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

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для питания устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Известны токовые источники питания, применяющиеся при защите энергосистем переменного тока, обеспечивающие поддержание стабильного выходного напряжения в широком диапазоне изменения первичного тока {

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является токовЕой источник питания, содержащий последовательно соединенные, по крайней мере, один трансформатор тока и выпрямитель напряжения, к выходу которого подключены соединенные параллельно между собой ограничитель напряжения, нakoпитeльный элемент, параметрический стабилизатор напряжения и выходной вывод для подключения на- . грузки, а также выходной вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой 2.

В известных источниках питания возможны провалы напряжения на вы- ходных выводах, обусловленные переходными процессами в силовых цепях

электроэнергетических установок при их включении. Кроме того, они имеют значительные габаритные размеры из-за большой емкости накопительных элементов и их значительного количества, а также ввиду большой утечки зарядного тока в установившемся режиме. Наличие значительного количества линейных резисторов в ра10бочих цепях накопительного элемента снижает его КПД.

Цель изобретения - повышение стабильности напряжения для цепей питания и смещения схем управления

15 нагрузкой, увеличения КПД источника и уменьшения его габаритных размеров.

Это достигается тем, что в токовый источник питания введена цепь подгрузки трансформатора тока с

20 управляег им нелинейным элементом и узлом управления указанного нелинейного элемента. При этом управляекый нелинейНЕЛй элемент указанной цепи подгрузки, подключенной параллельно

25 накопительному элементу, подсоединен к выходному выходу для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой. 1фоме того, в цепь параметрического стабилизатора, состоящего из. стабилизатора и ограничивающего реаистора, включен между указанными элементами дополнительный стабилитрон, а накопительный элемент для обоих выходных выводов источника состоит из одного конденсатора. Цепь подгрузки трансформатора тока с упра нелинейным элементом состоит ИЗ двух соединенных между собой линейных резисторов и подключенного к ним коллектором транзистора типа проводимости. Эмиттер транзистора р-п-р типа проводимости узла управления, базоэмиттерный переход которого зашунтирован диодом, соединен с общей точкой резистора и стаби литрона параметрического стабилизато ра, а база подключена через дополнительно введенную параллельную ЕС-цеп к общей точке стабилитронов указанно го стабилизатора, соединенной с выходным выводом для подключения и.епей питания и смещения схем управления нагрузкой, который подключен через вновь,введенный диод к коллектору транзистора п-р-п типа проводимости цепи подгрузки трансформатора тока. Общая точка резисторов цепи подгрузки- трансформаторов тока подключена через вновь введенные последовательн соединенные стабилитрон и резистор к базе транзистора типа проводимости узла управления. На чертеже приведена принципиальная электрическая схема токового пи.тания. Источник питания содержит трансформатор тока 1, выпрямитель 2, огра ничитель напряжения 3, накопительный, элемент 4, параллельно которому подключена цепь подгруздки последовательно включенных транзистора 5 и нагрузочных резисторов 6 и 7. Транзистор 5 управляется устройством управления, основной элемент которого - транзистор 8, имеющий две базовые цепи. Резистор 9 и шунтирующий егх5 конденсатор 10 являются элементами одной базовой цепи, а стабилитрон 11 и последовательно включенный с ним резистор 12 - элементы второй базовой цепи. Диод 13 шунтирует базоэмиттерный переход транзистора 8. Напряжение цепей питания и смещения схем управления нагрузкой обеспечивают параметрический сггабили затор напряжения н.а стабилитроне 14 и последовательно включенные стабилитрон 15 и резистор 16. Транзистор 5 шунтирует через диод 17 выходной вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления назтэузко Источник питания работает :ледую щим образом. Вторичный ток трансформатора ток 1 выпрямляется выпрямителем 2 и зар жает накопительный элемент 4. Часть этого тока, протекающего через рези тор 16, базоэмиттерный переход тран зистора 8, параллельную RC-цевь (R-9;С-10) и нагрузку, открывается транзистор 8, Ток, протекающий по коллекторной цепи транзистора 8 в базу транзистора 5, открывает и насыщает транзистор 5, который шунтирует выходной вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой через диод 17. Напряжение на vKasaHHOM выходном вывоце, подключенном к выходу параметрического стабилизатора, равно суммарному падению напряжения на насыщенном транзисторе 5 и открытом диоде 17, С момента насыщения транзистора 5 по его коллекторной цепи ч,ерез резисторы б и 7 11ротекает значительная часть вторичного тока, в результате чего накопительный элемент 4 заряжается разностью вторичного тока и тока коллекторной цепи транзистора 5. Можно рассчитать параметры элементов коллекторной цепи и цепи управления транзистора 5 таким образом, что напряжение на накопительном элемйнте 4 достигает заданного, если вторичный ток оказывается не менее номинального. Как только при номинальном вторичном токе накопительный элемент 4 заряжается до напряжения, при котором параметрический стабилизатор напряжения обес- печивает но.шнальный ток, пробивается стабилитрон 11, В результате на базу транзистора 8 подается через стабилитрон 11 и резистор 12 положительное смещение, которое уменьшает ток базы транзистора 8, Закрытие транзистора 8 вызывает закрытие трешзистора 5. Этот процесс протекает лавинообразно, за счет действия положительной обратной связи по цепи: резистор б - стабилитрон 11 - резистор 12. Конденсатор 10 необходим для обеспечения этого процесса до момента закрытия диода 17. После закрытия транзисторов 8 и 5 ток в нагрузку протекает по двум цепям: резистор 7 - стабилитрон 11- резистор 12 диод 13 - стабилитрон 15 - и через резистор 16 - стабилитрон 15. Через резистор 9 протекает незначительный ток, С момента переключения транзисторов 5 и В весь вторичный ток за вычетом тока параметрического стабилизатора заряжает накопительный элемент 4, При его заряжении до напряжения уставки срабатывает ограничитель 3. В течение каждого полупериода, когда вторичный ток меньше тока параметрического стабилизатора, питание последнего осуществляется за счет энергии накопительного элемента. Это вызывает уменьшение его напряжения и отключение о граничителя 3. Когда вторичный ток по Мере своего нарастания достигает тока параметрического стабилизатора, то процесс подзарнда (-:акг-пительного элемента 4 до напряжения уставки с последующим включением ограничителя 3 повторяется. При срабатывании защиты накопительный элемент 4 разряжается на обмотку отключающего электромагнита устройства защиты. При уменьшении напряжения на накопительного элемента 4, вызванног либо разрядом на обмотку отключающего электромагнита, либо отключением источника, падение напряжения на диоде 13 уменьшается. При определенном напряжении на накопительном элементе 4, если ток параметрического стабилизатора равен номинальному, падение напряжения на цлоде 13 поменяет знак (параметры,- соответствующие указанному условию можно рассчитать) . В результате диод 13 закрывается, а транзистор 8 и управляемый им транзистор 5 открываются. Процесс переключения транзистора 5 из запертого состояния в состояние насыщения протекает лавинообразно за счет положительной обратной связи по цепи резистор 12 - стабилитрон 11 - резис тор б. Насыщенный транзистор 5 через диод 17 шунтирует вновь выходной вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления. Параметры схемы можно выбрать с целью обеспечения релейного режима: переключение транзистора 5 из одного состояни в другое происходит при разном напря жении на накопительном элементе 4. Таким образом, использование в источнике питания в течение переходного процесса установления напряжения на накопительном элементе цепи подгрузки, состоящей из двух последо вательно соединенных линейных резисторов и подключенного коллектором управляемого нелинейного элемента, шунтирующего через диод выходной вывод дляподключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой, обеспечивает мгновенное установление напряжения на илходе параметрического стабилизатора при заданном (но- г-тнальном) токе силовых цепей электроустановок. При этом повышается стабильность напряжения источника, а в результате - надежность устройст релейной завщтЫо Ввиду отсутствия резисторов в цепи подзаряда накопительного элемента при установившемся режиме повышается КПД источника питания. Габаритные размеры источника питания уменьшаются из-за использования трансформаторов тока меньшей мощности и отсутствия сглаживающих конденсаторов. Формула изобретения 1, Токовый источник питания, содержащий последовательно соединенные крайней мере, один трансформатор тока и выпрямитель напряжения, к выходу которого подключены соединенные параллельно между собой ограничитель напряжения, накопительный элемент, параметрический стабилизатор напряжения и выходной вывод для подключения нагрузки, а также выходной вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности напряжения для цепей питания и смещения схем управления нагрузкой, увеличения КПД источника и уменьшения его габаритных размеров, в него введена цепь подгрузки трансформатора тока с управляемым нелинейным элементом и узел управления указанного нелинейного элемента, причем управляемый нелинейный элемент указанной цепи подгрузки, подключенный параллельно накопительному элементу, подсоединен к выходному выводу для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой. 2.Токовый источник по П.1, о тличающийся тем, что в цепь параметрического стабилизатора, состоящего из стабилитрона и ограничивающего резистора, включен между указанными элементами дополнительный стабилитрон, а накопительный элемент для обоих выходных выводов источника состоит из одного конденсатора. 3.Токовый источник по П.1, о тличающийся тем, что цепь подгрузки трансформатора тока с управляемым нелинейным элементом состоит из двух соединенных между собой линейных резисторов и подключенного к ним коллектором транзистора п-р-п типа проводимости.. 4.Токовый источник по п.1, о тличающийся тем, что эмиттер транзистора р-п-р.типа проводимости узла управления, базоэмит.терный переход которого зашунтирован диодом, соединен с общей точкой резистора и стабилитрона параметрического стабилизатора, а база подключена через дополнительно введенную параллельную RC-цепь к общей точке стабилитронов указанного стабилизатора, соединенной с выходным выводом для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой, который подключен через вновь введенный диод к коллектору транзистора п-р-п типа проводимости цепи подгрузки трансформатора тока, а общая точка резисторов цепи подгрузки трансформаторов тока подключена через вновь введенные последовательно соединенные стабилитрон и резистор к базе транзистора р-п-р типа проводимости узла управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Могилевский Г.В. и др. Бесконтактный расцепитёль максимального тока для селективных автоматических выключателей переменного тока Труды ВНИИэлектроаппарат

м..

а

Энергия , 1970, с. 17-22, рис. 1. 2. Комплектное устройство максимальной токовой защиты типов КМТЭ-50 и КМТЗ-400 - Техническое описание и инструкция по эксплуатсщии, 1973, ОЛХ.140.020, лист 12, рис. 1 и 2.

Вимд I