Блок живлення зі струмовим входом

Реферат: Винахід належить до електротехніки, зокрема до блоків живлення зі струмовим входом. Блок живлення зі струмовим входом за рахунок використання як вхідного трансформатора струму фазного трансформатора струму енергопідстанції, включення паралельного силового ключа до двонапівперіодного випрямляча і застосування як ключа симетричного тиристора, забезпечує зменшення його габаритних розмірів. UA 112681 C2 (12) UA 112681 C2 UA 112681 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електротехніки, зокрема до блоків живлення мікропроцесорних пристроїв релейного захисту та автоматики, і може знайти застосування в реалізації блоків живлення при організації живлення пристроїв від фазних струмів. Досить часто розподільні пристрої і трансформаторні підстанції не мають окремо виділеного ланцюга напруги оперативного живлення мікропроцесорних пристроїв релейного захисту та автоматики. В такому випадку живлення пристроїв захисту організується від ланцюгів струмових трансформаторів фаз, зазвичай для цього використовують трансформатори струму, встановлені на шині фази А і шині фази С. Відомий блок живлення, що має в тому числі струмовий вхід, який містить вхідний трансформатор струму, первинна обмотка якого з'єднана з вторинною обмоткою фазного трансформатора струму трансформаторної станції (або розподільного пристрою), вторинна - зі входом двотактного випрямляча, що навантажений через розділовий діод на ємнісний фільтр і при цьому з'єднаний з паралельно включеним силовим транзистором, силовий транзистор керується схемою управління, інформаційний вхід якої з'єднаний з ємнісним фільтром (блок живлення БПК-001, ОАО "ВНИИР", м.Чебоксари - http: //www/naladka.by/? id = 259 - [1]). Даний блок встановлюється на кожен мікропроцесорний термінал релейного захисту, має масогабаритні характеристики, схожі з характеристиками власне мікропроцесорного терміналу. Відомий також пристрій Орион-БП-2 (Захаров О.Г. Источники питання для схем с цифровыми устройствами релейной защиты - стр.18-19 [2]), що являє собою джерело живлення зі струмовим входом, структура побудови якого аналогічна БПК-001. Цей пристрій так само, як і вищезгаданий, має великі габарити. Найбільш близьким до пропонованого технічного рішення є відоме джерело живлення БПК-4 (Захаров О.Г., стр.14-15), виконане відповідно до технічного рішення за патентом РФ 2216844 [3]. Воно містить вхідний трансформатор струму, з'єднаний з вторинною обмоткою фазного трансформатора струму, який встановлений на фазній шині та є елементом електрообладнання трансформаторної підстанції; двонапівперіодний випрямляч, вхід якого з'єднаний з вторинною обмоткою вхідного трансформатора струму; силовий транзисторний ключ, з'єднаний своїми силовими виводами паралельно виходу двонапівперіодного випрямляча; схему управління, розділовий діод і ємнісний фільтр; розділовий діод анодом з'єднаний з плюсовим виходом двонапівперіодного випрямляча, катодом - з конденсатором ємнісного фільтра; інформаційний вхід схеми управління з'єднаний з конденсатором ємнісного фільтра, а вихід управління - з керуючим електродом силового транзистора. Принцип роботи відомого блока живлення БПК-4 полягає в наступному. Припустимо, що в початковому стані конденсатор ємнісного фільтра розряджений і на ньому відсутня напруга, схема управління не видає на силовий транзистор керуючу напругу і транзистор закритий, тобто крізь його силові виводи не протікає струм. При протіканні струму в фазній шині встановлений на ній трансформатор струму формує в своїй вторинній обмотці струм, який надходить в первинну обмотку вхідного трансформатора струму пристрою, що розглядається. Крізь двохнапівперіодний випрямляч, розділовий діод і обкладки конденсатора ємнісного фільтра починає протікати струм заряду конденсатора, напруга на ньому починає збільшуватися. У деякий момент часу напруга на конденсаторі досягає рівня спрацьовування схеми управління, яка видає керуючий сигнал на керуючий електрод силового транзистора, переводячи його у відкритий стан, тобто в стан, при якому крізь силові виводи транзистора протікає струм і вихід двонапівперіодного випрямляча шунтується силовим транзистором. Це призводить до того, що припиняється протікання зарядного струму конденсатора, напруга на ньому перестає зростати і через деякий час починає зменшуватися через струми саморозряду конденсатора і струм навантаження, підключеного паралельно конденсатору ємнісного фільтра. Розряду конденсатора при замкненому силовому транзисторі перешкоджає розділовий діод. Через деякий час напруга на конденсаторі ємнісного фільтра знизиться настільки, що знову спрацює схема управління і закриє силовий транзистор, відновивши тим самим ланцюг заряду конденсатора ємнісного фільтра. Напруга на конденсаторі ємнісного фільтра знову почне збільшуватися і описаний процес обмеження напруги на конденсаторі знову повториться. Відомому джерелу живлення [3] так само властиві недоліки розглянутих вище технічних рішень - застосування вхідних трансформаторів струму призводить до збільшення габаритів, такі блоки живлення часто розраховані на обслуговування декількох мікропроцесорних пристроїв релейного захисту та автоматики, що в деяких випадках є неприйнятним як з економічних міркувань, так і за умовами розміщення і надійності. Забезпечення індивідуальним живленням від струмових ланцюгів підстанцій кожного мікропроцесорного пристрою підвищує надійність захисту 1 UA 112681 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 енергетичного розподільного устаткування, проте вирішення цього завдання відомими технічними рішеннями пов'язано із збільшенням витрат. Задачею пропонованого винаходу є здешевлення і зменшення габаритів. Поставлена задача вирішується тим, що як вхідний трансформатор струму використовується фазний трансформатор струму трансформаторної підстанції, при цьому силовий ключ включений паралельно входу двонапівперіодного випрямляча, як силовий ключ застосований симетричний тиристор, а схема управління виконана у вигляді ланцюга з послідовно включених струмообмежувального резистора і порогового елемента, наприклад, симетричного стабілітрона або симетричного супресора, що з’єднаний одним кінцем з входом двонапівперіодного випрямляча, іншим - з керуючим електродом тиристора. На кресленні представлена функціональна схема запропонованого блока живлення. Пропонований пристрій містить (див. фіг. 1) силовий ключ 1, за який застосований симетричний тиристор; схему 2 управління у вигляді ланцюга з послідовно з'єднаних струмообмежувального резистора 3 і симетричного стабілітрона (або симетричного супресора) 4; двонапівперіодний випрямляч 5; ємнісний фільтр 6; розділовий діод 7, включений в прямому напрямку між позитивним виводом випрямляча і позитивним виводом ємнісного фільтра 6. Силовий ключ 1 включений силовими виводами паралельно входу двонапівперіодного випрямляча 5. Паралельно силовим виводам силового ключа 1 підключений ланцюг з послідовно з'єднаних струмообмежувального резистора 3 і симетричного стабілітрона (або супресора) 4, другий кінець якого з'єднаний з керуючим електродом симетричного тиристора силового ключа 1. Виводи силового ключа 1 є входом пропонованого блока живлення, клеми ємнісного фільтра 6 виходом блока живлення. Для гальванічної розв'язки з навантаженням можуть бути застосовані відомі перетворювачі постійної напруги в постійну_на основі малогабаритних імпульсних трансформаторів (умовно не показано). Як симетричний тиристор 1 може бути застосований симістор типу ТС132-80-10, що серійно випускається Запорізьким заводом "Преобразователь". Як двонапівперіодний випрямляч 5 може бути застосована монолітна діодна збірка, що випускається серійно, наприклад - KBU10M фірми CrownpoTechnology, як ємнісний фільтр 6 може бути застосований, наприклад, електролітичний конденсатор типу TKR101M2GL35M, що серійно випускається фірмою Jamicon; як розділовий діод 7 може бути застосований напівпровідниковий діод типу BYV26E фірми Vishay, анод якого з'єднаний з позитивним виводом двонапівперіодного випрямляча 4, а катод - з позитивним виводом електролітичного конденсатора ємнісного фільтра 6; як інші елементи можуть застосовуватися елементи за прямим призначенням, що серійно випускаються. Розглянемо роботу пропонованого пристрою. Припустимо, що вхід пристрою підключений до вторинної обмотки фазного трансформатора струму і що струм в ньому відсутній. Тоді в початковому стані в пристрої не протікають струми і відсутні напруги на виводах компонентів. В цьому випадку зарядний струм конденсатора ємнісного фільтра 6 відсутній, напруга на конденсаторі фільтра практично дорівнює нулю, схема управління 2 не пропускає струм в керуючий електрод симістора 1, він знаходиться в закритому стані, тобто струм через нього не протікає. Напруга на виході пристрою дорівнює нулю. Нехай в деякий момент часу у вторинній обмотці фазного трансформатора струму з'явився струм. Так як силовий ключ 1 симетричного тиристора закритий, цей струм пройде крізь двонапівперіодний випрямляч 5, розділовий діод 7 в конденсатор ємнісного фільтра 6, напруга на якому почне збільшуватися. Одночасно почне збільшуватися напруга і на силових електродах ключа 1 і у ланцюгу 2 управління. У деякий момент часу напруга на ланцюзі 2 управління досягне рівня пробою симетричного стабілітрона (або симетричного супресора), в результаті чого в керуючий електрод симетричного тиристора 1 почне протікати струм управління і він перейде у відкритий стан, напруга на його виводах впаде до малого рівня (від 2,2 до 2,5 В залежно від типу тиристора), симетричний стабілітрон (симетричний супресор) припинить пропускати струм в ланцюзі 2 управління. Зарядний струм ємнісного фільтра 6 перерветься. Розділовий діод 7 попередить розряд ємнісного фільтра 6 крізь ланцюг заряду. При зміні полярності струму фазного трансформатора струму описані процеси формування зарядного струму ємнісного фільтра 6 знову повторяться. Таким чином здійснюється безперервне протікання струму фазного трансформатора, зовнішнього відносно до пропонованого пристрою, з періодичним його перемиканням в ланцюг заряду ємнісного фільтра 6, напруга на якому буде підтримуватися і значення його визначатиметься напругою пробою симетричного стабілітрона (симетричного супресора). 2 UA 112681 C2 5 Список джерел 1. http: //www/naladka.by/? id = 259 2. Захаров О.Г. Источники питання для схем с цифровыми устройствами релейной защиты - М НПФ "Энергопрогресс", 2011. - С.14-15. 3. Пат. 2216844 Російська Федерація Н02М7 / 12. Источник питання комбинированный / Езерский С.В., Миров А.В., Потапенко В.И., Алексеев Ю.А. - Опубл .: 20.11.2003. Бюл. № 32. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Блок живлення зі струмовим входом, що містить вхідний трансформатор струму, двонапівперіодний випрямляч, навантажений через розділовий діод на ємнісний фільтр, силовий ключ, включений паралельно двонапівперіодному випрямлячу, і схему управління, який відрізняється тим, що як вхідний трансформатор струму використовується фазний трансформатор струму трансформаторної підстанції, при цьому силовий ключ включений паралельно входу двонапівперіодного випрямляча, як силовий ключ застосований симетричний тиристор, а схема управління виконана у вигляді ланцюга з послідовно включених струмообмежувального резистора і порогового елемента - симетричного стабілітрона або симетричного супресора, з'єднаного одним кінцем з входом двонапівперіодного випрямляча, іншим - з керуючим електродом тиристора. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3