Пристрій обмеження зарядного струму

Реферат: Пристрій обмеження зарядного струму належить до електротехніки і може бути використаний для обмеження зарядного струму накопичувальних конденсаторів у складі випрямлювачів або імпульсних перетворювачів, які живляться від мережі змінного струму. Пристрій містить контактор, однофазний діодний міст, до виходу якого підключено тиристор із схемою керування ним, що складається із діода, стабілітрона, р-n-р транзистора, трьох резисторів і конденсатора. Винахід дозволяє покращити масогабаритні показники пристрою обмеження зарядного струму і підвищити надійність системи. Запропонований пристрій обмеження зарядного струму має просту конструкцію, може працювати у широкому діапазоні потужностей, не накладає обмежень на частоту вмикань. Ці якості сприяють покращенню масогабаритних показників і споживчих якостей силових перетворювачів параметрів електричної енергії, в яких його застосовано. UA 102652 C2 (12) UA 102652 C2 UA 102652 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до електротехніки і може бути використаний для обмеження зарядного струму накопичувальних конденсаторів у складі випрямлячів або імпульсних перетворювачів, які живляться від мережі змінного струму. Багато електронних перетворювачів параметрів електричної енергії виконано з використанням подвійного перетворення. Спочатку змінна напруга мережі живлення перетворюється на постійну, яка далі надходить до основного перетворювача, який формує вихідний сигнал. За такою схемою побудовано багато інверторних джерел живлення та перетворювачів частоти для частотно-регульованого електропривода. Перетворення змінної напруги мережі на постійну зазвичай виконується діодним випрямлячем або імпульсним підвищуючим перетворювачем (коректором коефіцієнта потужності). В таких схемах при їх включенні постає проблема обмеження зарядного струму вихідного накопичувального конденсатора, який має велику ємність. Відомий пристрій обмеження зарядного струму (NTC Thermistors: Application Notes, EPCOS AG, March 2006), який складається з термістора або термісторів, включених в розрив силового ланцюга. Схема вигідно відрізняється простотою, проте її неможливо застосовувати при великих потужностях з-за обмеженої енергії розсіювання термісторів, крім того, необхідно витримувати заданий інтервал часу між вимиканням і повторним вмиканням схеми, оскільки термістори мають за цей інтервал охолонути. Відомий пристрій обмеження зарядного струму (Ajith Wijenayake, Tom Gilmore, Rich Lukaszewski, Dale Anderson, and Gary Waltersdorf, "Modeling and Analysis of Shared /Common DC Bus Operation of AC Drives, Part 1", in proceedings of 1997, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, New Orleans, Louisiana), який складається з тиристорного випрямляча з системою керування, до виходу якого підключений накопичувальний конденсатор. Пристрій не має обмеження по потужності і частоті вмикань, проте його недоліками є підвищені втрати енергії в тиристорному випрямлячі і складність схеми керування ним. Відомий пристрій обмеження зарядного струму (Ajith Wijenayake, Tom Gilmore, Rich Lukaszewski, Dale Anderson, and Gary Waltersdorf, "Modeling and Analysis of Shared /Common DC Bus Operation of AC Drives, Part 1", in proceedings of 1997. IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, New Orleans, Louisiana), що складається з контактора, нормально розімкнуті контакти якого включені в розрив силового ланцюга, і обмежувального резистора, включеного паралельно цим контактам - прототип. Пристрій відрізняється простотою, низькими втратами енергії. Недоліками схеми є доволі великі габарити обмежувального резистора і необхідність обмеження частоти вмикань з-за його перегріву. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити пристрій обмеження зарядного струму, в якому за рахунок внесення нових елементів і зміни схеми забезпечується зниження втрат енергії і знімається обмеження на частоту вмикань, що дозволяє покращити масогабаритні показники пристрою обмеження зарядного струму і підвищити надійність системи. Для рішення поставленої задачі в пристрої, що містить контактор, нормально розімкнуті контакти якого включені в розрив силового ланцюга, відповідно до винаходу, в пристрій додатково введені однофазний діодний міст, тиристор, діод, стабілітрон, p-n-p транзистор, три резистори, конденсатор, причому вхід однофазного діодного моста підключено паралельно контактам контактора, до позитивного виходу моста через перший резистор підключені база транзистора і анод діода, катод діода з'єднаний з емітером транзистора, колектор транзистора через другий резистор з'єднаний з керуючим електродом тиристора, анод тиристора підключено до позитивного виходу моста, катод тиристора підключено до негативного виходу моста, третій резистор підключений до виходів моста, ланцюг із паралельно з'єднаних стабілітрона і конденсатора включений між емітером транзистора і катодом тиристора, причому до емітера транзистора підключений катод стабілітрона. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 представлено блок-схему пристрою обмеження зарядного струму, на фіг. 2 - його електричну схему, на фіг. 3 - схему застосування запропонованого пристрою. Пристрій містить контактор 1 (К1 типу WJ115-1C-12VDC, фіг. 2), однофазний діодний міст 2 (BR1 типу BR1010, фіг. 2), до виходу якого підключено тиристор 3 (VS1 типу BT152-600R, фіг. 2) із схемою керування ним 4, що складається із діода (VD1 типу 1N4148, фіг. 2), стабілітрона (VD2 типу BZX55-C12, фіг. 2), p-n-р транзистора (VT1 типу ВС557С, фіг. 2), трьох резисторів (R1, R351 кОм 2 Вт, R2-100 Ом 0,25 Вт, фіг. 2) і конденсатора (С1 0,1 мкФ 50 В, фіг. 2). Оскільки регулювання зарядного струму виконано із застосуванням тиристора, пристрій відрізняється незначними втратами енергії. На додаток, ця особливість знімає обмеження 1 UA 102652 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 частоти вмикань, оскільки пристрою не потрібен час для повернення до первинного стану після вимикання. Пристрій працює в такий спосіб. На фіг. 3 показано приклад включення пристрою обмеження зарядного струму (блок ІCL). Діодний міст BR та конденсатор С входять до складу силової частини системи перетворення електроенергії. Резистор RL імітує навантаження. Одразу після підключення системи до мережі конденсатор С1 розряджений. При цьому напруга мережі прикладена до блока ICL. Процеси у ньому протікають наступним чином. Контактор К1 знаходиться у розімкненому стані. При появі напруги на пристрої обмеження зарядного струму починається зарядка конденсатора С1 по ланцюгу: позитивний вихід BR1-R1-VD1 - С1 - негативний вихід BR1. Транзистор VT1 при цьому закритий прямою напругою діода VD1, струм керуючого електрода тиристора VS1 відсутній. Напруга, до якої зарядиться конденсатор С1, обмежена стабілітроном VD2 на рівні 12 В. Коли миттєва вхідна напруга пристрою обмеження зарядного струму стане нижче, ніж напруга на конденсаторі С1, струм через резистор R1 змінить знак і почнеться розряд С1 по ланцюгу: С1 - емітер-база VT1-R1-R3 - С1. Транзистор VT1 відкриється, що приведе до появи його колекторного струму, який проходитиме по ланцюгу: С1 - емітер-колектор VT1-R2 керуючий електрод VS1 - катод VS1 – С1. Тиристор VS1 відкриється, напруга "анод-катод" VS1 знизиться, що приведе до підвищення базового струму VT1 (оскільки R3 зашунтований VS1) і лавиноподібному розряду С1 через керуючий електрод VS1. Амплітуда імпульсу струму обмежується резистором R2 на рівні близько 100 мА, що достатньо для гарантованого відкриття тиристора VS1 BT152-600R, для якого струм відкривання не більше 32 мА. Тривалість імпульсу більше 5 мке (для BT152-600R потрібно не менше 2 мкс). Відкриття тиристора VS1 призведе до появи імпульсу струму зарядки основного накопичувального конденсатора (С, фіг. 3). Закриття VS1 відбудеться, коли напруга на накопичувальному конденсаторі С зрівняється з абсолютним значенням миттєвої напруги мережі - при цьому діоди моста BR закриються і струм через VS1 стане нульовим. Схема пристрою обмеження зарядного струму повернеться до первинного стану. Таким чином, імпульси зарядного струму будуть формуватися у моменти часу, коли одночасно викопуватимуться дві умови: 1) абсолютне значення миттєвої напруги мережі буде перевищувати напругу на конденсаторі С на величину напруги стабілізації VD2 (фіг. 2) це обмежує амплітуду імпульсів зарядного струму; 2) похідна абсолютного значення миттєвої напруги мережі негативна - це гарантує, що тиристор VS1 (фіг. 2) не відкриється у початку періоду, що призвело б до проходження неконтрольованого імпульсу зарядного струму. Як тільки накопичувальний конденсатор С зарядиться до встановленої мінімальної напруги, замикаються контакти К1 (фіг. 2) і діодний міст BR (фіг. 3) безпосередньо підключається до мережі. На цьому робота пристрою обмеження зарядного струму завершується. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 Пристрій обмеження зарядного струму, що містить контактор, нормально розімкнуті контакти якого включені в розрив силового ланцюга, який відрізняється тим, що в пристрій додатково введені однофазний діодний міст, тиристор, діод, стабілітрон, р-n-р транзистор, три резистори, конденсатор, причому вхід однофазного діодного мосту підключено паралельно контактам контактора, до позитивного виходу моста через перший резистор підключені база транзистора і анод діода, катод діода з'єднаний з емітером транзистора, колектор транзистора через другий резистор з'єднаний з керуючим електродом тиристора, анод тиристора підключено до позитивного виходу моста, катод тиристора підключено до негативного виходу моста, третій резистор підключений до виходів моста, ланцюг із паралельно з'єднаних стабілітрона і конденсатора включений між емітером транзистора і катодом тиристора, причому до емітера транзистора підключений катод стабілітрона. 2 UA 102652 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3