ИСТОЧНИК РЕГУЛИРУЕМОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к областям автоматизированного электропривода и преобразовательной техники.
Известны источники регулируемого напряжения, выполненные на базе управляемых выпрямителей (УВ) или транзисторных преобразователей с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), содержащих силовую часть, систему управления и обратные связи по контролируемой величине. В качестве аналога может быть принято устройство по [1]. В указанном аналоге приведен УВ, содержащий трехфазный источник нерегулируемого постоянного напряжения, выполненный на 4-х диодах и одном тиристоре. Управление тиристором осуществляется простой схемой с применением динистора и регулируемой RC - цепочки.
Недостатком аналога является отсутствие системы автоматического регулирования, обеспечивающей поддержание регулируемой величины (напряжения или тока нагрузки) с заданной точностью.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению, и взятым за прототип, является тиристорный источник напряжения (регулятор возбуждения) для электропривода постоянного тока [2]. Устройство содержит тиристорный преобразователь (ТП), выполненный на базе полууправляемого мостового однофазного выпрямителя на 2-х тиристорах и 2-х диодах, а также диода, шунтирующего нагрузку (обмотку
возбуждения), систему управления. ТП управляется импульсами от системы управления, содержащей два канала управления, каждый из которых содержит по три транзистора (соответственно Т1-Т3 и Т4-Т6) и импульсный трансформатор Тр. Система управления имеет общий блок питания БП с трансформатором питания, выпрямителями и фильтрами, а также источник задающего сигнала, датчик обратной связи и др. (см. фиг.1)
Недостатки прототипа:
1. Определенная сложность схемотехнического решения и, вследствие этого, относительно низкая надежность;
2. Наличие силового трансформатора и отсутствие регулятора, что снижает точность регулирования и поддержания напряжения (тока) в обмотке возбуждения (нагрузке).
Технический результат заявляемого решения - упрощение, повышение надежности и расширение функциональных возможностей.
Технический результат достигается тем, что в источнике регулируемого напряжения, содержащем мостовой полууправляемый выпрямитель, выполненный на тиристорах и диодах, соединенный с сетью переменного тока и нагрузкой; систему управления и датчик обратной связи, соответственно подключенные к сети и системе управления, мостовой полууправляемый выпрямитель выполнен m-фазным, а система управления содержит m входных диодов, подключенных к m фазам сети и соединенных последовательно с резистором и стабилитроном, имеющим общую точку с катодами тиристоров; три последовательно соединенные между собой
транзисторные цепочки, содержащие транзистор и резисторы; конденсатор, соединенный с выходом 2-ой и со входом 3-ей транзисторных цепочек; а выход 3-ей транзисторной цепочки через резисторы соединен с управляющими электродами тиристоров мостового полууправляемого выпрямителя; корректирующую RC-цепь, подключенную к 1-ой транзисторной цепочке, соединенной с датчиком обратной связи.
Отличительной особенностью полезной модели является то, что упрощение, повышение надежности и расширение функциональных возможностей достигается за счет создания бестрансформаторной системы управления, выполненной с общей точкой катодной группы тиристоров и стабилитрона, подключенного через резистор и диоды к m-фазной сети переменного тока. При этом управляющие электроды тиристоров через резисторы подключены к базе однопереходного транзистора 3-ей транзисторной цепочки, которая вместе с двумя другими транзисторными цепочками соответственно подключены к стабилитрону, а транзистор 1-ой транзисторной цепочки, охваченный корректирующей RC-цепочкой, является ПИ-регулятором контролируемой выходной величины. Выходной величиной является выпрямленное напряжение или ток, в качестве датчиков обратной связи используются соответственно датчик напряжения, либо датчик тока, что расширяет функциональные возможности устройства, которое в этом случае выполняет роль соответственно регулятора напряжения, либо регулятора тока. Заявляемое устройство может быть
выполнено в одно-, двух- и трехфазном (в общем случае m-фазном) вариантах.
На фиг.2 приведена схема заявляемого устройства, где приняты следующие обозначения:
1 - мостовой полууправляемый m-фазный выпрямитель (может быть с нулевым диодом либо без него);
2 - зажимы сети переменного тока;
3 - нагрузка (R, RL или двигатель);
4 - система управления;
5, 6 - датчики обратной связи (соответственно датчик напряжения и датчик тока);
7...9 - сетевые зажимы системы управления 4;
10...13 - управляющие зажимы системы управления 4;
14 - входной зажим системы управления 4;
15 - входные диоды;
16, 19...21, 24, 25, 27...29 - резисторы;
17 - стабилитрон;
18 - транзистор;
22 - транзистор;
23 - конденсатор;
26 - транзистор;
30 - корректирующая RC-цепь;
26, 24, 25 - 1-ая транзисторная цепочка;
20, 21, 22 - 2-ая транзисторная цепочка;
18, 19 - 3-я транзисторная цепочка;
m - число фаз.
На фиг.2, а изображено устройство для трехфазного мостового полууправляемого выпрямителя (m=3) с обратной связью по напряжению или по току (пунктир). На фиг.2, б приведено устройство с m=2 и обратной связью по напряжению (по току пунктиром), где транзистор 1-ой транзисторной цепочки подключен через датчик напряжения в виде RC-фильтра к отрицательному полюсу полууправляемого выпрямителя.
В предлагаемом устройстве мостовой полууправляемый выпрямитель 1 соединен с зажимами сети переменного тока 2 и нагрузкой 3, управляющие цепи тиристоров выпрямителя 1 и зажимы сети 2 подключены к системе управления 4, вход которого через соответствующий датчик обратной связи 5 или 6 соединен с нагрузкой 3, система управления 4 через точки 7-14 соединена с мостовым полууправляемым выпрямителем 1. Сетевые зажимы 2 через точки 7 и 8 подключены к диодам 15, резистору 16 и стабилитрону 17, параллельно которому включены три транзисторные цепочки с транзисторами 18, 22, 26 и резисторами 19-21, 24, 25, 27-29, при этом в цепи транзистора 26 включена корректирующая RC-цепь 30.
Устройство (фиг.2, б) работает следующим образом.
При появлении положительного напряжения на переходе «анод-катод» тиристора, у которого потенциал анода в данный момент времени наибольший через соответствующий диод 15 и резистор 16 на стабилитрон
17 поступает это напряжение, которое им ограничивается. Данное напряжение является источником питания системы управления 4, вырабатывающей импульсы управления тиристорами. При достижении напряжения на конденсаторе 23 величины пробоя транзистора 18 по цепи «эмиттер-база1» через резисторы 28 протекает ток, отпирающий тиристор с наибольшим положительным анодным потенциалом. Ток заряда конденсатора 23 определяется состоянием транзисторов 22 и 26. Последний за счет RC-цепочки 30 выполняет роль ПИ-регулятора. Задающий сигнал определяется резистором 27, а сигнал обратной связи - резистором 29.
d
d
На фиг.2, а для системы управления 4 показаны точки 7-14, расшифровка которых представлена на фиг.2, б. В предлагаемом устройстве предусмотрены два вида отрицательных обратных связей: обратная связь по напряжению (датчик 5) и обратная связь по току (датчик 6), при этом используется по выбору потребителя один вид обратной связи. Датчики включены так, что их подключение к входу системы управления 4 осуществляется относительно общей точки 13 со знаком минус. Обратная связь обеспечивает поддержание заданной резистором 27 величины напряжения U или тока I на выходе 1. Датчик 5 за счет конденсатора фильтра обеспечивает сохранение информации в цепи обратной связи в моменты нулевого значения пульсирующего напряжения на выходе 1. При отсутствии указанного конденсатора исчезала бы обратная связь в моменты сравнения задающего сигнала и обратной связи по напряжению и нарушалось бы нормальное функционирование (регулируемость)
выпрямителя 1. При работе предлагаемого устройства с датчиком тока 6 в режиме непрерывного тока, что имеет место при RL - нагрузке, обратная связь по току носит непрерывный характер (без потери информации в момент нулевого значения пульсирующего напряжения на выходе 1), что исключает необходимость применения RC - фильтра в цепи датчика обратной связи.
Источники известности:
[1] А.Г.Иванов, Х.А.Насибулин. Способ для управления вентильным преобразователем для частичного регулирования тока в индуктивно-активной нагрузке, А.с. №608251, Бюл. №19, опубл. 25.07.78.
[2] Г.И.Андреев, В.А.Найдис. Электроприводы с полупроводниковым управлением. Системы постоянного тока с кремниевыми выпрямителями. Изд-во «Энергия», Москва, 1967 г. стр.70-72.