Стабилизатор напряжения перменного тока Советский патент 1979 года по МПК G05F1/44 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для стабилизации эффективного значения напряжения переменного тока в силовых сетях как с активной, так и с реактивной нагрузкой.

Известны стабилизаторы напряжения переменного тока 1, 2 одно из известных устройств 1 содержит линейный усилитель мощности, к выходу которого подключена цепь обратной связи, состоящая из трансформатора тока через выпрямитель подключенного к органу сравнения, соединенному с задатчиком и через управляющий элемент - с регулирующим органом, включенным в цепь источника питания. Недостатко.м этого устройства является то, что оно непригодно для стабилизации тока в силовых цепях, так как линейный ток вырабатывается усилителем. Второе из известных устройств, являющееся наиболее близким техническим решением к данному изобретению, содержит регулирующий элемент, вход которого подключен к первому входному выводу, а выход - к первому выходному выводу, датчик эффективного значения выходного напряжения, подключенный параллельно выходным выводам и последовательно с усилителем сигнала ошибки, выход которого соединен со входом 1енератора импу,1ьсов с регулируемой скважностью, выход которого подключен к управляющему выводу регулирующего элемента, блок для синхронизации генератора импульсов и блок для питания, вход которого подк,тючен параллельно входным выводам.

Недостатком этого устройства является,

во-первых то, что оно непригодно для стабилизации эффективного напряжения неременного тока с индуктивной нагрузкой. Это обусловлено тем, что синхронизация схемы происходит по напряжению питакмцей сети таким образом, что при переходе напряжения сети через нуль, схема регу,чятора-стабилизатора остается без питания (напряжение питания схемы не сглаживается). Но в случае индуктивной нагрузки за счет сдвига фазы между напряжением и током не

обеспечивается правильный момент включения управляемых вентилей; н, во-вторых, к недостатку прототипа можно отнести сложность и нетехнологичность его, обус.човленные тем, что наряду с трансформатором генератора импульсов, он содержит и трансформатор синхронизации и питания.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей при одновременном упрощении схемы стабилизатора.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе напряжения переменного тока, содержащего регулируюндий элемент, вход которого подключен к первому входному выводу, а выход - к первому выходному выводу, датчик эффективного значения выходного напряжения, подключенный параллельно выходным выводам и последовательно с усилителем сигнала ошибки, выход которого соединен со входом генератора импульсов с регулируемой скважностью, выход которого подключен к у11равляю1цему выводу рсгулируюндего э.те.мента, блок для синхронизации генератора и.мпульсов и блок для питания, вход которого подключен параллельно входным выводам, выход регулирующего элемента подключен ко второму входному выводу, а первый входной вывод через блок нитания подключен к первому выходному выводу и к выходу регулируюн 1его элемента, куда подключен также вход блока для синхронизации генератора импульсов.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема с выделение.м основных блоков.

Стабилизатор напряжения переменного тока состоит из регулирующего элемента 1, выход которого подключен к первому входному выводу (один вывод нагрузки 2) и выполнеппого на базе управляе.мьгх вентилей 3 н 4, которыми .могут служить встречно-параллельно включенные тиристоры („чибо семистор), датчика 5 эффективного значения напряжения, включенного параллельно с нагрузкой 2, усилителя сигнала ОЕнибки 6, генератора и.мнульсов с регулируемой скважностью 7, блок для синхроьп-оации генератора импульсов 8 и блок для питапия 9.

Датчик 5 выполпен по .мостовой схе.ме, одна днаг-ональ которой подключена параллельно с нагрузкой 2, а другая диагональ служит входом для усилителя 6. Мост состоит из резисторов 10, 11 и 12, нотенцио.метра 13, прелтназначенного для задания величины стабилизируемого эффективного значения напряжения, и ла.мны накаливания 14, включенной в одно плечо моста и служащей чувствительным элементо.м датчика 5.

Усилитель 6 выполпен на транзисторах 15 и 16, в коллекторные цепи которых подключены соответственно резисторы 17 и 18. Конденсатор 19 является времязадающим в стабилизаторе как в системе авто.матического регулирования, а диод 20 служит для разделения коллектора транзистора 15 от конденсатора 19 во время отрицательного полупериода напряжения сети.

Генератор импульсов 7 выполнен на базе блокинг-генератора па транзисторе 21 и

трапсфор.маторе 22, об.мотки 23 и 24 которого предназначены для включения управляемых вентилей 4 и 3. Цепь обратной связи генератора 7 состоит из обмотки 25 и конденсатора 26.

Блок для синхронизации 8 состоит из транзисторов 27, 28 и 29, резисторов 30, 3, 32, 33 и 34 и разделительных диодов 35 и 36, одни концы которых соединены между собой и подключены ко второ.му выводу регулирующего элемента 1 (вход блока для синхронизации). Резиеторы 30, 31 и 32 предназначены для обеспечения ключевого режима работы соответственно транзисторов 29, 27 и 28. Выход блока для синхронизации 8 - коллектор транзистора 29 соединен в HeiUj обратной связи генератора 7.

Блок для питания 9 состоит из стабилитронов 37 и 38, сг;1аживаюп1.их конденсаторов 39 и 40, выпрямительных диодов 41 и 42 и ограничивающего резистора 43. Отрица тс.пдюй к.че.ммой блока для питания 9 служит общая точка конденсаторов 39 и 40 и стабилитрона 37, соединенная непосредственно как со вторым входным выводом, так и с общей точкой нагрузки 2 и регули5 руюи1,его эле.мента 1. Положительной клеммой схемы гштания 9 является общая точка стабилитрона 38 и конденсатора 39, которая иеносредетвенио соединена с нервым входным выводом стабилизатора, а через выпрямительные диоды 42 и 41 соответственно с

0 первым выходным выводом и со входом ре|у;1ируюпхего элемента 1.

Стабилизатор напряжения переменного тока работает с.чедующим образом.

Стабилизатор работает по нринцину, еог;iacHO которому эффективное значение нанряжения стабилизуется путем регулирования момеита включения управляемых вентилей. Для этого при каждом переходе тока нагрузки через ну.чевое значение регулируюН1ИЙ элемент 1 остается запертым в течение

0 вре.меии, необходимого для получения заданной ве:1ичины эффективного напряжения пере.менного тока.

Принцип работы датчика 5 базируется на том, что сопротивление лампы накаливания

5 14 увеличивается с новыщением те.м 1ературы, обусловленного увеличением тока в ней. В случае, если величина напряжения нагрузки соответствует заданной величине (задается потенциометро.м 13, определяюндим потенциал базы транзистора 15), то дисбаланс .моста 5 таков, что не влияет на транзистор 15, который в это время заперт, а транзистор 16 открыт током через резистор 17, и сигнал от усилителя 6 в генератор 7 не поступает. Но если напряжение в нагрузке 2

5 превышает заданную величину, возникает такой диебаланс моста, который открывает транзистор 15 (эмиттер его становится положительным но сравнению с базой), который нереходит в активный режи.м и обуславливает дополнительный ток в резисторе 17. В результате этого транзистор 16 из насыщенного состояния переходит в активный режим (потенциал базы его повышается) и образует дополнительное активное сопротивление, включенное последовательно с резистором 18. Это дополнительное активное сопротивление, величина которого зависит от дисбаланса моста, т. е. от разницы между действительной и заданной величины напряжения нагрузки 2, является вы.ходным сигналом усилителя 6, подавае.мым в генератор 7. Генератор 7, выполненный на базе транзистора 21, получает два выхолтных сигнала: один из усилителя 6, а другой из блока для синхронизации 8. Первый из них определяет про.межуток времени (задержку), по истечению которого генератор 7 выдает импульс для включения регулирующего элемента 1, а второй - момент времени, с которого начинается считывание этой задержки. Этим моментом является момент перехода тока нагрузки через нулевое значение. В случае, если регулирующий элемент 1 включен и имеется ток в нагрузке 2, напряжение на первом практически нулевое, и транзисторы 27 и 28 заперты, а транзистор 29 открыт током через резистор 30. В таком положении конденсатор 26 заряжается до напряжения на стабилитроне 37, и полярность заряда его приводит транзистор 21 в активно запертое состояние. При переходе тока нагрузки 2 через нулевое значение регулирующий элемент 1 запирается и все напряжение падает на него. В зависимости от полярности напряжения, открывается либо транзистор 27, либо транзистор 28. Так как они соединены параллельно, то открывание одного из них запирает транзистор 29. После этого конденсатор 26 начинает перезаряжаться по цепи; об.мотка 25, стабилитрон 38, транзистор 16, резистор 18, конденсатор 26. Это происходит до тех пор, пока напряжение на переходе базаэмиттер транзистора 21 достигает порога срабатывания блокинг-генератора 7. Последний выдает управляющий импульс и включает в зависимости от полярности напряжения один управляемый вентиль в элементе 1. После этого транзисторы 27 и 28 запираются, транзистор 29 открывается и конденсатор 26 снова заряжается до напряжения на стабилитроне 37, и генератор 7 готов к новому срабатыванию. Из вышеприведенного видно, что постоянная времени перезаряда конденсатора 26 после запирания транзистора 29 (т.е. после перехода тока в нагрузке 2 через нулевое значение) зависит от величины конденсатора 26, резистора 18 и сопротивления транзистора 16. Так как первые из них имеют постоянные величины, то изменение величины активного сопротивления транзистора 16 позволяет регу.;нровать момент включения регулирующего элемента 1, тем самым и стабилизировать эффективное значение переменного напряжения. Чем больше активное сопротивление транзистора 16 (т.е. чем больше напряжение нагрузки 2 отличается, от заданной величины), тем больще активное сопротивление транзистора 16. тем самым и постоянная времени перезаряжения конденсатора 26, и тем позднее генератор 7 включает регулирующий элемент 1. Блок для питания 9 работает по принципу полупериодного выпрямителя. В положительном полуперноде напряжения сетн зарядный ток во время запертого состояния регулирующего элемента 1 протекает через диод 41, в отрицательном полупериоде во время включенного состояния регулирующего элемента 1 через диод 42. Напряжение питания стабилизируется стабилитронами 37 и 38 и конденсаторами 39 и 40. Ф ормул а изобре тен и я Стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий регулирующий элемент, вход которого подключен к первом} входному выводу, а выход - к первому выходному выводу, датчик эффективного значения выходного напряжения, подключенный параллельно выходным выводам и последовательно с усилителем сигнала опщбкг,, выход которого соединен со входом генератора импульсов с регулируемой скважностью, выход которого нодк,1ючен к управляющему выводу регулируюндего элемента, блок для синхронизации генератора и.мнульсов и блок для П1 тания, вход которого подключен нараллельно входным выводам, отличающийся тем, что, с целью рас1нирения функциональных возможностей при одновременном упроHiCHHi; схемы стабилизатора, в нем выход рег -лируюп|его э/юмеита подключен ко второму входному выводу, а первый входной вывод через блок питания подключен к первому выходному выводу и к выходу рег лнрующего эле.мента, к котором подключен также вход блока для синхронизации генератора импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР Л 457980, кл. G 05 F 1/44. 1973. 2.Патент США Л 3538427, кл. 323-24, 1971. /LlI « -70s Т i