Токовой источник питания

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОУСКОМУ СВИДЕПЛЬСТВУ Союз Советскик Социаяистическик Республик(22) Заявлено 210776 (21) 2389762/24-07с присоединением заявки Йо(51 М г Н 02 И 7/12 Государственный комитет СССР ио дедам изобретений и открытий(54) ТОКОВЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ 1Изобретение относится к электротехнике и предназначено для питания устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики.Известны токовые источники питания, применяющиеся при защите энергосистем переменного тока, обеспечивающие поддержание стабильного выходного напряжения в широком диапазоне изменения первичного тока 11 .10Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является токовый источник питания, содержащий последовательно 15 соединенные, по крайней мере, один трансформатор тока и выпрямитель напряжения, к выходу которого подключены соединенные параллельно между собой ограничитель напряже ния, накопительный элемент, параметрический стабилизатор напряжения и выходной вывод для подключения на- . грузки, а также выходной вывод для подключения цепей питания и смеще ния схем управления нагрузкой 2,В известных источниках питания возможны провалы напряжения на выходных выводах, обусловленные переходными процессами в силовых цепях 30 электроэнергетических установок при их включении. Кроме того, они имеют значительные габаритные размеры из-за большой емкости накопительных элементов и их значительного количесчва, а также ввиду большой утечки зарядного тока в установившемся режиме. Наличие значительного количества линейных резисторов в рабочих цепях накопительного элемента снижает его КПД.Цель изобретения - повышение стабильности напряжения для цепей питания и смещения схем управления нагрузкой, увеличения КПД источника и уменьшения его габаритных размеров.Это достигается тем, что в токовый источник питания введена цепь подгрузки трансформатора тока с управляемям нелинейным элементом и узлом управления указанного нелинейного элемента. При этом управляеьый нелинейный элемент указанной цепи подгрузки, подключенной параллельно накопительному элементу, подсоединен к выходному выходу для подключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой. Кроме того, в цепь параметрического стабилизатора, состоящего из.стабилизатора и ограничи 736299вающего резистора, включен междуукаэанными элементами дополнительныйстабилитрон, а накопительный элементдля обоих выходных выводов источникасостоит из одного конденсатора. Цепьподгрузки трансформатора тока с управ;ляемым нелинейным элементом состоити з двух соедин ен ных между собой линейных резисторов и подключенногок ним коллектором транзистора и-р-итипа проводимости. Эмиттер транзистора р-п-р типа проводимости узлауправления, базоэмиттерный переходкоторого зашунтирован диодом, соединен с общей точкой резистора и стабилитрон а параметрического ст абили з атора, а база подключена через дополнительно введенную параллельную ВС-цепьк общей точке стабилитронов указанного стабилизатора, соединенной с выходным выводом для подключения цепейпитания и смещения схем управлениянагрузкой, котОрый подключен через6вновь введенный диод к коллекторутранзистора п-р-п типа проводимостицепи подгрузки трансформатора тока,Общая точка резисторов цепи подгрузки трансформаторов тока подключеначерез вновь введенные последовательносоединенные стабилитрон и резисторк базе транзистора р-и-р типа проводимости узла управления,На чертеже приведена принципиальная электрическая схема токового пи.тания.Источник питания содержит трансФорматор тока 1, выпрямитель 2, ограничитель напряжения 3 накопительный элемент 4, параллельно котороьгуподключена цегь подгрузки последовательно включенных транзистора 5 инагрузочных резисторов б и 7.Транзистор 5 управляется устройством управления, основной элементкоторого - транзистор 8, имеющий двебазовые цепи. Резистор 9 и шунтирующий его конденсатор 10 являются элементами одной базовой цепи, а стабилитрон 11 и последовательно включенный с ним резистор 12 - элементывторой базовой цепи. Диод 13 шунтирует базоэмиттерный переход транзистора 8, Напряжение цепей питанияи смещения схем управления нагрузкойобеспечивают параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне 14и последовательно включенные стабилитрон .15 и резистор 16. Транзистор5 шунтирует. через диод 17 выходнойвывод для подключения цепей питанияи смещения схем управления нагрузкой.Источник питания работает следующим образом.Вторичный ток трансформатора тока1 выпрямляется выгрямителем 2 и заряжает накопительный элемент 4, Частьюэтого тока, протекающего через резистор 16, базоэмиттерный переход транзистора 8, параллельную ВС-цепь(В - 9;С - 10) и нагрузку, открываетсятранзистор 8. Ток, протекающий поколлекторной цепи транзистора 8 вбазу транзистора 5, открывает и на -сыщает транзистор 5, который шунтирует выходной вывод для подключенияцепей питания и смещения схем управления нагрузкой через диод 17. Напряжение на указанном выходном вывоце, подключенном к выходу параметрического стабилизатора, равно суммар -ному падению напряжения на насыщенном транзисторе 5 и открытом диоде17.С момента насыщения транзистора5 по его коллекторной цепи черезрезисторы б и 7 протекает значитель -ная часть вторичного тока, в результате чего накопительный элемент 4заряжается разностью вторичного токаи тока коллекторной цепи транзисто О ра 5, Можно рассчитать параметрыэлементов коллекторной цепи и цепиуправления транзистора 5 таким образом, что напряжение на накопительном элементе 4 достигает заданного, 75 если вторичный ток оказывается неменее номинального. Как только приноминальном вторичном токе накопительный элемент 4 заряжается донапряжения при котором параметрический стабилизатор напряжения обеспечивает номинальный ток, пробивается стабилитрон 11. Б результате набазу транзистора 8 подается черезстабилитрон 11 и резистор 12 положительное смещение, которое уменьшает ток базы транзистора 8, Закрытие транзистора 8 вызывает закрытиетранзистора 5, Этот процесс протекает лавинообразно, за счет действияположительной обратной связи поцепи; резистор 6 - стабилитрон 11резистор 12. Конденсатор 10 необходим для обеспечения этого процесса до момента закрытия диода 17,После закрытия транзисторов 8 и 5ток в нагрузку протекает по двумцепям: резистор 7 - стабилитрон 11резистор 12 - диод 13 - стабилитрон15 - и через резистор 16 - стабилит -рон 15, Через резистор 9 протео кает незначительный ток. С моментапереключения транзисторов 5 и 8весь вторичный ток за вычетом токапараметрического стабилизатора заряжает накопительный элемент 4, Приего заряжении до напряжения уставкисрабатывает ограничитель 3, В течениекаждого полупериода, когда вторичныйток меньше тока параметрического стабилизатора, питание последнего осуществляется за счет энергии накопи - 6 О тельного элемента, Это вызываетуменьшение его напряжения и от ключе -ние ограничителя 3. Когда вторичныйток по мере своего нарастания лости -гает тока параметрического стабилн затора, то процесс подзаряла нако73 б 299 20 60 пительного элемента 4 до напряженияуставки с последующим включениемограничителя 3 повторяется. При срабатывании защиты накопительный элемент 4 разряжается на обмотку отключающего электромагнита устройства защиты. При уменьшении напряжения нанакопительного элемента 4, вызванного либо разрядом на обмотку отключающего электромагнита, либо отключениемисточника, падение напряжения надиоде 13 уменьшается, При определенном напряжении на накопительном элементе 4, если ток параметрическогостабилизатора равен номинальному,падение напряжения на диоде 13 поменяет знак (параметры, соответствующие указанному условию можно рассчитать). В результате диод 13 закрывается, а транзистор 8 и управляемый им транзистор 5 открываются, Процесс переключения транзистора 5 из запертого состояния в состояние насыщения протекает лавинообразно за счетположительной обратной связи по цепи резистор 12 - стабилитрон 11 - резистор бНасыщенный транзистор 5 через диод 17 шунтирует вновь выходной вывод для подключения цепей питания и смещения схем управления. Параметры схемы можно выбрать с целью обеспечения релейного режима: переключение транзистора 5 из одного состояния в другое происходит ири разном напряжении на накопительном элементе 4.Таким образом; использование в источнике питания в течение переходного процесса установления напряжения на накопительном элементе цепи подгрузки, состоящей иэ двух последо. вательно соединенных линейных резисторов и подключенного коллектором управляемого нелинейного элемента, 40 шунтирующего через диод выходной вывод дляподключения цепей питания и смещения схем управления нагрузкой,обеспечивает мгновенное установление напряжения на выходе параметрического стабилизатора при заданном (ноьщнальном) токе силовых цепей электроустановок, При этом повышаетсястабильность напряжения источника,а в результате - надежность устройств орелейной защиты. Ввиду отсутствиярезисторов в цепи подзаряда накопительного элемента при установившемсярежиме повышается КПД источника питания, Габаритные размеры источникапитания уменьшаются из-за использо 55вания трансформаторов тока меньшеймощности и отсутствия сглаживающихконденсаторов,Формула изобретения 1, Токовый источник питания, содержащий последовательно соединенные,и" крайней мере, один трансформатор тока и выпрямитель напряжения, квыходу которого подключены соединенные параллельно между собой ограничитель напряжения, накопительный элемент, параметрический стабилизаторнапряжения и выходной вывод для подключения нагрузки, а также выходнойвывод для подключения цепей питанияи смещения схем управления нагруз-.кой, о т л и чающий с я тем,что, с целью повышения стабильностинапряжения для цепей питания и смещения схем управления нагрузкой,увеличения КПД источника и уменьшения его габаритных размеров, внего введена цепь подгрузки трансформатора тока с управляемым нелинейным элементом и узел управления укаэанного нелинейного элемента,причем управляемый нелинейный элемент указанной цепи подгрузки, подключенный параллельно накопительномуэлементу, подсоединен к выходномувыводу для подключения цепей питания и смещения схем управлениянагрузкой. 2, Токовый источник по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что в цепь параметрического стабилизатора, состоящего из стабилитрона и ограничивающего резистора, включен между указанными элементами дополнительный стабилитрон, а накопительный элемент для обоих выходных выводов источника состоит из одного конденсатора3, Токовый источник по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что цепь подгрузки трансформатора тока с управляемым нелинейным элементом состоит из двух соединенных между собой линейных резисторов и подключенного к ним коллектором транзистора и-р-и типа проводимости 4. Токовый источник по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что эмиттер транзистора р-п-р.типа проводимости узла управления, базоэмиттерный переход которого эашунтировандиодом, соединен с общей точкой резистора и стабилитрона параметрического стабилизатора, а база подключена через дополнительно введенную параллельную кС-цепь к общей точкестабилитронов укаэанного стабилизатора, соединенной с выходным выводом для подключения цепей питанияи смещения схем управления нагрузкой,который подключен через вновь введенный диод к коллектору транзистора п-р-п типа проводимости цепи подгрузки трансформатора тока, а общаяточка резисторов цепи подгрузкитрансформаторов тока подключена через вновь введенные последовательносоединенные стабилитрон и резисторк базе транзистора р-п-р типа проводимости узла управления,736299 Составитель С. СиткоТехред Н.Бабурка Корректор Е. Папп Редактор Н. Воликова Заказ 2440/44 Тираж 783 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий 11 30 35, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Могилевский Г.В. и др. Бесконтактный расцепитель максимального тока для селективных автоматических выключателей переменного тока -Труды ВНИИэлектроаппарат, М.,Энергия, 19 70, с. 1 7-22, рис, 1.2. Комплектное устройство максимальной токовой защиты типов КМТЗ и КМТЗ- Техническое описание 5 и инструкция по эксплуатации,1973, ОЛХ.140,020, лист 12, рис. 1и 2.