Источник электроэнергии постоянного тока
Сущность изобретения: устройство содержит генератор постоянного тока, с обмоткой возбуждения, зашунтированной гасящим диодом, основной и вспомогательный тиристоры, датчик девиации напряжения генератора постоянного тока, генератор пилообразного напряжения, транзисторный ключ, компаратор, одновибраторы, D-триггеры, RS-триггер. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 P 9/30
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4922240/07 (22) 16.03.91 (46) 30.06.93. Бюль 24 (71) Пермский политехнический институт (72) Ю.Н.Хижняков (56) Авторское свидетельст во СССР
М 462262, кл. Н 02 P 9/30, 1975.
Авторское свидетельстю СССР
I4 1403336, кл. Н 02 P 9/30, 1986. (54) ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Изобретение относится к электротехнике, а именно к управляемым генераторным источникам электроэнергии постоянного тока.
Целью изобретения является повышение надежности путем исключения срывов в переключении тиристоров устройства.
Цель достигнута в источнике электроэнергии постоянного тока, "минусовый силовой вывод которого соединен с катодами основного и вспомогательного тиристоров, а "плюсовой" силовой вывод связан через обмотку возбуждения генератора постоянного тока, зашунтированную гасящим диодом, с анодом основного тиристора и первым выводом конденсатора, через первый резистор — с анодом вспомогательного тиристора и вторым выводом конденсатора, датчик девиации напряжения генератора постоянного тока, подключенный входом между "минусовым" и "плюсовым силовыми выводами генератора постоянного тока, а выходом — к входу блока управления тиристорами, прямой и инверсный выходы которого связаны соответственно с цепямы
„, Ы„, 1824664 А1 (57) Сущность изобретения: устройство содержит генератор постоянного тока, с обмоткой возбуждения, зашунтированной гасящим диодом, основной и вспомогательный тиристоры, датчик девиации напряжения генератора постоянного тока, генератор пилообразного напряжения, транзисторный ключ, компаратор, одновибраторы, 0-триггеры, RS-триггер. 4 ил. управления основного и вспомогательного тиристоров.
Новым в источнике является то, что введены второй резистор, силовой транзисторный ключ, первый одновибратор с длительностью импульса, превышающий минимальную величину длительности открытйя вспомогательного тиристора, при которой происходит срыв в переключении тиристоров, второй одновибратор с длительностью импульса, большей длительности импульса первого одновибратора, два
О-триггера, ЯЗ-триггер, блок управления тиристорами выполнен в виде генератора пилообразного напряжения и компаратора, причем компаратор подключен первым входом к выходу датчика девиации напряжения генератора постоянного тока, а вторым — к выходу генератора -пилообразного напряжения, прямым и инверсным выходами— соответственно к прямому и инверсному выходам блока управления тиристорами, прямым выходом соответственно через первый и второй одновибраторы к 0-входам первого и второго О-триггеров, инверсным выхо1824664 дом к синхровходам С первого и второго
О-триггеров, RS-триггер соединен R-входом с прямым выходом первого О-триггера, $входом — с инверсным выходом второго Ртриггера, а выходом — с цепью управления силового транзисторного ключа, подключенного силовой цепью через второй резистор между первым выводом конденсатора и катодами тиристоров, Введение силового транзисторного ключа позволяет автоматически бесконтактно корректировать неполный приток (ток, протекающий в обмотке возбуждения генератора постоянного тока независимо от работы симметричного тиристорного триггера).
Генератор пилообразного напряжения вырабатывает однополярный линейно изменяющейся сигнал треугольной формы с параметрами 2Агл и Ттл, где 2Am — двойная амплитуда сигнала генератора; Trn — его период. Амплитуда 2Am и период Trn выбираются из условия подавления собственных автоколебаний в системе согласно выражениям:
2Агл > 2Ааат
1 . 1
frn (3 4) ват1 ват р — frn «л—
Для формирования ШИМ-сигнала вводится компарэтор аналогового типа, у которого один вход соединен с выходом датчика девиации напряжения генератора постоянного тока. Компаратор линейно преобразует разность между заданным и текущим напряжениями в длительность импульсов, следующих с частотой генератора пилообразного напряжения. Первый одновибратор формирует периодическую последовательность импульсов длительностью f», превышающей минимальную величину длительности открытия вспомогательного тиристора, при которой происходит срыв в переключении тиристоров или 11зад в 0,15Ттл. Второй одновибратор формирует периодическую последовательность импульсов ДЛИтЕЛЬНОСтЬЮ t2saq, бОЛЬШЕй ДЛИтЕЛЬНОСтИ цзад, например цзад - 0.85Ттл. Первый универсальный D-триггер фиксирует состояние (срабатывает), когДа t n 11зад. Второй универсальный 0-триггер фиксирует состояние (срабатывает), когДа тимп = т2зад Анод гасящего диода 3 через резистор 40 13 и транзисторный ключ 14 соединен с ка тодами тиристоров 5, 6. Выход генератора пилообразного напряжения 12 соединен с одним из входов компаратора 15, второй вход которого соединен с выходом датчика 45 девиации 11, прямой выход компаратора 15 соединен с входами одновибрэторов 16, 17 и с управляющим электродом тиристора 5, а инверсный — с синхровходами С универсальных D-триггеров 18, 19 и с управляю50 щим электродом тиристора 6. Прямые выходы одновибраторов 16, 17 соединены соответственно c D-входами D-триггеров 18, 19. Прямой выход триггера 18 соединен с R-входом RS-триггера 20. Обратный выход триггера 19 соединен c S-входом триггера 20. Блок управления 21 объединяет собой генератор пилообразного напряжения 12 и компаратор 15. RS-тригер формирует сигнал управления силового транзисторного ключа, т.е. отKpbl88eT кЛЮч, когда Qvn — t2sag, Э закрывает его при Ъмп %11зад ВыбоР значений 11зад и 12зад сделан из условия уверенного заряда конденсатора гашения при работе симметричного тиристорного триггера под нагрузкой, что обеспечивает устойчивость переключения тиристоров устройства. На фиг.1 приведена принципиальная схема источника электроэнергии постоянного тока; на фиг.2 — принципиальная схема одновибратора; на фиг.3 а, б, в — временные диаграммы работы источника; на фиг.4— эпюры импульсов управляющего воздействия. Источник электроэнергии постоянного тока (фиг,1) содержит генератор постоянного тока 1 с обмоткой возбуждения 2, шунтируемой гасящим диодом 3, которая является нагрузкой симметричного тиристорного триггера с емкостным гашением 4. Симметричный тиристорный триггер 4 содержит основной тиристор 5, вспомогательный тиристор 6, конденсатор 7, резистор 8, Основной тиристор 5 шунтирован раэмыкающим контактом 9 реле возбуждения 10. "Минусовый" силовой вывод генератора постоянного тока 1 соединен с катодами тиристоров 5, 6 и с одним входом датчика девиации 11. "Плюсовой" силовой вывод генератора 1 соединен с другим из входов датчика девиации 11. Исто>(н((к з>1екГРОсн(Р!Гии ((>IcTo(>;4>30> o тока работает следу(ощим образом. При запуске генера)ора 1 реле 10 не возбуждено. За счет ())yHT(npoffaHHR размькающим контактом 9 тиристора г), генератор 1 возбуждается. Ча нача>(ь(4ой) с1ад(4:, в збуждения генератора 1 сигналов управления для открытия тиристоров 5, 6 нет и последние закрыты. При достижении напряжения генератора Ur = 0,70звд срабатывает реле возбуждения 10 и размыкае- свой контакт 9. С этого момента времени )лок управления берет на себя фу(>к((ии упра:»)ения генератором 1, Под действием генератора: иле ",р;.зного напряжения 12 собс); ен (ы. ав) к<>-, О а Н И Я В С И С Т Р г (Е (1».>, 1» (. Л Я I, 1 T . . 3 . ( присутствуют только г)ынужден>!ы! .,i!а(13 НИЯ С ПЕРИОДОМ ТГГ,. (()(гПС,Л (а П ЛС ; выходе компаратора 1 .—, О(". IIEp,I f0(4 п.:: ..ОДИЧЕСКаЯ ((ОГ >3>С, >,()Ьа . ».>. 4Г I.; !0!)R „О, П»>,— ных импульсов дг>ите),I,.I(> ПЕрИОдОМ СЛЕдОВаН(1)1 Г гь К,т () (Е l ся на входы одноа(лопатор(.() (>, 1. >,л версном выходе ком((ар;I3 ITГ „ соответственно, фо(:ми()уе>ся ((„>...,:(:1С(<а>, ПОСТ>Е>.(1(3>)!, Л зн 0(.!! i! R > i(i Импу>.I.:. )В, ПарЕЛЧ л>;;, (О(с Ь ные f>„.- е(> .>„ы) ко>ор> ... -.апу,,. . ры 1(с, >>1 <)д>!Ор(!бг: >Topi : ) > : > ПОСЛЕ с((f- ° i; > >: >НГ";! Ь уi>iii; "!, „,>: с,, Л! . > —. (o I(...:ä -и .?зад. Пр> )>;с) i!Й (l Срс, д(>((X:4i-i » 3К:- . 4Е> тора 1(фи(..:.. )viF(.(1(.и; .,:();iл:1 1>в И>)4Пульсол (; ВЫХО,::1 VO -(,-.>р:; > >1;)> > 5 ((.>1(:КрГ>(с(мпул>.,СЫ(CO(3(E ъ)Лс>с" Г(с >. >т > ",, » . пульсами длительносгьх> .)()л и - . <0,(<)д (ОВИбратора17П (4Е О(>>:.(,>(:)(," С.с)" у . сами длительность(о т1,,((„() вибратора 16, что (риводит „()а(а).I(" ., D-триггера 19. ha прямом;.Ь(хс>(>: (.)-1(;: г ра 18 и инверсном выход D";р(4(.;.. >,. )-::1 прямом выходе D-триггер.. !< 1 (лн(..сл: )(-: ВЫХОДЕ 0-трИГГЕра 19 С(адуа . г... )", >О сохраняет состоян, ) RS-три! г;(». 2Г(При набросе бо; ьшик (a(pi: (к на «(:.;ратор 1 (фиг.Зб) ">4Hxp(;> >(1(» ; ь.(- („ ;».: Пада(ОТ Г» В()ама: i 1 I. >E> 4 1) Л > .,: оцновибратор0(1,, ",,: ..), ;., Оч Гывзнию D rj> 1 Па 1," i", . „. : ° )» > 1 (>> ИСХОДНОЕ СОСТОЯ(!, .. Нд P.! О ИНВ> :РС(!СМ I >:)ХОДI ((»lP> 4(> с»" С лог."1", ! Сточни(1) i) СО С! (i i Ii иа, (. > .) г >» ., >: >с >(1> (ас 8Kf (ОЧа((ИЮ . -1ЛО>)ОГ<> Т,:: с1З» : ()»: —,,), ) .>1> .) (i l4. Г(р э(0(I loI I; I;,,г(;!;,;; . (),;...,,-„ у В а Л И ; И > а Е т Г Я,,:. ((Л 1 > - Л;,, С.;:. (.1(с> (-> „Л (> <.. » Н..,IPWI EO!4 (>,))СО." = ..,:.»(;сь-.",:.:, . ЕН (()с» 1(.!I. (<Гi>< 10!i! 1, (>, >(((1(>т ()- 1 >,И(f > !) Iс(lл>1 с, и -;;, >,(> i!0>> вь)аког(<: г()(ргру(. "я i,ol . <> . о со:".ра"! IT OTk I)(>lT0O C0 ((Е Г, )с НЗИСТОРНОГО ,люча 1, 5 при уменьи(>(4ии ил сброге vërpóçêè на (а((ератор {фиГ.Зв1! Синхро)импульсы С г.овпадают по времени с импульсами с выходов одновибраторов 16, 17. Срабать вает D-триггер 18, На его прямом выходе <ьпрми10 руется лог. 1", которая перебросит RS-тригГер 20, При этом тр;.нзисторнь(й ключ 14 :- (<р>(.(1()етг R. l ol< ", 1(iез оЁ(лс)1.;у возбужде.4(с(4иж-)етс, что:риведет к увел(4че((ию П г)Ь(4ОМ ям 0дГ>!:;1П>эраТОрс> 15. КаК 15 толi.êî ".:: >»: ° > И I l PEC >!) .<с> (0Ri >(. )КД(-: (4 И Я (3 f f > *>348((T(>f . кп .(: . р н 3(..;)О; но>0 (.Ii(u>(ç l4 (во ;: я-.-;л,,-..иствия 1(и на(р>геoi, ) не допу.:; -Ла(, ><, (ару,:л.:,>!О<,(. Нера!RQ(>cT(о т>за)(.):" >1>л» -= 1? т><, ч > «()а((1(:pvi» (е0:)1<оди" . ". .Е >РCМ(1 >ii Я:>- !(,, .)а(.)()r ИСТОЧНllf<а : :.»{ Г !fiji.. >л . (I(.. . ()>> -, > >. i\; - ..> ;,,1 ".. .СтoRH(»>1>, (, i(К,> 1 :>., >! (IУЛ .. >..Ь УП че(. .: обмоiку > >: I! с . >(I.> Г »" » >T (0 О,((ii!i(„ >.» ;,(!,OГП ., (; >ДO(>)С », ИЕ "»vi(4.i Р-.. .,.) ii;,.l »;.: -)», > >>.", » > >, т )р<, 5 rn ЗД 1.10; (.ЛЮ 0 „- => (,, —, (,:, !1-! () управ чк;щее ,.(1R )с i. > I<, ., ".,,--,,>, 1(. PL I >(>IE f (ll)Н> 1() " .; 0((Ы(>i Л .«>e. > р а > (. (а . i 1) i . i,, с4 д и S > ., "„и 3 л у ч и м I(11: л ..:.! >,1 сл > > л 1!" "., "> 1 О .К ", ;. Г ) »с, i ...p ) с>О В )> МЯ (;()( ((" 0т:.;(>»тия (,—. с r); ..;-1(. n(II„EI r);=>,l-; i >E iiс)зб)у 4,де)(1 . ..(,->тор» 1; (1(1 . (1"! ) l,;:! J i <>(<1 С(" Т >Я! l (E(3 T(E()fl : т(;; Л II0(l 1().<(.;,)и,; .,;>г .iii л „Л>0 >Л (4 : 0 Г, >СТОЯ> (:, (!Я Tlijil.Г 1" > Г(> 1 : °;с,i,i .! >) . ;. " .I .. 1>:1Ч;) 11, > >1 г >3 1824664 Мощность, рассеиваемая на резисторе 13: P - i R>a. Р) Для примера: пусть в системе под постоянной нагрузкой идут автоколебания, при которых время открытия тиристора 5 NMn 0,85Тг . Требуется определить ток через открытый ключ 14, величину сопротивления резистора 13 и мощность рассеивания на нем, чтобы время открытия тиристора 5 Ьн - 0,5Тг . Согласно выражениям (1), (2), (3), получим: 11 - 0 71; R1з - 0,43йов, P Q0, П1) 0,43йоа. По величине Ii осуществляется выбор транзистора ключа 14 по току, Шунтирование тиристора 5 цепочкой из резистора 13 и ключа 14 в момент открытия последнего снижает напряжение на аноде тиристора 5до величины 0,30г, что ухудшает условия коммутации тиристора 6 и не злияет на условия коммутации тиристора 5. Чтобы исключить срыв коммутации тиристоров 5, 6 в этих условиях, необходимо увеличить величину сопротивления 8 с целью снижения тока через открытый тиристор 6, либо увеличить емкость конденсатора 7 или то и другое вместе. Предлагаемый источник электроэнергии постоянного тока по сравнению с прототипом отличается присутствием широтноимпульной модуляции и введением силового транзисторного ключа с его управлением. Это позволяет релейно изменять ток в паузах между импульсами управляющего воздействия и тем самым корректировать их длительносгь, что дает воэможность существенно повысить надежность. работы источника электроэнергии при набросах нагрузки. Формула изобретения Источник электроэнергии постоянного тока. содержащий генератор постоянного тока, минусовый силовой вывод которого соединен с катодами основного и вспомогательных тиристоров, а плюсовой силовой вывод связан через обмотку возбуждения 45 генератора постоянного тока. зашунтированную гасящим диодом, с анодом основното тиристора и первым выводом конденсатора, через первый резистор — с анодом вспомогательного тиристора и вторым выводом конденсатора, датчик девиации напряжения генератора постоянного тока, подключенный входом между минусовым и плюсовым силовыми выводами генератора постоянного тока, а выходом — к входу блока управления тиристорами, прямой и инверсный выходы которого связаны соответственно с цепями управления основного и вспомогательного тиристоров, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения срывов в переключении тиристоров, введены второй резистор, силовой транзисторный ключ, первый одновибратор с длительностью импульса, превыщающей,минимальную величину длительности открытия вспомогательного тиристора, при которой происходит срыв в переключении тиристоров, второй одновибрвтор с длительностью импульса, большей длительности импульса первого одновибратора, два О-триггера, RSтриггер, блок управления тиристорами выполнен в виде генератора пилообразного напряжения и компаратора, причем компаратор подключен первым входом к выходу датчика. девиации напряжения генератора постоянного тока, а вторым — к выходу генератора пилообразного напряжения, прямым и инверсным выходами соответственно к прямому и инверсному выходам блока управления тиристорами, прямым выходом соответственно через первый и второй одновибраторы к О-входам первого и второго О-триггеров, инверсным выходом к С-синхровходам первого и второго О-триггеров, RS-триггер соединен R-входом с прямым выходом первого О-триггера, Sвходом — с инверсным выходом второго Отриггера, а выходом — с цепью управления силового транзистора ключа, подключенного силовой цепью через второй резистор между первым выводом конденсатора и катодами тиристоров. 1824664 1824664 1 g) 6) фиг.3 ц еOSТгЛ, фиг 4 Составитель Ю. Хижняков Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор В. Петрэш Заказ 2227 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного-комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж 35, Рэушская нэб.. 4/5 Производственно-издательскими комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 f5 ! Ь 17 f3 Г t t t (t t t 1 
