ограничитель напряжения сетей освещения

Формула изобретения

Ограничитель напряжения сетей освещения, содержащий два встречно-параллельно соединенных силовых тиристора, управляющие переходы которых шунтированы обратными диодами, а к управляющим электродам через ограничивающий резистор подключен выпрямительный мост, на выход которого включено интегрирующее звено, состоящее из последовательно соединенных резистора и конденсатора, отличающийся тем, что на выход выпрямительного моста параллельно интегрирующему звену включен вспомогательный тиристор, управляющий электрод которого через последовательно соединенные переключающий диод и резистор подключен к общей точке соединения резистора и конденсатора интегрирующего звена, а параллельно конденсатору интегрирующего звена подключен другой конденсатор через шунтированный обратным диодом коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора, управляющий светодиод которого, соединенный последовательно со стабилитроном, подключен к шунтированному конденсатором делителю напряжения, подсоединенному через другой выпрямительный мост и добавочный резистор к напряжению нагрузки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к преобразовательной технике, предназначено для поддержания заданной уставки действующего напряжения промышленных сетей освещения и может быть использовано для регулирования нагревательных устройств.

Известна простая схема со встречно-параллельно включенными тиристорами для изменения действующего значения переменного тока, используемая для стабилизации выходного напряжения, с устройством управления на однопереходном транзисторе, для питания и синхронизации которого используется выпрямленное однофазным выпрямительным мостом напряжение на тиристорах в интервале запирания [1. Кремниевые управляемые вентили - тиристоры. Технический справочник. Перевод с английского под редакцией к.т.н. В.А, Лабунцова и А.Ф. Свиридова. М.-Л.: Энергия, 1964, с.139-143]. Однако эта схема работоспособна только при глубоком регулировании напряжения, в [1] приведена схема для стабилизации действующего значения выходного напряжения величиной 25 В при входном напряжении 115 В.

Известен стабилизатор-ограничитель типа ТОН-3, в котором параллельно блоку силовых вентилей включен выпрямительный мост, выходное напряжение которого, ограниченное по амплитуде резистором до напряжения стабилизации стабилитрона, подается на интегрирующее звено, состоящее из резистора и конденсатора, затем через каналы управления и сравнения в нужный момент запускается ждущий блокинг - генератор, формирующий импульсы управления, которые со вторичных обмоток импульсного трансформатора поступают на управляющие переходы силовых тиристоров [2. Вексин Ю.Г., Мирошкин Б.С. Преобразовательные приборы, выпускаемые заводом "Электровыпрямитель". - Электротехническая промышленность. Сер. Преобразовательная техника, 1974, вып.12, с.11-14], наиболее близкий к изобретению по совокупности существенных признаков и принятый в качестве прототипа.

Однако наличие большого количества полупроводниковых приборов и трансформаторов усложняет схему устройства, увеличивает его габариты и стоимость, снижает надежность работы. Кроме того, при использовании схемы с импульсными трансформаторами для управления нагрузкой с большой индуктивностью может случиться (особенно при небольших углах проводимости), что нарастание анодного тока будет значительно затянуто, так что пусковой сигнал исчезнет до достижения удерживающего тока тиристора. В этом случае тиристор останется в закрытом состоянии. Если в течение следующего полупериода будет отперт другой тиристор, постоянная составляющая в цепи нагрузки может выдавать насыщение индуктивной нагрузки или сердечника питающего трансформатора, для исключения чего необходимо принятие специальных мер.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является ограничение напряжения сетей освещения на заданном уровне с простым и наиболее экономичным устройством управления. Для этого к управляющим электродам двух встречно-параллельно включенных силовых тиристоров, управляющие переходы которых шунтированы обратными диодами, через ограничивающий резистор подключен выпрямительный мост. Выходное напряжение моста подается на интегрирующее звено, состоящее из последовательно соединенных резистора и конденсатора. Параллельно интегрирующему звену включен вспомогательный тиристор, управляющий электрод которого через последовательно включенные переключающий диод и резистор подсоединен к общей точке соединения резистора и конденсатора интегрирующего звена, а параллельно конденсатору через шунтированный обратным диодом коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора подключен другой конденсатор. Управляющий светодиод оптотранзистора, соединенный последовательно со стабилитроном, подключен к шунтированному конденсатором делителю напряжения, подсоединенному через другой выпрямительный мост и добавочный резистор к напряжению нагрузки.

Схема ограничителя напряжения приведена на фиг.1. На фиг.2 и 3 показаны формы напряжений на элементах схемы при работе ограничителя на активную и активно-индуктивную нагрузки соответственно.

От двух встречно-параллельно включенных тиристоров 1 и 2 запитана осветительная нагрузка 3. Управляющие переходы тиристора шунтированы обратными диодами 4 и 5. К управляющим электродам через ограничивающий резистор 6 подключен выпрямительный мост 7. На выход моста подключены интегрирующее звено, состоящее из резистора 8 и конденсатора 9, и вспомогательный тиристор 10, управляющий электрод которого через переключающий диод 11 и резистор 12 подключен к точке соединения резистора 8 и конденсатора 9. Параллельно конденсатору 9 через шунтированный обратньм диодом 13 коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора 14 подключен другой конденсатор 15. Управляющий светодиод оптотранзистора 14 соединен последовательно со стабилитроном 16 и подключен к шунтированному конденсатором 17 делителю напряжения 18. Делитель напряжения 18 подключен к выпрямительному мосту 19, вход которого через добавочный резистор 20 подсоединен к напряжению нагрузки 3.

Использование для управления силовыми тиристорами 1 и 2 анодного напряжения и маломощного вспомогательного тиристора 10, ток удержания которого на один-два порядка меньше, чем у силовых тиристоров, обеспечивает надежное их включение при малых углах регулирования. Резистор 6 ограничивает ток управления силовых тиристоров в допустимых пределах при максимальном напряжении сети. Конденсатор 9 обеспечивает работу схемы при малых углах регулирования, совместно с резистором 8 определяет минимальный угол регулирования при закрытом оптотранзисторе 14, поэтому величина его емкости выбирается минимальной, но достаточной для надежного включения вспомогательного тиристора 10. Величины сопротивления резистора 8 и емкости конденсатора 15 выбираются из условия обеспечения необходимого максимального угла регулирования при заколоченном коллекторно-эмиттерном переходе оптотранзистора 14. Диод 13 обеспечивает цепь разряда конденсатора 15 при срабатывании переключающего диода 11 и одновременно защиту коллекторно-эмиттерного перехода оптотранзистора 14 от обратного напряжения. Напряжение на цепях, параллельных конденсатору 9, определяется напряжением срабатывания переключающего диода 11, а ток ограничивается резистором 8 и его величина в 5-10 раз меньше тока управления силовых тиристоров, что и определяет как применение маломощного оптотранзистора, так и возможность включения схемы управления в цепи управляющих переходов силовых тиристоров.

Формы напряжений на элементах схемы приведены на фиг.2 при работе ограничителя на активную нагрузку (лампы накаливания) и на фиг.3 при работе на активно-индуктивную нагрузку (лампы типа ДРЛ, ДРИ, КИ220, люминесцентные лампы, имеющие индуктивный балласт). На обеих фигурах кривая 1 - напряжение сети Uc; 2 - напряжение на нагрузке 3 - U₃; 3 - линия уровня напряжения срабатывания переключающего диода 11 U₃; 4 - напряжение на конденсаторе 15 U₁₅; 5 - напряжение на коллекторно-эмиттерном переходе оптотранзистора 14 U₁₄. Величины напряжений указаны в относительных единицах, причем для напряжений U₁₁, U₁₅ и U₁₄ относительное значение умножается на 0,1.

При достижении суммой мгновенных значений напряжений U₁₅ и U₁₄ напряжения U₁₁ срабатывания переключающего диода выдается сигнал на включение того силового тиристора, на аноде которого в этот момент положительный потенциал сети. При повышении напряжения сети оптотранзистор приоткрывается больше, падение напряжения на его коллекторно-эмиттерном переходе уменьшается, следовательно, конденсатор должен зарядиться соответственно до большего напряжения, увеличивается угол регулирования, напряжение на нагрузке снижается до заданной величины. Точность поддержания заданной уставки напряжения определяется параметрами оптотранзистора 14, выполняющего функцию обратной связи по напряжению нагрузки. Например, оптотранзистор типа АОТ110 при допустимом токе светодиода 25 мА начинает открываться при 0,2 мА и полностью открывается при токе светодиода 0,5 мА, при этом напряжение на нем изменяется от 1,1 до 1,15 В, что обеспечивает высокую точность поддержания заданного значения напряжения на нагрузке.