Стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1981 года по МПК G05F1/40 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания для аппаратуры связи и автоматики. Известны устройства стабилизации переменного напряжения. Наибольшее распространение имеют феррорезонансные и тиристорные стабилизаторы 1 и 21. Однако феррорезонансные стабилиза торы громоздки, имеют низкий КПД и сильно искажают форму выходного напр жения. Тиристорные стабилизаторы переменного напряжения имеют удовлетворительные характеристики по КПД и массо-габаритным параметрам, но форма выходного напряжения у них значительно отличается от синусоидальной. Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор переменного на пряжения, содержащий сетевой трансформатор с вольтодобавочной обмоткой ключевой регулирующий элемент и интегрирующий фильтр с рекуперирующим устройством на входе 3 . Недостатком этого стабилизатора является то, что интегрирующий фильтр подключен к сети через вторичную обмотку дополнительного трансформатора. Такое подключение имеет несколько отрицательных качеств за счет того, что последовательно с цепью нагрузки включена вторичная обмотка дополнительного трансформатора, обладающая активным и реактивным сопротивлением, величина выходного напряжения в значительной степени зависит от изменения сопротивления нагрузки, в результате чего стабилизатор в принципе не может работать в режиме холостого хода или близким к нему. Кроме того, дополнительный трансформатор такого стабилизатора должен удовлетворить противоречивым требованиям: с одной стороны, он должен быть низкочастотным, так как через его вторичную ®§мотку проходит полный ток нагрузки, а с дру38гой стороны, он должен быть высокочас тотным, так как частота вольтодоб воч иых импульсов, поступающих первичную обмотку, в60-80 раз превышает частоту сети. Так как низкочастотный трансформатор запитывается по первиЧной обмотке от высокочастотного вольтодобавочного напряжения, то это приводит к значительным потерям на перемагничйвание ухудшает КПД стабилизатора, ЦеЛью изобретения является повышение КПД стабилизатора. Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе переменного напряжения, содержащем сетевой трансформатор с вольтодобавочной обмоткой, ключевой регулирующий элемент и интегрирующий фильтр с рекуперирующим устройством на входе, выходные выводы для подключения нагрузки соединены с частью витков первичной обмотки сетевого трансформатора через диагональ переменного тока дополнительно введенных тиристорного моста и схемы его синхронизации, а в диагональ постоянного тока упомянутого моста включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных диода и дросселя, при этом вольтодобаврчная обмотка сетевого трансформатора зашунтирована конденсатором и через выпрямительный мос и ключевой регулирующий элемент подключена к упомянутому диоду в обратной полярности относительно его электродов. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Стабилизатор состоит из сетевого трансформатора 1, к части витков первичной обмотки которого через диагональ переменного тока дополнительного тиристорного моста, состоящего из тиристоров 2-5 подключена нагрузка 6, зашунтированная конденсатором 7. Параллельно вольтодобавочной обмотке сетевого трансформатора подключены конденсатор 8 и выпрямительный мост 9, диагональ постоянного тока которого через транзистор 10 в обратной полярности подключена к рекуперирующему диоду 11, который, в свою очередь, через дроссель 12 подключен к диагонали постоянного тока дополнительного тиристорного моста, управляющие вхо ды которого подключены к выходу схемы 55 синхронизации 13. Режим работы силового Транзистора определяется схемой управления 1. 9 Устройство работает следующим образом. При подключении стабилизатора к питающей сети напряжение на нагрузку 6 поступает через диагональ переменного тока дополнительного тиристорного моста, содержащего тиристоры 2-5. В диагональ постоянного тока этого моста включена цепочка, состоящая из последовательного соединения рекуперирующего диода 11 и дросселя 12 Допустим, что в данный- момент времени полярность сетевого напряжения соответствует обозначенной на чертеже без скобок. В этом случае схема синхронизации 13 открывает тиристоры 2 и 5 и напряжение на нагрузку поступает через тиристор 2, дроссель 12, диод 11, ти1эистор 5 и часть витков первичной обмотки сетевого трансформатора.;,1... .В первый момент времени после включения силовой транзистор закрыт, и величина напряжения на нагрузке несколько ниже, чем напряжение питающей сети за счет использования автотрансформаторной отпайки сетевого трансформатора. Схема управления 1, представляющая собой широтно-импульсный модулятор, частота следования импульсов которого неизменна, а скважность может изменяться в широких пределах, начинает вырабатывать управляющие импульсы, поступающие на базу силового транзистора 10, и он открывается. При открывании транзистора 10 напряжение, снимаемое с вольтодобавочной обмотки трансформатсэра 1 через выпрямительный мост 9 прикладывается к рекуперирующему диоду 11 в обратной полярности относительно его электродов, и он закрывается. В этом случае на нагрузку поступает напряжение, равное сумме напряжения сети и напряжения вольтодобавочной обмотки трансформатора 1, и напряжение на нагрузке возрастает. Форма напряжения, поступающего на вход интегрирующего фильтра, состоящего и последовательного соединения дросселя 12 и конденсатора 7, параллельно которому установлена нагрузка 6, представляет собой синусоидальное напряжение сети, уменьшенное на определенную величину за счет использования автотрансформаторной отпайки. на которое наложены импульсы напряжения, величина которых соответствует напряжению вольтодобавочной обмотки трансформатора 1, зашунтированной конденсатором о, a длительность определя ется схемой управления 14. Интегрирующий фильтр предназначен для сглаживания высокочастотной составляющей выходного напряжения, обусловленной ключевой работой силового транзистора 10. Когда силовой транзистор 10 закрывается, рекуперация накопленной в электромагнитном поле дросселя за время импульса энергии осуществляется через диод 11, открытые в этот момент времени тиристоры дополнительного моста, внутреннее сопротивление сети и нагрузку. Частота работы широтно-импульсного модулятора схемы управления 14 превышает частоту сети в 60-80 раз, следовательно, для сглаживания высокочастотной составляющей выходного напряжения необходима незначительная установленная мощность элементов интегрирующего фильтра. При уменьшении сетевого напряжения или увеличения тока нагрузки схема управления укорачивает длительность паузы силового ключа и увеличивает длительность токового импульса через него. Транзистор 10 более длительное время за период коммутации остается открытым и напряжение на нагрузке возрастает. С увеличением сетевого напряжения длительность импульса через транзистор укорачивается, и напряжение на нагрузке падает. Таким образом можно регулировать выходное напряже;1ие стабилизатора в широких пределах или поддерживать его постоянным. При изменении полярности сетевого напряжения (показано в скобках), схема синхронизации 13 открывает тиристоры 3 и 4, а тиристоры 2 и 5 закрываются. Стабилизатор работает аналогично описанному, но на нагрузке в это время формируется другая полуволна сетевого напряжения. Конденсатор 8 установлен для подавления ЭДС самоиндукции вольтодобавочной обмотки трансформатора 1, возникающей при работе силового транзистора 10в высокочастотном ключевом режиме. Таким образом, повышение КПД стаби лизатора достигается за счет того, что силовой ключ работает на постоян.ном (по направлению) напряжении, а рекуперация накопленной в дросселе энергии осуществляется автоматически через рекупериру1ощий диод 11 при закрывании ключевого транзистора. Применение дополнительного моста, выполненного на тиристорах 2-5, исключает зависимость работы рекуператора от сдвига фаз между током и напряжением в сети или нагрузке, а также зависимость величины выходного напряжения от нагрузки. Кроме того, даже при случайном одновременном открывании двух тиристоров 2 и 4 или 3 и 5 в цепи вольтодобавочной обмотки трансформатора 1 короткого замыкания не возникает, так как последовательно с тиристорами и вторичной обмоткой включен дроссель интегрирующего фильтра 12, который ограничивает во время импульса ток через силовой транзистор до безопасной величины. Формула изобретения Стабилизатор переменного напряжения, содержащий сетевой трансформатор с вольтодобавочной обмоткой ключевой регулирующий элемент и интегрирующий фильтр с рекуперирующим устройством на входе, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, выходные выводы для подключения нагрузки соединены с частью витков первичной обмбтки сетевого трансформатора через диагональ переменного тока дополнительно введенных тиристорного моста, и схемы его синхронизации, а в диагональ постоянного тока упомянутого моста включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных диода и дросселя, при этом вольтодобавочная обмотка сетевого трансформатора зашунтирована конденсатором и через выпрямительный мост и ключевой регулирующий элемент подключена к упомянутому диоду в обратной полярности относительно его электродов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 165197, кл. G 05 F 1/10, 19632.Авторское свидетельство СССР № 302696, кл. G 05 F 1/10, 19б7. 3.Авторское свидетельство СССР № 449338, кл. G 05 F 1/40, 1972.