Импульсный стабилизатор тока

 

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в мощных импульсных источниках стабилизированного тока, в частности в устройствах катодной защиты от электрохимической коррозии подземных металлических сооружений, например газопроводов. Техническим результатом является повышение надежности и упрощение импульсного стабилизатора тока. Импульсный стабилизатор тока содержит инвертор с первым и вторым ключевыми транзисторами и выходным трансформатором, имеющим первичную обмотку со средним выводом и две одинаковые вторичные обмотки, причем ключевые транзисторы своими коллекторами подсоединены соответственно к выводам начала и конца первичной обмотки, а ее средний вывод подсоединен к положительному полюсу источника входного напряжения инвертора, эмиттеры ключевых транзисторов объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному полюсу источника входного напряжения инвертора, а их базы - к выходным выводам схемы управления, два диода, которые совместно с обмотками образуют двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, выход которого подсоединен к входу накопительного LC-фильтра с включенным на его выходе нагрузочным сопротивлением, отрицательный вывод которого подсоединен к средней точке двухполупериодного выпрямителя, два трансформатора тока, концы первичных обмоток которых объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному полюсу нагрузочного сопротивления, а их начала подсоединены соответственно к концу и началу вторичных обмоток и выходного трансформатора инвертора, вторичные обмотки трансформаторов тока соединены последовательно встречно и общими выводами подключены к входу схемы управления. 1 ил.

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в мощных импульсных источниках стабилизированного тока, в частности в устройствах катодной защиты от электрохимической коррозии подземных металлических сооружений, например газопроводов.

Известно устройство катодной зашиты типа УКЗТ, которое выпускается научно-производственным предприятием "ДОН" г. Ростов-на-Дону по техническим условиям ТУ 3415-003-27591815-94. Устройство содержит однофазный трансформатор, первичная обмотка которого включена на напряжение сети 220 В, 50 Гц, а на выходе вторичной обмотки включен выпрямительный мост с управляемыми вентилями, схему управления и нагрузку. Последовательно с нагрузкой включен токовый шунт, напряжение, снимаемое с которого, поступает на вход схемы управления, которая, в свою очередь, формирует сигнал рассогласования для управления вентилями выпрямительного моста.

Однако известное устройство характеризуется низкой надежностью, так как схема управления гальванически не развязана с цепью нагрузки, кроме того, токовый шунт вносит дополнительное сопротивление в нагрузочную цепь и должен быть рассчитан на пропускание максимальных токов, что усложняет устройство.

Известно устройство двухтактного двухфазного конвертора (Прянишников В. А. Электроника: Курс лекций. - СПб.: Корона-принт, 1998. - 400 с.; с. 373, рис. 33.9), содержащее инвертор на ключевых транзисторах, на выходе вторичной обмотки выходного трансформатора которого включен двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, накопительный LC-фильтр, схему управления, выход которой через разделительные трансформаторы подключен к затворам ключевых транзисторов инвертора.

Однако известное устройство характеризуется низкой надежностью, так как схема управления непосредственно подключена относительно земли к положительному полюсу выходной цепи конвертора. При электрическом пробое в цепях схемы управления выходные зажимы конвертора могут быть закорочены, что приведет к его полному выходу из строя.

Наиболее близким по своей технической сущности является устройство двухтактного регулируемого преобразователя с широтно-импульсной модуляцией (Источники питания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник /Г.С. Найвельт, К. Б. Базель, Ч. И. Хусаинов и др., Под ред. Г.С. Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986. - 576 с.; с. 374-376, рис. 9.17), содержащее инвертор с выходным трансформатором и двумя ключевыми транзисторами, вторичная обмотка выходного трансформатора выполнена с отводом от середины и образует с двумя диодами двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, выход которого подсоединен к входу LC-фильтра с нагрузочным сопротивлением на выходе, последовательно с нагрузочным сопротивлением включен токовый шунт, выход которого подключен к входу схемы управления, а ее выход подключен через промежуточные усилители к цепям управления ключевыми транзисторами инвертора.

Однако известное устройство характеризуется низкой надежностью, так как схема управления гальванически не развязана с выходом инвертора, а включение токового шунта последовательно с сопротивлением нагрузки вносит дополнительное сопротивление в нагрузочную цепь. Шунт к тому же должен быть рассчитан на пропускание максимальных токов, что усложняет устройство.

Задачей изобретения является повышение надежности и упрощение импульсного стабилизатора тока.

Решение задачи достигается тем, что в устройство дополнительно введены первый и второй трансформаторы тока, вторичные обмотки которых соединены последовательно встречно и подключены общими выводами к входу схемы управления, вывод начала первичной обмотки первого трансформатора тока соединен последовательно с выводом конца первой вторичной обмотки трансформатора инвертора, вывод начала первичной обмотки второго трансформатора тока соединен последовательно с выводом начала второй вторичной обмотки трансформатора инвертора, а выводы концов первичных обмоток трансформаторов тока объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному полюсу нагрузочного сопротивления.

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства импульсного стабилизатора тока, которая содержит инвертор с первым 1 и вторым 2 ключевыми транзисторами и выходным трансформатором 3, имеющем первичную обмотку 4 со средним выводом и две одинаковые вторичные обмотки 5 и 6, причем ключевые транзисторы 1 и 2 своими коллекторами подсоединены соответственно к выводам начала и конца первичной обмотки 4, а ее средний вывод подсоединен к положительному полюсу источника входного напряжения инвертора, эмиттеры ключевых транзисторов объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному полюсу источника входного напряжения инвертора, а их базы подсоединены к выходным выводам схемы управления 7, два диода 8 и 9, которые совместно с обмотками 5 и 6 образуют двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, выход которого подсоединен ко входу накопительного LC-фильтра 10 с включенным на его выходе нагрузочным сопротивлением 11, отрицательный вывод которого подсоединен к средней точке двухполупериодного выпрямителя, два трансформатора тока 12 и 13, концы первичных обмоток которых объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному полюсу нагрузочного сопротивления 11, а их начала подсоединены соответственно к концу и началу вторичных обмоток 5 и 6 выходного трансформатора 3 инвертора, вторичные обмотки трансформаторов тока 12 и 13 соединены последовательно встречно и общими выводами подключены ко входу схемы управления 7.

Импульсный стабилизатор тока работает следующим образом.

При работе инвертора на вторичных обмотках 5 и 6 выходного трансформатора 3 возбуждаются переменные напряжения с рабочей частотой инвертора. С помощью двухполупериодного выпрямителя со средней точкой, образованного диодами 8 и 9, эти напряжения выпрямляются, сглаживаются накопительным фильтром 10 и выделяются на нагрузочном сопротивлении 11. Схема управления 7 вырабатывает напряжение, задающее рабочий режим ключевым транзисторам 1 и 2. При этом информация об изменении нагрузочного тока поступает на вход схемы управления 7 с выходов соединенных последовательно встречно вторичных обмоток трансформаторов тока 12 и 13, первичные обмотки которых включены также последовательно встречно, а общая точка их соединения является средней точкой двухполупериодного выпрямителя. С учетом этого по цепи вторичных обмоток трансформаторов тока протекает переменный ток, а их сердечники перемагничиваются по полной петле гистерезиса. Величина переменного тока на входе схемы управления пропорциональна величине выпрямленного тока нагрузки и используется в последней для формирования сигнала рассогласования для стабилизации нагрузочного тока. При этом схема управления гальванически развязана с цепью нагрузки, а ее любые повреждения не приводят к повреждениям цепи с нагрузочным сопротивлением 11 и, наоборот, - повреждения в цепи нагрузки не приводят к повреждениям схемы управления 7. Это повышает надежность устройства, а отсутствие токового шунта в цепи нагрузки уменьшает выходное сопротивление и массогабаритные характеристики импульсного стабилизатора тока.

Таким образом, предложенное техническое решение повышает надежность и упрощает устройство импульсного стабилизатора тока по сравнению с устройствами - прототипом и аналогами.

Формула изобретения

Импульсный стабилизатор тока, содержащий инвертор, выходной трансформатор которого содержит одинаковые первую и вторую вторичные обмотки, двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, выход которого подсоединен к входу накопительного LC-фильтра с нагрузочным сопротивлением на выходе, схему управления ключевыми транзисторами инвертора, отличающийся тем, что дополнительно введены первый и второй трансформаторы тока, вторичные обмотки которых соединены последовательно встречно и подключены общими выводами к входу схемы управления, вывод начала первичной обмотки первого трансформатора тока соединен последовательно с выводом конца первой вторичной обмотки трансформатора инвертора, вывод начала первичной обмотки второго трансформатора тока соединен последовательно с выводом начала второй вторичной обмотки трансформатора инвертора, а выводы концов первичных обмоток трансформаторов тока объединены в одну точку и подсоединены к отрицательному полюсу нагрузочного сопротивления.

РИСУНКИ

Рисунок 1