Стабилизатор переменного напряжения

 

СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий первый линейный дроссель, включенный мехду соответствующими входной и выходной клеммами, соединенные с выходными клеммами конденсатор и компенсатор реактивной мощности, вьтолненный на основе второго линейного дросселя, последовательно включенного с двумя втречно параллельно соединенными тиристорами , управляющие электроды которых соединены с узлом управления, первый выпрямительный мост, вход ко-, торого шунтирует первый линейный дроссель, коммутирующий тиристор, силовые электроды которого подключены к выходу первого выпрямительного моста, первый усилитель, выход которого подключен к управляющему переходу коммутирующего тиристора, датчик выходного напряжения, который входом подключен к выходным клеммам и выполнен на втором вьтрямительном мосте и первом пороговом элементе, один вывод которого, подключен к плюсовому выводу второго выпрямительного моста, а другой вывод - к плюсовому входному выводу первого усилителя, минусовой входной вывод которого соединен с минусовым выводом второго выпрямительного моста, отличающ.ийся тем, что, с целью по ьппения надежности стабилизации и уменьшения искажения формы кривой тока, в него введены шунтируюпшй резистор, второй усилитель , второй пороговый элемент датчика выходного, напряжения, причем один вывод второго порогового элемента подключен к плюсовому вьтоду второго выпрямительного моста, а другой вывод - к плюсовому входному выводу второго усилителя, минусовой входной вывод которого соединен с минусовым 4 4; выводом второго выпрямительного мост та, второй усилитель выходными выво00 дами через шунтирующий резистор соеliU динен с выходом первого выпрямительного моста.

„SU„„1104484

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК экю G 05 F 1/44

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1. ь ЯЦ -, (21) 3574994/24-07 (22) 07.04.83 (46) 23.07.84. Бюл. Р 27 (72) В.К.Елисеев, С.Г.Смирнова, В.С.Филиппов и А.Т.Хрузин (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Розанов Ю.К. Основы силовой преобразовательной техники. М., "Энергия", 1979, с. 358, рис. 5-29.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3369781/24-07, кл. С 05 F 1/44, 1981. (54)(57) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий первый линейный дроссель, включенный между соот- ветствующими входной и выходной клеммами, соединенные с выходными клеммами конденсатор и компенсатор реактивной мощности, выполненный на основе второго линейного дросселя, последовательно включенного с двумя втречно параллельно соединенными тиристорами, управляющие электроды которых соединены с узлом управления, первый выпрямительный мост, вход ко-. торого шунтирует первый линейный дроссель, коммутирующий тиристор, силовые электроды которого подключены к выходу первого выпрямительного моста, первый усилитель, выход которого подключен к управляющему переходу коммутирующего тиристора, датчик выходного напряжения, который входом подключен к выходным клеммам и выполнен на втором выпрямительном мосте и первом пороговом элементе, один вывод которого. подключен к плюсовому выводу второго выпрямятельного моста, а другой вывод — к плюсовому входному выводу первого усилителя, минусовой входной вывод которого соединен с минусовым выводом второго выпрямительного моста, о т л и ч а ю щ.и и с я тем, что, с целью повышения надежности стабилизации и уменьшения искажения формы кривой тока, в него введе- О

Я ны шунтирующий резистор, второй усилитель, второй пороговый элемент датчика выходного. напряжения, причем один вывод второго порогового элемен- С та подключен к плюсовому выводу вто.рого выпрямительного моста, а другой вывод — к плюсовому входному выводу второго усилителя, минусовой входной вывод которого соединен с минусовым 1 ) выводом второго выпрямительного мос-, юг та, второй усилитель выходными выво- ф дами через шунтирующий резистор сое- (ф динен с выходом первого выпрямительного моста.

04484 звеньев для устойчивости стабилиза-.

15 тора при высоком коэффициенте усиле20

55 т 11

Изобретение относится к электротехнике, а именно к мощным стабилизаторам переменного напряжения, в частности к таким стабилизаторам, от которых требуется высокая стабилизация и низкие коэффициенты нелинейных искажений форм кривых входного и выходного напряжений, и может быть использовано в тех устройствах, где требуется высокая стабиль- 1 ность напряжения питания в условиях значительных изменений нагрузок и входного напряжения.

Известен стабилизатор переменного напряжения, содержащий первый линейный дроссель, конденсатор и компенсатор реактивной мощности, выполненный на основе второго линейного дросселя, включенного после. довательно со встречно параллельно соединенными тиристорами, служащими для регулирования индуктивности второго линейного дросселя, т.е, выходного напряжения стабилизатора 1 3.

Недостатком такого стабилизатора является то, что он не обеспечивает при быстроменяющихся нагрузках или всплесках напряжения достаточного быстродействия отслеживания напряжения на выходе и имеет сравнительно большие уровни нелинейных искажений формы кривой тока, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ста билнзатор, содержащий первый линейный дроссель, включенный между соответствующими входной и выходной клеммами, соединенные с выходными клеммами конденсатор и компенсатор реактивной мощности, выполненный на основе второго линейного дросселя, последовательно включенного с двумя встречно параллельно соединенными тиристорами, первый выпрямительный мост, вход которого шунтирует первый линейный дроссель, коммутирующий тиристор, силовые электроды которого подключены к выходу первого выпрямительного моста, усилитель, выход которого подключен к управляющему переходу коммутирующего тиристора, датчик выходного напряжения, который входом подключен к выходным клеммам и выполнен на втором выпрямительном мосте и пороговом элементе, один вывод которого подключен к плюсовому выводу выпрямительного моста, а другой вывод — к плюсовому входному вывод1 усилителя, минусовой входной вывод которого соединен с минусовым выводом второго выпрямительного моста (2).

Однако известное устройство не обеспечивает быстродействия коррекции выходного напряжения при работе на нагрузку с широким диапазоном изменения или при значительном всплеске сетевого напряжения, так как система управления стабилизатора имеет сравнительно малое быстродействие из-эа наличия корректирующих ния в цепи обратной связи системы управления. Кроме того, изменение выходного напряжения стабилизатора за счет управления компенсатором реактивной мощности более чем на 10% ведет к резкому увеличению входного реактивного тока, а следовательно, и к большему искажению формы кривой тока. Поэтому выбросы напряжения, возникающие на выходе стабилизатора, имеют большую длительность и амплитуду и недопустимы в определенных условиях. эксплуатации. Максимальные перенапряжения при этом составляют полуторакратную величину при колебательном характере переходного процесса. Чтобы предотвратить выход из строя элементов аппаратуры и обеспечить нормальную работу, приходится дополнительно стабилизировать и фильтровать цепи питания, что уменьшает надежность аппаратуры и значительно усложняет и удорожает ее.

Целью изобретения является повышение надежности стабилизации и уменьшение искажений формы кривой тока.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизатор переменного на- пряжения, содержащий первый линейный дроссель", включенный между соответствующими входной и выходной клеммами, соединенные с выходными клеммами конденсатор и компенсатор реактивной мощности, выполненный на основе второго линейного дросселя, последовательно включенного с двумя встречно параллельно соединенными тиристорами, управляющие электроды, которых соединены с узлом управления, первый выпрямительный мост, вход которого шунтирует первый линейный дроссель, коммутирующий тиристор, силовые электроды которого подключены к выходу

1104484 первого выпрямительного моста, первый усилитель, выход которого подключен к управляющему переходу коммутирующего тиристора, датчик выходного напряжения, который входом подключен к выходным клеммам и выполнен на втором выпрямительном мосте и первом пороговом элементе, один вывод которого подключен к плюсовому выводу второго выпрямительного моста, а другой вывод — к плюсовому входному выводу первого усилителя, минусовой входной вывод которого соединен с минусовым выводом второго, выпрямительного моста, введены шунтирующий резистор, второй усилитель, второй пороговый элемент датчика выходного напряжения, причем один вывод второго порогового элемента подключен к плюсовому выводу второго выпрямительного моста, а другой вывод — к плюсовому входному выводу второго усилителя, минусовой входной вывод которого соединен с минусовым выводом второго выпрямительного моста, второй усилитель выходными выводами через шунтирующий резистор соединен с выходом первого выпрямительного моста, При этом второй пороговбя элемент датчика выходного напряжения может быть выполнен на динисторе, а второй усилитель — на транзисторной оптопаре и двух оптронных тиристорах.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из первого линейного дросселя 1, конденсатора 2, компенсатора 3 реактивной мощности,датчика 4 выходного напряжения (выполненного на основе мостовой схемы выпрямителя и подключенных к ее полюсовому выходу первого и второго порогового элемента), соединенного с выходными клеммами стабилизатора, первого усилителя 5, собранного на двух оптронных тиристорах, вход которого соответствующими выводами подсоединен к выходу датчика 4 выходного напряжения, коммутирующего тиристора б, управляющим электродом и анодом сое4 диненного с соответствующими выходами первого усилителя 5, первого выпрямительного моста 7, на выходе которого включен коммутирующий тиристор 6, второго порогового элемента на динисторе, подключенного к плюсовому выходу второго выпрямительного моста.7,, узла 8 управления тиристорами, вто(2) рого усилителя У, выполненного на одной транзисторной оптопаре и двух оптронных тиристорах, одним из выводов входа подсоединенного через резистор к второму пороговому эле- . менту, а другим — к минусовому выводу второго выпрямительного моста 7, шунтирующего резистора 10, соединенного через выходные выводы

10 второго усилителя 9 с выходом.первого выпрямительного моста 7. Система управления стабилизатора служит для формирования отпирающих импульсов тиристоров компенсатора

15 реактивной мощности. . Стабилизатор работает следующим образом.

При значительном сбросе нагрузки .или всплеске входного напряжения.

20 на выхоце стабилизатора в течение некоторого времени развиваются полуторакратные перенапряжения (переходной процесс).

Для данной цепи можно записать в комплексной форме

"в61 =Пех МЗ ) (1) где U — вектор выходного напряже-.

Bv ния стабилизатора; !

U — вектор входного напряжевх

30 ния стабилизатора;

Кп(jw) — коэффициент передачи стабилизатора по напряжению.

К (1ы) = — — — —— я Z„Z — + — +1, 35 к к, где 2, — комплексное сопротивление первого линейного дросселя;

Z — комплексное общее сопротив2 ление цепей конденсатора и

40 второго линейного дросселя, Z — комплексное сопротивление

3 нагрузки.

При определенных соотношениях указанных сопротивлений Z выходное

45 напряжение стабилизатора может быть больше или меньше входного напряжения сети. Изменение активной проводимос-. ти LC контура ведет к переменЕ крутизны фронтов кривых резонанса и 0 установлению новых значений их максимумов, т.е.. изменяется добротность этого контура. Чем больше активное сопротивление этой цепи по сравнению с волновым, тем менее выражается яв-. ление резонанса

В переходном режиме работы устрой. ства на втором выпрямительном мосте развивается напряжение, которое .достигает уровня включения динистора

1044В4 е ний, а энергия, запасенная в индуктивности первого линейного дросселя 1, порциями сбрасывается в первы выпрямительный мост 7, оптронный вы° ходной тиристор второго усилителя 9 и шунтирующее сопротивление 10.

Для высокоточных и высоковольтных диодов и тиристоров собственная способность к поглощению энергии на ла10 винном участке вольтамперных характеристик составляет -10 Дж. Условием для прекращения автоколебаний является равенство U =U 0 (3), где

΄℠— номинальное напряжение на выходе стабилизатора; P — напряжение соответствующее порогу отпускания второго порогового элемента.

Таким образом, в переходном режиме {значительный сброс нагрузки или всплеск входного напряжения) при подключении шунтирующего резистора 10 к первому линейному дросселю 1 устройства коэффициент передачи уменьшается, а напряжение на выходе стад билизатора убывает выг = Пel ° второго порогового элемента, который открывается и через него начинает протекать ток управления транзисторной оптопары второго усилителя 9.

Освещенный фототранзистор транзистор ной оптопары окажется в режиме насыщения и его коллекторный ток откроет промежуточный оптронный тиристор, который анодным током включит выходной оптронный тиристор. Здесь применен несложный способ открывания выходного оптронного тиристора второго усилителя, при котором источник анодного питания используется и для получения управляющего тока, с при этом достигается синхронизация сигнала управления с частотой сети.

Выходной оптронный тиристор подключает шунтирующий резистор 10 через первый выпрямительный мост парал лельно первому линейному дросселю, что изменяет соотношение значений сопротивлений цепи, а следовательно, и уменьшает коэффициент передачи стабилизатора, т.е. снижает выходное напряжение.

Как только напряжение на выходе стабилизатора спадет до номинального шунтирующий резистор 10 отключается от первого линейного дросселя 1 (ток, протекающий через второй пороговый элемент, уменьшается ниже удер. живающего значения и запирает динистор). Порог срабатывания динАстора устанавливается равным допустимому уровню всплеска напряжения на выходе устройства, а порог отпускания примерно равен номинальному выходному напряжению.

С момента окончания действия входного сигнала от датчика 4 выходного напряжения шунтирующий резистор 10 остается включенным на время, не превышающее длительности полупериода, так как оптронный выходной тирис. тор закроется при первом переходе напряжения через О, т.е. рабочий режим стабилизатора автоматически восстанавливается после снятия перенапряжений.

При вторичном достижении выходным напряжением устройства уровня срабатывания второго порогового элемента шунтирующий резистор 1О снова подключается к первому линейному дросселю 1 и т.д.

Таким образом, выходной оптронный тиристор второго усилителя 9 нахоГ дится в режиме разрывных автоколебаКак видно из (2) К„(1ш) при

Z„ 0, 7 сО и 2фао резко уменьшается с ростом общей проводимости разветвленной части цепи первого линейного дросселя 1 и шунтирующего сопротивления 10. При этом заметно сокращается продолжительность переходного процесса, так как ограничение перенапряжений происходит без запаздывания.

На нагрузке в момент включения шунтирующего резистора 10 броски тока и напряжения минимальны, а

40 время переходного процесса наименьшее ..

Приведенные зависимости (1), (2) и (4) показывают, что при подключении к первому линейному дросселю 1

45 шунтирующего резистора 10 во время значительных изменений нагрузок или всплеска входного напряжения на выходе стабилизатора развивается напряжение, близкое к номинальному.

При этом переходный процесс носит более легкий, непродолжительный характер.

Таким образом, введение в предлагаемом устройстве дополнительных второго порогового элемента в датчик напряжения, второго усилителя и шунтирующего сопротивления позволяет получить во время значительно1104484

Составитель С.Черньппева

Редактор Л.Гратилло Техред Т.Фанта Корре ктор М. Демчик

Заказ 5210/34 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 го изменения нагрузки или всплеска входного напряжения выходное напряжение стабилизатора, близкое к номинальному, а продолжительйость переходного процесса значительно 5 снизить . При этом также обеспечивается и защита аппаратуры от значительных перенапряжений и токов переходных процессов, а коэффициент нелинейных искажений на выходе стабилизатора при работе на выпрямительное устройство составляет 10X..