Стабилизатор переменного напряжения

Союз Советских .СоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 890379иа делам изобретений и открытий(54) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ и 121,Изобретение относится к электротехни ке и может быт ь испол ьзовано в качестве источника питания для аппаратуры связи и автоматики.Известны устройства стабилизации переменного напрпжения. Наибольшее распространение имеют феррорезонансные и тиристорные стабилизаторы Я Однако феррорезонансные стабилиза- о 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 на- о пряжения, содержащий сетевой трансформатор с вольтодобавочной обмоткой, ключевой регулирующий элемент и интегрирующий фильтр с рекуперирующим устройством на входе 31.Недостатком этого стабилизатора является то, что интегрирующий фильтр подключен к сети через вторичную обмотку дополнительного трансформатора. Такое подключение имеет несколько отрицательных качеств эа счет того, цто последовательно с цепью нагрузки включена вторичная обмотка дополнительного трансформатора, обладающая активным и реактивным сопротивлением, велицина 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 вторицнуе еемотку проходит полный ток нагрузки, а с дру903794Устройство работает следующим образом.При подключении стабилизатора кпитающей сети напряжение на нагрузку 6 поступает через диагональ переменного тока дополнительного тиристорного моста, содержащего тиристоры2-5. В диагональ постоянного тока этогой стороны, он должен быть высокочастотным, так как цастота вольтодобавочных импульсов, поступающих на первицнуюобмотку, в 60-80 раз превышает частоту сети. Так как низкочастотный трансформатор запитывается по первичной обмотке от высокочастотного вольтодобавочного напряжения, то это приводит к знацительным потерям на перемагничивание ухудшает КПД стабилизатора.Целью изобретения является повышение КПД стабилизатора.Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе переменного напряжения, содержащем сетевой трансформатор с вольтодобавоцной 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 церез 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 мости ключевой регулирующий элемент под клюцена к упомянутому диоду в обратной полярности относительно его электродов.На цертеже приведена схема предлагаемого устройства.Стабилизатор состоит из сетевоготрансформатора 1, к части витков первичной обмотки которого через диагональ переменного тока дополнительноготиристорного моста, состоящего из тиристоров 2-5 подключена нагрузка 6,зашунтированная конденсатором 7, Параллельно вольтодобавоцной обмоткесетевого трансформатора подключеныконденсатор 8 и выпрямительный мост9, диагональ постоянного тока которого через транзистор 10 в обратной полярности подклочена к рекуперирующему диоду 11, который, в свою очередьцерез дроссель 12 подключен к диагонали постоянного тока дополнительноготиристорного моста, управляющие входы которого подключены к выходу схемысинхронизации 13. Режим работы силового транзистора определяется схемойуправления 14,5 1 О 15 ю 25 эо 35 4 О 5 5 О 55 го моста включена цепоцка, состоящаяиз последовательного соединения рекуперирующего диода 11 и дросселя 12Допустим, цто в данный момент времени полярность сетевого напряжения соответствует обозначенной на чертежебез скобок. В этом случае схема синхронизации 13 открывает тиристоры 2и 5 и напряжение на нагрузку поступает через тиристор 2, дроссель 12,диод 11, тиристор 5 и цасть витков первичной обмотки сетевого трансформатора 1. В первый момент времени после включения силовой транзистор закрыт, и величина напряжения на нагруз ке несколько ниже, цем напряжение питающей сети за счет использования автотрансформаторной отпайки сетевоготрансформатора,Схема управления 14, представляющая собой широтно-импульсный модулятор, частота следования импульсовкоторого неизменна, а скважность может изменяться в широких пределах,нацинает вырабатывать управляющие импульсы, поступающие на базу силовоготранзистора 10, и он открывается. Приоткрывании транзистора 10 напряжение,снимаемое с вольтодобавоцной обмоткитрансформатора 1 через выпрямительныймост 9 прикладывается к рекуперирующему диоду 11 в обратной полярностиотносительно его электродов, и он закрывается. В этом слуцае на нагрузкупоступает напряжение, равное сумменапряжения сети и напряжения вольтодобавочной обмотки трансформатора 1,и напряжение на нагрузке возрастает.Форма напряжения, поступающего навход инте грирующе го фильтра, согтоящего из последовательного соединениядросселя 12 и конденсатора 7, параллельно которому установлена нагрузка 6, представляет собой синусоидальное напряжение сети, уменьшенное наопределенную величину за счет использования автотрансформаторной атпайки,на которое наложены импульсы напряжения, величина которых соответствуетнапряжению вольтодобавоцной обмотки трансформатора 1, зашунтированной конденсатором 8, а длительность определяется схемой управления 14.Интегрирующий фильтр предназначендля сглаживания высокоцастотной составляющей выходного напряжения, обусловленной ключевой работой силовоготранзистора 10. Когда силовой транзистор 10 закрывается, рекуперациянакопленной в электромагнитном поледросселя за время импульса энергииосуществляется через диод 11, открытые в этот момент времени тиристорыдополнительного моста, внутреннее сопротивление сети и нагрузку. Частотаработы широтно-импульсного модулятора схемы управления 14 превышает частоту сети в 60-80 раз, следовательно, для сглаживания высокочастотнойсоставляющей выходного напряжения необходима незначительная установленнаямощность элементов интегрирующегофильтра.При уменьшении сетевого напряжения или увеличения тока нагрузки схема управления укорацивает длительность паузы силового ключа и увеличивает длительность токового импульсачерез него. Транзистор 10 более длительное время за период коммутацииостается. открытым и напряжение на нагрузке возрастает. С увелицением сетевого напряжения длительность импульса через транзистор укораци вается, и напряжение на нагрузке падает.Таким образом можно регулировать выходное напряжение стабилизатора вшироких пределах или поддерживать егопостоянным, При изменении полярностисетевого напряжения (показано в скоб"ках), схема синхронизации 13 открывает тиристоры 3 и 4, а тиристоры 2 и 5:закрываются. Стабилизатор работаетаналогично описанному, но на нагрузке в это время Формируется другаяполуволнасетевого напряжения. Конденсатор 8 установлен для подавленияЭДС самоиндукции вольтодобавоцной обмотки трансформатора 1, возникающейпри работе силового транзистора 10 ввысокочастотном клюцевом режиме.Таким образом, повышение КПД стабилизатора достигается за сцет того, что силовой ключ работает на постоян. ном (по направлению) напряжении, а рекуперация накопленной в дросселе энергии осуществляется автоматически 0379 Ьчерез рекуперирующий диод 11 при закрывании ключевого транзистора.Применение дополнительного моста,выполненного на тиристорах 2-5, исключает зависимость работы рекупервтораот сдвига фаз между током и напряжением в сети или нагрузке, а также зависимость величины выходного напряжения от нагрузки. Кроме того, даже10 при случайном одновременном открывании двух тиристоров 2 и 4 или 3 и 5в цепи вольтодобавочной обмотки транс"форматора 1 короткого замыкания невозникает, так как последовательно с5 тиристорами и вторичной обмоткойвключен дроссель интегрирующего Фильтра 12, который ограничивает во времяимпульса ток через силовой транзистор до безопасной величины,20формула изобретенияСтабилизатор переменного напряже- И ния, содержащий сетевой трансформатор с вольтодобавоцной обмоткой ключевой регулирующий элемент и интегрирующий фильтр с рекуперирующим устройством на входе, о т л и ч а ю 30 щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД, выходные выводы для подключения нагрузки соединены с частью витковпервичной обмотки сетевого трансформатора через диагональ переменноготока дополнительно введенных тиристорно го моста, и схемы е го синхронизации, а в диагональ постоянного тока упомянутого моста включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных диода и дросселя, при этомвольтодобавоцная обмотка сетевоготрансформатора зашунтирована конденсатором и через выпрямительный мости ключевой регулирующий элемент подклюцена к упомянутому диоду в обратной полярности относительно его электродов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе ф 0 1. Авторское свидетельство СССР И 165197, кл. С 05 Г 1/10, 963 2, Авторское свидетельство СССР Ю 302696, кл. С 05 Г 1/10, 1967 Авторское свидетельство СССР Мф 449338, кл. С 05 Е 1/40, 192890379 ювказ 11006/7 ПодписноеСССР 8 Тираж 913ВНИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Составитель Ю,Андреев едактор М.Недолуженко Техред И.Нинц Корректор С. Шеки