Стабилизатор переменного напряжения с защитой от перегрузок по току и способ управления этим стабилизатором Советский патент 1982 года по МПК G05F1/00 H02H7/12 

(54) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ЗАШИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗОК ПО ТОКУ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ

I

Изобретение относится к электротехнике, в частности к стабилизаторам переменного напряжения, и может быть использовано в стабилизаторах переменного напряжения малой и средней мощности.

Известен стабилизатор переменного напряжения, содержащий вольтодобавочные трансформаторы и полупроводниковые ключи ij.

Недостатком известного стабилизатора является низкая перегрузочная способность по току нагрузки.

Известен способ защиты полупроводниковых ключей от перегрузки, состоящий в снятии управления или отключении силовой части при прмощи быстродействующих выключателей L2j.

Недостатком известного способа является появление перенапряжений на эле ментах стабилизатора, а также необходимость снятия напряжения, с нагрузки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является стабилизатор переменного напряжения с защитой

ЭТИМ СТАБИЛИЗАТОРОМ

ОТ перегрузок по току, содержащий соединенные параллельно и включенные между входным и выходным выводами канал стабилизации, состоящий из вольтодобавочного трансформатора и полупроводниковых ключей, и канал перегрузки на встречнопараллельно включенных тиристорах, блок управления тиристорами, датчик тока, входом соединенный с входом порогового элемента, блок измерения выходного наtoпряжения, выходом соединенный с блоком формирования управляющих импульсов, переключатели, соединенные своими управляющими входами с выходом порогового элемента, и блок гальванической раз15вязки сигналов управления полупроводниковыми ключами, а также способ управления этим стабилизатором, заключающийся в отключении при перегрузке канала стабилизации и подключении канала пере20грузки и характеризующийся номинальными токами при отключении канала перегрузки и подключении канала стабилизации Гз.

390

Недостатком указанного стабилизатора является низкое быстродействие каналов стабит13ации и перегрузки. При возникновении перегрузки канал стабипизаш- И отключается не мгновенно, а по оконча- НИИ попупериода тока нагрузки. Это приводит к снижению надежности стабигюзато . ра и повышению установпенной мошности полупроводниковых ключей. При снятии пере1рузки стабилизатор выходит на ре-жим стабилизации также с выдержкой времени, необходимой для естественного вы кпючения тиристоров канапа перегрузки.

Цепь изобретения « повышение техни- ко-окоиомических показатепей,

Указанная цепь достигается тем, что в стабиш1заторе переменного напряжения с за1Щ5той от перегрузок по току, содер- жашем соединенные параппельно и включенные между входным и выходным выводамп канал стабилизации, состоящий из вольтодобавочного трансформатора и полупроводниковых кшочей, и канал пере грузки на встречно-параллельно включен™ ных тиристорах, блок управления тиристо рами, датчик тока, выходом соединенный с входом порогового элемента, блок измерения выходного напрялгения, выходами соединенный с блоком формирования управттяюших импульсов, переключатели, сое диненные своими управляющими входами с выходом порогового элемента, и блок гальванической развязки сигналов управления полупроводниковыми ключами, канал стабилизации выполнен на полностью управляемых ключах, а в стабилизатор введен датчик потока энергии, два входа которого включены между входным и выходным выводами, два других входа подключены к входным выводам, выход соединен через первый переключатель с блоком формирования управляюяшх импульсов блок управления тиристорами подкгаочен к управляющим электродам тиристоров через второй переключатель, а блок формирования управдяюЕшх импульсов через третий переключатель соединен с входом блока гальванической развязки сигналов управления с полупроводниковыми ключам

,,

Кроме того, с целью повышения надежности, последовательно с обмоткой вопь тодобавочного трансформатора включен дополнительный датчик тока, выходом поключенный к дополнительному входу пороrQBoro элемента.

При этом в способе управления стабилизатором при помощи датчика потока энергии выделяют интервалы совпадения

174

полярностей входного напряжения и тока нагрузки, и интервалы несовпадения указанных величин, при снятии перегрузки тиристоры канала перегрузки принудительрю запирают за счет включения канала стабилизации в интервалах совпадения полярностей указанных величин из режима вопьтодобавки, а в интервалах несовпадения - их режима вольтоотбавки, при возникновении перегрузки отключают канал стабилизации и подключают канал перегрузки без выдержки времени относительно момента возникновения перегрузки.

Кроме того, для повышения надежности, при снятии перегрузки стабилизатор выводят в режим стабилизации из режимов вольтодобавки и вольтоотбавки с задержкой времени, равной времени восстановления запирающих свойств тиристоров канала перегрузки.

На фиг, 1 представлена принципиаль- нал электрическая блок-схема предлаг а- емого стабилизатора; на фиг. 2 - диаграмма его работы.

Стабилизатор содержит канал 1 стабилизации, состоящий из вольтодобавочного трансформатора 2 и полупроводниковых ключей 3-6. Параллельно каналу 1 стабилизации включен канал 7 перегрузки, состоящий из встречно-параллельно включенных тиристоров 8 и 9 Последовательно с нагрузкой 10 включен датчик 11 тока и датчик 12 потока энергии, два других входа которого подключены к зажимам питающей сети - входным выводам,

К нагрузки - выходным выводам подключен измеритель 13 напряжения, выход которого и выход блока 14 опорных напряжений подключены ко входу блока 15 формирования управляющих импульсов. Выход датчика 12 потока энергии также подключен ко входу блока 15 через первый переключатель 16. Выход блока 15 через третий переключатель 17 и блок 18 гальванической развязки сигналов управления подключен к цепям управления полупроводниковых ключей 3-6.

Блок 19 управления тиристорами через второй переключатель 2О соединен с каналом 7 перегрузки. Переключатели 16, 17 и 2О подключены своими управляющими входами к пороговому элементу 21. Пороговый элемент соединен своими входами с датчиком 11 тока и с датчиком 22 тока, включенным последовательно с обмоткой вольтодобавочного трансформатора. На диаграммах приняты следующие обозначения; 23 - выходное напряжение стабиггазатора; 24 - ток нагрузки; 25 пороговое значение тока нагрузки, до пр вышения которого стабипизатор работает в режиме стабилизации напряжения; 26 напряжение сети; 27 - сигнал, формиру емый дaтчикo I 12 потока энергии; 28сигнап обратной связи, формируемый измерителем 13 напряжения; 29-30 - пи лообразные напряжения, формируемые в блоке 14; 31 - импульсы, формируемы пороговым элементом 21; 32 - резуль тирующий сигнал, поступающий в бпок 1 формирования управляющих импульсов с измерителя 13 и датчика 12 энергии; 33 - ток нагрузки, протекающий через канал стабилизации; 34 - ток нагрузки протекающий через канал перегрузки. В таблице 35 приведен алгоритм переключения ключевых элементов 3-6. Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии ток 24 нагрузки не превышает порогового значения 25 следовательно переключатели 16 и 20 разомкнуты, а 17 - замкнут. Напряжени на нагрузке 10 измеряется измерителем 13. Датчик 12 потока энергии формирует импульсы 27. Так как переключатель 16 разомкнут, на вход блока 15 поступа ют только сигнал 28 с выхода измерителя 13 и пилообразные напряжения 29 и 30. В блоке 15 формируются управляющие импульсы, которые проходят через замкнутый переключатель 17, блок 18 гальванической развязки сигналов управления и поступают на управляющие цепи ключей 3-6.Соответствующее включение ключей определяет режим полной или час тичной вольтодобавки, режим неискаженной передачи, или режим полной или частичной отбавки. При возникновении перегрузки в момент времении 01 пороговый элемент 2 формирует импульс 31, поступающий на входы переключателей 16, 17 и 20. Переключатель 17 размьпсается и снимает управление с полупроводниковых-ключей 3-6. Переключатель 2О замыкается и ра рещает прохождение управляющих импульсов с блока 19 управления тиристорами на управляющие электроды тиристоров 8 и 9 канала 7 перегрузки. Такимобразом канал 1 стабилизации отключается, а TOKi24 нагрузки переводится в канал перегрузки. На интервале перегрузки oi.j-(2.импульсы 27, формируемыедатчи1712 потока энергии, через замкнутый ком переключатель 16 поступают ца вход блока IS фop мpoвaния управляющих импульсов. Сигнал 32, представляющий собой сумму сиг 1алов 27 и 28, сравнивается в блоке 15 с onopiibiMH пилообразными напряжениями 29 и 30. Нахождение сигнала 31 Б зоне I соответствует включению канала стабилизации в режим максимальной вольтоотбавки, в зоне IJ - в режим максимальной вольтодобавки, в зоне II - частичной вольтоотбавки или частичной- вольтодобавки. Таким образом, на интервалах перегрузки система управления формирует им-, пульсы управления таким образом, чтобы, включив канал стабилизации из режима максимальной вольтодобавки, принудительно запереть вкшоченный тиристор канала перегрузки. На интервале времени 7С-cjig . напряжение; сети соответствует полярности, указанной на фиг. 1 без скобок. При этом ток нагрузки протекает по тиристору 9. Затем ток 24 нагрузки уменьшается до порогового значения 25. Переключатель 14 замыкается, и на кпючи 3-6 канала 1 стабилизации поступают импульсы управления. Так как сигнал 32 находится в зоне I на интервале времени предшествовавшем моменту (j-g канал 1 стабилизации включается из режима максимальной вольтоотбавки, т.е. замыкаются ключи 3 и 6, и паршллельно тиристору 9 включается обмотка трансформатора 2, причем к аноду тиристора 9 прикладывается отрицательное напряжение. Тиристор 9 запирается, а стабилизатор выходит на режим стабилизации. На интервале времени d.-t,-cL процессы протекают аналогично, но в момент времени обл канал 1 стабилизации включается из режима максимальной вольтодобавки, так как на интервале . полярность тока нагрузки совпадает с полярностью напряжения сети, т.е. тиристор 8 включен, Тиристор 8 запирается, и канал 1 стабилизации вновь выходит на режим стабилизации. Таким образом,- на интервалах времени, где ток нагрузки не превышает порогового значения, ток 33 нагрузки протекает по Kanajjy стабилизации, токи 34 перегрузки протекают по тиристорам канала перегрузки. С цепью повышения надежности коммутации тиристоров канап стабилизации ыводят из режимов максимальной воль-; тоотбавки и максимальной вольтодобавки выдержкой времени t воет ъре еня восстановления запирающих свойств тиристоров. На эпюрах фиг. 2 выдержка времени показана точками. Самые небпа ог риятные усповия коммутации тиристоров возникают в том спу чае, еспи ток нагрузки уменьшается и достигает порогового значения в момент равенства нулю напряжения сети. При этом тиристор не запирается, и по цепи: трансформатор 2 - кшочи 3 и 6 (4 и 5) - канап 7 перегрузки - трансформатор 2 начинает развиваться короткое замыкание. Ток в этом контуре контрогшру ется датчиком 22 тока. При достижении этим током порогового значения канап стабигшзации отключается, и далее стабипизатор работает по тому же алгоритму, что и при перегрузке. Таким образом, предлагаемый стабили затор переменного напряжения и способ управления этим стабилизатором обеспечивают мгновенный переход стабилизатора в режим перегрузки при вазникновении перегрузки и переход стабилизатора в режим стабилизации при снятии перегрузки с задержкой времени, не превышаю- щей время восстановления запирающих свойств тиристоров. При этом напряжение с нагрузки не снимается, перенапряжений на элементах стабилизатора не возникает, а также исключается возможность возникновения короткого замыкания между каналами стабилизатора. Это повышает надежность стабилизатора, его технико-экономические показатегги и позволяет использовать стабилизатор в системах с гарантированным питанием. Кроме того, на интервалах, где мгновенные значения тока нагрузки меньше порогового, канал стабилизации осуществляет ком пенсацию отклонения выходного напряжения, вызванного перегрузкой. При малых кратностях тока нагрузки, а также при ударном характере нагрузки эта компенсация может быть полной, т.е. стабилизатор обеспечивает заданную точность стабилизации даже при перегрузке. Формула изобретения 1. Стабилизатор переменного напряже ния с защитой от перегрузок по току, со держащий соединенные параллельно и включенные между входным и выходным выводами канал стабилизации, состоящий й9 вопьтодобавочного трансформатора и полупроводниковых ключей, и канал перегрузки на встречно-параллельно включенных тиристорах, блок управления тиристо рами, датчик тока, выходом соединенный с входом порогового элемента, блок измерения выходного напряжения, выходами соединенный с блоком форкгарования управляющих импульсов, переключатели, соединенные своими управляющими входами с выходом порогового элемента, и блок гальванической развязки сигналов управления пощпроводниковыми кгаочами, отличающийся тем, что, с целью повышения технико-экономических показателей, канал стабилизации выпол йен на полностью управляемых ключах, а в стабилизатор введен датчик потока энергии, два входа которого включены между входным и выходным выводами, два других выхода подключены к входным выводам, выход соединен через первый переключатель с блоком формирования уп- равляюпшх импульсов, блок управления тиристорами подключен к управляюпщм электродам тиристоров через второй переклк чатель,а блок формирования управляющих им1тульсов через третий переключатель соединен с входом блока гальванической развязки сигналов управления с полупрю- водниковыми ключами, 2,Стабипизатор по п. 1., о т л и - чающийся тем, что, с целью на- цежности, пос ледова те тьно с обмоткой вольтодобавочного трансформатора включен дополнительный датчик тока, выходом подключенный к дополнительному входу порогового элемента. 3,Способ управления стабилизатором по п, 1, заключающийся в отключении при перегрузке канала стабитшзации и подключении канала перегрузки и в отключении при номинальных токах канала перегрузки и подключении канала стабилизации, отличающийся тем, что выделяют интервалы совпадения по пярностей входного напряжения и тока нагрузки, и интервалы несовпадения указанных величин, причем при снятии перегрузки канал перегрузки принудительно запирают без выдержки времени за счет включения канала стабилизации в интервалах совпадения полярностей указанных величин из режима вольтодобавки, а в интервалах несовпадения - из режима вольтоотбавки, при возникновении перегрузки отключают канал стабилизации и подключают канал перегрузки без выдержки времени относительно момента возникновения перегрузки. 4,Способ по п. 3, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения

надежности, при снятии перегрузки стабилизатор выводят в режим стабипизации из режимов вольтоаобавки и вольтоотбавки с аацержкой времени, равной времени восстановления , запирающих свойств тиристоров канала перегрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 589681, кп. .1 02 Р 13/16, Q 05 F 1/44,

2.Сб. Проблемы миниатюризации

и унификации ВИП РЭА. Материалы семинеров, М,, РОТО МНДТПД97Э|с, 118.

3.Патент США № 36ОО664,

кя. G 05 Г 1/20, 3 05 F 1/44, 1978 (прототип).

Ч

6

A.

ff

$$$$ ;$$$i i m :S $$SS

z/

3

r f

is

f

tJt

W /////A

К

tit

Q

b)t

Ъ

r,t- 2