Стабилизатор напряжения переменного тока

 

Использование: в цепях питания осветительных установок с лампами накаливания. Сущность изобретения: устройство содержит тиристор 1, мостовой выпрямитель 2, цепь обратной связи, состоящую из первого диода 3 и RС-фильтра 4, генератор 5 импульсов, параметрический стабилизатор на резисторе 6 и стабилитроне 7, фазосдвигающую RСцепь на резисторе 8 и конденсаторе 9, узел 10 управления, состоящий из регулирующего 12 и согласующего 13 транзисторов, двух диодов 14 и 15, конденсатора 16 и трех резисторов 17, 18, 19. В устройстве исключено протекание через нагрузку 24 токов, превышающих номинальные, путем обеспечения плавного изменения напряжения на нагрузке 24 при включении, расширения диапазона ограничения колебаний входного напряжения, а также повышения линейности регулировочной характеристики и чувствительности устройства, что увеличивает ресурс работы нагрузки, в частности, ламп накаливания. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях питания осветительных установок с лампами накаливания.

Известен стабилизатор напряжения переменного тока [1] содержащий тиристор, мостовой выпрямитель, цепь обратной связи, состоящую из выпрямителя и сглаживающего RC-фильтра, генератор импульсов, параметрический стабилизатор, состоящий из первого резистора и стабилитрона, фазосдвигающую RC-цепь, состоящую из второго резистора и первого конденсатора, узел управления, в состав которого входит регулирующий ( полевой) транзистор, третий резистор и второй конденсатор, соединенный с общей шиной, выводы для подключения источника питания и нагрузки.

Фазосдвигающая RC-цепь включена между общей точкой элементов параметрического стабилизатора и общей шиной.

Тиристор управляющим электродом соединен с генератором импульсов, вход которого подключен к общей точке элементов фазосдвигающей RC-цепи, регулирующий транзистор узла управления затвором соединен с общей точкой элементов фазосдвигающей RC-цепи, стоком со входом генератора импульсов, а истоком с общей шиной.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является стабилизатор напряжения переменного тока [2] содержащий тиристор, мостовой выпрямитель, цепь обратной связи, состоящую из диода и RC-фильтра, соединенных последовательно, генератор импульсов, параметрический стабилизатор, выполненный в виде последовательно соединенных первого резистора и стабилитрона, фазосдвигающую не-цепь, выполненную в виде последовательно соединенных второго резистора и конденсатора, узел управления, в состав которого входит регулирующий (полевой) транзистор, выводы для подключения источника питания и нагрузки.

Цепь обратной связи включена выходом RC-фильтра к управляющему входу узла управления, а свободным выводом диода к первому выводу для подключения нагрузки, второй вывод для подключения нагрузки подсоединен к общей шине.

Диагональ переменного тока мостового выпрямителя включена между выводами для подключения источника питания.

В диагональ постоянного тока мостового выпрямителя параллельно включены тиристор, параметрический стабилизатор, выполненный в виде первого резистора и стабилитрона, причем первый вывод диагонали постоянного тока мостового выпрямителя подключен к первому силовому выводу тиристора и к свободному выводу первого резистора, а второй ее вывод связан с первым выводом для подключения нагрузки.

Выходной вывод генератора импульсов соединен с управляющим выводом тиристора, а входной вывод с общей точкой элементов фазосдвигающей не-цепи, свободный вывод конденсатора которой подключен к общей шине, с которой соединены также второй силовой вывод тиристора и свободный вывод стабилитрона, к которому подключены выводы питания генератора импульсов.

Регулирующий (полевой) транзистор узла управления затвором соединен с управляющим входом узла управления и через третий резистор подключен к общей шине, с которой также соединен его сток, а исток связан с делителем напряжения генератора импульсов.

Недостатками известных устройств являются узкий диапазон ограничения колебаний сети, нелинейность регулировочной характеристики и недостаточная чувствительность, кроме того, у прототипа напряжение на нагрузке при включении увеличивается скачком от нуля до номинального значения. Это не обеспечивает достаточно эффективную стабилизацию напряжения на нагрузке, что приводит к снижению потребительских свойств, в частности, снижению срока службы ламп накаливания.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать стабилизатор напряжения переменного тока так, чтобы за счет введения новых элементов и связей между ними исключить протекание через нагрузку, в частности, лампу накаливания, токов, превышающих номинальные, путем обеспечения плавного изменения напряжения на нагрузке при включении, расширения диапазона ограничения колебаний напряжения сети, а также повышения линейности регулировочной характеристики и чувствительности устройства, что увеличит ресурс работы ламп накаливания.

Технический результат достигается тем, что в известном стабилизаторе напряжения переменного тока, содержащем тиристор, мостовой выпрямитель, цепь обратной связи, состоящую из первого диода и RC- фильтра, соединенных последовательно, генератор импульсов, узел управления, в состав которого входит регулирующий транзистор, параметрический стабилизатор, выполненный в виде последовательно соединенных первого резистора и стабилитрона, фазосдвигающую цепь RC-цепь, выполненную в виде последовательно соединенных второго резистора и первого конденсатора, первые и вторые выводы для подключения источника питания и нагрузки, причем первый вывод диагонали переменного тока мостового выпрямителя соединен с первым выводом для подключения источника питания, первый вывод диагонали постоянного тока мостового выпрямителя подключен к первому силовому выводу тиристора и к свободному выводу первого резистора, выход RC-фильтра подключен к управляющему входу узла управления, а свободный вывод первого диода соединен с первым выводом для подключения нагрузки, выходной вывод генератора импульсов соединен с управляющим выводом тиристора, а входной вывод с общей точкой элементов фазоcдвигающей RC-цепи, свободный вывод первого конденсатора которой подключен к общей шине, с которой соединены также второй силовой вывод тиристора и свободный вывод стабилитрона, к которому подключены выводы питания генератора импульсов, новым является то, что в узел управления введены второй и третий диоды, второй конденсатор, согласующий транзистор, третий, четвертый и пятый резисторы, причем эмиттер регулирующего транзистора через третий диод соединен с общей точкой элементов фазосдвигающей RC-цепи, а коллектор и база соответственно через третий и четвертый резисторы с общей точкой элементов параметрического стабилизатора, коллектор регулирующего транзистора через последовательно соединенные второй диод и второй конденсатор подключен к общей шине, коллектор согласующего транзистора, управляющий вход которого использован в качестве управляющего входа узла управления, соединен с базой регулирующего транзистора, у согласующего транзистора эмиттер непосредственно, а база через пятый резистор подключены к общей шине, при этом второй силовой вывод тиристора соединен со вторым выводом диагонали постоянного тока мостового выпрямителя, свободный вывод второго резистора подключен к первому выводу диагонали постоянного тока мостового выпрямителя, первый вывод для подключения нагрузки соединен со вторым выводом для подключения источника питания, а второй вывод для подключения нагрузки подключен ко второму выводу диагонали переменного тока мостового выпрямителя.

Включение фазосдвигающей RС-цепи, содержащей второй резистор и первый конденсатор, в диагональ постоянного тока мостового выпрямителя и дополнительное введение в узел управления последовательно соединенных второго диода и второго конденсатора, включенных между общей шиной и коллектором регулирующего транзистора, обеспечивает увеличение времени выхода нагрузки на номинальный режим за счет заряда первого конденсатора фазосдвигающей RC-цепи по одной цепи сразу после включения и постепенное подключение второй цепи заряда, благодаря чему угол отпирания тиристора изменяется постепенно, напряжение, поступающее на нагрузку, плавно увеличивается, чем обусловлено отсутствие больших пусковых токов.

Указанные признаки, а также то, что узел управления дополнительно содержит согласующий транзистор, третий диод и третий, четвертый и пятый резисторы, и соответствующие связи между ними, позволяют при повышении напряжения сети изменять угол отпирания тиристора, оставляя неизменным порог срабатывания генератора импульсов. Поддержание уровня выходного напряжения при этом достигается за счет увеличения времени заряда первого конденсатора на нужную величину, что позволяет расширить диапазон ограничения колебаний напряжения сети в необходимых пределах.

Включение фазосдвигающей RC-цепи, содержащей второй резистор и первый конденсатор, в диагональ постоянного тока мостового выпрямителя позволяет заряд первого конденсатора сделать независимым от импульсов, формируемых стабилитроном параметического стабилизатора. осуществление процесса заряда конденсатора фазосдвигающей RC-цепи происходит под действием выпрямленного напряжения, имеющего синусоидальный характер, благодаря чему нелинейно изменяется угол отпирания тиристора при линейном изменении напряжения сети, что при синусоидальном напряжении питания позволяет получить линейную регулировочную характеристику.

Введение в узел управления дополнительно согласующего транзистора, диода, трех резисторов, взаимосвязи согласующего транзистора с управляющим входом узла управления, с общей шиной и регулирующим транзистором, связанным с общей точкой элементов фазосдвигающей RC-цепи и параметрического стабилизатора, обеспечивает то, что сигнал ошибки, влияющий на время заряда первого конденсатора фаэосдвигающей RC-цепи, поступая на вход узла управления получает необходимое для компенсации входного напряжения усиление, что позволяет повысить чувствительность устройства.

На чертеже показана схема предлагаемого стабилизатора.

Устройство содержит тиристор 1, мостовой выпрямитель 2, цепь обратной связи, состоящую из первого диода 3 и RC-фильтра 4, соединенных последовательно, генератор импульсов 5, параметрический стабилизатор, выполненный в виде последовательно соединенных первого резистора 6 и стабилитрона 7, фазосдвигающую RC-цепь, выполненную в виде последовательно соединенных второго резистора 8 и первого конденсатора 9, узел управления 10 с управляющим входом 11, в состав которого входит регулирующий 12 и согласующий 13 транзисторы, второй 14 и третий 15 диоды, второй конденсатор 16, третий 17, четвертый 18 и пятый 19 резисторы, первый 20 и второй 21 выводы для подключения источника питания (не указан на чертеже), первый 22 и второй 23 выводы для подключения нагрузки 24. Цепь обратной связи, состоящая из первого диода 3 и RC-фильтра 4, включена между управляющим входом 11 узла управления 10 и первым выводом 22 для подключения нагрузки 24, связанным со вторым выводом 21 для подключения источника питания.

Диагональ переменного тока мостового выпрямителя 2 соединена с первым выводом 20 для подключения источника питания и вторым выводом 23 для подключения нагрузки 24.

В диагональ постоянного тока мостового выпрямителя 2 параллельно включены тиристор 1, параметрический стабилизатор, выполненный в виде последовательно соединенных первого резистора 6 и стабилитрона 7 и фазосдвигающая RС-цепь, состоящая из второго резистора 8 и первого конденсатора 9, причем первый вывод диагонали постоянного тока мостового выпрямителя 2 подключен к первому силовому выводу тиристора 1 и к свободным выводам первого 6 и второго 8 резисторов, а второй вывод диагонали постоянного тока соединен со вторым силовым выводом тиристора 1, связанным с общей шиной.

Выходной вывод генератора импульсов 5 соединен с управляющим выводом тиристора 1, а входной его вывод с общей точкой элементов 8 и 9 фазосдвигающей RC-цепи, свободный вывод первого конденсатора 9 которой подключен к общей шине, с которой соединен также свободный вывод стабилитрона 7, к которому подключены выводы питания генератора импульсов 5.

В узле управления 10 цепь, состоящая из последовательно соединенных второго диода 14 и второго конденсатора 16, включена между коллектором регулирующего транзистора 12 и общей шиной. Регулирующий транзистор 12 эмиттером соединен через третий диод 15 с общей точкой элементов 8 и 9 фазосдвигающей RC-цепи, коллектором через третий резистор 17 и базой через четвертый резистор 18 с общей точкой элементов 6 и 7 параметрического стабилизатора. согласующий транзистор 13 узла управления 10 коллектором соединен с базой регулирующего транзистора 12, эмиттером с общей шиной, а базой через пятый резистор 19 с общей шиной. База согласующего транзистора 13 использована в качестве управляющего входа 11 узла управления 10.

Стабилизатор напряжения переменного тока работает следующим образом.

При подаче питания на первый 20 и второй 21 выводы для подключения источника питания ток протекает через нагрузку 24 и включенные в диагональ постоянного тока мостового выпрямителя 2 параметрический стабилизатор, состоящий из первого резистора 6 и стабилитрона 7. и фазосдвигающую RС-цепь, состоящую из второго резистора 8 и первого конденсатора 9. При этом тиристор I, включенный также в диагональ постоянного тока мостового выпрямителя 2, находится в закрытом состоянии. Первый конденсатор 9 заряжается сначала только по одной цепи через второй резистор 8 в течение каждого полупериода напряжения и разряжается при достижении напряжения на нем порога срабатывания генератора импульсов 5, который вызывает отпирание тиристора 1 и прохождение рабочего (силового) тока через нагрузку 24. Величина второго резистора 8 подобрана таким образом, что он обеспечивает большой угол отпирания тиристора 1 и минимальный начальный рабочий ток.

Одновременно с момента включения стабилитрон 7 параметрического стабилизатора формирует импульсы напряжения трапецеидальной формы стабилизированной амплитуды. Под действием этих импульсов через третий резистор 17 и второй диод 14 начинает заряжаться второй конденсатор 16. С ростом потенциала второго конденсатора 16 на первый конденсатор 9 начинает поступать дополнительный зарядный ток по второй цепи: третий резистор 17 - коллектор-эмиттер регулирующего транзистора 12 третий диод 15. Время заряда первого конденсатора 9 постоянно уменьшается, а напряжение на нагрузке 24 плавно возрастает и к моменту, когда второй конденсатор 16 полностью зарядится, достигает заранее заданного значения.

При повышении напряжения в сети выше заданного по цепи обратной связи, состоящей из первого диода 5 и RC-фильтра 4, на управляющий вход 11 узла управления 10 поступает напряжение сигнала ошибки, согласующий транзистор 13 открывается. В цепи: четвертый резистор 18 коллектор-эмиттер согласующего транзистора 13 общая шина начинает протекать ток, согласующий транзистор 13 оказывает шунтирующее влияние на регулирующий транзистор 12, который начинает закрываться, вследствие чего увеличивается время заряда первого конденсатора 9, увеличивается угол отпирания тиристора 1 и напряжение на нагрузке 24 стремится к заданному значению, величина которого устанавливается при помощи пятого резистора 19.

При понижении напряжения сети ниже заданного напряжение на нагрузке также снижается, т. к. устройство неспособно повышать напряжение. Устройство обладает стабилизирующим эффектом только в диапазоне питающих напряжений выше заданного, т.е. ограничивает его сверху.

Реализация заявляемого изобретения обеспечит срок службы ламп накаливания на 40 60% больший, чем использование известных устройств, за счет исключения протекания через нагрузку токов, превышающих номинальные как при включении, так и при длительной работе.

Источники информации 1. А.с. СССР N 1246070, кл. G O5 F 1/44, 1984.

2. А.с. СССР N 842750, кл. G O5 F 1/44, 1977 (прототип).

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий тиристор, мостовой выпрямитель, цепь обратной связи, состоящую из первого диода и RС-фильтра, соединенных последовательно, генератор импульсов, узел управления, в состав которого входит регулирующий транзистор, параметрический стабилизатор, выполненный в виде последовательно соединенных первого резистора и стабилитрона, фазосдвигающая цепь, выполненная в виде последовательно соединенных второго резистора и первого конденсатора, первые и вторые выводы для подключения источника питания и нагрузки, причем первый вывод диагонали переменного тока мостового выпрямителя соединен с первым выводом для подключения источника питания, первый вывод диагонали постоянного тока мостового выпрямителя подключен к первому силовому выводу тиристора и к свободному выводу первого резистора, выход RС-фильтра подключен к управляющему входу узла управления, а свободный вывод первого диода соединен с первым выводом подключения нагрузки, выходной вывод генератора импульсов соединен с управляющим выводом тиристора, а входной вывод с общей точкой элементов фазосдвигающей RС-цепи, свободный вывод первого конденсатора которой подключен к общей шине, с которой соединены также второй силовой вывод тиристора и свободный вывод стабилитрона, к которому подключены выводы питания генератора импульсов отличающийся тем, что в его узел управления введены второй и третий диоды, второй конденсатор, согласующий транзистор, третий, четвертый и пятый резисторы, причем эмиттер регулирующего транзистора через третий диод соединен с общей точкой элементов фазосдвигающей RС-цепи, а коллектор и база соответственно через третий и четвертый резисторы с общей точкой элементов параметрического стабилизатора, коллектор регулирующего транзистора через последовательно соединенные второй диод и второй конденсатор подключен к общей шине, коллектор согласующего транзистора, управляющий вход которого использован в качестве управляющего входа узла управления, соединен с базой регулирующего транзистора, у согласующего транзистора эмиттер непосредственно, а база через пятый резистор подключены к общей шине, при этом второй силовой вывод тиристора соединен с вторым выводом диагонали постоянного тока мостового выпрямителя, свободный вывод второго резистора подключен к первому выводу диагонали постоянного тока мостового выпрямителя, первый вывод для подключения нагрузки соединен с вторым выводом для подключения источника питания, а второй вывод для подключения нагрузки подключен к второму выводу диагонали переменного тока мостового выпрямителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1