Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК G05F1/56 

,..

00

:о

100

2. Импульсный стабилизатор напряжения постоянного трка, содержащий силовой трехфазный трансформатор, первичная трехфазная обмотка которого первыми выводами подключена к входным выводам, а вторыми выводами через первый трехфазный выпрямитель к силовым выводам к-лючевого регулирующего элемента, управляющим входом соединенного с первым выходом блока управления, а вторичная трехфазная обмотка подключена к входу второго трехфазного выпрямителя, выходом соединенного через фильтр с выходнЕлми выводами, к которым подключен вход измерительно-усилитель.ного блока, выходом соединенного с

входом блока управления, отличающийся тем, что, .с целью увеличения выходной мощности, регулирующий элемент выполнен на тиристоре, зашунтированном блоком принудительной конденсаторной коммутации, управляющий вход которого подключен к введенному второму выходу блока управления, соединенного введенным третьим выходом с управляющим входом .введенного транзисторного ключа, подключенного силовыми выводами к выходу введенного третьего трехфазного выпрямителя, к входу которого подключена введенная дополнительная трехфазная обмотка указанного трансформатора.

1. Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий силовой трехфазный трансформатор, первичная трехфазная обмотка которого первыми выводами подключена к входным выводам, а вторыми выводакш через ;первый трехфазный выпрямитель - к силовым выводам ключевого регулирующего элемента, управляияцим входом соединен ноге с первым выходом блока управления, а вторичная трехфазная обмотка подключена к входу второго трехфазного выпрямителя, выходом соединенного через фильтр с выходными выводами, к которым подключен вход измерительно-усилительного блока,выходом соединенного с входом блока управления, отличающийся тем, что, с целью увеличения выходной мощности, регулирующий элемент выполнен на тиристоре, зашунтированном блоком принудительной конденсаторной коммутации, управляющий вход которого подключен к введенному второму выходу блока управления, соединенного Л введенным третьим выходом с управляющим входом введенного транзисторного ключа, подключенного силовыми выводами к выходу второго трехфазного выпрямителя.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к стабилизированным источникам питания постоянного тока, и может быть использован для создания сильноточных выпрямителей с низковольтным выходным напряжением. Известен сильноточный низковольт ный импульсный стабилизатор напряже ния постоянного тока, содержащий си ловой трансформатор, первичная обмо ка которого связана с зажимами для . подключения сети через тиристорные ключи, управляющие входы которых подключены к выходам блока управления, вход которого подсоединен к выходу измерительно-усилительного блока, вход последнегчэ подключен к выходным зажимам устройства, вторич ная обмотка силового трансформатора подключена к входным выводам вьтрям теля, выходные выводы которого чере фильтр соединены с выходными зажимам устройства 1J . Недостатками указанного устройств являются плохие массогабаритные показатели, так как при глубоком регулировании выпрямленного напряжения его форма резко искажается и коэффициент пульсаций сильно возрастает, поскольку ч астота основной гармоники пульсации невысока, то для обеспечения низкого уровня пульсаций напряжения на нагрузке требуется громоздкий фильтр. Кроме того, для многофазного устройства требуется от носительно сложная схема управления тиристорными ключами с большим числом изолированных в ыходов. / Наиболее блйзк;им к предлагаемому является импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащи силовой трехфазный трансформатор,пер вичная трехфазная обмотка которого первыми выводами подключена к входным выводам иктульсного стабилизатора, а вторыми выводами через первый трехфазный выпрямитель - к силовым выводам ключевого регулирующего элемента, управляющим входом соединенного с первым выходом блока управления, а вторичные трехфазная обмотка подключена к .входу второго трехфазного выпрямителя, выходом соединенного через фильтр с выходными выводами импульсного стабилизатора, к которым подключен вход измерительно-усилительного блока, выходом соединенного с входом блока управления рГ} . Недостатком известного импульсного стабилизатора 2 является ограничение его выходной мощности, поскольку регулирующиЛ элемент выполнен на транзисторе , мощность переключения которого больше 12 кВт. Цель изобретения- увеличение выходной мощности импульсного стабилизз тора постоянного тока. Для достижения поставленной цели в импульсном стабилизаторе напряжения постоянного тока, содержащем силовой трехфазный трансформатор, первичная трехфазная обмотка которого первыми выводами подключена к входным выводам импульсного стабилизатора, а вторыми выводами через первый трехфазный выпрямитель - к силовым выводгии ключевого регулирующего элемента, управляющим «ходом соединенного с первым выходом блока управления, а вторичные трехфазная обмотка подключена к. входу второго трехфазного выпрямители, выходом соединенного ерез фильтр с выходными выводами импульсного стабилизатора, к которым подключен вход измерительно-усилительного |блока, выходом соединенного с входом блока управления, регулирующий элемент, выполнен на тиристоре, зашунтированном блоком принудительной конде саторной коммутации, управляющий вход которого подключен к введенному второ му выходу блока травления, соединен ного введенным третий выходом с управляющим входом введенного транзисторного ключа, подключенного силовым выводами к выходу второго трехфазного выпрямителя. . i. . Указанная цель достигается тем, что в импульсном стабилизаторе напря жения постоянного тока, содержащем силовой трехфазный трансформатор,пер вичная трехфазная обмотка которого первыми выводами подключена к входны выводам импульсного стабилизатора, а вторыми выводс1ми через первый трех фазный выпрямитель - к силовым выводги ключевого регулирующего элемента управляющим входом соединенного с первым выходом блока управления, а вторичная трехфазная обмотка подключена к входу второго.трехфазного выпрямителя, выходом соединенного чере фильтр с выходными выводами импульсного стабилизатора, к которьзм подклю чен вход измерительно-усилительного блока, выходом соединенного с входом блока управления, регулирующий элемент выполнен на тиристоре, зашунтированном блоком принудительной коя- . д нсаторной коммутации, управляющий вход которого подключен к введенному второму выходу блока управления, соединенного введенным третьим выходом с управляющим входом введенного тран зисторного ключа, подключенного сило выми выводами к выходу введениого третьего трехфазного выпрямителЯуК . входу которого Подключена введениая дополнительная трехфазная обмотка указанного трансформатора. На фиг.1 и 2 представлены принЦипиальные электрические схемы/ на фиг.З - эпюры напряжений и токов в некоторых цепях устройств. Стабилизатор (фиг.1) содержит силовой трехфазный трансформатор 1J первый трехфазный мостовой выпрямитель 2, ключевой регулирующий элемент 3, второй трехфазный мостовой выпрямитель 4, фильтр 5, выходные вы воды 6 устройства, измерительио-усилительный блок 7, блок 8 управления, тиристор 9, узел 10 принудительной .конденсаторной коммутации, траизйс;торный ключ 11, первичную 12 и вто-, ричную 13 обмотки силового траисфор матора 1. Стабилизатор на фиг.2 кроме перечисленных выше элементов содержит до полнительную вторичную обмотку 14 ;силового трансформатора 1 и третий -рехфазный мостовой выпрямитель . На фиг.З представлены UH - напряжение на нагрузке; U(,o - номинальное значение величины уставки напряжения,DI ,U2 и и - импульсы напряжения соответственно на первом, -.втором и третьем выходах блока 8 управления; v - напряжение на выводах постоянного тока первого трехфазного мостового выпрямителя 2; i - ток в силовой цепи транзисторного ключа 11. В зависимости от структуры блока 8 управления в устройствах могут быть реализованы различные методы импульсного регулирования напряжения на нагрузке. Допустим, что структура блока 8 управления соответствует широтно-импульсному регулированию. Стабилизатор работает следующим образом. Пока тиристор 9 заперт, п.ервичная обмотка 12 отключена, напряжение на вторичной обмотке 13 отсу1 ствует,а напряжение на выходных выводах 6 и ток в нагрузке поддерживается за счет энергии, накопленной в фильтре 5 в. течение предыдущего открытого состоянии тиристора 9. При этом в конденсаторе узла принудительной конденсаторной коммутации 10 накоплена соответствующая энергия. В момент времени t4 на управляющий электрод тиристора 9 с первого выхода блока 8 управления поступает управляющий .импульс, тиристор 9 отпирается и первичная обмотка 12 подключается к сети. Индуцируемое на вторичной обмотке 13 напряжение выпрямляется выпрямителем 4 и через фильтр 5 поступает к выходным выводам 6. Напряжение на нагрузке (т.е. на конденсаторе фильтра 5) возрастает до тех пор, пока постоянная составляющая его не превысит напряжение уставки Ццо, после чего напряжение на выходе измерительно-усилительного блока 7 становится таким,что под его воздействием блок 8 управления вырабатывает управляющий импульс, который с его второго выхода поступает в момент времени t на управляющий вход узла 10 принудительной конденсаторной коммутации. При поступлении этого импульса заряженный конденсатор узла 10 подключается минусом к аноду и плюсом к катоду .тиристора 9. Ток первичной обмотки протекает через этот конденсатор, конденсатор перезаряжается этим током, в процессе перезаряда к тиристору 9 прикладывается обратное напряжение, обеспечивающее его запирание, если время действия обратного напряжения больше времени восстановления его запиракяцих свойств. В блоке 8 управления вырабатыва-. ется еще один импульс, задержанный относительно момента tg. Время задержки и длительность импульса подбираются экспериментсшьно. Этот и лпульс с

третьего выхода блока 8 управления поступает на управляквдий вход транзисторного ключа 11,-который на время действия импульса закорачивает выход выпрямителя 4, что равносильно, закорачиванию вторичной обмотки 13 силового трехфазного трансформатора 1 (во втором варианте транзисторный KJno4 при подаче на его вход указанного импульса закорачивает выход выпрямителя 15, что равносильно закорачиванию дополнительной вторичной обмотки 14). При закорачивани вторичной обмотки 13 (или 14) трансформатора ток в цепи его первичной обмотки 12 резко возрастает, кондеисатор узла 10 коммутации быстро перезаряжается и после окончания заряда (момент времени t4) первичная обмотка 12 полностью обесточена, т.е. начинается интервал запертого состояния тиристора 9, с.которого начинают рассмотрение работы устройства. В момент apetffiHK t на управляющий элетрод тиристора 9 поступает управляющий импульс, и процесс повторяется,

Как уже отмечалось выше, перезаря конденсатора узла 10 ксн«мутации осу ществляется током первичной обмотки При высокоомной нагрузке стабилизатора (при малом токе в нагрузке) ток первичной обмотки мал (он равен 1||, Itt - ток намагничивания трансформатора; |ц - приведенный к первичной обмотке ток нагрузки), перезаряд конденсатора идет медленно и может даже не закончиться к началу Ьчередного интервала открытого состояния тиристора 9 (пунктирные кривые H«i зпюре Ujj г(1)фиг,3).

В результате уменьшается глубина регулирования напряжения, а также ,

Фаг.г

возможны сбои, так как энергия, накопленная в конденсаторе при вялом перезаряде, может оказаться недостаточной для запирания тиристора.

Введение транзисторного ключа 11 позволяет форсировать перезаряд конденсатора узла 1СР коммутации (призамыкании ключа 11 ток перезаряда равен i + ii. + iL

где iV - приведенный к первичной обмотке трансформатора ток ключа 11) и при соответствующем выборе величины i практически исключить влияние изменения тока нагрузки на этот процесс.

Таким образом, введение транзисторного кгаоча 11 обеспечивает нгщежную работу стабилизатора .при измене-т НИИ тока нагрузки. Заметим, что при увеличении тока нагрузки соответственно уменьшается требуемая величина тока через транзисторный ключ 11.

В низковольтном сильноточном стабилизаторе (фкг.1) транзисторы в кгооче 11 не могут быть использованы эффективно, так как работают при малом напряжении в закрытом состоянии и при большом токе в открытом. В результате растут масса и габариты ключа 11, что ухудшает массогабаритиые показатели устройства в целом. Введение дополнительной вторичной обмотки 14 и третьего выпрямителя 15 (фиг.2) Позволяет эффективно использовать возможности ключевого режима работы транзисторов, улучшить массогабаритные показатели устройства.

Таким о&разом, использование изобретения позволяет увеличить шлхоцную мощность импульсного стабилизатора постоянного тока при сохранении хо роших динамических показателей в широ ..ком да1апазоне изменения нагрузки.

f I

/гХ 1