Устройство для управления тиристором преобразователя Советский патент 1989 года по МПК H02M1/08 

ел

с

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано для регулирования и стабилизации напряжения нагрузки, питающейся от источника переменного напряжения. Це+ 0 лью изобретения является повышение надежности. Поставленная цель достигается путем изменения напряжения на переходе база 2 - база 1 однопере- ходного транзистора 20 за счет введения последовательной цепи, состоящей из резисторов 1, 2 и 3 стабилитрона 4, катод которого соединен с катодом стабилитрона 9, а первый вывод резистора 1 подключен к положительному полюсу источника питания. Общая точка резисторов 2 и 3 соединена с первым выводом резистора 6. Параллельно введенной цепи подключен резистор 5. Введение указанной цепи позволяет улучяить стабилизацию напряжения на нагрузке. 3 ил. с SS

7Л

21

гг

гз

4 О5

OfJ

00 со

18

:-

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для управления статическим преобразователем для получения требуемого значения выходного параметра, выполненным на полупроводниковых приборах с управляющим электродом, и может быть использовано для изменения и стабилизации напряжения, следовательно и мощности, потребляемой активной или активно-индуктивной нагрузкой от источника питания переменного напряжения, а именно для управления напряжением на электронагрева- телях, лампах, обмотке электродвигателя постоянного тока, катушке электромагнита и т.д.

Цель изобретения - повьшение надежности.

На фиг. 1 изображена принципиаль-т ная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений на вторичной обмотке выходного импульсного трансформатора, тиристоре и нагрузке; на фиг. 3 - гра- фигси изменения напряжения на переходе база 1 - база 2 в зависимости от изменения напряжения на нагрузке .( изменения напряжения на наг рузке при изменении напряжения сети

на +10%

Устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные резисторы 1-3 и стабилитрон 4, параллельно которым подключен резистор 5, последовательно соединенные резисторы 6-8, подключенные параллельно резистору 3 и стабилитрону 4, соединенные анодами стабалитрон 9, катод которого соединен с резистором 8, и диод 10, катод которого соединен с отрицатель ным вьшодом источника питания, после довательно соединенные стабилитрон 11, резистор 12 и диод 13, параллельно которому подключена первичная обмотка 14 трансформатора 15, начало вторичной обмотки 16 которого через диод 17 соединено с базой транзистора 18, а конец - с его эмиттером, причем катод стабилитрона 11 соединен с резистором 7, а анод дио- . да 13 - с катодом диода 10, конденсатор 19, один вьтод которого соединен с катодом диода 10, другрй - с под- вижным контактом резистора 7 и эмиттером однопервходного транзистора 20 первая база которого соединена с катодом диода 13, вторая - через резис

0

0

0

5

тор 21 с эмиттером транзистора 18 и объединенными первыми выводами- конденсатора 22 и резистора 23, а через резистор 24 - с точкой соединения резисторов 1 и 2, другие выводы конденсатора 22 и резистора 23 соединены с катодом диодов 25 и 26 и началом первичной обмотки 27 трансформатора 28, конец которой соединен с анодом диода 26 и коллектором транзистора 18, анод диода 25 через резистор 29 соединен с положительным выводом источника питания и свободным выводом резистора 1, начало вторичной обмотки 30 трансформатора 28 через диод 31 соединено с управляющим электродом, а конец - с катодом тиристора 32, включенного последовательно с нагрузкой 33.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника питания подается через нагрузку 33 переменное 5 напряжение 220 В, 50 Гц тиристор (симметричный) 32. Одновременно пониженное двухполупериодное выпрямленное напряжение поступает через резистор 5, следовательно, и через резисторы 1-3 и стабилитрон 4, на стабилитрон 9, причем сопротивление резистора 1 принимается меньще сопротивления резистора 2 в три раза и меньше в пять раз сопротивления резистора 3; через резисторы 1 и 24 на резистор 21, последовательно, и через первичную обмотку 14 импульсного трансформатора 15 на переход база 2 ( база. 1 (б ,) транзистора 20, причем сопротивление резистора 1 принимается приблизительно в 1,2 раза больше сопротивления резистора 24 и меньше приблизительно в 18 раз сопротивления резистора 21, значение которого выбирается таким, чтобы при максимальном значении сопротивления переменного резистора 7 в цепи эмиттера транзистора 20 амплитуда напряжения на конденсаторе 19 быпа бы близкой к значению амплитуды напряжения включения транзистора 20; через резистор 26 и диод 25 на конденсатор 22, следовательно, и через первичную обмотку 27 импульсного трансформатора 28 на переход коллектор - эмиттер транзистора 18, причем включение параллельно конденсатору 22 резистора 23 увеличивает падение напряжения На резисторе 29, уменьша5

0

5

0

ет на диоде 25, уменьшает падение напряжения на переходе коллектор - эмиттер транзистора 18, увеличивая срок службы последнего, и создает переменную составляющую падения напряжения на конденсаторе 22, причем сопротивление резистора 23 больше сопротивления резистора 29 приблизительно в 50 раз и приблизительно в четыре раза больше на частоте 100 Гц сопротивления конденсатора 22

Ограниченное напряжение по амплитуде со стабилитрона 9 через резисто 8 подается на конденсатор 19, следовательно, и через первичную обмотку 14 на переход змиттер - база 1 тран- .зистора 20, и через стабилитрон 11 и первичную обмотку 14 - на резистор 12, причем емкость конденсатора 19 принимается примерно в 11 раз меньше емкости конденсатора 22, при этом сопротивление резистора 12 принимается примерно в 12 раз меньше, сопротивления резистора 8.

Напряжение стабилизации стабилитрона 9 принимается приблизительно в три раза больше напряжения стабилизации каждого из стабилитронов 4

и 1Ь I

Одновременно пониженное напряжение подается через резисторы 1.2, 6 и 7 на конденсатор 19, причем сопротивление резистора 2 принимается примерно в 2,3 раз.а больше сопротивления резистора 6 и меньше примерно 13 раз сопротивления резистора 7.

При уменьшении сопротивления переменного резистора 7 в цепи эмиттера транзистора 20 происходит увеличение амплитуды напряжения, например в отрицательный полупериод напряжения сети, на конденсаторе 19 до амплитуды напряжения включения транзистора 20.

.При включении транзистора 20 соп- ротивление перехода эмиттер - база 1 резко уменьшается до минимального значения, при котором происходит разряд конденсатора 19 через переход эмиттер - база 1 транзистора 20 и первичную обмотку 14 импульсного трансформатора 15, с вторичной обмот ки 16 которого положительный импульс подается через диод 17 на базу тран- зкстора 18.

При подаче импульса на базу транзистора 18 происходит уменьшение сопротивления перехода коллектор - эмиттер последнего до минимального

10

15

20

25

30

67689

значения и разряд коиденсаторл 22 через первичную обмотку 27 импульсного трансформатора 28 и переход кап- лектор - эмиттер транзистора 18. С вторичной обмотки 30 усиленньш импульс по амплитуде подается через диод 31 в цепь управления тиристора 32, приоткрывая последний, создается падение напряжения на нагрузке 33. При разряде конденсатора 19 происходит уменьшение амплитуды напряжения на последнем до значения амплитуды напряжения закрытия транзистора 20. При закрытии транзистора 20 происходит закрытие транзистора18, следовательно, и закрытие тиристора 32.

Процесс коммутации транзисторов 20 и 18, следовательно, и тиристора 32, в кажцьш из отрицательных полупериодов напряжения сети аналогично повторяется.

Аналогично происходит процесс коммутации транзисторов 20 и 18 и тиристора 32 и в папожите.пьньБ полупериод напряжения сети.

Таким образом, за период напряжения сети (фиг. 2а) в цепи управления симметричного тиристора 32 образуются два положительных импульса (фиг. 2б), смещенных на 180 эл. град., один из которьк образуется в период начала роста амплитуды отрицательного полупериода напряжения сети, второй - в период начала роста амплитуды положительного полупериода напряжения сети.

35

5 д

0

В дальнейшем при плавном vT ieHbme- нии сопротивления переменного резистора 7 до минимального значения происходит плавное увеличение a mлитyды напряжения на конденсаторе 19, при котором происходит плавньш сдвиг, рост амплитуды первого импульса, образование последующего имп.ульса на месте первого, увеличение аьтлитуды импульса до максимального значения, сдвиг и увеличение количества импульсов в обмотке 14, следовательно, и в цепи управления тиристора 32 (фиг. 2в). С увеличением количества импульсов до максимального значения в цепи управления тиристора 32 происходит уменьшение падения напряжения , 5 на последнем (фиг. 2г) и увеличение до максимального значения падения напряжения (фиг. 2д) на нагрузке 33. Одновременно при плавном уменьшении сопротивления переменного резистора

7 13 цепи эмиттера транзистора 20 до минимального значения происходит увеличение тока заряда конденсатора 19 через резисторы 1, 2, 6 и 7, уменьше- ние тока через резистор 3 и стабилитрон 4 до минимального значения и изменения направления, и увеличение тока через стабилитрон 4, резистор 3 и резистор 6, увеличение тока заряда конденсатора 22 через резистор 29 и диод 25, при котором происходит изменение полярности на последнем, а также уменьшение тока через резистор 24, следовательно, и через ре- зистор 21,

Таким образом, при плавном уменьшении сопротивления переменного ре- зистора 7 до минимального значения . в цепи эмиттера транзистора 20 про- исходит плавное утзеличение падения напряжения на резисторах 1, 2, 6, 29 и изменение полярности на диоде 25, а также уменьшение падения напряжения на резисторах 3, 7, стабилитроне 4, резисторе 21 и на переходах коллектор эмиттер и база - коллектор транзистора 18, а также на резисторе 3 и изменение полярности на последнем, увеличивая суммарный ток через рези- стор 6.

Таким образом, включение резистора 1 уменьшает падение напряжения на резисторе 21, а также при уменьшении сопротивления резистора 7 до минимального значения в цепи эмиттера транзистора 20 уменьшается напряжени на резисторе 21, следовательно, и на переходе база 2 - база 1 транзистора 20 (фиг, 3, и При изменении сопротивления резистора 7 резистор 2 исключает воз уюжность- изменения в больших пределах падения напряжения на переходе .эмиттер - база 2, т.е. поддерживает в заданных пределах ниж нее значение падения напряжения на переходе база 2 - база 1 и определяет диапазон стабилизации установленного значения напряжения на нагрузке 33 при колебаниях напряжения сети на +10%. Включение резистора 5 увели падение напряжения на конденсаторе 19, увеличивая угол сдвига и количество импульсов в цепя управления тиристора 32, уменьшая падение напряжения на последнем. Суммарное падение напряжения на резисторах 6, и 8 определяется параметрами стабилитрона 4 и резистора 3, на котором пр

5

0 5 . о

Q g gQ

5

изменении полярности увеличивается суммарный ток через резистор 6, причем цепь из резистора 3 и стабилитрона 4 улучшает стабилизацию напряжения на нагрузке 33.

Стабилизация установленного значения напряжения на нагрузке 33 при неизменном- значении сопротивления переменного резистора 7 при изменении напряжения сети на происходит Следуюшим образом.

При уменьшении напряжения сети на -10% происходит уменьшение напряжения на входе генератора импульсов, следовательно, и на стабилитроне 4, при котором увеличивается сопротивление последнего, увеличивая при этом ток через резисторы 6 и 7. При увеличении напряжения на конденсаторе 19 поддерживается в определенных пределах установленное значение амплитуды и угла сдвига импульсов в цепи управления тиристора 32, следовательно, и падение установленного значения напряжения на нагрузке 33. Аналогично происходит процесс стабилизации установленного значения напряжения на нагрузке 33 при неизменном значении сопротивления переменного резистора 7 при увеличении напряжения сети на , при котором проис- ходит уменьшение сопротивления стабилитрона 4, следовательно, увеличение через него тока. Уменьшение за- рядо-разрядного тока конденсатора 19 приводит к поддержанию неизменным заданного угла сдвига импульсов.

На фиг. Зб показано изменение падения двухполупериодного напряжения на нагрузке при изменении напряжения сети на . Из фиг. 36 следует, что стабилизация установленного значения происходит в пределах 3...180 В при напряжении сети 220 В + 10%.

Установление базового напряжения на нагрузке 33 при максимальном сопротивлении переменного резистора 7 производится следующим образом.

При увеличении сопротивпения резистора 12 увелич лвается падение напряжения на резисторе 8, следовательно и на конденсаторе 19. В дальнейшем при увеличении сопротивления резистора 12 процесс перезаряда конденсатора 10 и коммутации транзисторов 30 и 18, следовательно и тиристора 32, происходит аналогично как и при изменении сопротивления переменного

резистора 7. Диапазон изменения базового напряжения на нагрузке может изменяться в пределах 0...100 В в зависимости от значения сопротивления резистора 12.

Таким образом, включение последовательной цепи, состоящей из резисторов 1, 2, 3 и стабилитрона 4

уменьшает падения напряжения на пере- Q трон, третий, четвертый и пятьп диоходе база 2 - база 1 транзистора 20, а также уменьшает при изменении сопротивления переменного резистора 7 падение напряжения на переходах транзистора 20, увеличивая срок службы 5 последнего, повьшает стабилизацию установленного значения напряжения на нагрузке 33 при колебаниях напряжения сети на jf10% и допускает плавную установку базового напряжения на наг рузке 33.

20

ды, второй импульсный трансформатор, второй конденсатор и транзистор, причем один вывод седьмого резистора соединен с положительным выводом источника питания, другой вывод - с одним выводом восьмого резистора, другой вывод которого соединен с одним выводом девятого резистора, другой вывод которого соединен с анодом третьего стабилитрона, катод которого соединен с катодом первого стабилитрона, один вывод десятого резистора соединен с одним вьшодом седьмого резистора, а другой - с катодом третьего стабилитрона, один вывод первого резистора соединен с точкой соединения восьмого и девятого резисторов, другой вывод четвертого резистора - с точкой соединения седьмого и восьмого резисторов, начало первичной обмотки второго импульсного трансформатора соединено с катодом второго диода, конец - с отрицательным выводом источника питания, к которому также подключен конец вторичной обмотки второго импульсного трансформатора, начало которой через третий диод соединено с базой транзистора, эмиттер которого соединен с отрицательным выводом источника питания, а коллектор - с концом первичной обмотки первого импульсного трансформатора, начало которой соединено с катодами четвертого и пятого диодов, одними выводами одиннадцатого резистора и второго конденса-. тора, анод четвертого диода соединен с концом первичной обмотки первого импульсного трансформатора, другие выводы одиннадцатого резистора и второго конденсатора объединены и соединены с другим выводом пятого резистора, анод пятого диода через одиннадцатый резистор соединен с положительным выводом источника питаг

Ф

ормула изобретения Устройство для управления тиристором преобразователя, содержащее последовательно соединенные первый, второй и третий резисторы, причем второй резистор выполнен регулируемым, последовательно соединенные первый стабилитрон и первый диод, катод которого соединен с отрицательным выводом источника питания, катод первого стабилитрона соединен с одним выводом третьего резистора, однопере- ходный транзистор, первая база кото рого соединена с катодом второго

диода, анод которого соединен с отрицательным выводом источника питания, эмиттер однопереходного транзистора соединен с подвижным контактом второго резистора, вторая база - с пер- выми выводами четвертого и пятого резисторов, второй вывод пятого резистора соединен с отрицательным выводом источника питания, второй стабилитрон и шестой резистор, катод второго стабилитрона соединен с точкой соединения второго и третьего резисторов, анод - с одним выводом шестого резистора, другой вьшод которого соединен с катодом второго диода, первый конденсатор, один вьшод которого связан с эмиттером однопереходного транзистора, другой - с отрицательным вьгеодом источника пита-

ния, первый импульсньш трансформатор|55 ния.

выводы вторичной обмотки которого предназначены для подключения к управляющему переходу тиристора преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, введены седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый резисторы, третий стабили 5

20

25

30

35

5

0

ды, второй импульсный трансформатор, второй конденсатор и транзистор, причем один вывод седьмого резистора соединен с положительным выводом источника питания, другой вывод - с одним выводом восьмого резистора, другой вывод которого соединен с одним выводом девятого резистора, другой вывод которого соединен с анодом третьего стабилитрона, катод которого соединен с катодом первого стабилитрона, один вывод десятого резистора соединен с одним вьшодом седьмого резистора, а другой - с катодом третьего стабилитрона, один вывод первого резистора соединен с точкой соединения восьмого и девятого резисторов, другой вывод четвертого резистора - с точкой соединения седьмого и восьмого резисторов, начало первичной обмотки второго импульсного трансформатора соединено с катодом второго диода, конец - с отрицательным выводом источника питания, к которому также подключен конец вторичной обмотки второго импульсного трансформатора, начало которой через третий диод соединено с базой транзистора, эмиттер которого соединен с отрицательным выводом источника питания, а коллектор - с концом первичной обмотки первого импульсного трансформатора, начало которой соединено с катодами четвертого и пятого диодов, одними выводами одиннадцатого резистора и второго конденса-. тора, анод четвертого диода соединен с концом первичной обмотки первого импульсного трансформатора, другие выводы одиннадцатого резистора и второго конденсатора объединены и соединены с другим выводом пятого резистора, анод пятого диода через одиннадцатый резистор соединен с положительным выводом источника питаг

Фы€.г

п &Uff,%

rs

w

п oJ

т w , « )a , fe , 1чо.1БО ш ш 2ZO

-JQ.

Редактор Е. Папп

Фие.3

Составитель А, Меркулова

Техред Л.Олийнык . Корректор м. Пожо

л

no%

-Ю /