Стабилизированный источник напряжения постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для использования в системах электроснабжения в качестве источника напряжения постоянного тока. Для повышения надежности работы источника, быстродействия системы стабилизации напряжения и улучшения формы кривой выходного напряжения трансформатора с вращающимся магнитным полем, что является техническим результатом, устройство содержит трансформатор с двумя первичными обмотками, первая из которых соединена с выводами для подключения сети переменного тока непосредственно, а вторая смещена в пространстве относительно первой на угол 90^o и соединена первым выводом непосредственно с сетью, а вторым через фазосдвигающий конденсатор, выпрямитель и фильтр включены последовательно между вторичной обмоткой трансформатора и выводами для подключения нагрузки, обмотки трансформатора размещены на тороидальном магнитопроводе, к узлу коммутации, состоящему из двух встречно-параллельно включенных управляющих элементов, параллельно включен фазосдвигающий конденсатор, при этом в узле коммутации в качестве управляющих элементов использованы транзисторы, а источник напряжения постоянного тока имеет систему стабилизации, содержащую делитель напряжения, формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения, датчик полярности напряжения, первый и второй логические элементы И, первый и второй усилители импульсов, при этом вход делителя напряжения соединен с выходом фильтра, а выход - с одним из входов формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходами генератора пилообразного напряжения, входы генератора пилообразного напряжения и датчика полярности напряжения соединены с выводами для подключения сети переменного тока, выходы датчика полярности напряжения соединены с первыми входами первого и второго логических элементов И, вторые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов, выходы первого и второго логических элементов И через соответствующие первый и второй усилители импульсов соединены с управляющими электродами первого и второго транзисторов узла коммутации. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для использования в системах электроснабжения в качестве источника напряжения постоянного тока.

Известный источник напряжения постоянного тока (см. Задерей Г.П., Заика П. Н. Многофункциональные трансформаторы в средствах вторичного электропитания. М.: Радио и связь, 1989, с. 88-89, рис.3.4) выполнен на базе употранса со средней точкой. Регулирование напряжения источника осуществляется за счет подмагничивания сердечника.

Недостатками источника являются низкое быстродействие системы стабилизации напряжения, низкое качество электроэнергии, что требует повышение массы выходного фильтра.

Наиболее близким по техническому решению является стабилизирующий источник напряжения постоянного тока по а.с. СССР 1652970, G 05 F 1/46, 1991 г., выполненный на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем, с двумя первичными обмотками, первая из которых соединена с выводами для подключения сети переменного тока непосредственно, а вторая смещена в пространстве относительно первой на угол 90^o и соединена первым выводом непосредственно с сетью, а вторым через фазосдвигающий конденсатор, выпрямитель и фильтр включены последовательно между вторичной обмоткой трансформатора и выводами для подключения нагрузки, обмотки трансформатора размещены на тороидальном магнитопроводе, блок фазоимпульсного управления и измерительно-усилительный узел совмещены в одном функциональном звене, к узлу коммутации, состоящему из двух встречно-параллельно включенных тиристоров, параллельно включен фазосдвигающий конденсатор. Стабилизация напряжения осуществляется изменением реактивного тока конденсатора за счет изменения времени открытого состояния тиристорных ключей, подключенных к конденсатору параллельно.

Недостатками источника являются относительно низкие надежность работы и быстродействие системы стабилизации напряжения, а также низкое качество кривой выходного напряжения многофункционального трансформатора.

Техническим решением поставленной задачи является повышение надежности работы источника, быстродействия системы стабилизации напряжения и улучшение формы кривой выходного напряжения трансформатора с вращающимся магнитным полем.

Поставленная задача достигается тем, что в стабилизированном источнике напряжения постоянного тока, содержащем трансформатор с вращающимся магнитным полем, с двумя первичными обмотками, первая из которых соединена с выводами для подключения сети переменного тока непосредственно, а вторая смещена в пространстве относительно первой на угол 90^o и соединена первым выводом непосредственно с сетью, а вторым через фазосдвигающий конденсатор, выпрямитель и фильтр включены последовательно между вторичной обмоткой трансформатора и выводами для подключения нагрузки, обмотки трансформатора размещены на тороидальном магнитопроводе, к узлу коммутации, состоящему из двух встречно-параллельно включенных управляющих элементов, параллельно включен фазосдвигающий конденсатор, в узле коммутации в качестве управляющих элементов использованы транзисторы, а источник напряжения постоянного тока имеет систему стабилизации, содержащую делитель напряжения, формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения, датчик полярности напряжения, первый и второй логические элементы "И", первый и второй усилители импульсов, при этом вход делителя напряжения соединен с выходом фильтра, а выход - с одним из входов формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходами генератора пилообразного напряжения, входы генератора пилообразного напряжения и датчика полярности напряжения соединены с выводами для подключения сети переменного тока, выходы датчика полярности напряжения соединены с первыми входами первого и второго логических элементов "И", вторые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов, выходы первого и второго логических элементов "И" через соответствующие первый и второй усилители импульсов соединены с управляющими электродами первого и второго транзисторов узла коммутации.

Новизна технического решения заключается в том, что использован трансформатор с вращающимся магнитным полем специальной конструкции, быстродействующий узел коммутации с новой системой стабилизации напряжения, обеспечивающий высокую надежность работы и улучшение формы кривой напряжения трансформатора с вращающимся магнитным полем.

На фиг.1 представлена функциональная схема стабилизированного источника напряжения постоянного тока; на фиг.2 - магнитопровод трансформатора с вращающимся магнитным полем; на фиг.3 и фиг.4 - диаграммы напряжений, поясняющие работу системы стабилизации напряжения.

Стабилизированный источник напряжения постоянного тока (СИНПТ) содержит трансформатор с вращающимся магнитным полем (ТсВМП) 1. Магнитная система ТсВМП 1 содержит сердечник 2 со вторичной обмоткой 3 (фиг.2) и тороидальную часть магнитопровода 4 с двумя первичными обмотками 5 и 6, расположенными в пространстве относительно друг друга на угол 90^o. Узел коммутации 7 состоит из двух встречно-параллельно соединенных транзисторов 8, 9 и включен параллельно с фазосдвигающим конденсатором 10. Вход узла коммутации 7 соединен с выходом системы стабилизации напряжения 11. Последняя содержит делитель напряжения 12, соединенный с одним из входов формирователя импульсов 13, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения 14, а входы последнего соединены со входами датчика полярности напряжения 15 и входными зажимами. Два логических элемента И 16, 17 входами соединены с выходами формирователя импульсов 13 и датчика полярности напряжения 15, а выходы соединены с входами усилителей импульсов 18, 19, выходы последних соединены со входами узла коммутации 7. Последовательно со вторичной обмоткой 3 включены выпрямитель 20, фильтр 21 и выходные зажимы 22, 23.

СИНПТ работает следующим образом. Входное U_ВХ однофазное напряжение (фиг.1, 3) поступает на обмотки 5 и 6 ТсВМП. При протекании токов в обмотках 5, 6 и фазосдвигающем конденсаторе 10 создается магнитное поле, которое имеет форму эллипса (фиг.2). В этом случае в обмотке 3 максимальные ЭДС и напряжение.

При возникновении дестабилизирующих факторов на выходе СИНПТ в работу включается система стабилизации напряжения. Процесс стабилизации напряжения происходит следующим образом. С выхода СИНПТ 22, 23 сигнал, пропорциональный величине выходного напряжения U_ВЫХ, являющийся ведущим для системы стабилизации, через делитель напряжения 12 поступает на один из входов формирователя импульсов 13 (фиг.3,б U_ДН). На второй вход формирователя импульсов 13 поступает сигнал U_ГПН от источника опорного сигнала - генератора пилообразного напряжения 14 (фиг.3,б), работа которого синхронизирована с входным напряжением источника U_ВХ (фиг.3,а). Когда сигнал U_ГПН > U_ВХ формирователь импульсов 13 формирует импульсы U_ФИ (фиг. 3,в), которые поступают на один из входов первого и второго логических элементов И 16, 17 (фиг.1). На вторые входы логических элементов И 16, 17 поступает сигнал от датчика полярности напряжения 15. При положительной полуволне входного напряжения U_ВХ срабатывает логический элемент И 16 и сигнал управления U_уVTI (фиг.3,д) через усилитель импульсов 18 поступает на управляющий электрод транзистора 8, при отрицательной полуволне U_ВХ срабатывают соответственно элементы 17 и 19 и управляющий сигнал U_yVT2 поступает на управляющий электрод транзистора 9 (фиг. 3, д, е). Угол управления транзисторами α₁ соответствует номинальному режиму работы. К примеру, напряжение U_ВЫХ уменьшилось. Уменьшится напряжение на выходе делителя напряжения 12, уменьшится угол управления транзисторами до величины, равной α₂ (фиг.3,ж,з), увеличится вектор напряжения во вторичной обмотке 3 ТсВМП 1 (фиг.4,б), а значит, увеличится напряжение на выходе источника электроэнергии U_ВЫХ.

Таким образом, при любых дестабилизирующих факторах: изменение напряжения, изменение тока нагрузки - изменяется угол коммутации транзисторов α, изменяется результирующий вектор выходного напряжения и происходит стабилизация выходного напряжения.

Использование узла коммутации на базе транзисторных ключей, размещение вторичной обмотки трансформатора с вращающимся магнитным полем на сердечнике и применение предложенной системы стабилизации напряжения выгодно отличает предлагаемый источник напряжения постоянного тока от известных, так как повышается надежность работы источника, быстродействие системы стабилизации напряжения и улучшается форма кривой выходного напряжения трансформатора с вращающимся магнитным полем.

Формула изобретения

Стабилизированный источник напряжения постоянного тока, содержащий трансформатор, магнитная система которого содержит тороидальный магнитопровод с сердечником, при этом первая и вторая первичные обмотки трансформатора расположены на тороидальном магнитопроводе и смещены в пространстве на угол 90^o относительно друг друга, а вторичная обмотка расположена на сердечнике, первая первичная обмотка соединена с выводами для подключения сети непосредственно, а вторая - через фазосдвигающий конденсатор, кроме того, выпрямитель и фильтр включены последовательно между вторичной обмоткой трансформатора и выводами для подключения нагрузки, а также узел коммутации, состоящий из двух встречно-параллельно включенных управляющих элементов, параллельно которым включен фазосдвигающий конденсатор, отличающийся тем, что в узле коммутации в качестве управляющих элементов использованы транзисторы, а стабилизированный источник напряжения постоянного тока имеет систему стабилизации, содержащую делитель напряжения, формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения, датчик полярности напряжения, первый и второй логические элементы И, первый и второй усилители импульсов, при этом вход делителя напряжения соединен с выходом фильтра, а выход - с одним из входов формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходами генератора пилообразного напряжения, входы генератора пилообразного напряжения и датчика полярности напряжения соединены с выводами для подключения сети переменного тока, выходы датчика полярности напряжения соединены с первыми входами первого и второго логических элементов И, вторые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов, выходы первого и второго логических элементов И через соответствующие первый и второй усилители импульсов соединены с управляющими электродами первого и второго транзисторов узла коммутации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4