БЛОК ПИТАНИЯ С ТОКОВЫМ ВХОДОМ
POWER SUPPLY WITH CURRENT INPUT

Изобретение относится к электротехнике, в частности к блокам питания микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики, и может найти применение в реализации блоков питания при организации питания устройств от фазных токов.
Достаточно часто распределительные устройства и трансформаторные подстанции не имеют отдельно выделенной цепи напряжения оперативного питания микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики. В таком случае питание устройств защиты организуется от цепей токовых трансформаторов фаз, обычно для этого используют трансформаторы тока, установленные на шине фазы A и шине фазы C.
Известен блок питания, имеющий в том числе токовый вход, содержащий входной трансформатор тока, первичная обмотка которого соединена со вторичной обмоткой фазного трансформатора тока трансформаторной станции (либо распределительного устройства), вторичная - со входом двухтактного выпрямителя, который нагружен через разделительный диод на емкостной фильтр и при этом соединен с параллельно включенным силовым транзистором, силовой транзистор управляется схемой управления, информационный вход которой соединен с емкостным фильтром (Блок питания БПК-001, ОАО "ВНИИР", г. Чебоксары - http://www/naladka.by/?id:=259). Данный блок устанавливается на каждый микропроцессорный терминал релейной защиты, имеет массогабаритные характеристики, схожие с характеристики собственно микропроцессорного терминала.
Известно также устройство Орион-БП-2 (Захаров Ο.Γ. Источники питания для схем с цифровыми устройствами релейной защиты, стр. 18-19), представляющее собой источник питания с токовым входом, структура построения которого аналогична блоку питания БПК-001. Это устройство так же, как и вышеуказанное, имеет большие габариты.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является известный источник питания БПК-4 (Захаров О.Г. Источники питания для схем с цифровыми устройствами релейной защиты, стр. 14-15), выполненный в соответствии с техническим решением по патенту РФ 2216844. Этот источник содержит входной трансформатор тока, соединенный со вторичной обмоткой фазного трансформатора тока, установленного на фазной шине, и являющийся элементом электрооборудования трансформаторной подстанции; двухполупериодный выпрямитель, вход которого соединен со вторичной обмоткой входного трансформатора тока; силовой транзисторный ключ, соединенный своими силовыми выводами параллельно выходу двухполупериодного выпрямителя; схему управления, разделительный диод и емкостной фильтр; разделительный диод, анодом соединенный с плюсовым выходом двухполупериодного выпрямителя, катодом - с конденсатором емкостного фильтра; в котором, кроме того, информационный вход схемы управления соединен с конденсатором емкостного фильтра, а выход управления - с управляющим электродом силового транзистора.
Принцип работы известного блока питания БПК-4 состоит в следующем. Допустим, что в исходном состоянии конденсатор емкостного фильтра разряжен и на нем отсутствует напряжение. В этом случае схема управления не выдает на силовой транзистор управляющее напряжение и транзистор закрыт, т.е. через его силовые выводы не протекает ток. При протекании тока в фазной шине установленный на ней трансформатор тока формирует в своей вторичной обмотке ток, который поступает в первичную обмотку входного трансформатора тока рассматриваемого устройства. Через двухполупериодный выпрямитель, разделительный диод и обкладки конденсатора емкостного фильтра начинает протекать ток заряда конденсатора, напряжение на нем, соответственно, начинает увеличиваться. В некоторый момент времени напряжение на конденсаторе достигает уровня срабатывания схемы управления, которая выдает управляющий сигнал на управляющий электрод силового транзистора, переводя его в открытое состояние, т.е. в состояние, при котором через силовые выводы транзистора протекает ток, и выход двухполупериодного выпрямителя шунтируется силовым транзистором. Это приводит к тому, что прекращается протекание зарядного тока конденсатора, напряжение на нем перестает расти и через некоторое время начинает уменьшаться из-за токов саморазряда конденсатора и тока нагрузки, подключенной параллельно конденсатору емкостного фильтра. Разряду конденсатора при замкнутом силовом транзисторе препятствует разделительный диод.
Через некоторое время напряжение на конденсаторе емкостного фильтра снизится настолько, что вновь сработает схема управления и закроет силовой транзистор, восстановив тем самым цепь заряда конденсатора емкостного фильтра. Напряжение на конденсаторе емкостного фильтра вновь начнет увеличиваться, и описанный процесс ограничения напряжения на конденсаторе вновь повторится.
Этому известному источнику питания также свойственны недостатки рассмотренных выше технических решений - применение входных трансформаторов тока приводит к увеличению габаритов, такие блоки питания часто рассчитаны на обслуживание нескольких микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики, что в некоторых случаях является неприемлемым как по экономическим соображениям, так и по условиям размещения и надежности. Обеспечение индивидуальным питанием от токовых цепей подстанций каждого микропроцессорного устройства повышает надежность защиты энергетического распределительного оборудования, однако решение этой задачи известными техническими решениями связано с увеличением затрат.
Задачей предлагаемого изобретения является удешевление и уменьшение габаритов.
Поставленная задача достигается тем, что в качестве входного трансформатора тока использован фазный трансформатор тока трансформаторной подстанции, при этом силовой ключ включен параллельно входу двухполупериодного выпрямителя, а в качестве силового ключа использован симметричный тиристор, при этом схема управления выполнена в виде цепи из последовательно включенных токоограничивающего резистора и порогового элемента, например симметричного стабилитрона либо симметричного супрессора, соединенной одним концом со входом двухполупериодного выпрямителя, другим - с управляющим электродом тиристора.
На фиг. 1 представлена функциональная схема заявленного блока питания.
Предлагаемый блок содержит (фиг. 1) силовой ключ 1, в качестве которого использован симметричный тиристор; схему 2 управления в виде цепи из последовательно соединенных токоограничительного резистора 3 и симметричного стабилитрона (либо симметричного супрессора) 4; двухполупериодный выпрямитель 5; емкостной фильтр 6; разделительный диод 7, включенный в прямом направлении между положительным выводом выпрямителя и положительным выводом емкостного фильтра 6. Силовой ключ 1 включен силовыми выводами параллельно входу двухполупериодного выпрямителя 5. Параллельно силовым выводам силового ключа 1 подключена цепь из последовательно соединенных токоограничительного резистора 3 и симметричного стабилитрона (либо супрессора) 4, второй конец которой соединен с управляющим электродом симметричного тиристора силового ключа 1. Выводы силового ключа 1 являются входом предлагаемого блока питания, клеммы емкостного фильтра 6 - выходом блока питания. Для гальванической развязки с нагрузкой могут быть применены известные преобразователи постоянного напряжения в постоянное на основе малогабаритных импульсных трансформаторов (условно не показано).
В качестве симметричного тиристора 1 может быть применен серийно выпускаемый симмистор типа ТС132-80-10 Запорожского завода "Преобразователь". В качестве двухполупериодного выпрямителя 5 может быть применена монолитная диодная сборка, выпускаемая серийно, например - KBU10M фирмы CrownpoTechnology; в качестве емкостного фильтра 6 может быть применен, например, серийно выпускаемый электролитический конденсатор типа TKR101M2GL35M фирмы Jamicon; в качестве разделительного диода 7 может быть применен полупроводниковый диод типа BYV26E фирмы Vishay, анод которого соединен с положительным выводом двухполупериодного выпрямителя 4, а катод - с положительным выводом электролитического конденсатора емкостного фильтра 6; в качестве остальных элементов могут применяться серийно выпускаемые элементы по прямому назначению.
Предлагаемый блок питания работает следующим образом.
Допустим, что вход устройства подключен ко вторичной обмотке фазного трансформатора тока и что ток в нем отсутствует. Тогда в исходном состоянии в устройстве не протекают токи и отсутствуют напряжения на выводах компонентов. В этом случае зарядный ток конденсатора емкостного фильтра 6 отсутствует, напряжение на конденсаторе фильтра практически равно нулю, схема управления 2 не пропускает ток в управляющий электрод симмистора 1, он находится в закрытом состоянии, т.е. ток через него не протекает. Напряжение на выходе устройства равно нулю.
Пусть в некоторый момент времени во вторичной обмотке фазного трансформатора тока появился ток. Так как силовой ключ 1 симметричного тиристора закрыт, этот ток пройдет через двуполупериодный выпрямитель 5, разделительный диод 7 в конденсатор емкостного фильтра 6, напряжение на котором начнет увеличиваться. Одновременно начнет увеличиваться напряжение и на силовых электродах ключа 1 и в цепи управления 2. В некоторый момент времени напряжение на цепи 2 управления достигнет уровня пробоя симметричного стабилитрона (либо симметричного супрессора), в результате чего в управляющий электрод симметричного тиристора 1 начнет протекать ток управления и он перейдет в открытое состояние, напряжение на его выводах упадет до малого уровня (от 2,2 до 2,5 B в зависимости от типа тиристора), симметричный стабилитрон (симметричный супрессор) прекратит пропускать ток в цепи 2 управления. Зарядный ток емкостного фильтра 6 прервется. Разделительный диод 7 предотвратит разряд емкостного фильтра 6 через цепь заряда. При смене полярности тока фазного трансформатора тока описанные процессы формирования зарядного тока емкостного фильтра 6 вновь повторятся.
Таким образом осуществляется непрерывное протекание тока фазного трансформатора, внешнего по отношению к предлагаемому устройству, с периодическим его переключением в цепь заряда емкостного фильтра 6, напряжение на котором будет поддерживаться и значение его будет определяться напряжением пробоя симметричного стабилитрона (симметричного супрессора).
Источники информации
1. http://www/naladka.by/?id=259
2. Захаров О.Г. Источники питания для схем с цифровыми устройствами релейной защиты. - М.: НПФ "Энергопрогресс", 2011. - С. 14-15.
3. Патент RU 2216844, H02M 7/12. Источник питания комбинированный / Езерский С.В., Миров А.В., Потапенко В.И., Алексеев Ю.А. - Опубл.: 20.11.2003. Бюл. №32.