Стабилизатор переменного напряжения с защитой от перегрузок по току и способ управления этим стабилизатором

Стабилизатор переменного напряжения с защитой от перегрузок по току и способ управления этим стабилизатором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союа Советских

Социалистических

Респубики (i i 90?51? (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.06.80 (2! ) 2936970/24-07 с присоединением заявки ¹ (23)ПриоритетОпубликовано 23.02.82. Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 30.02.82 (51)М, Кл.

G 05 F 1/00

Н 02 Н 7/12

Гоеудврствсиииб кенитет

СССР ао делан изобретений и аткрнтий (53) УД4(621.816. .722. 1 (088.8) г

Г. И. Борисов, В. С. Иванов, A. В. Кобзев, Г. Я. Михапьченко, В. Д. Семенов и А. B. Тырьпикин (f

Научно-исспедоватепьский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматй".-птрованньтх систем управпения и радиоэлектроники (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАШИТОЙ

ОТ ПЕРЕГРУЗОК ПО ТОКУ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ

ЭТИ М СТА БИ ЛИ ЗА ТОРОМ

Изобретение относится к энектротехнике, в частности к стабипизаторам переменного напряжения, и может быть испопьзовано в стабипизаторах переменного напряжения малой и средней мощности.

Известен стабилизатор переменного наS пряжения, содержащий вопьтодобавочные трансформаторы и попупроводниковые кпю(1).

Недостатком известного стабипизатоf0 ра явпяется низкая перегрузочная способность по току нагрузки.

Известен способ зашиты попупроводниковых кпючей от перегрузки, состоящий с в снятии управпения ипи откпючении сиlS новой части при помощи быстродействующих выключателей 2).

Недостатком известного способа является появпение перенапряжений на эпементах стабилизатора, а также необходимость снятия напряжения. с нагрузки.

Наибопее бпизким по технической сущности к изобретению явпяется стабипизатор переменного напряжения с защитой от перегрузок по току, содержащий соединенные параппепьно и включенные между входным и выходным выводами канал стабипизации, состоящий из вопьтодобавочного трансформатора и попупроводниковых кпючей, и канал перегрузки на встречнонараппепьно включенных тиристорах, блок управпенчя тиристорами, датчик тока, входом соединенный с входом порогового элемента, блок измерения выходного напряжения, выходом соединенный с бпоком формирования управпяющих импупьсов, перекпючатепи, соединенные своими уп равпяюшими входами с выходом порогового эпемента, и блок гальванической развязки сигнапов упрввпения попупроводниковыми кпючами, а также способ упрввпения этим стабипизатором, закпючвющийся в отключении при перегрузке квнапа стабипизации и подключении канала перегрузки и характеризующийся номинальными токами при откпючении канала перегрузки и подключении канала стабипизации (a).

c)07 5

Недостатком указанного стаби лиэатора явпяется низкое быстродействие канапов стабилизации и перегрузки. При возникновении перегрузки канап стабипизации откшочается не мгновенно, а ао окончании попупериода тока нагрузки, Это приводит к снижению надежности стабипиэато. ра и повышению установпенной мощности полупроводниковых кпючей. При снятии перегрузки стабилизатор выходит на ре=- tC жим стабилизации также с выдержкой вре мени, необходимой дпя естественного выкпючения тиристоров канапа перегрузки, Иепь изобретения - повышение техни=ко-экопомических показателей. 15

Указанная пель достигается тем, что в стабилизаторе переменного напряжения с зашитой от перегрузок по току, содержашем соединенные параплепьно и включенные между входным и выходным выво- gg дами канал стабилизации, состоящий иэ вопьтодобавочного трансформатора и полупроводниковых кшочей, и канал перегрузки на встречно-парапцепьно вкпюченных тиристорах, блок управления тиристо- 2S рами, датчик тока, выходом соединенный с входом порогового эпемента, бпок измерения выходного напряжения, выходами соединенный с бпоком формирования управляющих импульсов, переключатепи, сое-39 диненные своими управпяюшими входами с выходом порогового элемента, и блок гапьванической развязки сигнапов управпения попупроводниковыми ключами, канал стабилизации выполнен на попностью управпяемых ключах, а в стабипизатор введен датчик потока энергии, два входа которого включены между входным и выходным выводами, два других входа подключены к входным выводам„выход соединен через первый перекпючатепь с бпоком формирования управпяюших импупьсов бпок управления тиристорами подкпючен к управпяюшим эпектродам тиристоров через второй перекпючатепь, а бпок формирования управпяюших импульсов через третий переключатепь соединен с входом блока гальванической развязки сигнапов управпения с полупроводниковыми кпючами.

Кроме того, с цепью повышения надеж- ности, поспедоватепьно с обмоткой aora тодобавочного трансформатора включен долопнительный датчик тока, выходом подключенный к допопнитепьному входу порогового эпемента.

При этом в способе управления стаби=лизатором при помощи датчика потока энергии выделяют интервалы совпадения

17 ф полярностей входного напряжения и тока нагрузки, и интервапы несовпадения укаэанных вепичин, при снятии перегрузки тиристоры канала перегрузки принудительно запирают за счет включения канапа с абипнэации в интервалах совпадения попярностей указанных вепичин из режима вопьтодобавки, а в интервапах несовпадения — их режима вопьтоотбавки, при возникновении перегрузки откпючают канал стабипиэации и подключают канап перегрузки без выдержки времени относитепьно момента возникновения перегрузки.

Кроме того, дпя повышения надежности, при снятии перегрузки стабипизатор выводят в режим стабипиэации из режимов вопьтодобавки и вольтоотбавки с задержкой времени, равной времени восстановления запирающих свойств тиристоров к а и а па перегрузки.

На фиг. 1 представлена принципиальная эпектрическая блок-схема предпагаемого стабипизатора; на фиг. 2 — диаграмма его работы.

Стабилизатор содержит канал 1 стабипиэации, состоящий из вольтодобавоч- ного трансформатора 2 и полупроводниковых кпючей 3-6. Паралпепьно канапу 1 стабилизации включен канал 7 перегрузки, состоящий из встречно-параппепьно вкшоченных тиристоров 8 и 9. Поспедовательно с нагрузкой 10 вкшочен датчик

11 тока и датчик 12 потока энергии, два других входа которого подключены к зажимам питающей сети - входным выводам

К зажимам нагрузки — выходным выводам подкшочен измеритепь 13 напряжения, выход которого и выход блока 14 опорных напряжений подключены ко входу блока 15 формирования управпяюших импупьсов. Выход датчика 12 потока энергии также подключен ко входу бпока 15 через первый переключатепь 16. Выход блока 15 через третий переключатель 17 и блок 18 гальванической развязки сигналов управпения подключен к цепям управления попупроводниковых кпючей 3-6.

Блок 19 управления тиристорами через второй перекшочатепь 20 соединен с каналом 7 перегрузки. Перекпючатепи

16, 17 и 20 подкпючены своими управпяюшими входами к пороговому элементу

2l. Пороговый элемент соединен своими входами с датчиком ll тока и с датчиком 22 тока, вкпюченным поспедоватепьно с обмоткой вопьтодобавочного трансформатора.

907

На диаграммах приняты следующие обозначения: 23 — выходное напряжение стабипизатора; 24 -; 25пороговое значение тока нагрузки, до превышения которого стабипизатор работает в режиме стабипизации напряжения; 26напряжение сети; 27 - сигнап, формируемый датчиком 12 потока энергии; 28сигнап обратной связи, формируемый измеритепем 13; 29-30 - пи- rî лообразные напряжения, формируемые в блоке 14; 31 - импульсы, формируемые пороговым элементом 21; 32 — резупьтируюший сигнал, поступающий в бпок 15 формирования управпяюших импупьсов с измерителя 13 и датчика 12 энергии;

33 — ток нагрузки, протекающий через канал стабилизации; 34 - ток нагрузки, протекающий через канап перегрузки. В табпице 35 приведен апгоритм перекпючения ключевых элементов 3-6.

Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии ток 24 нагруз- 25 ки не превышает порогового значения 25, спедоватепьно перекпючатепи 16 и 20 разомкнуты, а 17 — замкнут. Напряжение на нагрузке 10 измеряется измерителем

13. Датчик 12 потока энергии формиру- зо ет импупьсы 27. Так KGK переключатепь

16 разомкнут, на вход блока 15 поступают только сигнал 28 с выхода измерителя 13 и пипообразные напряжения 29 и

30. В блоке 15 формируются управпяюшие импупьсы, которые проходят через замкнутый переключатель 17, бпок 18 гальванической развязки сигналов управпения и поступают на управпяюшие цепи ключей 3-6. Соответствующее включение 4р ключей определяет режим попной ипи частичной вопьтодобавки, режим неискаженной передачи, или режим полной ипи частичной отбавки.

При возникновении перегрузки в мо- 45 мент времении atq пороговый эпемент 21 формирует импупьс 31, поступающий на входы перекпючатецей 16, 17 и 20. Перекпючатепь 17 размыкается и снимает управление с попупроводниковых кпючей

3-6. Переключатель 20 замыкается и разрешает прохождение управляющих импупьсов с бпока 19 управпения тиристорами на управпяюшие электроды тиристоров 8 и 9 канала 7 перегрузки. Таким образом, канал 1 стабилизации откпючается, а

ToKi24 нагрузки переводится в канап перегрузки. На интервапе перегрузки

Ы -а12 импульсы 27, формируемые" датчи517 6 ком 12 потока энергии, через замкнутый переключатель 16 поступают на вход бпока 15 фор чрования управпяюших импущ сов. Сигнап 32, представпяюший собой сумму сигналов 27 и 28, сравнивается в блоке 15 с опорными пичообразными напряжениями 29 и 30. Нахождение сигнача 31 в зоне I соответствует вкпючению канала стабипизации в режим максимальной вопьтоотбавки, в зоне )It «в режим максимапьной вопьтодобавки, в зоне. )I - частичной вопьтоотбавки ини частичной вопьтодобавки.

Таким образом, на интервапах mpeгрузки система управпения формирует им-, пульсы управпения таким образом, чтобы, включив канап стабилизации из режима максимальной вопьтодобавки, принудительJ но запереть вкшоченный тиристор канала перегрузки. На интервапе времени ZEST@ напряжение сети соответствует полярности, указанной на фиг, 1 без скобок. При этом ток нагрузки протекает ло тиристору 9. Затем ток 24 нагрузки уменьшает» ся до порогового значения 25. Переключатепь 14 замыкается, и на кпючи 3-6 канала 1- стабилизации поступают импульсы управления. Так как сигнал 32 находится в зоне 1 на интервапе времени, предшествовавшем моменту g канап 1 стабипизации вкпючается из режима максимапьной вопьтоотбавки, т.е. замыкаются кпючи 3 и 6, и параппельно тиристору 9 включается обмотка трансформатора

2, причем к аноду тиристора 9 прикпадывается отрицатепьное напряжение. Тиристор 9 запирается, а стабипизатор выходит на режим стабилизации. На интервапе времени d.y-dg процессы протекают аналогично. но в момент времени 0 4 канай

1 стабипизации вкпючается из режима максимальной вольтодобавки, так как на интервапе д -dg попярность тока нагрузки совпадает с полярностью напряжения сети, т.е. тиристор 8 включен, Тиристор

8 запирается, и канал 1 стабилизации вновь выходит на режим стабипизации.

Таким образом; на интервапах времени, где ток нагрузки не превышает порогового значения, ток 33 нагрузки протекает по KBHG стабипизации, токи 34 перегрузки протекают по тиристорам канала перегрузки.

С цепью повышения надежности коммутации тиристоров канап стабипизации выводят из режимов максимапьной воль- . тоотбавки и максимапьной вопьтодобавки с выдержкой времени 1 о - > равной вреМеНН восстановления запирающих свойств

ОО7Ь Г тиристоров. На эпюрах фиг. 2 выдержка времени показана точками.

Самые небпагоприятные усповия коммутации тиристоров возникают в том спучае, если ток нагрузки уменьшается и достигает порогового значения в момент равенства нулю напряжения сети. При этом тиристор не запирается, и по цепи: трансформатор 2 — ключи 3 и 6 (4 и

5) - канап 7 перегрузки — трансформатор 2 начинает развиваться короткое замыкание. Ток в этом контуре контропируется датчиком 22 тока. При достижении этим током порогового значения канал стабипизации откпючается, и дапее стабилизатор работает по тому же апгоритму, что и при перегрузке.

Таким образом, предпагаемый стабипизатор переменного напряжения и способ управления этим стабипиэатором обеспечивают мгновенный переход стабипизатора в режим перегрузки при возникновении перегрузки и переход стабипизатора в режим стабипизации при снятии перегрузки с задержкой времени, не превышающей время восстановпения запирающих свойств тиристоров. При этом напряжение с нагрузки не снимается, перенапряжений на эпементах стабилизатора не

1 возникает, а также искпючается возможность возникновения короткого замыкания между канапами стабилизатора. Это повышает надежность стабипизатора, его технико-экономические показатели и поэвопяет испопьзовать стабипизатор в си5 стемах с гарантированным питанием. Кроме того, на интервапах, где мгновенные значения тока нагрузки меньше порогового, канап стабилизации осуществпяет компнсацию отклонения выходного напряже40 ния, вызванного перегрузкой. При малых кратностях тока нагрузки, а также при ударном характере нагрузки эта компенсация может быть попной, т.е. стабипизатор обеспечивает заданную точность

45 стабилизации даже при перегрузке.

Формупа изобретения

1 ° Стабилизатор переменного напряжеS0 ния с защитой от перегрузок по току, содержащий соединенные параллельно и вкпюченные между входным и выходным выводами канап стабипизации, состоящий аэ вопьтодобавочного трансформатора и

55 попупроводниковых кпючей, и канап перегрузки на встречно-параппепьно включенных тиристорах, бпок управпения тиристорами, датчик тока, выходом соединенный с входом порогового эпемента, бпок измерения выходного напряжения, выходами соединенный с бпоком формирования управпяющих импупьсов, перекпючатепи, соединенные своими управпяюшими входами с выходом порогового элемента, и блок гальванической развязки сигнапов управпения полупроводниковыми ключами, отпичаюшийся тем,что,с целью повышения технико-экономических показателей, канап стабилизации выпопнен на полностью управляемых кпючах, а в стабилизатор введен датчик потока энергии, два входа которого вкпючены между входным и выходным выводами, два других выхода подкпючены к входным выводам, выход соединен через первый перекпючатепь с блоком формирования уп- равляющих импупьсов, блок управления тиристорами подключен к управпяюшим эпектродам тиристоров через второй перекпючатепь,а бпок формйрования управпяюших импульсов через третий перекпючатепь соединен с входом бпока гальванической развязки сигналов управления с попупроводниковыми ключами.

2. Стабилизатор по и. 1., o т и и— ч а ю шийся тем, что, с цепью надежности, последоватепьно с обмоткой вольтодобавочного трансформатора включен дополнительный датчик тока, выходом подключенный к допопнитепьному входу порогового элемента.

3. Способ управления стабипизатором цо п. 1, заключающийся в отключении при перегрузке канапа стабипизации и подключении канала перегрузки и в откпю= чении при номинальных токах канала перегрузки и подключении канала стабилизации,отличающийся тем, что выдепяют интервацы совпадения по пярностей входного напряжения и тока нагрузки, и интервапы несовпадения указанных величин, причем при снятии перегрузки канал перегрузки принудитепьно запирают без выдержки времени за счет включения канапа стабипизации в интервалах совпадения полярностей указанных величин из режима вопьтодобавки, а в интервалах несовпадения — из режима вопьтоотбавки, при возникновении перегрузки откпючают канап стабипизации и подкпючают канап перегрузки без выдержки времени относительно момента возникновения перегрузки.

4. Способ по и. 3, отличаюшийся тем, что, с целью повышения

907517

10 надежности, при снятии перегрузки стабилизатор выводят в режим стабилизации из режимов вольтоцобавки и вольтоотбавки с зацержкой времени, равной времени восстановления, запирающик свойств ти- ристоров канала перегрузки.

Источники информании, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 5B96B1, кл.,t 02 P 13/1.6, (Ъ 05 Р 1/44.

2. Сб. Проблемы миниатюризации и унификации ВИП РЭА . Материалы се- минаров. М., РОТО МНДТП, 1979 с. 118.

3. Патент США М 3600664, кл. С, 05 р 1/20, З 05 F 1/44, 1978 (прототип).