Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ТИРИСТОРНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ТОКА
ТИРИСТОРНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ТОКА

ТИРИСТОРНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ТОКА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для питания устройств гальванотехники при размерном электроосаждении металлов. Сущность изобретения: устройство содержит трехфазный силовой трансформатор 1, выпрямитель на шести силовых тиристорах 2, 3, 4, 5, 6, 7, линейный стабилизатор напряжения, состоящий из дополнительного выпрямителя 8 и микроэлектронного стабилизатора 9 напряжения, датчик тока нагрузки, состоящий из резистивного датчика тока и измерительного трансформатора 10, вспомогательный выпрямитель 11, делитель напряжения 12, шесть оптронов управления 13, 14, 15, 16, 17, 18, шесть разделительных диодов 19, 20, 21, 22, 23, 24, шесть компараторов 26, 27, 28, 29, 30, 31, шесть интегрирующих цепей 32, 33, 34, 35, 36, 37 и шесть диодов 38, 39, 40, 41, 42, 43. Резистивный датчик тока выполнен на шести резисторах 44, 45, 46, 47, 48, 49. Изобретение позволяет осуществлять полнофазную регулировку выходного тока от нуля до максимального значения, автоматическое симметрирование углов включения силовых тиристоров и обеспечивает повышение КПД. 5 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2084948
Класс(ы) патента: G05F1/46, H02M7/155
Номер заявки: 93048212/07
Дата подачи заявки: 19.10.1993
Дата публикации: 20.07.1997
Заявитель(и): Акционерное общество открытого типа "Ижмаш"
Автор(ы): Тарасов В.Т.
Патентообладатель(и): Акционерное общество открытого типа "Ижмаш"
Описание изобретения: Изобретение относится к области электротехники, в частности к стабилизаторам тока, и может быть использовано, например, для питания устройств гальванотехники при размерном осаждении металлов.
Известны выпускаемые промышленностью тиристорные выпрямительные агрегаты типа ТВ, ТЕР, содержащие помимо трансформаторов тока специальный синхронизирующий трансформатор, операционные усилители в режиме усиления МВ, импульсные трансформаторы, специальные схемы запуска и т.д. [1]
Недостатком их является сложность схемы управления, а также невысокая точность стабилизации средневыпрямленного тока (±3%).
Кроме того, к недостаткам этих выпрямителей можно отнести также ручное симметрирование углов включения силовых тиристоров и невозможность работы в диодном режиме.
Наиболее близким к предлагаемому является тиристорный стабилизатор тока, содержащий трехфазный трансформатор, датчик тока нагрузки, состоящий из трех резисторов, включенных в нулевую фазу вторичных обмоток силового трансформатора, измерительного повышающего трехфазного трансформатора, вспомогательного выпрямителя и делителя напряжения, выпрямитель на n силовых тиристорах, выход которого подсоединен к выводам для подключения нагрузки, линейный стабилизатор напряжения, состоящий из дополнительного выпрямителя, входного конденсатора, последовательного регулирующего транзистора, микроэлектронного стабилизатора напряжения с первым и вторым корректирующими конденсаторами, вывод обратной связи которого через второй корректирующий конденсатор подключен к выводу коррекции, и n параллельно включенных и подсоединенных к выходу линейного стабилизатора напряжения цепочек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных переменного резистора, ограничительного резистора и светодиода оптрона, фототранзистор которого последовательно с разделительным диодом включен в цепь анод- управляющий электрод соответствующего силового тиристора выпрямителя [2]
Недостатками его являются ручное симметрирование углов включения силовых тиристоров и узкий диапазон полнофазного регулирования выходного тока (1/3 от номинального значения). Это объясняется тем, что включение всех оптронов управления в нем происходит одновременно, и при углах включения 60 эл. град. (за нуль принята точка естественного перекрытия фазных напряжений) происходит включение тиристора с большим анодным напряжением, опережающим предыдущий на 60 эл. град. а это приводит к неполнгофазной работе выпрямителя.
Кроме того, недостатком известного стабилизатора тока является низкий КПД, обусловленный тем, что при больших токах нагрузки в любой момент времени ток протекает через два силовых тиристора, что приводит к дополнительным потерям мощности.
Целью изобретения являются достижение возможности полнофазной регулировки выходного тока от нуля до максимального значения, достижение автоматического симметрирования углов включения силовых тиристоров и повышение КПД.
Поставленная цель достигается с помощью того, что в тиристорный стабилизатор тока, содержащий трехфазный силовой трансформатор с тремя первичными обмотками, соединенными соответственно с выводами для подключения источника питания, и тремя вторичными обмотками, выпрямитель на шести силовых тиристорах, линейный стабилизатор напряжения, состоящий из дополнительного выпрямителя и микроэлектронного стабилизатора напряжения, датчик тока нагрузки, состоящий из резистивного датчика тока и измерительного повышающего трехфазного трансформатора с тремя первичными обмотками и вторичными обмотками, подключенными через соединительные последовательно вспомогательный выпрямитель и делитель напряжения к выводу обратной связи микроэлектронного стабилизатора напряжений, шесть оптронов управления, фототранзисторы которых последовательно с соответствующими разделительными диодами включены в цепь анод- управляющий электрод соответствующих силовых тиристоров, и выводы для подключения нагрузки, с первым из которых соединены катоды первых трех силовых тиристоров, введены шесть компараторов, шесть интегрирующих цепей и шесть диодов, трехфазный силовой трансформатор снабжен дополнительной тремя вторичными обмотками и выполнен с двумя вторичными обмотками в каждой фазе, а резистивный датчик тока выполнен на шести резисторах, одни выводы которых объединены между собой и соединены со вторым выводом для подключения нагрузки, а другие выводы резисторов, попарно для каждой фазы подключены соответственно к концу и началу соответствующих входящих в одну фазу вторичных обмоток трехфазного силового трансформатора и к соответствующей первичной обмотке измерительного повышающего трехфазного трансформатора. Начало и конец вторичных обмоток трехфазного силового трансформатора, входящих в одну фазу, подключены к анодам соответствующих силовых тиристоров, катоды вторых силовых тиристоров соединены с первым выводом для подключения нагрузки, инвертирующие входы всех компараторов объединены между собой и подключены к выходу микроэлектронного стабилизатора напряжения, а неинвертирующий вход каждого компаратора через соединенные последовательно соответствующие интегрирующие цепь и диод подключен к аноду соответствующего силового тиристора, причем к выходному выводу каждого компаратора подключен светодиод соответствующего оптрона управления.
На фиг. 1 изображена схема тиристорного стабилизатора тока, на фиг. 2 - эпюры напряжений и токов, на фиг. 3, 4, 5 эпюры выходного напряжения.
Тиристорный стабилизатор тока содержит трехфазный силовой трансформатор 1 с тремя первичными обмотками, соединенными соответственно с выводами для подключения источника питания, и тремя вторичными обмотками, выпрямитель на шести силовых тиристорах 2, 3, 4, 5, 6, 7, линейный стабилизатор напряжения, состоящий из дополнительного выпрямителя 8 и микроэлектронного стабилизатора напряжения 9, датчик тока нагрузки, состоящий из резистивного датчика тока и измерительного повышающего трехфазного трансформатора 10 с тремя первичными обмотками вторичными обмотками, подключенными через соединенные последовательно вспомогательный выпрямитель 11 и делитель напряжения 12 к выводу обратной связи микроэлектронного стабилизатора напряжения 9, шесть оптронов управления 13, 14, 15, 16, 17, 18, фототранзисторы которых последовательно с соответствующими разделительными диодами 19, 20, 21, 22, 23, 24 включены в цепь анод управляющий электрод соответствующих силовых тиристоров 2, 3, 4, 5, 6, 7, выводы для подключения нагрузки 25, с первым из которых соединены катоды первых трех силовых тиристоров, вновь введенные шесть компараторов 26, 27, 28, 29, 30, 31, шесть интегрирующих цепей 32, 33, 34, 35, 36, 37 и шесть диодов 38, 39, 40, 41, 42, 43. Трехфазный силовой трансформатор 1 снабжен дополнительно тремя вторичными обмотками по две в каждой фазе. Резистивный датчик тока выполнен на шести резисторах 44, 45, 46, 47, 48, 49, одни выводы которых объединены между собой и соединены со вторым выводом для подключения нагрузки 25, а другие выводы резисторов попарно для каждой фазы подключены соответственно к концу и началу соответствующих входящих в одну фазу вторичных обмоток трехфазного силового трансформатора 1 и к соответствующей первичной обмотке измерительного повышающего трехфазного трансформатора 10 Начало и конец вторичных обмоток трехфазного силового трансформатора 1, входящих в одну фазу, подключены к анодам соответствующих силовых тиристоров 2, 3, 4, 5, 6, 7, катоды вторых силовых тиристоров соединены с первым выводом для подключения нагрузки 25, инвертирующие входы всех компараторов 26, 27, 28, 29, 30, 31 объединены между собой и подключены к выходу микроэлектронного стабилизатора напряжения 9, а неинвертирующий вход каждого компаратора через соединенные последовательно соответствующие интегрирующую цепь и диод подключен к аноду соответствующего силового тиристора, причем к выходному выводу каждого компаратора подключен светодиод соответствующего оптрона управления.
Тиристорный стабилизатор тока работает следующим образом: в первоначальный момент после подключения его к трехфазной сети на выходе микроэлектронного стабилизатора 9 появляется напряжение (Uупр. на фиг. 2), близкое к своему максимальному значению. Это объясняется тем, что в этот момент времени силовые тиристотры 2, 3, 4, 5, 6, 7 закрыты и напряжение, пропорциональное току нагрузки 25, поступающее на вывод обратной связи микроэлектронного стабилизатора напряжения 9, равно нулю.
Так как напряжение с выхода микроэлектронного стабилизатора напряжения 9 поступает на инвертирующие входы компараторов 26, 27, 28, 29, 30, 31 и оно превышает полупериоды напряжения, поступающие на неинвертирующие входы компараторов, то последние открываются. Это приводит к включению оптронов управления и, соответственно, к открытию силовых тиристоров 2, 3, 4, 5, 6, 7. Через нагрузку 25 начинает протекать ток, величина которого определяется положением делителя напряжения 12. На неинвертирующие входы компараторов 26, 27, 28, 29, 30, 31 подаются соответствующие полуволны напряжений со вторичных обмоток трехфазного силового трансформатора 1 через диоды 38, 39, 40, 41, 42, 43 и интегрирующие цепи 32, 33, 34, 35,36, 37. Задний фронт этих полуволн растянут интегрирующими цепями 32, 33, 34, 35, 36, 37 таким образом, чтобы он по времени перекрывал полуволну напряжения, следующую за предыдущей со сдвигом 60 эл. град.
Например, сравнивая напряжение Uупр. с растянутым задним фронтом полуволны А1 (см. фиг. 2), мы можем, изменяя величину Uупр., включать компаратор 29 и, соответственно, оптрон управления 16 и силовой тиристор 5 от точки естественного перекрытия полуволн А1 и C2 (диодный режим) до точки, близкой к величине 180 эл. град. полуволны C2. Таким образом, осуществляется полнофазная регулировка выходного тока от нуля до максимального (диодный режим) значения.
Поддержание средневыпрямленного тока в нагрузке 25 с определенной с точностью осуществляется следующим образом:
Например, пусть ток в нагрузке 25 увеличился. Падение напряжения на резисторах (шунтах) 44, 45 фазы А, резисторах 46, 47 фазы C и резисторах 48, 49 фазы B увеличится. При этом увеличится напряжение на вторичных обмотках измерительного повышающего трехфазного трансформатора 10, на выходе вспомогательного выпрямителя 11 и на делителе напряжения 12. В результате этого произойдет увеличение напряжения на выводе обратной связи микроэлектронного стабилизатора напряжения 9, что приведет к уменьшению напряжения Uупр. на его выходе и, соответственно, к симметричному увеличению углов включения силовых тиристоров 2, 3, 4, 5, 6, 7. Все это приведет к уменьшению средневыпрямленного тока в нагрузке 25 до прежней величины.
Минимальные потери мощности на включение силовых тиристоров в данном устройстве достигаются за счет того, что при срабатывании компаратора осуществляется включение соответствующего силового тиристора анодным напряжением с крутым передним фронтом. При этом через управляющий электрод, например, силового тиристора 5 протекает импульс тока длительностью τ50-100 мкс (см. фиг. 2). Это определяется тем, что после включения силового тиристора 5 мГ анод-управляющий своими выводами электрод шунтирует последовательную цепь из фототранзистора оптрона управления 16 и разделительного диода 22, и ток через них, несмотря на то, что компаратор 29 открыт, до прихода переднего фронта полуволны А1, становится равным нулю.
Минимальные потери мощности на включение силовых тиристоров, а также протекание тока в любой момент через один силовой тиристор позволяют данному устройству иметь более высокий КПД, чем устройству, взятому за прототип.
Автоматическое симметрирование углов включения силовых тиристоров осуществляется следующим образом:
положительный полупериод напряжения с каждой из вторичных обмоток трехфазного силового трансформатора поступает через соответствующий открытый силовой тиристор на выход стабилизатора тока, одновременно он же поступает на неинвертирующий вход одного из компараторов через диод и интегрирующую цепь, где сравнивается с Uупр.. Интегрирующая цепь выбрана таким образом, что полупериод напряжения в своей верхней части абсолютно повторяет форму полупериода на выходе стабилизатора тока. Для примера предлагается рассмотреть форму выходного напряжения Uвых. для трех силовых тиристоров, работающих вначале в диодном режиме (Uупр. имеет наибольшую величину, все компараторы и оптроны управления постоянно открыты см. фиг. 3).
На фиг. 3 видно, что точки естественного перекрытия фаз между тиристорами 2-5 и 5-6 находятся на разных уровнях ( что вызвано неравенством напряжений в фазах, разбросом параметров тиристоров и т.д.).
На фиг. 4 видно, что при уменьшении Uупр. вначале начинает подзакрываться тиристор 5 (вход в режим стабилизации тока).
На фиг. 5 видно, что при дальнейшем уменьшении Uупр. точки перекрытия фаз между тиристорами 2-5 и 5-6 сравниваются и в дальнейшем всегда будут находиться на одном уровне для всех шести тиристоров, обеспечивая максимальную для данного режима постоянную составляющую выпрямленного напряжения. Все это можно наблюдать на экране осциллографа.
Кроме того, преимуществами заявленного устройства являются высокий коэффициент стабилизации средневыпрямленного тока (Kус. компаратора суммируется с Kус. микроэлектронного стабилизатора), равномерное распределение тока через силовые тиристоры за счет автоматического симметрирования углов включения последних, простая схема импульсно-фазового управления.
Формула изобретения: Тиристорный стабилизатор тока, содержащий трехфазный силовой трансформатор с тремя первичными обмотками, соединенными соответственно с выводами для подключения источника питания, и тремя вторичными обмотками, выпрямитель на шести силовых тиристорах, линейный стабилизатор напряжения, состоящий из дополнительного выпрямителя и микроэлектронного стабилизатора напряжения, датчик тока нагрузки, состоящий из резистивного датчика тока и измерительного повышающего трехфазного трансформатора с тремя первичными обмотками и вторичными обмотками, подключенными через соединенные последовательно вспомогательный выпрямитель и делитель напряжения к выводу обратной связи микроэлектронного стабилизатора напряжения, шесть оптронов управления, фототранзисторы которых последовательно с соответствующими разделительными диодами включены в цепь анод управляющий электрод соответствующих силовых тиристоров, и выводы для подключения нагрузки, с первым из которых соединены катоды первых трех силовых тиристоров, отличающийся тем, что в него введены шесть компараторов, шесть интегрирующих цепей и шесть диодов, трехфазный силовой трансформатор снабжен дополнительно тремя вторичными обмотками и выполнен с двумя вторичными обмотками в каждой фазе, а резистивный датчик тока выполнен на шести резисторах, одни выводы которых объединены между собой и соединены с вторым выводом для подключения нагрузки, а другие выводы резисторов, попарно для каждой фазы, подключены соответственно к концу и началу соответствующих, входящих в одну фазу, вторичных обмоток трехфазного силового трансформатора и к соответствующей первичной обмотке измерительного повышающего трехфазного трансформатора, при этом начало и конец вторичных обмоток трехфазного силового трансформатора, входящих в одну фазу, подключены к анодам соответствующих силовых тиристоров, катоды вторых трех силовых тиристоров соединены с первым выводом для подключения нагрузки, инвертирующие входы всех компараторов объединены между собой и подключены к выходу микроэлектронного стабилизатора напряжения, а неинвертирующий вход каждого компаратора через соединенные последовательно соответствующие интегрирующие цепь и диод подключен к аноду соответствующего силового тиристора, причем к выходному выводу каждого компаратора подключен светодиод соответствующего оптрона управления.