Стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1984 года по МПК G05F1/44 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к мощным стабилизаторам переменного напряжения, в частности к таким стабилизаторам, от которых требуется высокая стабилизация и низкие коэффициенты нелинейных искажений форм кривых входного и выходного напряжений, и может быть использовано в тех устройствах, где требуется высокая стабильность напряжения питания в условиях значительных изменений нагрузок и входного напряжения.

Известен стабилизатор переменного напряжения, содержащий первый линейный дроссель, конденсатор и компенсатор реактивной мощности, выполненный на основе второго линейного дросселя, включенного последовательно со встречно параллельно соединенными тиристорами, служащими для регулирования индуктивности второго линейного дросселя, т.е. выходного напряжения стабилизатора ги..

Недостатком такого стабилизатора является то, что он не обеспечивает при быстроменяющихся нагрузках или всплесках напряжения достаточного быстродействия отслеживания напряжения на выходе и имеет сравнительно большие уровни нелинейных искажений формы кривой тока.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стабилизатор, содержащий первый линейный дроссель, включенный между соответствующими входной и выходной клеммами, соединенные с выходными клеммами конденсатор и компенсатор реактивной мощности, выполненньй на основе второго линейного дросселя, последовательно включенного с двумя встречно параллельно соединенными тиристорами, первый выпрямительный мост, вход которого шунтирует первый линейный дроссель, коммутирующий тиристор, силовые электроды которого подключены к выходу первого выпрямительного моста, усилитель, выход которого подключен к управляницему переходу коммутирующего тиристора, датчик выходного напряжения, который входом подключен к выходным клеммам и выполнен на втором выпрямительном мосте и пороговом элементе, один вывод которого подключен к плюсовому выводу вьтрямительного моста, а другой вывод - к плюсовому входному выводу усилителя, минусовой входной вьгеод которого соединен с минусовым вьшодом второго вьтрямительного моста С 2. 5 Однако известное устройство не обеспечивает быстродействия коррекции выходного напряжения при работе на нагрузку с широким диапазоном изменения или при значительном

0 всплеске сетевого напряжения, так .как система управления стабилизатора имеет сравнительно малое быстродействие из-за наличия корректирующих звеньев для устойчивости стабилиза5 тора при высоком коэффициенте усиления в цепи обратной связи системы управления. .Кроме того, изменение выходного напряжения стабилизатора за счет управления компенсатором

0 реактивной мощности более чем на 10% ведет к резкому увеличению входного реактивного тока, а следовательно, и к большему искажению формы кривой тока. Поэтому выбросы напряжения,

5 возникакнцие на выходе стабилизатора, имеют большую длительность и амплитуду и недопустимы в определенных условиях-эксплуатации. Максимальные перенапряжения при этом составляют

0 пqлyтopaкpaтнyю .величину при колебательном характере переходного процесса. Чтобы предотвратить выход из строя элементов аппаратуры и обеспечить нормальную работу, приходится

, дополнительно стабилизировать и

фильтровать цепи питания, что женьшает надежность аппаратуры и значительно усложняет и удорожает ее. Целью изобретения является повышение надежности стабилизации и уменьшение искажений формы кривой тока.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор переменного на-5 пряжения, содержащий первый линейный дроссель, включенный между соответствукнцими входной и выходной клеммами, соединенные с выходными клеммами конденсатор и компенсатор реактивной

Q мощности, выполненный на основе второго линейного дросселя, последовательно включенного с двумя встречно параллельно соединенными тиристорами, управляющие электроды.которых соединены с узлом управления, первый выпрямительный мост, вход которого шунтирует первьй линейный дроссель, коммутирующий тиристор, силовые электроды которого подключены к выходу первого вьшрямительного моста, первый усилитель, выход которого подкл чен к управляющему переходу коммутирующего тиристора, датчик выходного напряжения,который входом подключен к выходным клеммам и выполнен на втором выпрямительном мосте и первом пороговом элементе, один вывод которого подключен к плюсовому выводу второго вьшрямительного моста, а другой вьтод - к плюсовому входному выводу первого усилитеддя, минусовой входной вывод которого со динен с минусовым выводом второго . вьтрямительного моста, введены шунти- 15 рующий резистор, второй усилитель, второй пороговый элемент датчика выходного напряжения, причем один вывод второго порогового элемента подключен к плюсовому выводу второго выпрямительного моста, а другой вывод - к плюсовому входному выводу второго усилителя, минусовой входной вывод которого соединен с минусовым выводом второго выпрямительного моста, второй усилитель выходными выводами через шунтирующий резистор соединен с выходом первого выпрямительного моста. При этом второй пороговый элемент датчика выходного напряжения может быть выполнен на динисторе, а второй усилитель - на транзисторной оптопаре и двух оптронных тиристорах. На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из первого линейного дросселя 1, конденсатора 2, компенсатора 3 реактивной мощности, датчика 4 выходного напряжения (выполненного на основе мостовой схемы выпрямителя и подключенных к ее полю совому выходу первого и второго поро гового элемента), соединенного с выходными клеммами стабилизатора, -первого усилителя 5, собранного на двух оптронных тиристорах, вход которого соответствующими выводами подсоедине к выходу датчика 4 выходного напряже ния, коммутирующего тиристора 6, управляющим электродом и анодом соединен ного с соответствующими выходам первого усилителя 5, первого выпрями тельного моста 7, на выходе которого включен коммутирующий тиристор 6, второго порогового элемента на динис торе, подключеннс го к плюсовому выхо ду второго выпрямительного моста-7, I узла 8 управления тиристорами, вто844рого усилителя У, выполненного на одной транзисторной оптопаре и двзпс оптронных тиристорах, одним .из выводов входа подсоединенного через резистор Квторому пороговому эле- . менту, а другим - к ьтнусовому выводу второго вьшрямительнего моста 7, шунтирующего резистора 10, соединенного через выходные выводы второго усилителя 9 с выходом-первого вьтрямительного моста 7. Система управления стабилизатора служит для формирования отпирающих импульсов тиристоров компенсатора реактивной мощности. . Стабилизатор работает следующим образом. При значительном сбросе нагрузки или всплеске входного напряжения на выходе стабилизатора в течение некоторого времени развиваются полуторакратные перенапряжения (переходной процесс). Для данной цепи можно записать в комплексной форме ивы,ивхМ. 1 где и„,, - вектор выходного напряже ния стабилизатора; - вектор входного напряжения стабилизатора; )- коэффициент передачи стабилизатора по напряжению. к.( .: . где Z - комплексное сопротивление первого линейного дросселя; Z - комплексное общее сопротивление цепей конденсатора и второго линейного дросселя} Zj - комплексное сопротивление нагрузки. При определенных соотношениях указанных сопротивлений Z выходное напряжение стабилизатора может быть больше или меньше входного напряжения сети. Изменение активной проводимосг ти LC контура ведет к перемене крутизны фронтов кривых резонанса и установлению новых значений их максимумов, т,е. изменяется добротность этого контура. Чем больше активное сопротивление этой цепи по сравнению с волновым, тем менее выражается яв-ление резонанса, В переходном режиме работы устройства на втором выпрямительном мосте развивается напряжение, которое Достигает уровня включения динистора

второго порогового элемента, который открывается и через него начинает протекать ток управления транзисторной оптопары второго усилителя 9. Освещенньй фототранзистор транзисторной оптопары окажется в режиме насьпцения и его крллекторньй ток откроет промежуточный оптронный тиристор, который анодным током включит выходной оптронный тиристор. Здесь применен несложный способ открывания выходного оптронного тиристора второго усилителя, при котором источник анодного питания используется и для получения управляющего тока, при этом достигается синхронизация сигнала управления с частотой сети.

Выходной оптронный тиристор подключает шунтирующий резистор 10 через первый вьтрямительный мост параллельно первому линейному дросселю, что изменяет соотношение значений сопротивлений цепи, а следовательно, и уменьшает коэффициент передачи стабилизатора, т.е. снижает выходное напряжение.

Как только напряжение на выходе стабилизатора спадет до номинального шунтирующий резистор 10 отключается от первого линейного дросселя 1 (ток, протекающий через второй пороговый элемент, уменьшается ниже удерживающего значения и запирает динистор) . Порог срабатывания дин гстора устанавливается равным допустимому уровню всплеска напряжения на выходе устройства, а порог отпускания примерно равен номинальному выходному напряжению.

С момента окончания действия входного сигнала от датчика 4 выходного напряжения шунтирующий резистор 10 остается включенным на время, не превьш1ающее длительности полупериода, так как оптронный выходной тиристор закроется при первом переходе напряжения через О, т.е. рабочий режим стабилизатора автоматически восстанавливается после снятия перенапряжений.

При вторичном достижении выходным напряжением устройства уровня срабатывания второго порогового элемента шунтирующий резистор 10 снова подключается к первому линейному дросселю 1 и т.д.

Таким образом, выходной оптронный тиристор второго усилителя 9 находится в режиме разрывных автоколебаний, а энергия, запасенная в индуктивности первого линейного дросселя 1, порциями сбрасывается в первыи вьтрямительный мост 7, оптронный выходной тиристор второго усилителя 9 и шунтирующее сопротивление 10.

Для высокоточных и высоковольтных диодов и тиристоров собственная способность к поглощению энергии на лавинном участке вольтамперных характеристик составляет 10 Дж. Условием для прекращения автоколебаний является равенство io (3) , где чои номинальное напряжение на выходе стабилизатора; У,,о - напряжение соответствующее порогу отпускания второго порогового элемента.

Таким образом, в переходном режиме (значительный сброс нагрузки или

всплеск входного напряжения) при подключении шунтирующего резистора 10 к первому линейному дросселю 1 устройства коэффициент передачи Уменьшается, а напряжение на выходе стабилизатора убывает

(4)

Uftb/x Ug,

Как видно из (2) K(jto) при ,0, 0 и резко уменьшается с ростом общей проводимости разветвленной части цепи первого линейного дросселя 1 и шунтирующего сопротивления 10. При этом заметно сокращается продолжительность переходного процесса, так как ограничение перенапряжений происходит без запаздывания.

На нагрузке в момент включения шунтирующего резистора 10 броски тока и напряжения минимальны, а время переходного процесса наименьшее ..

Приведенные зависимости (1), (2) и (4) показывают, что при подключении к первому линейному дросселю 1 шунтирующего резистора 10 во время .значительньк изменений нагрузок или всплеска входного напряжения на выходе стабилизатора развивается напряжение, близкое к номинальному.

При этом переходный процесс носит более легкий, непродолжительньй характер.

Таким образом, введение в предлагаемом устройстве дополнительных S второго порогового элемента в датчик напряжения, второго усилителя и шунтирующего сопротивления позволяет получить во время значительного изменения нагрузки или всплеска входного напряжения выходное напряжение стабилизатора, близкое к номинальному, а продолжительность переходного процесса значительно снизитв. При зтом также обеспечиваётся и защита аппаратуры от значительных перенапряжений и переходных процессов, а коэффициент нелинейных искажений на выходе стабилизатора при работе на выпрямительное устройство составляет 10%.

СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий первый линейный дроссель, включенный мехду соответствующими входной и выходной клеммами, соединенные с выходными клеммами конденсатор и компенсатор реактивной мощности, вьтолненный на основе второго линейного дросселя, последовательно включенного с двумя втречно параллельно соединенными тиристорами, управляющие электроды которых соединены с узлом управления, первый выпрямительный мост, вход ко-, торого шунтирует первый линейный дроссель, коммутирующий тиристор, силовые электроды которого подключены к выходу первого выпрямительного моста, первый усилитель, выход которого подключен к управляющему переходу коммутирующего тиристора, датчик выходного напряжения, который входом подключен к выходным клеммам и выполнен на втором вьтрямительном мосте и первом пороговом элементе, один вывод которого, подключен к плюсовому выводу второго выпрямительного моста, а другой вывод - к плюсовому входному выводу первого усилителя, минусовой входной вывод которого соединен с минусовым выводом второго выпрямительного моста, отличающ.ийся тем, что, с целью по ьппения надежности стабилизации и уменьшения искажения формы кривой тока, в него введены шунтируюпшй резистор, второй усилитель, второй пороговый элемент датчика выходного, напряжения, причем один вывод второго порогового элемента подключен к плюсовому вьтоду второго выпрямительного моста, а другой вывод - к плюсовому входному выводу второго усилителя, минусовой входной вывод которого соединен с минусовым 4 4; выводом второго выпрямительного мост та, второй усилитель выходными выво00 дами через шунтирующий резистор соеliU динен с выходом первого выпрямительного моста.