Спосіб бекірова захисту підсилювача потужності багатофункціонального перетворювача напруги

Спосіб захисту підсилювача потужності багатофункціонального перетворювача напруги, що включає формування першого синусоїдального сигналу від першого трансформатора струму, його випрямлення, подавання випрямленого сигналу на блок порівняння, виконаному на компараторі, попередню установку порога спрацьовування захис 3 му, включених зустрічна в протилежні діагоналі мостової схеми підсилювача потужності, потім виконують випрямлення цих сигналів і подають їх через інвертор на блок пам'яті, з виходу якого керуючий сигнал подають на блок захисного відключення, за допомогою якого відключають напругу живлення підсилювача потужності. Новим у способі, що заявляється, у порівнянні з прототипом є розширення функціональних можливостей пристрою, який реалізує цей спосіб, що дозволить: - підвищити надійність роботи багатофункціонального перетворювача напруги; - відключати багатофункціональний перетворювач напруги, що захищається, без ушкоджень при перевантаженнях і коротких замиканнях у навантаженні; - відключати багатофункціональний перетворювач напруги, що захищається, без ушкоджень при протіканні "наскрізних" струмів у мостовому підсилювачі потужності. Тому очевидно, що реалізація способу, що заявляється, дозволить виконати задачу, поставлену в дійсній корисній моделі, з досягненням технічного результату - розширення функціональних можливостей за рахунок захисту від "наскрізних" струмів підсилювача потужності. Суттєвими ознаками способу, що заявляється, співпадаючими з прототипом, є наступні ознаки: - виконують формування першого синусоїдального сигналу від першого трансформатора струму; - виконують випрямлення першого синусоїдального сигналу; - подають випрямлений сигнал на блок порівняння; - блок порівняння виконують у вигляди компаратора; - виконують попередню установку порога спрацьовування захисту; - подають вихідний сигнал пристрою захисту в схему, що захищається. Відмітними від прототипу суттєвими ознаками способу, що заявляється, є наступні ознаки: - подають вихідний сигнал пристрою захисту на блок захисного відключення; - додатково формують другий і третій синусоїдальні сигнали з двох вторинних обмоток другого трансформатора струму; - дві вторинні обмотки другого трансформатора токи включають зустрічно в протилежні діагоналі мостової схеми підсилювача потужності; - виконують випрямлення другого і третього синусоїдальних сигналів; - випрямлені другий і третій синусоїдальні сигнали подають через інвертор на блок пам'яті; - з виходу блоку пам'яті керуючий сигнал подають на блок захисного відключення, за допомогою якого відключають напругу живлення підсилювача потужності. Між суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, який досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. 12639 4 Дійсно, спосіб, що заявляється, відрізняється більш широкими функціональними можливостями, що дозволяють, у порівнянні з прототипом, підвищити надійність роботи багатофункціонального перетворювача напруги і відключати напругу - це захищає багатофункціональний перетворювач без ушкоджень при перевантаженнях і коротких замиканнях у навантаженні, а також при протіканні "наскрізних" струмів у мостової підсилювачі потужності. Корисна модель ілюстрована наступними кресленнями. На фіг.1 і фіг.2 зображена принципова електрична схема пристрою, що реалізує спосіб, який заявляється. Захисний пристрій багатофункціонального перетворювача напруги містить блок мостового випрямляча, реалізований на діодах VD1-VD4, вхід якого з'єднаний з виходом першого трансформатора струму ТТ1 (умовно не показаного), що контролює струм навантаження імпульсного стабілізатора напруги. Вихід мостового випрямляча через перший резистивный дільник, реалізований на резисторах R1-R3, з'єднаний з першим (прямим) входом блоку порівняння й установки порога захисту, що представляє собою компаратор, виконаний на операційному підсилювачі DA1, другий (інверсний) вхід якого з'єднаний із движком потенціометра R5, встановленого в послідовному ланцюзі з резисторами R4 і R6, підключеного до двухполярного джерела опорної напруги, при цьому вихід компаратора навантажений на третій резистивный дільник R7, R8, середня крапка якого з'єднана з входом "S" блоку пам'яті, вхід "R" якого з'єднаний із блоком установки схеми в нуль. Блок пам'яті виконаний на двох логічних елементах "І-НІ" DD1 і DD2, на яких реалізований "RS"-тригер, при цьому прямий вихід блоку пам'яті з'єднаний зі схемою керування багатофункціонального перетворювача напруги (умовно не показаний), а інверсний вихід блоку пам'яті з'єднаний із блоком захисного відключення багатофункціонального перетворювача напруги (умовно не показаний). Блок установки в нуль виконаний на послідовно з'єднаних резисторі R9 і конденсаторі С1, середня крапка яких підключена до входу "R" блоку пам'яті. Пристрій містить два блоки захистів - блок токового захисту і блок захисту від "наскрізних" струмів. Блок токового захисту додатково містить двохполярне джерело опорної напруги, реалізований на резисторі R10, один вивід якого підключений до плюсового виводу джерела живлення, а другий вивід підключений до двох послідовно включених конденсаторів - С2 і С3, паралельно яким включені два діоди-стабілітрони VD5 і VD6 у запірному напрямку. Блок захисту від "наскрізних" струмів додатково містить два однополуперіодних випрямляча, зібраних на двох резисторах - R11 і R12, одні виводи яких з'єднані між собою і з об'єднаними виводи другого трансформатора струму (умовно не 5 показан), і двох діодах - VD7 і VD8, катоди яких з'єднані і підключені до резистора R13 і аноду запірного діода VD9, а його катод підключений до середнього виводу двохполярного джерела опорної напруги. Катоди двох однополуперіодних випрямлячів на двох діодах - VD7 і VD8 - підключені до других виводів резисторів - R11 і R12, до яких, у свою чергу, підключені другі виводи другого і третього трансформаторів струму, причому другий вивід резистора R13 через логічний формувач-інвертор, реалізований на третьому логічному елементі "ІНІ", надходить на другий вхід "S" блоку пам'яті на "RS"-тригера. Блок захисного відключення складається з генератора імпульсів, одновібратора, підсилювального транзисторно-трансформаторного каскаду, мостового мережного випрямляча, вихід якого навантажений на тиристор з LC-фільтром, що згладжує. Інверсний вихід "RS"-тригера підключений до першого входу генератора імпульсів, реалізованого на двох - четвертому і п'ятому - двохвходових логічних елементах "І-НІ" DD4 і DD5, чотирнадцятому резисторі R14, підключеному до другого входу генератора імпульсів і до виходу четвертого логічного елемента "І-НІ" DD4, вихід якого підключений до об'єднаних входів п'ятого логічного елемента "І-НІ" DD5, і четвертому конденсаторі С4, підключеним між другим входом генератора імпульсів і його виходом. До виходу генератора імпульсів підключений вхід одновібратора. реалізованого на двох - шостому і сьомому - двохвходових логічних елементах "І-НІ" DD6 і DD7, при цьому входи шостого логічного елемента "І-НІ" DD6 об'єднані і підключені до виходу генератора імпульсів, а вихід шостого логічного елемента "І-НІ" DD6 через п'ятнадцятий резистор R15 підключений до першого входу сьомого логічного елемента "I-НІ" DD7, другий вхід якого підключений до виходу генератора імпульсів, при цьому перший вивід п'ятого конденсатора С 5 підключений до першого входу сьомого логічного елемента "І-НІ" DD7, а другий вивід п'ятого конденсатора С5 підключений до мінуса джерела. Вихід одновібратора через четвертий резистивний дільник, реалізований на шістнадцятому R16 і сімнадцятому резисторах R17, підключений до підсилювального транзисторнотрансформаторного каскаду, реалізованому на транзисторі VT1, у колекторний ланцюг якого включена первинна обмотка імпульсного трансформатора TV1, яка зашунтована ланцюжком з десятого діода DD10 і вісімнадцятого резистора R18. Вторинна обмотка імпульсного трансформатора TV1 навантажена через дев'ятнадцятий резистор R19 на перехід катодний-керуючий електрод тиристора VS1, включеного на виході мостового мережного випрямляча на діодах одинадцять - чотирнадцять VD11-VD14, вхід якого підключений до напруги мережі перемінного струму. Вихід тиристора VS1 з'єднаний через п'ятнадцятий діод VD15 з LC-фільтром, що згладжує, ре 12639 6 алізованим на дроселі Др1 і шостому конденсатора С6. Перший резистор R1 підключений також до анода шістнадцятого діода, що розв'язує, VD16, катод якого з'єднаний із плюсом двохполярного джерела опорної напруги. Спосіб, що заявляється, реалізується такий чином. Спочатку формують перший синусоїдальний сигнал з виходу підсилювача потужності за допомогою вторинної обмотки першого трансформатора струму (умовно не показаний), первинна обмотка якого послідовно включена в первинну обмотку вихідного трансформатора підсилювача потужності. Потім перший синусоїдальний сигнал випрямляють за допомогою блоку мостового випрямляча, реалізованого на діодах VD1-VD4. Далі подають випрямлений сигнал через перший резистивный дільник на резисторах R1-R3 на перший (прямої) вхід блоку порівняння й установки порога захисту, що представляє собою компаратор, виконаний на операційному підсилювачі DA1, другий (інверсний) вхід якого з'єднаний із движком потенціометра R5, встановленого в послідовному ланцюзі з резисторами R4 і R6, підключеного до двухполярному джерела опорної напруги, при цьому вихід компаратора навантажений на третій резистивный дільник R7, R8. Попередню установку порога спрацьовування захисту здійснюють за допомогою потенціометра R5. Вихідний сигнал із блоку порівняння й установки порога захисту подають на блок пам'яті, що виконаний на двох логічних елементах "І-НІ" DD1 і DD2, включених за схемою "К8"-тригера. З виходу блоку пам'яті керуючий сигнал подають на блок захисного відключення, що складає з генератора імпульсів на двох логічних елементах "І-НІ" DD4 і DD5, одновібратора, реалізованого на двох логічних елементах "І-НІ" DD6 і DD7, підсилювального транзисторно-трансформаторного каскаду, реалізованого на транзисторі VT1, у колекторний ланцюг якого включена первинна обмотка імпульсного трансформатора TV1, мостового мережного випрямляча на діодах VD11-VD14, вихід якого навантажений на тиристор VS1 з LCфільтром, який згладжує, реалізованим на дроселі Др1 і конденсатора С6. Блок захисного відключення відключає вихідний каскад підсилювача потужності від джерела живлення, тим самим захищаючи його від перевантажень по струму і від струмів короткого замикання. Далі розглянемо послідовність операцій по способі, що заявляється, при виникненні "наскрізних" струмів у вихідному каскаді підсилювача потужності. Для цього додатково формують другий і третій синусоїдальні сигнали з двох вторинних обмоток другого трансформатора струму (умовно не показані), включених зустрічно в протилежні діагоналі мостової схеми підсилювача потужності. 7 Потім виконують випрямлення цих сигналів на двох однополуперіодних випрямлячах, зібраних на двох резисторах R11 і R12 і двох діодах VD7 і VD8. Випрямлені другий і третій синусоїдальні сигнали подають через інвертор DD3 на блок пам'яті, з виходу якого керуючий сигнал подають на блок захисного відключення. за допомогою якого відключають напруга живлення підсилювача потужності. Пристрій, який реалізує спосіб, що заявляється, працює таким чином. Розглянемо роботу пристрою в нормальному режимі, при відсутності спрацьовування захистів. Працює генератор прямокутних імпульсів на елементах DD4 і DD5, імпульси з який надходять на одновібратор на елементах DD6 і DD7 для підвищення крутості фронтів сигналу, а, отже, для більш чіткої роботи всього пристрою при коливаннях живильної напруги і наявності імпульсних перешкод. Сформовані одновібратором сигнали надходять на підсилювальний транзисторнотрансформаторний каскад на транзисторі VT1, у колекторний ланцюг якого включена первинна обмотка імпульсного трансформатора ТV1. Тут сигнали підсилюються і з вторинної обмотки імпульсного трансформатора TV1 через резистор R19 надходять на проміжок "катодний-керуючий електрод" тиристора VS1. Тиристор VS1 при цьому відкривається і напруга живлення надходить на вихідний каскад мостового підсилювача потужності. Розглянемо роботу блоку токового захисту. Імпульсний сигнал із вторинної обмотки трансформатора струму ТТ1, пропорційний току силового трансформатора мостового підсилювача потужності, надходить на вхід мостового випрямляча на діодах VD1-VD4. Напруга з VD1-VD4 не фільтрується, тому що обраний швидкодіючий захист, а уведення фільтра приведе до інерційності і затримки часу включення захисту: =R C. З виходу мостового випрямляча на діодах VD1-VD4 через перший резистивний дільник на резисторах R1-R3 імпульсний сигнал надходить на перший (прямої) вхід компаратора на операційному підсилювачі DA1 і порівнюється з опорним стабілізованим сигналом на його інверсному вході. Поріг спрацьовування компаратора DA1 установлюється потенціометром R5, движок якого з'єднаний із другим (інверсним) входом компаратора DA1. При перевищенні сигналу (тобто при перевищенні вихідного струму підсилювача потужності) на прямому вході компаратора DA1 порога спрацьовування, на виході компаратора DA1 з'явля 12639 8 ються негативні прямокутні імпульси, що надходять на вхід RS-тригера на елементах DD1 і DD2. RS-тригер спрацьовує, що приводить до зриву генерації генератора прямокутних імпульсів на елементах DD4 і DD5, і, отже, закриванню тиристора VS1 і відключенню від мережі підсилювача потужності (умовно не показаний). Розглянемо роботу блоку захисту від "наскрізних" струмів. Дві первинні обмотки трансформатора струму ТТ2 включені зустрічно в одну діагональ мостового підсилювача потужності до і після обмотки вихідного силового трансформатора мостового підсилювача потужності. Імпульсні сигнали з вторинних обмоток трансформатора струму ТТ2, пропорційні струмам силового трансформатора мостового підсилювача потужності, надходять на входи двох випрямлячів на діодах VD7 і VD8. Напруги на діодах VD7 і VD8 не фільтрується, тому що обраний швидкодіючий захист, а уведення фільтрів приведе до інерційності і затримки часу включення захисту: =R С. Резистори R11 і R12, шунтуючі входи двох випрямлячів на діодах VD7 і VD8, дозволяють "розтягти" діапазон контрольованих значень струмів навантаження і більш точно встановлювати поріг спрацьовування блоку захисту від "наскрізних" струмів. Крім того, при нормальній роботі за рахунок зустрічного включення первинних обмоток ТТ2, на вторинних обмотках е.д.с. не наводиться, тому, що зустрічні магнітні потоки взаємно компенсуються і сумарний магнітний потік дорівнює нулю. Якщо через одну з пар транзисторів мостового підсилювача потужності, у загальний ланцюг яких підключені первинні обмотки трансформатора струму ТТ2, починає протікати "наскрізний" струм, то баланс струмів через трансформатор струму ТТ2 порушується, що результирует магнітний потік уже не дорівнює нулю і у одної із вторинних обмоток ТТ2 з'являється фронт імпульсу, що через формувач-інвертор DD3, надходить на вхід RSтригера на елементах DD1 і DD2. RS-тригер спрацьовує, що приводить до зриву генерації генератора прямокутних імпульсів на елементах DD4 і DD5, і, отже, закриванню тиристора VS1 і відключенню від мережі підсилювача потужності (умовно не показаний). Таким чином, на підставі вищевикладеного можна зробити висновок, що задача, поставлена в дійсному винаході - розробка нового способу токового захисту - виконана з досягненням технічного результату - розширення функціональних можливостей за рахунок захисту від "наскрізних" струмів підсилювача потужності. 9 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 12639 Підписне 10 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