Полупроводниковый регулятор мощности Советский патент 1982 года по МПК G05F1/66 H05B39/04 

Изобретение относится к регулято рам величины мощности в цепи электрической нагрузки, питаемой от сети переменного тока, и может быть использовано для регулирования мощности ламп накаливания, нагревательных элементов терморегуляторов, а также в системах автоматического регулирования .

Известны электрические схемы регуляторов мощности 1 и 2.

Недостатком таких устройств является сложность и большие габариты.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является полупроводниковый регулятор мощности, содержащий последовательно включенный в цепь нагрузки выпрямительный мост, цепь задержки RS, параллельно подключенную накопительному конденсатору, импульсный трансформатор, первичная обмотка которого через последовательно соединенный с ней управляющий динистор включена параллельно конденсатору цепи задержки, а его вторичная обмотка через последовательно соединенный с ней диод включена параллельно регулирующему динистору, напряжение включения которого больше напряжения питания pj

в связи с тем, что в этом устройстве заряд конденсатора цепи задержки производится полупериодами питающего напряжения, при некотором зн чении угла О поступает момент, когда напряжение на конденсаторе становится равным напряжению в диагонали моста и заряд емкости прекращается. Поэтому при плавном увеличении

10 сопротивления цепи задержки мощность, отдавлемая в нагрузку, будет

плавно уменьшаться от р ; Ц-ciaj ,

где U-max- амплитуда напряжения сети;

15

Rj4 - сопротивление нагрузки; до P-mi-n, которая определяется значением угла отсечки 8 Tnin.

О Т . Uo-m-.ipynp

(1)

arcsin

атпт

Umax

20

где Т -период питающего напряжения; Uo-iTiitp Ч-ПР: напряжение открывания управляющего динистора. Мощность,соответствующая значению , определяется по формуле

25 6

р( tdt

I ; -8 U UI

Vz304i Li8-brsm4Ml, (ij что для 8 дает P(0), (5) После подставки в формулу (3) выр жения (1) получаем . UoTnvp b D г -п Z i U тпад/ /Л| rmiTi - Vmccn. - - гГ- I V При дальнейшем увеличении сопротиврения времязадающей цепочки напряже Ние на конденсаторе за один полуПериод не достигает значения Uprntp. Управляющий динистор не открывается и напряжение на конденсаторе близко к UQfni p, сохраняется до начала следующего полупериода. Следовательно напряжение ча конденсаторе достигает иотптфуже в самом начале следующего полупериода, и мощность, отдаваемая в нагрузку, скачком, возрастает примерно до значения /2 РТПОХ ; Таким образом для динамического диапазона плавно регулируемых мощностей известного устройства получаемUTTIOX .i, D. lOeg |23ок (( Например, для управляющего динис :тора типа 2Н102А 5 В и пола;гая U-meir 50В (регулирующий динисто типа 2Н102И,, находим lOeg j- 36.7g(f Такая величина динамического ди пазона оказывается недостаточной для многих возможных применений ус ройства, в частности для прецезион :Ных терморегуляторов. Целью изобретения является расига рение динамического диапазона регу лируемых мощностей. Цель достигается тем, что в пол проводниковый регулятор мощности, содержащий последовательно включен ный в цепь нагрузки выпрямительный мост, цепь задержки RC, параллельно подключенную накопительному конденсатору, импульсный трансформатор, первичная обмотка которого через последовательно соединенный ней управляющий динистор включена параллельно конденсатору цепи заде ки/ а его вторичная обмотка через пос:ледовательно соединенный с ней дибд включена параллельно регулирую щему динистору, напряжениевключения которого больше напряжения питания - введены три дополнительных диода. Причем, в диагональ постоян ного тока выпрямительного моста включены две цепочки, одна из кото рых состоит из последовательно сое диненных накопительного конденсато ра и одного из дополнительных диодов, а другая - из конденсатора цепи задержки и встречно двух других дополнительных диодов, общая точка соединения которых подключена к общей точке соединения регулирующего динистора и основного диода. На фиг. I представлена эпюра напряжения в диагонали моста, поясняющая принцип работы устройства, на фиг.2 электрическая схема полупроводникового регулятора мощности тока. Регулятор мощности состоит из сопротивления нагрузки 1, соединенного последовательно с выпрямительным мостом на диодах 2 - 5, в диагональ которого включены последовательно соединенные диоды 6 и регулирующий динистор 7, параллельно которому включены последовательно соединенные защитный диод 8 и вторичная обмотка импульсного трансформатора 9 и последовательно соединенные диод 10 и конденсатор 11 цепи задержки, соединенный через управляющий динистор 12с первичной обмоткой импульсного трансформатора 9, в диагональ указанного моста включены также последовательно соединенные диод 13 и накопительный конденсатор 14, параллельно которому включена цепь задержки из конденсатора 11 и резистора 15. Устройство работает следующим образом. При отсутствии напряжения включения на динисторе 7, он закрыт, так как максимальное амплитудное значение напряжения питания не достаточно для от.крывания динистора 7 . Ток в нагрузке отсутствует. Сигнал, управляющий включением динистора 7 формируется с помощью управляющего динистора 12, напряжение открывания которого значительно меньше напряжения сети. При заряде конденсатора 11 до напряжения включения динистора 12, последний открывается и конденсатор разряжается через первичную обмотку импульсного трансформатора, формируя управляющий импульс, который через повышающую обмотку трансформатора 9 и защитный диод 8 прикладывается к регулирующему динистору 7 и открывает его.. Динистор 7 остается открытым до конца полупериода напряжения, при этом через нагрузку 1 протекает ток,, После того, как ток уменьшится до нуля динистор 7 закрывается. В последующий полупериод динистор 7 вновь открывается с помощью управляющего сигнала. Время задержки генерирования управляющего сигнала определяется постоянной времени цепи задержки RC и величиной приложенного к этой цепи напряжения. Это напряжение формируется с помощью накопительного конденсатора 1 и диода 13. В первую половину полу периода, когда напряжение в диагона моста возрастает, диод 13 открыт, конденсатор 14 заряжается через со противление нагрузки 1. Причем, на пряжение на конденсаторе 14 повторяет напряжение в диагонали моста. Если напряжение в диагонали выпрямительного моста становится меньше напряжения на накопительном конденсаторе (открывание динистора 7 или начало второй-половины полупериода) диод 13 закрывается, и через цепи задержки RC протекает ток, определяемый напряжением на конденсаторе 14, При этом, если динистор 7 открыт, конденсатор 11 зашуктирован через диод 10 этим динистором и, следовательно, напряжение на конден саторе 11 остается равным нулю до момента закрывания динистора 7, т.е до конца полупериода. Если же к началу второй половины полупериода ди нистор 7 остается закрытым, конденсатор 11 продолжает заряжаться и то заряда определяется напряжением на конденсаторе 14, которое при соответствующем выборе емкости конденсатора Снакостается практически пос тоянным (приблизительно равным U и заряд конденсатора 11 может продолжаться до конца полупериода напряжения питания. Диод б исключает шунтирование управляющего импульса накопительным конденсатором 14, а диод 8 предотвращает прохождение тока через вторичную обмотку импульсного трансформатора. В предложенной схеме заряд конденсатора цепи задержки производит ся от накопительного конденсатора. Напряжение, подаваемое на вход цепи задержки, всегда остается значитель но больше, чем на конденсаторе 11. Таким образом, при заряде этого кон денсатора, напряжение на нем возрас тает практически до конца полуперио да и подбором величины сопротивления 15 всегда можно добиться сколь угодно малых углов отсечки 9 . ничение на минимальный угол отсечки &в этом случае накладывается . лишь временем переходных процессов в динисторах, т. е. необходимо, чт бы за время Втп1-пдинисторы успели воз вратиться в исходное состояние, следовательно: 8тл1-п - ttiM-niTSMnn ( ) где Тимп длительность управляющего импульса; Твы-Kv- время выключения динисторо Подставляя значенияСг1мп:2 мкс, -К|1, МКС (максимальное значение для динисторов выбранных Bimie типов) в формуле (5) и (3) и полагая,Т-.20мс (для сети 50 Гц) получаем р 1бЛ,42 -Ю .т 1л-«г1„ Ртлт7т,а 2R- -з отсюда диапазон регулируемых мощностей предлагаемого устройства равен Отфеол lOf g 63,8 дб Таким образом, в предложенном устройстве диапазон плавно регулируемых мощностей увеличивается по срав нению с известным на 27 дБ. Следовательно, использование предложенного устройства в целях регулирования мощности терморегуляторов позволяет повысить точность поддержания заданной температуры. Формула изобретения Полупроводниковый регулятор мощности, содержащий последовательно включенный в цепь нагрузки выпрямительный мост, цепь задержки RC, подключенную параллельно накопительному конденсатору, импульсный трансформатор, первичная обмотка которого через последовательно соединенный с ней управляющий динистор, включена параллельно конденсатору цепи задержки, а его вторичная обмотка через последовательно соединенный с ней диод включена параллельно регулирующему динистору, напряжение включения которого больше напряжения питания, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона плавно регулируемой мощности, введены три дополнительных диода, причем в диагональ постоянного тока выпрямительного моста включены две цепочки, одна из которых состоит из последовательно соединенных накопительного конденсатора и одного из дополнительных диодов, а другая - из конденсатора цепи задержки и включенных встречно двух других дополнительных диодов, общая точка соединения которых подключена к общей точке соединения регулирующего динистора и основного диода. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 179401, кл. В 23 К 9/00, 1966.. .2 Авторскоесвидетельство СССР 396848, кл. Н05 В 41/30, 1973. 3. Авторскоесвидетельство СССР 361532, кл, Н05 В 39/04, 1972.