Источник электроэнергии постоянного тока Советский патент 1993 года по МПК H02P9/30 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управляемым генераторным источникам электроэнергии постоянного тока.

Целью изобретения является повышение надежности путем исключения срывов в переключении тиристоров устройства.

Цель достигнута в источнике электроэнергии постоянного тока, минусовый силовой вывод которого соединен с катодами основного и вспомогательного тиристоров, а плюсовой силовой вывод связан через обмотку возбуждения генератора постоянного тока, зашунтированную гасящим диодом, с анодом основного тиристора и первым выводом конденсатора, через первый резистор - с анодом вспомогательного тиристора и вторым выводом конденсатора, датчик девиации напряжения генератора постоянного тока, подключенный входом между минусовым и плюсовым силовыми выводами генератора постоянного тока, а выходом - к входу блока управления тиристорами, прямой и инверсный выходы которого связаны соответственно с цепям

управления основного и вспомогательного тиристоров.

Новым в источнике является то, что введены второй резистор, силовой транзисторный ключ, первый одновибратор с длительностью импульса, превышающий минимальную величину длительности открытия вспомогательного тиристора, при которой происходит срыв в переключении тиристоров, второй одновибратор с длительностью импульса, большей длительности импульса первого одновибратора, два D-триггера, RS-триггер, блок управления тиристорами выполнен в виде генератора пилообразного напряжения и компаратора, причем компаратор подключен первым входом к выходу датчика девиации напряжения генератора постоянного тока, а вторым - к выходу генератора пилообразного напряжения, прямым и инверсным выходами - соответственно к прямому и инверсному выходам блока управления тиристорами, прямым выходом соответственно через первый и второй одновибраторы к D-входам первого и второго D-триггеров, инверсным выхо

Ё

00

го

о о

2Агл 2Аавт;

frn (3-4)1 авт; faer ;

дом к синхровходам С первого и второго D-триггеров, RS-триггер соединен R-входом с прямым выходом первого D-триггера1, S- входом - с инверсным выходом второго D- триггера, а выходом - с цепью управления силового транзисторного ключа, подключенного силовой цепью через второй резистор между первым выводом конденсатора и катодами тиристоров.

Введение силового транзисторного ключа позволяет автоматически бесконтактно корректировать неполный приток (ток, протекающий в обмотке возбуждения генератора постоянного тока независимо от работы симметричного тиристорного триггера).

Генератор пилообразного напряжения вырабатывает однополярный линейно изменяющейся сигнал треугольной формы с параметрами 2Агл и . где 2АГл - двойная амплитуда сигнала генератора; Т™ - его период. Амплитуда 2АГл и период Тгл выбираются из условия подавления собственных автоколебаний в системе согласно выражениям:

f гл кч«- i

I автIгл

где гавт - частота собственных автоколебаний системы при отсутствии вибрационного сигнала на ее входе.

Для формирования ШИМ-сигнала вводится компаратор аналогового типа, у которого один вход соединен с выходом датчика девиации напряжения генератора постоянного тока.

Компаратор линейно преобразует разность между заданным и текущим напряжениями в длительность импульсов, следующих с частотой генератора пилообразного напряжения.

Первый одновибратор формирует периодическую последовательность импульсов длительностью ftaaA, превышающей минимальную величину длительности открытия вспомогательного тиристора, при которой происходит срыв в переключении тиристоров или

11зад 0.15Тгл.

Второй одновибратор формирует периодическую последовательность импульсов длительностью хзэад. большей длительности Т1зад, например Фзад 0,85ТГл.

Первый универсальный D-триггер фиксирует состояние (срабатывает), когда Тммп 5 11зад.

Второй универсальный D-триггер фиксирует состояние (срабатывает), когда 1имп 5: ХЗэад.

RS-тригер формирует сигнал управления силового транзисторного ключа, т.е. от- крывает ключ, когда tuMn 12зад, а закрывает его при 1имп 113ад.

Выбор значений Изад и 12зад сделан из условия уверенного заряда конденсатора гашения при работе симметричного тиристорного триггера под нагрузкой, что обеспечивает устойчивость переключения

тиристоров устройства.

На фиг.1 приведена принципиальная схема источника электроэнергии постоянного тока; на фиг.2 - принципиальная схема одновибратора; на фиг.З а, б, в - временные

диаграммы работы источника; на фиг.4 - эпюры импульсов управляющего воздействия.

Источник электроэнергии постоянного тока (фиг.1) содержит генератор постоянного тока 1 с обмоткой возбуждения 2, шунтируемой гасящим диодом 3, которая является нагрузкой симметричного тиристорного триггера с емкостным гашением 4.

Симметричный тиристорный триггер 4

содержит основной тиристор 5, вспомогательный тиристор 6, конденсатор 7, резистор 8.

Основной тиристор 5 шунтирован размыкающим контактом 9 реле возбуждения 10,

Минусовый силовой вывод генератора постоянного тока 1 соединен с катодами тиристоров 5, 6 и с одним входом датчика девиации 11.

Плюсозой силовой вывод генератора 1 соединен с другим из входов датчика девиации 11.

Анод гасящего диода 3 через резистор

13 и транзисторный ключ 14 соединен с ка тодами тиристоров 5. 6. Выход генератора

пилообразного напряжения 12 соединен с

одним из входов компаратора 15, второй

вход которого соединен с выходом датчика

девиации 11, прямой выход компаратора 15 соединен с входами одновибраторов 16, 17 и с управляющим электродом тиристора 5. а инверсный - с синхровходами С универсальных D-триггеров 18, 19 и с управляющим электродом тиристора 6. Прямые выходы одновибраторов 16, 17 соединены соответственно с Р-входами D-триггеров 18,19. Прямой выход триггера 18 соединен с R-входом RS-триггера 20. Обратный выход триггера 19 соединен с S-входом триггера 20.

Блок управления 21 объединяет собой генератор пилообразного напряжения 12 и компаратор 15.

Источник, ччекгро нерг ил innro тока работает следующим обра -юм

При запуске юнергпора 1 реле 10 не возбуждено. За счет шунтирования размыкающим контактом 9 тиристора Ь. t енератор 1 возбуждается Ча начальной отади г, буждения генератора 1 сигналов управления для открытия тиристоров 5, 6 нет и последние закрыты. При достижении напряжения генератора Ur 0,71)эад срабзты- вает реле возбуждения 10 и размыкзе-- свой контакт 9. С этого момента времени Ьлсх управления берет на себя фу, ции упрач/ е- мия генерс)тором 1

Под действием генератора .. ряч- кого напряжения 1 собстг ечми.- гзв.и - ипния в системе fn.i.t.jnmi .i ч

1фИСуТСТВуЮТ ТОЛЬКО бЫНУЖДРМнЬи 3

НИЯ С ПерИОДОМ Тгл IUl« (И гпчмс

выходе ; омпараго(П 1- ц тр,отги г - одическая uooiC( ьч t, i i 1 поя н, ных импульсо дг.итем.чт. ч ю ч п периодом следования г,т, кьт( j i 1, т .-1,- гя на входы .отатор{ р , 7 i- версном выходе комплот i гоответсшьчно, poi ся и с1 а; Поспелов,.знос ь t х МР

HMnyi.K 3, ( ))г,Ь. .h

ныс . .,„ы),. i any к «i

рЫ 1Г V) О 1ЧОВ1 5 Т pi,

послед i- i i н чть ь гч . ь п

tl jfi- i 12зад

При Kci гиисред1 1 if ,i IK- t

ОPC) 1 (фИГ ij Hf-f Л1 1 ч J ; iM Mf i « ИППу/IbCC-, f ISO .1,4 iO,J b .1 - Р /ИМПуЛЧСЫ1 П dv пульсами длительноеrL. vijr н- , t OAiiOBHOpfjTOpa 17 и не „&t ц..ч v ч -и, сами длительностью l-н д im tu ли -1 / вибратора 1G что pfjuii u т , D-Tjjy.irepa 19. На прямом , ылсц j TI и rj pa 18 и инверсном выход О .рип ;i i 1-} ч прямом выходе О- риггер io 1нмл ; выходе D-триггера 19 с юдуо, in J п сохраняет , о 1Ь т ,JMI г, р,( 0

При наЬросе ис ьиих orpv и чнзим г ратор 1 (фш 30J синхронии, ь L - t падают п . времо i i с и i) т,, i , t ,, 0|1новибрато)ог

бзгыьчнип D rp.i оя 1° k1; / л L о

исходное cor ТОРИ

Ча eio nHQi p( i f JXQ/O ця ри, ч г1- лог/1, KOiopan и м i i i i-n i- i rr 20 (если раньок он i o( ii|cnBAi,

СТОЯНИИ) h ГОС C; H/lt. ( i. Jli i,. OIVC

включению r in j-joi ч i, -j-1 tu j i JM i 14 Tipn n л i voi- ill1 i i i i ,j, L

уОСП ,4 ИмЭСТГЧ, t ,i i, li.(r4i

H ФИ1ХМ Г J O//( p.

1Ьй- тсч К х то/ ,. p%

i ЫВ.1ИТ TJ Т И1 f ly 14 Fb 61 Иh C t O

выходе формш, y ч not ( со ра- чт открытое со , е транзисторного люча i J

При уменьшении н , сбро: е нлгрузки ь Э i i фиг Зв) синхроимпульсы С совпадают по времгни с импульсами с выходов одновибрачоров 16. 17. Срабатывает D триггер 18. На его прямом выходе Формируется лог.Т, которая перебросит RS-триг- гср 20 При этом тр.; чсторный ключ И риьг1 тсп Ток ( PI о мсм у позбужде- 1 снижаете4, что ;нирэдст к увеличению 1 i - r isi oM йН рдо i шлрзтор 15 Как тм-iKO Х1эац tuMu : чод D триггер 18 f Р т i хоини 1 ессийние На его «MOM bVJX v 5 гг iHjivoTCfl Л01 О RS ИНвр 0 t / Т С 1 к СиСТПЯН Ю И ЧОД i /, tibdiЬ D1 CM СОСТОЯНИИ

i ЫИ.ЛО11 i- iJ , о полнил льное

1 t. пн ис i чс1 L ояг ния е

кп i ip.HU1 liu о к, iu4a 14 (во

к q очгтния MI н гругок) не допу-чм, i{ ii НЪ К . ь нер из стьо 11зад

, мп - v-j-щ, MI ()aiiTi pyi. i ..еолходит ,jp«.rn л i нjailor источника

Г If ,1 IK

vi,IK i r j epej

i,( . , , ЛОЯНИ

t .- . , .j юча 14

t V t

r nij ic - i 1 |уя

i i , чи - oi Mt i чу

ii u i 1 JX

и (jM Г Vt ,T ( С ч j С

г i

S i,.-/i i loiii зг т in 10Щ1 1 t n(- )s i 1Лор-° 5 и за

Ч Hi i сЮ i,

ov щ. i i (i t.. i) уьрав i4(v,uj,t,e f i it i к ж PL ом тири ) r/i , Ыг и /l Ч

ра-} л1о- MJi d/-,H ii 2 получим

I U. V , IJ

гл т,,, i(

1 I. Ox Г RQ Л. увМЯ

rVn

С Г Or ритмч

r I -if нС П 1

о- Ti прицеп i d

1Г | ГСП 1

i r j Cm т ТОРния тири- TO мри io I т /м v i н и но М

- i t . О 1гТОм| 1-Я ТП( И

п; i i н нп

; Г i н i Г i v13с1 л 10Л

Л iI

IИ

Мощность, рассеиваемая на резисторе 13:

P-I12-R13.(3)

Для примера: пусть в системе под постоянной нагрузкой идут автоколебания, при которых время открытия тиристора 5 Win - 0,85Tm. Требуется определить ток через открытый ключ 14, величину сопротивления резистора 13 и мощность рассеивания на нем, чтобы время открытия тиристора 51имп1 - О.бТгл. Согласно выражениям (1). (2), (3), получим:

ll-0.7l;Ri3-0.43RoB; Р-(ОЛ1Г .

По величине И осуществляется выбор транзистора ключа 14 по току.

Шунтирование тиристора 5 цепочкой из резистора 13 и ключа 14 в момент открытия последнего снижает напряжение на аноде тиристора 5 до величины 0,3Ur. что ухудшает условия коммутации тиристора 6 и не влияет на условия коммутации тиристора 5. Чтобы исключить срыв коммутации тиристоров 5,6 в этих условиях, необходимо увеличить величину сопротивления 8 с целью снижения тока через открытый тиристор 6, либо увеличить емкость конденсатора 7 или то и другое вместе.

Предлагаемый источник электроэнергии постоянного тока по сравнению с прототипом отличается присутствием широтноимпульной модуляции и введением силового транзисторного ключа с его управлением.

Это позволяет релейно изменять ток в паузах между импульсами управляющего воздействия и тем самым корректировать их длительность, что дает возможность существенно повысить надежность работы источника электроэнергии при набросах нагрузки.

Формула изобретения

Источник электроэнергии постоянного тока, содержащий генератор постоянного тока, минусовый силовой вывод которого соединен с катодами основного и вспомогательных тиристоров, а плюсовой силовой вывод связан через обмотку возбуждения

генератора постоянного тока, зашунтиро- ванную гасящим диодом, с анодом основного тиристора и первым выводом конденсатора, через первый резистор - с

анодом вспомогательного тиристора и вторым выводом конденсатора, датчик девиации напряжения генератора постоянного тока, подключенный входом между минусовым и плюсовым силовыми выводами генератора постоянного тока, а выходом - к входу блока управления тиристорами, прямой и инверсный выходы которого связаны соответственно с цепями управления основного и вспомогательного тиристоров, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения срывов в переключении тиристоров, введены второй резистор, силовой транзисторный ключ, первый одновибратор с длительностью импульса, превышающей минимальную величинудлительностиоткрытиявспомогательного тиристора, при которой происходит срыв в переключении тиристоров, второй одновибратор с длительностью

импульса, большей длительности импульса первого одновибратора, два D-триггера, RS- триггер. блок управления тиристорами выполнен в виде генератора пилообразного напряжения и компаратора, причем компаратор подключен первым входом к выходу датчика, девиации напряжения генератора постоянного тока, а вторым - к выходу генератора пилообразного напряжения, прямым и инверсным выходами

соответственно к прямому и инверсному выходам блока управления тиристорами, прямым выходом соответственно через первый и второй одновибраторы к О-входам первого и второго О-триггеров, инверсным выходом к С-синхровходам первого и второго О-триггеров. RS-тригтер соединен R-входом с прямым выходом первого О-триггера, S- входом - с инверсным выходом второго D- триггера, а выходом - с цепью управления

силового транзистора ключа , подключенного силовой цепью через второй резистор между первым выводом конденсатора и катодами тиристоров.

Сущность изобретения: устройство содержит генератор постоянного тока, с обмоткой возбуждения, зашунтированной гасящим диодом, основной и вспомогательный тиристоры, датчик девиации напряжения генератора постоянного тока, генератор пилообразного напряжения, транзисторный ключ, компаратор, одновиб- раторы, D-триггеры, RS-триггер. 4 ил.

BxodW

0OS

№

фиг.1

Я

Я

OS

Smxoff 4

Ья

Фиг.1

.85 Тгд

б)

ФигЗ

Фиг А