Регулятор переменного напряжения

 

Использование: в устройствах регулирования напряжения, скорости различных объектов, температуры, яркости (например, низковольтных ламп накаливания). Сущность изобретения: устройство содержит тиристорный прерыватель 1 переменного тока, пороговый узел 7, узел 8 плавного включения и выключения нагрузки и выключатель 9. При возрастании напряжения источника питания, подключенного к выводам 5 и 6, уменьшается мощность на нагрузке 4 из-за уменьшения времени работы тиристора 3. При этом увеличивается ток через транзистор 34 и происходит увеличение напряжения срабатывания порогового узла 7, пропорциональное коэффициенту передачи делителя из резисторов 29 и 30 и стабилитрона 33. Это приводит к компенсации изменения мощности в нагрузке 4. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах регулирования напряжения, скорости различных объектов, температуры, яркости (например, низковольтных ламп накаливания).

Известен регулятор напряжения, содержащий силовой ключ в виде тиристора, включенного в диагональ моста, и управляющий орган с ограничителем в виде стабилитрона, времязадающей RC-цепью, транзистором, используемым как пороговый элемент, регулируемым источником постоянного напряжения (1).

Недостатком этого регулятора является нестабильность мощности, выделяемой в нагрузке, в зоне фазовых углов 150-180 эл.град., из-за нестабильности угла зажигания тиристора, вызываемой дрейфом напряжения срабатывания транзистора и низкой крутизной сигнала на накопительном конденсаторе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является светорегулятор (2), содержащий выключатель, лампу накаливания, включенную в сеть последовательно с тиристорным прерывателем, пороговую схему, содержащую опорный стабилитрон, токозадающий резистор, накопительный конденсатор и компаратор, состоящий из двух транзисторов, выход которого подключен к управляющему входу прерывателя, схему плавного включения и выключения нагрузки, содержащую транзистор, управление током которого осуществляется через выключатель от RC-цепей, а нагрузкой которого служит лампа оптрона, фоторезистор которого включен в токозадающую цепь пороговой схемы, а питание схемы плавного включения и выключения осуществляется от выпрямителя.

Недостатком этого регулятора является невозможность его использования для питания низковольтных ламп, так как он не обеспечивает требуемой высокой стабильности угла зажигания тиристора в зоне 150-180 эл. градусов из-за дрейфа напряжения срабатывания пороговой схемы, низкой крутизны сигнала на ее входе и зависимости тока заряда накопительного конденсатора от напряжения питающей сети, что смещает угол зажигания тиристора.

Целью изобретения является повышение стабильности мощности на нагрузке, питаемой через регулятор напряжения при колебаниях напряжения в питающей сети. Указанная цель достигается тем, что регулятор переменного напряжения содержит тиристорный прерыватель переменного тока, выполненный в виде выпрямительного моста, в диагональ постоянного тока которого включен тиристор, а диагональ переменного тока выпрямительного моста соединена с выводами для подключения источника питания и нагрузки, пороговый узел, выходом подключенный к управляющему электроду тиристора, узел плавного включения и выключения нагрузки и выключатель, причем пороговый узел выполнен на первом, втором, третьем резисторах и первом конденсаторе, первые выводы которых соединены с положительным выводом выпрямительного моста, на первом стабилитроне, катод которого подключен к второму выводу первого резистора, а анод - к базе первого транзистора, на втором транзисторе, база которого соединена с коллектором первого транзистора и с первым выводом четвертого резистора, эмиттер использован в качестве выхода порогового узла, а коллектор подключен к второму выводу четвертого резистора, к второму выводу третьего резистора, к первому выводу пятого резистора, к катоду второго стабилитрона и к первому выводу второго конденсатора, на третьем стабилитроне, катод которого соединен с вторым выводом второго резистора, а анод - с базой третьего транзистора.

Коллектор транзистора подключен к второму выводу пятого резистора и к аноду первого диода, на четвертом транзисторе, база которого соединена с катодом первого диода и с первым выводом шестого резистора, а коллектор с первым выводом четвертого резистора, а на втором диоде, катод которого подключен к вторым выводам первого конденсатора и шестого резистора, при этом эмиттеры первого, третьего и четвертого транзисторов, анод второго диода, анод второго стабилитрона и второй вывод второго конденсатора соединены с отрицательным выводом выпрямительного моста, а узел плавного включения и отключения нагрузки выполнен на третьем диоде, анод которого подключен к положительному выводу у выпрямительного моста, а катод через выпрямитель соединен с первым выводом третьего конденсатора и с первым выводом седьмого резистора, на восьмом резисторе, первый вывод которого подключен к второму выводу седьмого резистора, к первому выводу четвертого конденсатора и к первому выводу переменного резистора, на четвертом стабилитроне, катод которого соединен с вторым выводом восьмого резистора, на пятом транзисторе, база которого подключен к второму выводу переменного резистора, а коллектор - к второму выводу первого резистора, при этом вторые выводы третьего и четвертого конденсаторов, анод четвертого стабилитрона и эмиттер пятого транзистора соединены с отрицательным выводом выпрямительного моста, а напряжение стабилизации первого стабилитрона меньше напряжения стабилизации третьего стабилитрона.

Кроме того, номиналы седьмого и восьмого резисторов и четвертого стабилитрона, образующих делитель напряжения, выбраны из условия обеспечения отношения коэффициента передачи делителя напряжения при отклонении напряжения источника питания от номинального напряжения к коэффициенту передачи делителя напряжения при нормальном напряжении равным 0,33.

На чертеже представлена принципиальная схема регулятора переменного напряжения.

Регулятор переменного напряжения содержит тиристорный прерыватель переменного тока 1, выполненный в виде выпрямительного моста 2; в диагональ постоянного тока которого включен тиристор 3, а диагональ переменного тока выпрямительного моста соединена нагрузкой 4 и выводами 5 и 6 для подключения источника питания, пороговый узел 7, выходом подключенный к управляющему электроду тиристора 3, узел 8 плавного включения и выключения нагрузки и выключатель 9, причем пороговый узел выполнен на первом 10, втором 11 и третьем 12 резисторах и первом конденсаторе 13, первые выводы которых соединены с положительным выводом выпрямительного моста 2, на первом стабилитроне 14, катод которого подключен к второму выводу первого резистора 10, а анод - к базе первого транзистора 15, на втором транзисторе 16, база которого соединена с коллектором первого транзистора 15 и с первым выводом четвертого резистора 17, эмиттер использован в качестве выхода порогового узла 7, а коллектор подключен к второму выводу четвертого резистора 17, к второму выводу третьего резистора 12, к первому выводу пятого резистора 18, к катоду второго стабилитрона 19 и к первому выводу второго конденсатора 20, на третьем стабилитроне 21, катод которого соединен с вторым выводом второго резистора 11, а анод - с базой третьего транзистора 22, коллектор которого подключен к второму выводу пятого резистора 18 и к аноду первого диода 23, на четвертом транзисторе 24, база которого соединена с катодом первого диода 23 и с первым выводом шестого резистора 25, а коллектор - с первым выводом четвертого резистора 17, и на втором диоде 26, катод которого подключен к вторым выводам первого конденсатора 13 и шестого резистора 25, при этом эмиттеры первого 15, третьего 22 и четвертого 24 транзисторов, анод второго диода 26, анод второго стабилитрона 19 и второй вывод второго конденсатора 20 соединены с отрицательным выводом выпрямительного моста 2, а узел плавного включения и отключения нагрузки выполнен на третьем диоде 27.

Анод третьего диода подключен к положительному выводу выпрямительного моста 2, а катод через выключатель 9 соединен с первым выводом третьего конденсатора 28 и с первого выводом седьмого резистора 29, на восьмом резисторе 30, первый вывод которого подключен к второму выводу седьмого резистора 29, к первому выводу четвертого конденсатора 31 и к первому выводу переменного резистора 32, на четвертом стабилитроне 33, катод которого соединен с вторым выводом восьмого резистора 30, на пятом транзисторе 34, база которого подключена к второму выводу переменного резистора 32, при этом вторые выводы третьего 28 и четвертого 31 конденсаторов, анод четвертого стабилитрона 33 и эмиттер пятого транзистора 34 соединены с отрицательным выводом выпрямительного моста 2, а напряжение стабилизации первого стабилитрона 14 меньше напряжения стабилизации третьего стабилитрона 21.

Кроме того, номиналы седьмого 29 и восьмого 30 резисторов и четвертого стабилитрона 33, образующих делитель напряжения, выбраны из условия обеспечения отношения коэффициента передачи делителя напряжения при отклонении напряжения источника питания от номинального напряжения к коэффициенту передачи делителя напряжения при номинальном напряжении равным 0,33.

Устройство работает следующим образом.

При подаче сетевого напряжения на входные контакты 5 и 6 между положительным и отрицательным выводами выпрямительного моста 2 появляется двухполупериодное выпрямленное напряжение (в дальнейшем выпрямленное напряжение), которое через резистор 12 заряжает конденсатор 20 до напряжения стабилизации стабилитрона 19. Выпрямленное напряжение во время своего нарастания заряжает конденсатор 13, ток заряда которого, пройдя через резистор 25 и переход база-эмиттер транзистора 24, держит его в открытом состоянии первую половину каждого полупериода питающего напряжения. То же выпрямленное напряжение, превысив величину напряжения стабилизации стабилитрона 21, вызывает ток через резистор 11, стабилитрон 21 и переход база-эмиттер транзистора 22, который держит транзистор 22 в открытом состоянии до момента, когда во второй половине полупериода выпрямленное напряжение снизится до напряжения стабилизации стабилитрона 21 и транзистор 22 закроется.

Закрытие транзистора 22 направляет ток, идущий через транзистор 18, в цепь диода 23 и перехода база-эмиттер транзистора 24, открывая его. Транзистор 24 во время своего открытого состояния с конца каждого полупериода и до середины следующего полупериода шунтирует транзистор 15, устанавливая на это время нулевой потенциал на коллекторе транзистора 15, базе транзистора 16 и управляющем электроде тиристора 3. Выпрямленное напряжение, превысив величину напряжения стабилизации стабилитрона 14, вызывает ток через резистор 10, стабилитрон 14 и переход база-эмиттер транзистора 15, который держит транзистор 15 в открытом состоянии до момента, когда во второй половине полупериода выпрямленное напряжение снизится до напряжения стабилизации стабилитрона 14 и транзистор 15 закроется. Напряжение стабилизации стабилитрона 14 выбрано немного меньше, чем напряжение стабилизации стабилитрона 21 и поэтому закрытие в конце каждого полупериода транзистора 15 происходит немного позже, чем открытие транзистора 24 и, следовательно, на базе и эмиттере транзистора 16 и управляющем электроде тиристора 3 нулевые напряжения, а тиристор 3 постоянно закрыт.

После замыкания выключателя 9 конденсатор 28 быстро заряжается до амплитудного значения выпрямленного напряжения и начинается медленный заряд конденсатора 31 и рост базового соответственно коллекторного токов транзистора 24, коллекторный ток которого, проходя по резистору 10, увеличивает падение напряжения на нем и, следовательно, значение выпрямленного напряжения, при котором происходит открытие и закрытие транзистора 15. Закрытие транзистора 15 во второй половине полупериода происходит тем раньше, чем больше ток транзистора 34, который устанавливается переменным резистором 32 в соответствии с необходимым действующим напряжением на нагрузке. Медленное возрастание тока в коллекторе транзистора 34 соответствует постепенному росту напряжения на нагрузке. Возрастание напряжения питающей сети при неизменном напряжении срабатывания порогового узла 7 ведет к уменьшению мощности на нагрузке из-за уменьшения времени работы тиристора 3, что компенсируется регулирующей связью по возмущению, осуществляющей с ростом напряжения питающей сети рост тока через транзистор 34 и пропорциональное коэффициенту передачи делителя из резисторов 29 и 30 и стабилитрона 33 увеличение напряжения срабатывания порогового узла 7, что ведет к компенсации мощности на нагрузке 4.

Аналогичное компенсирующее действие происходит и при уменьшении напряжения в питающей сети. При размыкании выключателя 9 происходит медленное уменьшение напряжения на нагрузке.

В предлагаемом регуляторе переменного напряжения с рабочей зоной 140-180 эл. град. используется автоматическая регулирующая связь, которая стабилизирует напряжение на нагрузке при колебаниях напряжения в питающей сети.

Формула изобретения

1. РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий тиристорный прерыватель переменного тока, выполненный в виде выпрямительного моста, в диагональ постоянного тока которого включен тиристор, а диагональ переменного тока выпрямительного моста соединена с выводами для подключения источника питания и нагрузки, пороговый узел, выходом подключенный к управляющему электроду тиристора, узел плавного включения и выключения нагрузки и выключатель, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности выходной мощности, пороговый узел выполнен на первом, втором, третьем резисторах и первом конденсаторе, первые выводы которых соединены с положительным выводом выпрямительного моста, на первом стабилитроне, катод которого подключен к второму выводу первого резистора, а анод - к базе первого транзистора, на втором транзисторе, база которого соединена с коллектором первого транзистора и с первым выводом четвертого резистора, эмиттер использован в качестве выхода порогового узла, а коллектор подключен к второму выводу четвертого резистора, к второму выводу третьего резистора, к первому выводу пятого резистора, к катоду второго стабилитрона и к первому выводу второго конденсатора, на третьем стабилитроне, катод которого соединен с вторым выводом второго резистора, а анод - с базой третьего транзистора, коллектор которого подключен к второму выводу пятого резистора и к аноду первого диода, на четвертом транзисторе, база которого соединена с катодом первого диода и с первым выводом шестого резистора, а коллектор - с первым выводом четвертого резистора, и на втором диоде, катод которого подключен к вторым выводам первого конденсатора и шестого резистора, при этом эмиттеры первого, третьего и четвертого транзисторов, анод второго диода, анод второго стабилитрона и второй вывод второго конденсатора соединены с отрицательным выводом выпрямительного моста, а узел плавного включения и отключения нагрузки выполнен на третьем диоде, анод которого подключен к положительному выводу выпрямительного моста, а катод через выключатель соединен с первым выводом третьего конденсатора и с первым выводом седьмого резистора, на восьмом резисторе, первый вывод которого подключен к второму выводу седьмого резистора, к первому выводу четвертого конденсатора и к первому выводу переменного резистора, на четвертом стабилитроне, катод которого соединен с вторым выводом восьмого резистора, на пятом транзисторе, база которого подключена к второму выводу переменного резистора, а коллектор - к второму выводу первого резистора, при этом вторые выводы третьего и четвертого конденсаторов, анод четвертого стабилитрона и эмиттер пятого транзистора соединены с отрицательным выводом выпрямительного моста, а напряжение стабилизации первого стабилитрона меньше напряжения стабилизации третьего стабилитрона.

2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что номиналы седьмого и восьмого резисторов и четвертого стабилитрона, образующих делитель напряжения, выбраны из условия обеспечения отношения коэффициента передачи делителя напряжения при отклонении напряжения источника питания от номинального напряжения к коэффициенту передачи делителя напряжения при номинальном напряжении, равном 0,33.

РИСУНКИ

Рисунок 1