Силовий стабілізатор напруги

1. Силовой стабилизатор напряжения, состоящий из входного Г-образного фильтра, собранного из фильтрующей индуктивности и фильтрующей емкости, параллельно фильтрующей емкости включена последовательная цепь, состоящая из управляемого ключа, стабилизирующей индуктивности и стабилизирующей емкости, при этом стабилизирующая индуктивность со стабилизирующей емкостью зашунтированы обратным диодом, 28491 ванном состоянии выключателем, тем самым позволяет появлению перенапряжений на фильтровой емкости при скачках напряжения в случаях перехода с одной контактной сети на другую, при кратковременном исчезновении напряжения в контактной сети, а также при воздействии перенапряжения в контактной сети при грозовых и коммутационных перенапряжениях; во-вторых, известно, что стабилизатор имеет два режима работы: с прерывистым током и непрерывным током в стабилизирующей индуктивности. В прерывистом режиме управляемый ключ имеет ограничение нарастания тока при включении за счет стабилизирующей индуктивности за ключем, но в непрерывном режиме - ключ коммутирует первоначально на себя ток диода сброса запасенной энергии в стабилизирующей индуктивности без ограничения скорости di/dt, а затем обеспечивает заряд стабилизирующей емкости. В основу изобретения поставлена задача исключения перенапряжения на емкости входного фильтра, а также ограничение скорости нарастания тока через управляемый ключ во всех режимах работы стабилизатора напряжения. Поставленная задача достигается тем, что фильтрующая индуктивность зашунтирована индуктивным резистором через двунаправленный, пороговый ключ, последовательно с управляемым ключом включена ограничительная индуктивность, зашунтированная резистором с последовательным диодом, проводимостью обратной направлению управляемого ключа, а между фильтрующей и стабилизирующей емкостями включена вспомогательная цепь из последовательно соединенного резистора и емкости. Резистор с пороговым ключем подключается автоматически параллельно индуктивности фильтра на время заряда емкости фильтра при изменении напряжения в сети выше порогового значения ключа и отключается при переходе тока через нуль. Подключение резистора параллельно индуктивности фильтра обеспечивает заряд емкости без перенапряжения и генерации гармоники фильтра. Ввод ограничительной индуктивности с параллельным подключением последовательной цепи из резистора и обратного диода в цепь управляемого ключа стабилизатора обеспечивает снижение скорости нарастания тока в непрерывном режиме работы стабилизатора на номинальном напряжении. Подключение между емкостью фильтра и стабилизирующей емкостью вспомогательной RC цепи позволяет при включении в сеть подзарядить стабилизирующую емкость помимо ключа стабилизатора, который приведет к ускорению сброса запасенной энергии в стабилизирующей индуктивности, обеспечивая прерывистый режим стабилизатора с ограниченной скоростью нарастания тока через ключ стабилизатора. Подключение накопительной емкости, если такова необходима, выполняется через резистор с шунтирующим диодом на выходе стабилизатора, позволяет без нарушения режима работы стабилизатора произвести заряд этой емкости ограниченным током, а при исчезновении напряжения в сети на копительная емкость выполнит подпитку потребления. На фиг. 1 показана схема реализации предлагаемого устройства, где: 1 - фильтрующая индуктивность; 2 - двунаправленный, пороговый ключ; 3 - индуктивный резистор; 4 - фильтрующая емкость; 5 - обратный диод резистора; 6 - резистор; 7 - ограничительная индуктивность; 8 - управляемый ключ; 9 - резистор вспомогательной цепи; 10 - емкость вспомогательной цепи; 11 - стабилизирующая индуктивность; 12 - обратный диод сброса энергии стабилизирующей индуктивности; 13 - стабилизирующая емкость; 14 - зарядный резистор накопительной емкости; 15 - накопительная емкость; 16 - зарядный диод накопительной емкости; 17 - нагрузка (инвертор). Вариант реализации порогового ключа, например, на тиристорах показан на фиг. 2, где: 18, 19 - тиристоры; 20, 23 - накопительные емкости порогового ключа; 21, 22 - пороговые переключающиеся ключи; 24, 26 - разделительные диоды; 25 - пороговый элемент (симметричный стабилитрон или варистор). Устройство работает следующим образом. При подключении устройства (стабилизатора) пантографом к контактной сети или при любых други х скачках напряжения, происходит заряд фильтровой емкости 4 через индуктивность 1 (см. фиг. 1) от падения напряжения на индуктивности 1 автоматически включается пороговый ключ 2 с уровня порогового значения по напряжению, которое должно быть немногим выше падения напряжения на индуктивности 1 при номинальном и перегрузочном значении тока. Пороговый ключ 2 работает следующим образом. В момент подключения напряжение первоначально полностью ложится на индуктивности 1, при этом в ключе 2 потечет ток через диод 24 (см. фиг. 2) стабилитрон 25 и емкость 23. По мере достижения напряжения на емкости 23 величины срабатывания порогового элемента 22 (10¸15 В), емкость 23 разрядится на управляющий электрод тиристора 19. Включением тиристора 19 подключается резистор 3 (см. фиг. 1), преобразующего процесс заряда емкости 4 близкий к апериодическому, что обеспечивает ее заряд без перенапряжений. Сопротивление 3 должно быть индуктивным, для снижения скорости нарастания тока через тиристоры ключа 2 при заряде емкости фильтра 4. Однако для обеспечения апериодичности заряда емкости 4, желательно чтобы резистор 3 был определенной величины и находился в пределах R £ 1 2 Lф Cф и R ³2 LR Cф где LR - индуктивность резистора 3. При заряде емкости 4 одновременно происходит подзаряд по 2 28491 следовательных емкостей 10 и 13. После заряда емкости 4, ток в ключе 2 прекращается и ключ 2 запирается, отделяя резистор 3 от индуктивности 1 и в дальнейшем фильтр выполняет свои функции. Заряд емкости 13 способствует ускоренному сбросу запасенной энергии в стабилизирующей индуктивности при работе ключа 8. Режим работы стабилизатора характеризуется характером тока в стабилизирующей индуктивности: прерывистый или непрерывный. Прерывистый режим наблюдается при повышенном напряжении в контактной сети и при пониженных нагрузках в инверторе. Непрерывный режим наблюдается при пониженном напряжении в контактной сети и при перегрузках. В прерывистом режиме скорость нарастания тока в ключе 8 при его включении ограничивается стабилизирующей индуктивностью 11, а в непрерывном режиме стабилизирующая индуктивность 11 находится под током, по контуру через стабилизирующую емкость 13 и обратный диод сброса энергии 12. Включение ключа 8 в этом режиме происходит на открытый диод 12, коммутируя ток диода на себя с большой скоростью нарастания. Ограничительная индуктивность 7 снижает эту скорость до допустимого значения. К очередному моменту включения ключа 8 индуктивность 7 должна сбросить с себя запасенную энергию за время паузы закрытого состояния ключа 8. Но т.к. эта пауза ограничена по времени, то величина индуктивности 7 должна быть минимальной и определяться при номинальном напряжении питающей сети пока существует непрерывный ток в индуктивности 11. Для ускорения сброса запасенной энергии, индуктивность 7 зашунтирована резистором 7 с обратным диодом 6. Величина резистора 7 также ограничена, т.к. падение напряжения на нем создает дополнительное воздействие на ключ 8. Однако самым неблагоприятным моментом является включение инвертора на разряженную стабилизирующую емкость 13. Этот режим на блюдается при первом включении стабилизатора и после кратковременного исчезновения напряжения в контактной сети. Отсутствие заряда на емкости 13 приводит к затяжке сброса энергии со стабилизирующей индуктивности 11 и при повышенном напряжении в контактной сети, через ключ 8 при включении протекает ток повышенной амплитуды с большой скоростью нарастания. Наличие вспомогательной RC - цепи 9, 10 исключает этот режим благодаря подзаряду емкости 13 помимо ключа 8, чем укорачивается время сброса энергии со стабилизирующей индуктивности 11, переводя работу стабилизатора из непрерывного в прерывистый режим, защищая ключ 8 от опасных скоростей нарастания тока при его включении. В связи с тем, что в режиме рекупирации или при реостатном торможении исчезновение напряжения в контактной сети не должно прерывать питание обмоток возбуждения тяговых двига телей в стабилизаторе напряжения должна быть установлена накопительная емкость, обеспечивающая требуемое время питания обмоток возбуждения. Величина этой накопительной емкости исчисляется в несколько тысяч микрофарад и заряд ее весьма затруднен независимо от места ее установки на входе стабилизатора или на его выходе. Но так как на входе стабилизатора напряжение изменяется почти в два раза, то целесообразна установка накопительной емкости на выходе стабилизатора. Чтобы не нарушить нормальный режим стабилизатора зарядом накопительной емкости 15, она подключена по заряду через ограничительный резистор 14, а по разряду на нагрузку через диод 16, параллельный резистору 14. При исчезновении напряжения в контактной сети стабилизатор не наполняется энергией и нагрузка требуемое время питается от накопительной емкости 15 через диод 16. При появлении напряжения в контактной сети емкость 15 постепенно восстановит свой заряд от стабилизатора. Фиг.1 3 28491 Фиг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4