Токовый источник питания Советский патент 1980 года по МПК H02M7/12 

Изобретейие отнсхзится к электротехнике. Токовый источник предаазначен для питания устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики. Известны токовые источники питания, применяющиеся в защитах энергосистем переменного тока, обеспечивающие поддержание стабильного выхЬцного напряже ния в широком диапазоне изменения первичного тока i. Наиболее близким по технической сущ- ности к изобретению является токовый источник питания, содержащий последовательно соединенные по крайней мере один трансформатор тока и выпрямитель, к вы ходу которого подключены параллельно соединенные ограничитель напряжения, накопительный элемент, параметрический стабилизатор напряжения и вывод для подключения нагрузки, а также вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой 2. Известные источники питания имеют значительное время установления напряжения на выходном выводе Для подключения цепей питания и смещения схем ynapaj ления нагрузкой, а также значительнее; габаритные размеры из-за большой емкости накопительных элементов и их значительного количества, а также ввиду большой утечки зарядного тока наличие значительного количества линейных резисторов в рабочих цепях накопительного элемента снижает его КПД. Целыо изобретения является повышение бьвзтродействия, надежности, КПД и уменьшение габаритных размеров источника. Это достигается тем, что токовый источник питания, содержащий последовательно соединенные по крайней мере один трансформатор тока и вьшрямитель, к выходу которого подключены параллельно соединенньш ограничитель напряжения, накопительный элеме.нт, параметрический стабилизатор напряжения и вывод для подключения нагрузки, а также вывод для подключения цепей питания и смещ&3ния схем управления йагрузкой, снабжен управляемым нелинейнь1М элементом с узлом управления, включенным вь водом для подключения цепей питания и смещения схем управлений нагрузкой и выходом параметрического стабилизатора напряжения. При этом параметрический стабилизатор напряжения вьшолнен на стабилитроне и двух последовательно соединенных между собой резисторов, в ШЧёСТвё накопительного элемента для обоих выходньЕх выводов источника иоп ользован один конденсате, а в качеств вё утфавляеМого нелинейного элемента использован транзнстор П-р- И -типа проводимости. Узел управления вьтолнен на двух транзисторах разного типа проводимости и туннельном диоде, включенном между стабилитроном и одним из резистсррв параметрического стабилизатора напряжения, и Через введенный линейный резистор соединен с базой транзистсра n-p-i И проводимости, коллектор йоторого подключен к базе второго транзистора, коллективом соединенного с Еходом управляемого нелинейного элемен та. В целях понижения напряжения на за крытом коллекторном переходе второго транзистора узла управления в последний введен дополнителы1ый ограничивающий резистор, включенный между эмиттером второго транзистора и общей точкой р&зисторов параметрического стабилизатора напряжения. Принципиальная электрическая схема TokOBoro источника питания представлена на чертеже. Источник питания содержит трансфсфматс 1 тока, выпрямитель 2, ограни- читель напряжения 3, накопительный эле мент 4, параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне 5 и ограничительных резисторах 6 и 7, последовательно с включенАтуннельный диод 8, сигнал управления с которого подается в базу транзистора 9 через ли нейный резистор 1О. Транзистор 11 с ограничивающим резистором 12, принимая этот сигнал с выхода транзистора 9, передает его на вход транзистора 13 При включении источника питания вто ричный ток TpaHc4)qpMaTOpa 1 вьшрямл ется вьшрямителе м 2 и заряжает накопительный элемент 4. По мере нарастания напряжения на накопительном элемен те увеличивается ток параметрического стабилизатора, который, протекая через туннелывый диод 8, создает на этом дио 02 де падение напряжения, недостаточное для открытия базо-эмиттерного перехода транзистора9. Транзистор 9 закрыт, закрь ты транзисторы 11 и 13. Напряжение на выходном выводе для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой равно нулю. При некотором напряжении накопительного элемента 4 протекающий через туннельный диод ток становится равным пиковому току этого диода, а затем рабочая точка туннельного диода переходит с .одной части вольт-амперной характеристики на другую. Этот переход осущеовдяется через участок с отрицательным сопротивлением указанной характеристики и происходит мгновенно. В результате напряжение на туннельном диоде 8 увеличивается и будет достаточным для , открывания базо-эмиттерного перехода транзистора 9. Транзистор 9 открываерся. Ток, протекающий ч,ерез линейный резистор 12, базо-эмиттерный переход . транзистора 11 и колл екторную цепь транзистора 9, открывает транзистор 11, Транзистор 13 открывается током, протекающим через резистор 12, коллекторную цепь транзистора 11, базо-эмиттерный переход транзистора 13 и нагрузку, и входит в насыщение. При этом напряжение на выходном выводе цепей питания и смещения схем управления нагрузкой практически равно напряжению выхода па{эаметрическогр стабилизатора при номинальном токе через нагрузку. В процессе заряда напряжение на Накопительном элементе 4 увеличивается и достигает напряжения уставки ограничителя 3, который срабатьшает. В резуль- , тате выпрямленньхй вторичный ток протекает через ограничитель и заряд накопи тельного элемента прекращается. При понижении напряжения на накопительном элементе в результате его разряда ограничитель 3 отключается и процесс подзаряда накопительного элемента повторяется, При срабатывании защиты накопительный элемент разряжается на катушку отключающего электромагнита. Накопительный элемент 4 разряжается, а ток через туннельнь1й диод 8 уменьщается. При некотором напряжении на накопителшом элементе ток, протекающий через туннельный диод, становится равным току впадины на характеристике этого диода, а затем рабочая точка вольт -амперной характеристики этого диода переходит с . iодного участка на другой. Этот переход осуществляется через участок с отрицательным сопротивлением на указанной ха рактеристике туннельного диода и потому Происходит мгновенно. В результате указанного процесса напряже ние на туннель ном диоде становится меньше напряжения необходимого для поддержания базо-эмитерного перехода транзистора 9 в открьь том состоянии. Транзистор 9 закрывается ток в базу транзистора 11 не протекает. Поэтому з)акрывается и транзистор 11. После закрытии, транзистора 11 ток чере рёзистф 12 и транзистор 11 в базу тра зистора 13 не протекает, что ведет к закрытию транзистора 13, напряжение на выходном выводе для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой становится равным нулю. Таким образом, при указанном кспопнении источника питания обеспечивается ступенчатое изменение напряжения на под ключаемых к выходному выводу источника схемах управления нагрузкой, что повышает не только быстродействие и надежность источника, но и всей системы, в которой источник является составной частью. Повышение КПД источника питания обеспечивается отсутствием резисторов в цепях йаряда накопительного элемента и цепей утечки тока. Габаритные размеры источника питания уменьшаются за счет использования трансформаторов тока меньшей мощности и отсутствия сгл живающих конденсаторов. Формулаизобретения 1. Токовый источник питания, содержащий последовательно соединенные по крайней мере один трансформатор тока и вьтрямитель, к выходу которого подключены параллельно соединённые ограничитель напряжения, накопительный элемент, параметрический стабилизатор на- пря: сения и вывод для подключения нагрузки, а также вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой, отличающийсятем, что, с целью повышения быстродействия, надежности КПД и уменьшения габаритных размеров источника, в него вве- ден управляемый нелинейный элемент с узлом управления, включенный между вь ВОДОМ для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой и выходом параметрического cтaбилизaтqpa напряжения. 2.Токовый источник по п. 1, отличающийся тем, что параметрический стабилизатор напряжения выполг, иен на стабилитроне и двух последовательно соединенных между собой резисторов, а в качестве накопителшого элемента для обоих ВЫХОДЕШ1Х выводов источкика использован один конденсатор. 3.Токовый источник по п. 1, о т личающийся тем, что в качес-Рг. ве управляемого нелинейного элемента использован транзистс И-р-Н-типа проводимости. 4.Токовый источник по п. 1, отличающийся тем, что узел угьравления выполнен на двух транзисторах разного типа проводимости и туннельном диоде, включенном между стабилитроном и одним из резисторов параметрического стабилизатора напряжения, и через введенный линейный резистор соединен с базой транзистсфа in-f- И -типа проводимости, коллектор) которого подключен к базе второго транзистора, коллектором соединенного с входом управляемого нели нейного элемента. 5.Токовый источник по пп, 1 и 4, отличающийся тем, что, с целью .понижения напряжения на закрытбм коллекторном переходе второго транзистора узла управления, в узел управления введен допблнительный ограничивающий резистор, включенный между эмиттером второго транзистора и ойцей точкой р&зисторов параметрического стабилизатора напряжения. Источники информации, принятые во В1шмание при экспертизе 1.Могилеве кий Г. В. и др. Веской- . тактный расцепитель максимального тока для селективных автоматических выклк чателей переменного тока. Труды ВНИИ- электроаппарат, М., Энергия, 1970, с. 17-22, рис. 1. 2.Комплектное устройство максимальгной токовой защиты типов КМТЗ-50 и КМТЗ-400. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1973, ОЛХ 140.020, лист 12, рис. 1 и 2.