Стабилизатор постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК G05F1/46 H02P13/16 

Изобретение относится к регулированшо и стабилизации электрической энергии и может быть использова но в различных областях электротехники, например электроприводе. Известны стабилизаторы постоянного тока, действие которых основано на использовании усилительных и регулировочных свойств тиристоров и дроссельных магнитных усилителей разделенными рабочими обмотками переменного тока. Два дросселя такого магнитного усилителя имеют по две рабочие обмотки - напряжения и токо вую, которую называют, также вспомог тельной. Переключение рабочих обмот при переходе от интервала возбуждения к интервалу проводимости осуществляется посредством тиридтора, вы полняющего функции синхронного ключа 1. Недостаток указанного устройства проявляется в срыве стабилизации то ка при сопротивлении нагрузки, близ кому к нулю. Наиболее близким техническим решением является стабилизатор постоя ного тока, содержащий управляекий выпрямительный мост на тиристорах, в диагонёшь постоянного тока которого включен линейный дроссель, два дросселя насыщения с рабочими обмотками, каждая из которых включена в последовательную цепь с соответствунлдим диодом между анодом и управляющим электродом соответствующего из тиристоров управляемого выпрямительного моста, с двумя включенными согласно-последовательно обмотками управления, соединенными через дополнительный линейный дроссель с источником управляющего сигнгша, и двумя соединенными согласно-последовательно вспомогательными обмотками, включенными в одну из диагоналей управляемого выпрямительного моста на тиристорах 2 J. Цель изобретения - обеспечение рекуперации энергии в сеть переменного тока истабилизации тока в нагрузке, имеющей источник ЭДС, т.е. повышение КПД и расширение функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе постоянного тока, содержащем управляемой выпрямительный мост на тиристорах, в диагональ постоянного тока которого включены линейный дроссель, два гцросселя насыщения с рабочими обмотками, каждая из которых включена в последовательную цепь с соответствующим диодом между анодом и управляющим электродом соответствующего из тиристоров управляемого выпрямительного моста, с двумя включенными согласно-последовательно обмотками управления, соединенными через допол нительный линейный дроссель с источником управляющего сигнала, и двумя соединенными согласно-последовательно вспомогательными обмотками, включенными в одну из диагоналей управляемого выпрямительного моста на тиристорах, в указанную последова(Тельную цепь каждого из соответствующих тиристоров включен дополнительно введенный конденсатор, шунтированный резистором. Кроме того, с целью расширения зоны стабилизации тока, указанные соединенные согласно-последовательно вспомогательные обмотки дросселей насыщения включаются в диагональ постоянного тока управляемого выпрямительного моста на тиристорах. На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема стабилизатора постоянного тока/ на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы на пряжений на отдельных элементах стабилизатора тока. Стабилизатор тока, который питается от источника 1 переменного напряжения, состоит из однофазного управляемого вып эямительного моста на тиристорах 2. 3, 4. и 5, двух дро селей б и 7 насыщения, каждый из ко торых имеет рабочие обмотки 8, 9, 1 и 11 напряжения, которые включены соответственно в цепи анод-управляю щий электрод тиристоров 2, 5 и 3, 4 вспомогательные обмотки 12 и 13 (то вые) -включены в диагональ выпрямлен ного тока управляемого выпрямительно го моста последовательно с линейным дросселем 14 и нагрузкой 15, содерж щей источник обмотки 16 и 17 управления, соединенные последовател но с дополнительным линейным дроссе лем 18, питаются от источника 19 управляющего сигнала. Кроме того в цепи анод-управляющий электрод тири торов 2-5 включены диоды 20, 21, 22 k 23, обеспечивающие протекание ток по рабочим обмоткс1М 8-11 дросселей в одном направлении, а также конден саторы 24, 25, 26 и 27, шунтированные резисторами 28, 29, 30 и 31. стабилизатор работает следующим образом. От источника 19 управлякадего сиг нала подается ток 3 в обмотки 16 и 17 управления дросселей 6 и 7. В результате сердечники дросселей б и 7 насыщаются, и при включении источника 1 переменного напряжения по цепям анод-управляющие электроды тиристоров протекают токи, и тиристоры вступают в работу. Схема работает как обычный диодный мост. По цепи нагрузки 15 протекает выпрямленный ток. Линейный дроссель 14 запасает электромагнитную энергию, и его индуктивность в основном определяет скорость нарастания тока нагрузки. При достижении токов нагрузки заданной величины .,/)У дроссели выходят из насыщения. Здесь W, W-J- соответственно число витков обмоток 16 и 17 управления и вспомогательной обмотки 12/13 (токовой). Дальнейшее увеличение тока нагрузки приводит к тому, что дроссели б или 7 начинают работать в режиме трансформатора тока. При этом скорость изменения магнитных потоков в сердечниках дросселей 6 или 7 пропорциональна скорости изменения тока нагрузки и определяется величиной индуктивности дросселя 18. Изменение потоков в сердечниках вызывает появление ЭДС рабочих обмоток 8-11 в цепях анод-управлякяций электрод тиристоров выпрямительного моста. При принятой маркировке начал и концов обмоток дросселей ЭДС - Еррабочих обмоток 8-11 всегда направлена встречно ЭДС. Е,дросселя 14. Поэтому токи в цепях анод-управляющий электрод тиристоров 2-5 не будут протекать до тех пор, пока происходит изменение потоков в сердечниках дросселей б и 7. При этом включенными остаются тиристоры, например, 3 и 4 управляемого выпрямительного моста. С изменением полярности питающего напряжения изменяется синхронно и полярность Ер и Ej, вследствие чего по-прежнему не будет тока в цепи управляющих электродов тиристоров, например, 2 и 5, а в работе оста1отся тиристоры 3 и 4. Так как ток в цепи нагрузки 15 измениться скачком не может, вследствие значительной индуктивности дросселя 14, последний начинает отдавать запасенную энергию в сеть. Это продолжается до тех пор, пока дроссель 14 .не вернет в сеть избыток энергии, запасенный с магнитном полем сверх заданного значения,определяемого током управления U . При этом производная изменения тока на нагрузки имеет отрицательный знак, а ток в нагрузке принимает значение Зц-3y | W .В этот момент сердечник, например, дросселя 7 перемагничивается под действием напряжения, приложенного к рабочим обмоткам 8 и 11, и снова насыщается. По цепи анодуправляющий электрод тиристоров 2 и 5 проходит ток, что приводит к включению упомянутых тиристоров 2 и 5. Вновь происходит сравнение намагничивакацих сил обмоток токовых и управления, и перемагничивается, например, дроссель 6. Дал«е переключение тиристоров происходит синхронно с насыщением соответствующих сердечников дросселей, рабочие обмотки которых включены в цепи анод-управляющий электрод тиристоров. Таким образом, выпрямленный ток определяется величиной тока в обмотках управ ления и выдерживается неизменным при различных по величине и характеру сопротивлениях нагрузок. Однако сдвиг по фазе тока d, потребляемого из сети, зависит от величины и харак тера сопротивлений нагрузок. Например, для сопротивлений нагрузок активного характера фазовый угол изменяется в пределах сСгр /, где d-ffyO, и соответствует фазовому сдвигу, при котором выдерживается закон равенства средних найагничиваю .щих сил обмоток токовых и управления При нагрузках, содержащих ЭДС, фазовый угол изменяется в пределах , где ЫПР Предельный угол, при котором возможна работа тиристорного моста в режиме инвертора, ведомого сетью. Одновременно с этим ток нагрузки выдерживается неизменным, т.е. сохраняется закон равенства средних намагничивающих сил. Стабилизация тока в цепи нагрузки при одновременном инвертировании энергии в питающую сеть переменного напряжения оказывается возможной вслед ствие включения в цепи анод-управЛяющий электрод тиристоров конденсаторов 24-27, шунтированных резисторами 28-31. Такое соединение конденсаторов эквивалентно введению противо ЭДС, пропорциональных ЭДС нагрузки в цепи управления тиристоров, что препятствует насыщению сердечников дросселей постоянным током смещения, создаваег ым ЭДС нагрузки, и преждевременному включению тиристоров 2-5 выпрямительного моста. Резисторы 28-31 создают цепь для тока намагничивания,протекающего через рабочие обмотки 8-11 и образуют кон-г туры для токов разряда конденсаторов 24-27. , На фиг. 2 и 3, где показаны напря жения на отдельных элементах стабили затора тока, поясняется работа стаби лизатора тока соответственно в выпря мительном и инверторном режимах. На диаграммах обозначены U«x- напряжение питающей сети, i, - перемен ный ток на входе стабилизатора, UY напряжение на входе моста, 1д - ток в цепи анод-управляйяций электрод тиристора, .Up - напряжение на диоде в цепи анод-управляющий электрод тиристора, Uc - напряжение на конденсаторе. Up - напряжение на рабочей обмотке дросселя. Следует обратить внимание на то, что вспомогательные токовые обмотки включены на стороне постоянного тока Это позволяет, в свою очередь, значительно расширить зону работы стабилизатора в инверторном режиме. Указанное обстоятельство связано с изменением условий перемагничивания сердечников дросселей 6 и 7, что позволяет исключить появление дополнительного импульса тока в цепи анод-управляющий электрод тиристора, заканчивающего работу при переключении плеч выпрямительного моста. Указанный дополнительный импульс тока приводит к повторному включению тиристора и срыву инверторного режима работы, поскольку тиристоры моста шунтируют нагрузку. Физической основой появления импульса тока является отличие реальной кривой намагничивания материала сердечников дросселей В и 7 or идеальной прямоугольной. Применение предлагаемого устройства значительно расширяет область применения стабилизаторов тока для питания разных нагрузок, в том числе содержащих ЭДС. При этом значительно улучшаются энергетические показатели, поскольку становится возможной работа в инверторном режиме, когда мощность может отдаваться в питающую сеть пе- ременного натфяжения. Формула изобретения 1.Стабилизатор постоянного тока, содержащий управляемый выпрямительный мост на тиристорах,в диагональ постоянного тока которого включены линейньШ jypoco&Jib и выводы для подключения нагрузки, два дросселя насыщения с рабочими обмотками, каждая из которых вк,шочена в последовательную цепь с соответствуювщм диодок между анодом и управляющим электродом соответствующего из тиристоров управляемого выпрямительного моста, с двумя включенными согласно-последовательно обмотками управления соединенными через дополнительный линейный дроссель с источником управляющего сигнала, и двумя соединенными согласно-последовательно вспомогательными обмотками, включенными в одну из диагоналей управляемого выпрямительного моста на тиристорах, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и расяаирения функциональных возможностей, в указанную последовательную цепь каждого из соответствующих тиристоров включен дополнительно введенный конденсатор, шунтированный резистором. 2.Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения зоны стабилизации тока, указанные соединенные согласно-последовательно вспомогательные обмотки дросселей насыщения включены в диагональ постоянного тока управляемого выпрямительного моста на тиристорах.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №321192, кл. Н 02 Р 13/16, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР №444488, кл. Н 02 Р 13/16, 1970.