SU890379A1 - Стабилизатор переменного напр жени - Google Patents

Description

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- ¹ торы громоздки, имеют низкий КПД и сильно искажают форму выходного напряжения. 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 напряжения, содержащий сетевой трансформатор с вольтодобавочной обмоткой, ключевой регулирующий элемент и ин2 тегрирующий 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 вбмотку проходит полный ток нагрузки, а с дру890379 гой стороны, он должен быть высокочастотным, так как частота вольтодобавочных импульсов, поступающих на первичную обмотку, вб0-80 раз превышает частоту сети. Так как низкочастотный , трансформатор запитывается по первичной обмотке от высокочастотного вольтодобавочного напряжения, то это приводит к значительным потерям на перемагничивание ухудшает КПД стабилиза- ι тора.

Цевью изобретения является повышение КПД стабилизатора.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе переменного на- t пряжения, 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 вольтодобавочная обмотка сетевого трансформатора •зашунтирована конденсатором и через выпрямительный мост 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 диаген· напи постоянного тока дополнительного тиристорного моста, управляющие входы которого подключены к выходу схемы синхронизации 13. Режим работы силового транзистора определяется схемой управления 14.

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, тиристор 5 и часть витков первичной обмотки сетевого трансформатор а.;..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 14, 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 трансформатора 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 кон ί

денсатором 8, а длительность определяется 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 напряжение 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 ί сетевого напряжения. Конденсатор 8 установлен для подавления ЭДС самоиндукции вольтодобавочной обмотки трансформатора ί, возникающей при работе силового транзистора 10 в высокочастотном ключевом режиме.

Таким образом, повышение КПД стабилизатора достигается за счет того, что силовой ключ работает на постоянном (по направлению) напряжении, а рекуперация накопленной в дросселе энергии осуществляется автоматически через рекуперирующий диод 11 при закрывании ключевого транзистора. Применение дополнительного моста, выполненного на тиристорах 2-5, исклюj чает 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 te 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.

Claims (1)

1. Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питани  дл  аппаратуры св зи и автоматики. Известны устройства стабилизации переменного напр жени . Наибольшее распространение имеют феррорезонансные и тиристорные стабилизаторы 1 и 21. Однако феррорезонансные стабилиза торы громоздки, имеют низкий КПД и сильно искажают форму выходного напр жени . Тиристорные стабилизаторы переменного напр жени  имеют удовлетворительные характеристики по КПД и массо-габаритным параметрам, но форма выходного напр жени  у них значительно отличаетс  от синусоидальной. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  стабилизатор переменного на пр жени , содержащий сетевой трансформатор с вольтодобавочной обмоткой ключевой регулирующий элемент и интегрирующий фильтр с рекуперирующим устройством на входе 3 . Недостатком этого стабилизатора  вл етс  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 вторична  обмотка дополнительного трансформатора, обладающа  активным и реактивным сопротивлением, величина выходного напр жени  в значительной степени зависит от изменени  сопротивлени  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 требовани м: с одной стороны, он должен быть низкочастотным, так как через его вторичную ®§мотку проходит полный ток нагрузки, а с дру38 гой 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 запитываетс  по первиЧной обмотке от высокочастотного вольтодобавочного напр жени , то это приводит к значительным потер м на перемагничйвание ухудшает КПД стабилизатора , ЦеЛью изобретени   вл етс  повышение КПД стабилизатора. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в стабилизаторе переменного напр жени , содержащем сетевой трансформатор с вольтодобавочной обмоткой, ключевой регулирующий элемент и интегрирующий фильтр с рекуперирующим устройством на входе, выходные выводы дл  подключени  нагрузки соединены с частью витков первичной обмотки сетевого трансформатора через диагональ переменного тока дополнительно введенных тиристорного моста и схемы его синхронизации, а в диагональ посто нного тока упом нутого моста включена цепочка, состо ща  из последовательно соединенных диода и дроссел , при этом вольтодобаврчна  обмотка сетевого трансформатора зашунтирована конденсатором и через выпр мительный мос и ключевой регулирующий элемент подключена к упом нутому диоду в обратной пол рности 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, состо щего из тиристоров 2-5 подключена нагрузка 6, зашунтированна  конденсатором 7. Параллельно вольтодобавочной обмотке сетевого трансформатора подключены конденсатор 8 и выпр мительный мост 9, диагональ посто нного тока которого через транзистор 10 в обратной пол рности подключена к рекуперирующему диоду 11, который, в свою очередь, через дроссель 12 подключен к диагонали посто нного тока дополнительного тиристорного моста, управл ющие вхо ды которого подключены к выходу схемы 55 синхронизации 13. Режим работы силового Транзистора определ етс  схемой управлени  1. 9 Устройство работает следующим образом . При подключении стабилизатора к питающей сети напр жение на нагрузку 6 поступает через диагональ переменного тока дополнительного тиристорного моста, содержащего тиристоры 2-5. В диагональ посто нного тока этого моста включена цепочка, состо ща  из последовательного соединени  рекуперирующего диода 11 и дроссел  12 Допустим, что в данный- момент времени пол рность сетевого напр жени  соответствует обозначенной на чертеже без скобок. В этом случае схема синхронизации 13 открывает тиристоры 2 и 5 и напр жение 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 включени  силовой транзистор закрыт , и величина напр жени  на нагрузке несколько ниже, чем напр жение питающей сети за счет использовани  автотрансформаторной отпайки сетевого трансформатора. Схема управлени  1, представл юща  собой широтно-импульсный модул тор , частота следовани  импульсов которого неизменна, а скважность может измен тьс  в широких пределах, начинает вырабатывать управл ющие импульсы , поступающие на базу силового транзистора 10, и он открываетс . При открывании транзистора 10 напр жение, снимаемое с вольтодобавочной обмотки трансформатсэра 1 через выпр мительный мост 9 прикладываетс  к рекуперирующему диоду 11 в обратной пол рности относительно его электродов, и он закрываетс . В этом случае на нагрузку поступает напр жение, равное сумме напр жени  сети и напр жени  вольтодобавочной обмотки трансформатора 1, и напр жение на нагрузке возрастает. Форма напр жени , поступающего на вход интегрирующего фильтра, состо щего и последовательного соединени  дроссел  12 и конденсатора 7, параллельно которому установлена нагрузка 6, представл ет собой синусоидальное напр жение сети, уменьшенное на определенную величину за счет использовани  автотрансформаторной отпайки. на которое наложены импульсы напр жени , величина которых соответствует напр жению вольтодобавочной обмотки трансформатора 1, зашунтированной конденсатором о, a длительность определ  етс  схемой управлени  14. Интегрирующий фильтр предназначен дл  сглаживани  высокочастотной составл ющей выходного напр жени , обусловленной ключевой работой силового транзистора 10. Когда силовой транзистор 10 закрываетс , рекупераци  накопленной в электромагнитном поле дроссел  за врем  импульса энергии осуществл етс  через диод 11, открытые в этот момент времени тиристоры дополнительного моста, внутреннее сопротивление сети и нагрузку. Частота работы широтно-импульсного модул тора схемы управлени  14 превышает частоту сети в 60-80 раз, следовательно , дл  сглаживани  высокочастотной составл ющей выходного напр жени  необходима незначительна  установленна  мощность элементов интегрирующего фильтра. При уменьшении сетевого напр жени  или увеличени  тока нагрузки схема управлени  укорачивает длительность паузы силового ключа и увеличивает длительность токового импульса через него. Транзистор 10 более длительное врем  за период коммутации остаетс  открытым и напр жение на нагрузке возрастает. С увеличением сетевого напр жени  длительность импульса через транзистор укорачиваетс , и напр жение на нагрузке падает. Таким образом можно регулировать выходное напр же;1ие стабилизатора в широких пределах или поддерживать его посто нным. При изменении пол рности сетевого напр жени  (показано в скобках ), схема синхронизации 13 открывает тиристоры 3 и 4, а тиристоры 2 и 5 закрываютс . Стабилизатор работает аналогично описанному, но на нагрузке в это врем  формируетс  друга  полуволна сетевого напр жени . Конденсатор 8 установлен дл  подавлени  ЭДС самоиндукции вольтодобавочной обмотки трансформатора 1, возникающей при работе силового транзистора 10в высокочастотном ключевом режиме. Таким образом, повышение КПД стаби лизатора достигаетс  за счет того, что силовой ключ работает на посто н .ном (по направлению) напр жении, а рекупераци  накопленной в дросселе энергии осуществл етс  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 напр жением в сети или нагрузке, а также зависимость величины выходного напр жени  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 замыкани  не возникает, так как последовательно с тиристорами и вторичной обмоткой включен дроссель интегрирующего фильтра 12, который ограничивает во врем  импульса ток через силовой транзистор до безопасной величины. Формула изобретени  Стабилизатор переменного напр жени , содержащий сетевой трансформатор с вольтодобавочной обмоткой ключевой регулирующий элемент и интегрирующий фильтр с рекуперирующим устройством на входе, отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД, выходные выводы дл  подключени  нагрузки соединены с частью витков первичной обмбтки сетевого трансформатора через диагональ переменного тока дополнительно введенных тиристорного моста, и схемы его синхронизации , а в диагональ посто нного тока упом нутого моста включена цепочка , состо ща  из последовательно соединенных диода и дроссел , при этом вольтодобавочна  обмотка сетевого трансформатора зашунтирована конденсатором и через выпр мительный мост и ключевой регулирующий элемент подключена к упом нутому диоду в обратной пол рности относительно его электродов . Источники информации, прин тые 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.