Регульований параметричний стабілізатор струму (варіанти)

1. Регульований параметричний стабілізатор струму, що містить знижувальний трансформатор, який відрізняється тим, що він додатково містить ключ змінного струму, перший, другий, ... n-й регулюючий конденсатор, комплектний перемикач, вузол захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому вивід первинної обмотки знижувального трансформатора сполучений з клемою однофазної мережі змінного струму, до другої клеми якої приєднані перші виводи першого, другого, ... n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких сполучені з виводами комплектного перемикача, виводи якого сполучені з першим виводом ключа змінного струму, другий вивід якого сполучений з другим виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до виводів вторинної обмотки якого підключається навантаження і приєднані вхідні виводи вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, вихідні виводи якого сполучені з керуючим входом ключа змінного струму. 2. Регульований параметричний стабілізатор струму, що містить знижувальний трансформатор, випрямляч, який відрізняється тим, що він додатково містить ключ змінного струму, перший, другий, ... n-й регулюючий конденсатор, комплектний перемикач, вузол захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому вивід первинної обмотки знижувального трансформатора сполучений з клемою однофазної мережі змінного струму, до другої клеми якої приєднані перші виводи першого, другого, ... n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких сполучені з виводами комплектного перемикача, виводи якого сполучені з першим виводом ключа змінного струму, другий вивід якого сполучений з другим виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до ви 2 (19) 1 3 92069 4 лючені до керуючих входів першого, другого, ... nого ключів змінного струму. 5. Регульований параметричний стабілізатор струму, що містить трифазний знижувальний трансформатор, який відрізняється тим, що він додатково містить фазні ключі змінного струму, перший, другий, ... n-й регулюючий конденсатор і комплектний перемикач на кожну фазу, вузол захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому до клем кожної фази трифазної мережі приєднані перші виводи першого, другого, ... n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких сполучені з першими виводами комплектного перемикача, другі виводи якого через ключ змінного струму сполучені з фазним виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до виводів вторинної обмотки якого підключається трифазне навантаження і приєднані вхідні виводи вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, вихідні виводи якого сполучені з керуючими входами фазних ключів змінного струму. 6. Регульований параметричний стабілізатор струму, що містить трифазний знижувальний трансформатор, випрямляч, який відрізняється тим, що він додатково містить фазні ключі змінного струму, перший, другий, ... n-й регулюючі конденсатори і комплектний перемикач на кожну фазу, вузол захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому до клем кожної фази трифазної мережі приєднані перші виводи першого, другого, ... n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких сполучені з першими виводами комплектного перемикача, другі виводи якого через ключ змінного струму сполучені з фазним виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до виводів вторинної обмотки якого через випрямляч підключене трифазне навантаження і приєднані вхідні виводи вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, вихідні виводи якого сполучені з керуючими входами фазних ключів змінного струму. 7. Регульований параметричний стабілізатор струму, що містить трифазний знижувальний трансформатор, систему керування пристроєм, який відрізняється тим, що він додатково містить перший, другий, ... n-й ключ змінного струму і перший, другий, ... n-й регулюючий конденсатор на кожну фазу, вузол захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому до клем кожної фази трифазної мережі приєднані перші виводи першого, другого, ... n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких через перший, другий, ... n-ий ключ змінного струму сполучені з фазним виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до виводів вторинної обмотки якого підключається трифазне навантаження і приєднані вхідні виводи вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, вихідні виводи якого сполучені з входами системи керування пристроєм, виходи якої підключені до керуючих входів першого, другого, ... nого фазних ключів змінного струму. 8. Регульований параметричний стабілізатор струму, що містить трифазний знижувальний трансформатор, систему керування пристроєм, випрямляч, який відрізняється тим, що він додатково містить перший, другий, ... n-й ключ змінного струму і перший, другий, ... n-й регулюючий конденсатор на кожну фазу, вузол захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому до клем кожної фази трифазної мережі приєднані перші виводи першого, другого, ... n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких через перший, другий, ... n-ий ключ змінного струму сполучені з фазним виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до виводів вторинної обмотки якого через випрямляч підключається навантаження і приєднані вхідні виводи вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, вихідні виводи якого сполучені з входами системи керування пристроєм, виходи якої підключені до керуючих входів першого, другого, ... n-ого фазних ключів змінного струму. Винахід належить до перетворювальної техніки і може бути використаний як джерело регульованого змінного і постійного струму заданої потужності (від ампер до тисячі, десятки тисяч і більш ампер) для різних технічних застосувань (зарядка акумуляторних батарей, зварка, гальванопластика, гальваностегія і т.п.). Відома безліч різних схем конверторів із стабілізованим вихідним струмом [1] і з використанням проміжного високочастотного перетворення енергії. До їх недоліків можна віднести потрійне перетворення енергії (випрямляння, високочастотне перетворення і знову випрямляння), складність схеми силової частини і системи управління, відповідно знижена надійність, генерація гармонік в живлячу мережу і в навколишній простір, обмежена потужність перетворення і ін. Відомі джерела струму на основі схеми керованого випрямляча з жорстким зворотним зв'язком по струму [2]. До їх недоліків слід віднести генерацію в мережу високочастотних гармонік, важкі ре жими роботи елементів силової частини (удари струму), що викликає зниження надійності роботи всього пристрою і т.п. Найближчим за технічною суттю до пропонованого є індуктивно-ємкостний перетворювач джерела напруги в джерело струму [3]. До його недоліків слід віднести підвищені масогабарітні показники і відсутність можливості регулювати вихідний струм. Задачею запропонованого технічного рішення є регулювання вихідного струму параметричного стабілізатора струму з одночасним збереженням його основних позитивних якостей - як простота, генерація в мережу реактивної потужності, понижені масогабарітні показники через відсутність індуктивності, підвищена надійність через простоту силової частини і включення пристрою тільки після підключення навантаження (чим виключається робота на холостому ходу що приводить до феррорезонансу напруг в первинному ланцюзі). 5 Поставлена мета досягається тим що регульований параметричний стабілізатор струму, включаючи знижувальний трансформатор, додатково забезпечений ключем змінного струму, першим, другим, ...n-им регулюючим конденсатором, комплектним перемикачем, вузлом захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому вивід первинної обмотки знижувального трансформатора сполучений з клемою однофазної мережі змінного струму, до другої клеми якої приєднані перші виводи першого, другого, ...n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких сполучені з виводами комплектного перемикача, виводи якого сполучені з першим виводом ключа змінного струму, другий вивід якого сполучений з другим виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до виводів вторинної обмотки якого підключається навантаження і приєднані вхідні виводи вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, вихідні виводи якого сполучені з управляючим входом ключа змінного струму, а регульований параметричний стабілізатор струму, включаючи знижувальний трансформатор, випрямляч, додатково забезпечений ключем змінного струму, першим, другим, ...n-им регулюючим конденсатором, комплектним перемикачем, вузлом захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому вивід первинної обмотки знижувального трансформатора сполучений з клемою однофазної мережі змінного струму, до другої клеми якої приєднані перші виводи першого, другого, ...n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких сполучені з виводами комплектного перемикача, виводи якого сполучені з першим виводом ключа змінного струму, другий вивід якого сполучений з другим виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до виводів вторинної обмотки якого через випрямляч підключається навантаження і приєднані вхідні виводи вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, вихідні виводи якого сполучені з управляючим входом ключа змінного струму, а регульований параметричний стабілізатор струму, включаючи знижувальний трансформатор, систему управління пристроєм, додатково забезпечений першим, другим, ...n-им ключем змінного струму, першим, другим, ...n-им регулюючим конденсатором, вузлом захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому вивід первинної обмотки знижувального трансформатора сполучений з клемою однофазної мережі змінного струму, до другої клеми якої приєднані перші виводи першого, другого, ...n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких через перший, другий, ...n-ий ключ змінного струму сполучені з другим виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до виводів вторинної обмотки якого підключається навантаження і приєднані вхідні виводи вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, вихідні виводи якого сполучені з входами системи управління пристроєм, виходи якої підключені до управляючих входів першого, другого, ...n-ого ключів змінного струму, а регульований параметричний стабілізатор струму, включаючи знижувальний трансформатор, систему управління пристроєм, 92069 6 випрямляч, додатково забезпечений першим, другим, ...n-им ключем змінного струму, першим, другим, ...n-им регулюючим конденсатором, вузлом захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому вивід первинної обмотки знижувального трансформатора сполучений з клемою однофазної мережі змінного струму, до другої клеми якої приєднані перші виводи першого, другого, ...n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких через перший, другий, ...n-ий ключ змінного струму сполучені з другим виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до виводів вторинної обмотки якого через випрямляч підключається навантаження і приєднані вхідні виводи вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, вихідні виводи якого сполучені з входами системи управління пристроєм, виходи якої підключені до управляючих входів першого, другого, ...n-ого ключів змінного струму, регульований параметричний стабілізатор струму, включаючи трифазний знижувальний трансформатор, додатково забезпечений фазними ключами змінного струму, першим, другим, ...n-им регулюючим конденсатором і комплектним перемикачем на кожну фазу, вузлом захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому до клем кожної фази трифазної мережі приєднані перші виводи першого, другого, ...n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких сполучені з першими виводами комплектного перемикача, другі виводи якого через ключ змінного струму сполучені з фазним виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до виводів вторинної обмотки якого підключається трифазне навантаження і приєднані вхідні виводи вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, вихідні виводи якого сполучені з управляючими входами фазних ключів змінного струму, а регульований параметричний стабілізатор струму, включаючи трифазний знижувальний трансформатор, випрямляч, додатково забезпечений фазними ключами змінного струму, першим, другим, ...n-им регулюючим конденсатором і комплектним перемикачем на кожну фазу, вузлом захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому до клем кожної фази трифазної мережі приєднані перші виводи першого, другого, ...n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких сполучені з першими виводами комплектного перемикача, другі виводи якого через ключ змінного струму сполучені з фазним виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до виводів вторинної обмотки якого через випрямляч підключається трифазне навантаження і приєднані вхідні виводи вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, вихідні виводи якого сполучені з управляючими входами фазних ключів змінного струму, а регульований параметричний стабілізатор струму, включаючи трифазний знижувальний трансформатор, систему управління пристроєм, додатково забезпечений першим, другим, ...n-им ключем змінного струму і першим, другим, ...n-им регулюючим конденсатором на кожну фазу, вузлом захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому до клем кожної фази трифазної мережі приєднані перші виводи першо 7 го, другого, ...n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких через перший, другий, ...n-ий ключ змінного струму сполучені з фазним виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до виводів вторинної обмотки якого підключається трифазне навантаження і приєднані вхідні виводи вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, вихідні виводи якого сполучені з входами системи управління пристроєм, виходи якої підключені до управляючих входів першого, другого, ...n-ого фазних ключів змінного струму, а регульований параметричний стабілізатор струму, включаючи трифазний знижувальний трансформатор, систему управління пристроєм, випрямляч, додатково забезпечений першим, другим, ...n-им ключем змінного струму і першим, другим, ...n-им регулюючим конденсатором на кожну фазу, вузлом захисту від холостого ходу стабілізатора струму, причому до клем кожної фази трифазної мережі приєднані перші виводи першого, другого, ...n-ого регулюючих конденсаторів, другі виводи яких через перший, другий, ...n-ий ключ змінного струму сполучені з фазним виводом первинної обмотки знижувального трансформатора, до виводів вторинної обмотки якого через випрямляч підключається навантаження і приєднані вхідні виводи вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, вихідні виводи якого сполучені з входами системи управління пристроєм, виходи якої підключені до управляючих входів першого, другого, ...n-ого фазних ключів змінного струму. Як відомо при підключенні навантаження і конденсатора до джерела змінної синусоїдальної напруги струм І визначатиметься з рівняння: U l , (1) с 2 Rн Х с 1 - опір 2 fC ємкості конденсатора; f- частота мережі; С - ємкість конденсатора; U - напруга мережі. При Хс Rh (2) струм визначатиметься з наступного виразу: I=U/Xс. (3) Таким чином, змінюючи Хс ми змінюватимемо струм стабілізатора, який мало залежить від навантаження при його зміні від 0 до величини, що визначається із співвідношення (2), яке виконується завжди у всіх практичних застосуваннях джерела струму. Слід зазначити, що зміна Rн все-таки трохи впливатиме на струм стабілізатора (так для наявного виготовленого зразка для зарядки акумуляторних батарей струмом 1-10А, зібраного по схемі пристрою, що заявляється, зміна струму навантаження складала 10-15% для повного діапазону зміни Rн). Але ця зміна для вказаних вище застосувань цілком допустима. У аналогах і прототипі відсутній набір ємностей конденсаторів, за допомогою яких регулюється вихідний струм стабілізатора струму, що дозволяє зробити висновок про відповідність стабілізатора струму, що заявляється, критерієм "новизна" і "істотні відмінності". На Фіг.1 представлена блок-схема регульованого параметричного стабілізатора струму, виконаного в однофазному варіанті з виходом на змін де Rн опір навантаження; Xc 92069 8 ному струмі; на Фіг.2 представлена така ж блоксхема регульованого параметричного стабілізатора струму з виходом на постійному струмі, на Фіг.3 представлена блок-схема регульованого параметричного стабілізатора струму з системою управління пристроєм, яка автоматично підключає необхідний набір ємностей конденсаторів в коло первинної обмотки знижувального трансформатора; на Фіг.4 представлена, аналогічна останньої, блок-схема регульованого параметричного стабілізатора струму, але вже з виходом на постійному струмі; на Фіг.5 представлена блок-схема регульованого параметричного стабілізатора струму для трифазної мережі з трифазним виходом змінного струму; на Фіг.6 представлена, аналогічна останньої, блок-схема регульованого параметричного стабілізатора струму з виходом на постійному струмі; на Фіг.7 представлена блок-схема регульованого параметричного стабілізатора струму з системою управління пристроєм, яка автоматично підключає необхідні набори ємностей конденсаторів в коло первинної обмотки трифазного знижувального трансформатора; на Фіг.8 представлена, аналогічна останньої, блок-схема регульованого параметричного стабілізатора струму з виходом на постійному струмі. Суть роботи регульованого параметричного стабілізатора струму, що заявляється, полягає в регулюванні вихідного стабілізованого струму шляхом перемикання регулюючих ємностей конденсаторів, включених в первинну обмотку знижувального трансформатора. При цьому, завдяки наявності вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму, при роботі пристрою повністю виключається неприпустимий режим холостого ходу, при якому розвивається резонанс напруги між регулюючою ємністю конденсаторів і індуктивністю первинної обмотки знижувального трансформатора. Регульований параметричний стабілізатор струму на Фіг.1 працює таким чином: при підключенні живлення до пристрою включається в роботу вузол захисту від холостого ходу, і за наявності навантаження на виході пристрою включає ключ змінного струму і стабілізований струм через багато секційні ємності і знижувальний трансформатор надходить в навантаження, при цьому за допомогою комплектного перемикача (КП) можливо під навантаженням регулювати величину стабілізованого струму пристрою. При відключенні навантаження вузол захисту від холостого ходу знімає сигнал управління з ключа на вході пристрою, і стабілізатор відключається від живлячої мережі, чим уникає режиму холостого ходу. Слід зазначити, що параметри регулюючих ємностей конденсаторів вибираються відповідно до співвідношення: Cn 2n C0 , де Сn - ємність n-ой секції конденсаторів включених в паралель. При n=0 це буде просте включена ємності С0, але регулювати струм не можна буде, при n=1 можна змінювати значення ємності відповідно до наступного ряду - С0, 2 С0, 3 С0 і регулювати при цьому струм з точність до 33% 9 і т.д., при n=7 можливо змінювати ємність послідовно від С0 до (2n-1) C0 = 127 C0 і відповідно регулювати вихідний струм з точністю менше 1%. Регулювання стабілізованого вихідного струму пристрою здійснюється шляхом підключення необхідних ємностей з набору в коло, первинної обмотки знижувального трансформатора у ручну за допомогою КП (у вже відміченому робочому зразку пристрою для зарядки акумуляторних батарей використовувався шести секційний КП типу 11П6НПМ). Регульований параметричний стабілізатор струму на Фіг.2 працює аналогічно вищеописаному на Фіг.1 з тією лише різницею, що на його вихід включений некерований випрямляч, і навантаження його працює на постійному струмі. Регульований параметричний стабілізатор струму на Фіг.3 відрізняється від описаних на Фіг.1 і 2 тим, що кожна секція регулюючих ємностей конденсаторів підключена до первинної обмотки знижувального трансформатора через ключ змінного струму, управління якими здійснюється системою управління пристроєм, яка автоматично підключає необхідні секції конденсаторів в коло первинної обмотки знижувального трансформатора або розмикає первинну обмотку тим самим, відключаючи пристрій від мережі під час появи сигналу від вузла захисту від холостого ходу стабілізатора струму. Слід зазначити, що підключення секцій регулюючих конденсаторів через ключі змінного струму і використовування системи управління пристроєм дозволяє істотно розширити можливості пристрою по регулюванню вихідного стабілізованого струму. Так введення в систему управління таймера дозволяє регулювати вихідний стабілізований струм залежно від часу, введення зворотного зв'язку по струму дозволяє додатково точніше стабілізувати вихідний струм стабілізатора струму, введення зворотного зв'язку по напрузі навантаження дозволяє регулювати вихідний стабілізований струм залежно від напруги на навантаженні і т.п. Регульований параметричний стабілізатор струму на Фіг.4 працює аналогічно вищеописаному на Фіг.3 з тією лише різницею, що на його вихід включений некерований випрямляч, і навантаження його працює на постійному струмі. Регульований параметричний стабілізатор струму на Фіг.5 працює від трифазної живлячої мережі, забезпечений трьома наборами регулюючих ємностей на кожну фазу, трьома ключами змінного струму і трьома комплектними перемикачами на кожну фазу. У всьому іншому його робота повторює роботу вищеописаного на Фіг.1 регульованого параметричного стабілізатора струму живленого від однофазної мережі. 92069 10 Слід також відзначити, що для уникнення перекосу фаз при неоднаковому підключенні секцій регулюючих конденсаторів КП фази А, КП фази В і КП фази С (див. Фіг.5) необхідне їх перемикання здійснювати синхронно. Регульований параметричний стабілізатор струму на Фіг.6 працює аналогічно вищеописаному на Фіг.5 з тією лише різницею, що на його вихід включений некерований випрямляч, і навантаження його працює на постійному струмі. Регульований параметричний стабілізатор струму на Фіг.7 працює від трифазної живлячої мережі, забезпечений трьома наборами регулюючих ємностей з своїми ключами змінного струму для кожної секції, які регулюються від системи управління пристроєм, з урахуванням цього, робота пристрою аналогічна роботі вищеописаного на Фіг.3 регульованого параметричного стабілізатора струму живленого від однофазної мережі. Регульований параметричний стабілізатор струму на Фіг.8 працює аналогічно вищеописаному на Фіг.7 з тією лише різницею, що на його вихід включений некерований випрямляч, і навантаження його працює на постійному струмі. Використовування винаходу дозволяє разом із збереженням позитивних якостей параметричного стабілізатора струму якось простота силової частини, генерація в мережу, при роботі, реактивної потужності, нові такі необхідні на практиці властивості як регулювання вихідного стабілізованого струму по заданих законах. Універсальність пристрою, що заявляється, полягає у тому, що він може працювати на струми від ампер (навіть менше при деякій зміні схеми) до сотень, тисяч і більш ампер на потужностях великих пристроїв енергетики (принципових обмежень немає). Слід також відзначити підвищену надійність пристрою, що заявляється. Згаданий виготовлений зразок для зарядки акумуляторних батарей автотранспорту на максимальний струм 10А неможливо спалити замиканням вихідних затисків оскільки це його штатний режим а на холостому ходу він просто відключається. Література 1. Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной апаратуры.-М.: Радио и связь, 1981. 2. Руденко B.C., Сенько В.И., Трифонюк В.В. Основы промышленной электроники.-К.:Вища школа., 1985. 3. А. с. 935927 СССР, МКИ G05F 3/06, Н02М 5/06. Индуктивно-емкостной преобразователь источника напряжения в источник тока/ В.П.Аркушин, И.В.Волков, В.Н.Губаревич, В.Н.Исаков, Ю.М.Осецкий.-Опубл. 1982. Бюл. №22. 11 92069 12 13 92069 14 15 92069 16 17 92069 18 19 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 92069 Підписне 20 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601