целом, получаемое дополнительно повышение КПД позволяет сократить расход электроэнергии, что особенно важно при значительной выходной мощности (0,5-1 кВт и более) повышается помехозащищенность тиристор- . ного СПН при воздействии импульсных сетевых помех, так как длительность импульса УЖМ, во время которого УЖМ не чувствителен к помехам, значительно превышает паузу между импульсами, при этом количество ложных срабатываний сокращается в 3-5 раз; достаточно просто решена задача зашиты от перенапряжений выхода стабилизатора путем запирания

УЖМ через ключевую пороговую схему напряжением, снимаемым с резистивного датчика тока, повышается надежность работы ТСПН с емкостным фильтром, т.е. увеличение срока службы на 20-25% посредством "мягкого" подключения к сети за счет плавного изменения угла включения оптронных тиристоров тиристорного регулирующего элемента по мере заряда конденсатора в пороговой интегрирующей схеме и уменьшения длительности импульса УЖМ; автоматически осуществляется переход стабилизатора из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока при коротких замыканиях на выходе и повышается устойчивость и эффективность работы зашиты при перегрузках и коротких замыканиях; применение оптронного тиристора в тиристорном регулирующем элементе позволяет осуществить гальваническую развязку цепей управления и регулирования, а также совместить при этом формирование импульсов управления и повысить помехозащищенность.

В предлагаемом СПН регулирование напряжения производится на стороне переменного напряжения, однако данное устройство без существенных изменений в схеме позволяет осуществить регулирование на стороне постоянного напряжения, а также регулировать напряжение в варианте без силового трансформатора.

9 7483.82

Формула изобретения теля, а выход мультивибратора подключен к управляющему входу тиристорного регуля1. Тиристорный стабилизатор постоян- тора, который выполнен на oHTpoggbK тиного напряжения, содержащий тиристорный ристорах. регулирующий элемен в цепи переменного 5 2. Стаб из ор по о 1, о т л и чнапряжения силового трансформатора, к вто- ю ш и и с я тем, что, с целью обеспечеричной обмотке которого подключен выпря- ния "мягкого подключения к питающей се митель, соединенный с выходными выводами, ти переменного тока при работе на выпряфазоимпульсную схему управления на одно- митель с емкостным сглаживающим филь1 переходном транзисторе с RC-цепью, вход о ром, введен четвертый - вспомогательный которой соединен с выводами для подклю- управляющий вход мультивибратора, каточения питающего напряжения, о т л и ч а - рый соединен через пороговый интегратор ю ш и и с я тем, что, с целью повышения с выходом выпрямителя. коэффициента стабилизации, КГШ и помехо= . 3. Стабилизатор по п. 1 и 2, о тзашишенности стабилизатора, он снабжен л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью

1кдушим многовходовым йулвтивибратором, повышения надежности, введен пятыйпороговым ключевым узлом, резистивным . вспомогательный управляющий вход мульдатчиком тока и делителем, напряжения, тивибратора, который соединен через ди- причем первый — запускаюший вход муль- од с выходом сглаживающего фильтра. тивибратора соединен с выходом фаэоим. пульсной схемы управления, второй — уп- Источники информации, равляюший вход соединен через реэистив- принятые во внимание при экспертизе ный делитепь с выходом выпрямитепя, тре- 1. Авторское свидетельство СССР тий — запирающий вход соединен через по- % 494731, кл. G 05 F 1/46, 1975. роговый ключевой узел с реэистивным g5 2. Патент США hb 3262045, датчиком тока в выходной цепи выпрями-. кл. 321-16, 1962.

748382

Составитель В. Круглова

Редактор С. Лыжова Техред Т. Левадскаа Корректор М. Вигула

Заказ 4355112 Тираж 956, Подписное

UHHHIlH Государственного . комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4