PL102286B1 - The thyristor power control system with compenasation of voltage changes of mains - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest tyrystorowy uklad regulacji mocy z koimjpeinsaoja zmian napiecia sie¬ ci zasilajacej, wyposazony w stopien radcy zawiie- rajacy (tyrystory lub tyrystory symetryczne do sto¬ sowania w ukladach regulacji temperatury oraz w innych zespolach automatyki wymagajacych precy¬ zyjnego sterowania sygnalem regulujacym duzej mocy.

Znane sa wzmacniacze mocy z sygnalem wyjscio¬ wym stalopradowyim oraz wzmacniacze o dzialaniu impulsowym, w których prad wyjsciowy jest prze¬ mienny luJb stanowi sume pradu stalego i prze¬ miennego. Jako elementy wykonawcze w stop¬ niach wyjsciowych mocy o dzialaniu impulsowym stosowane sa tranzystory oraz tyrystory i tyrysto¬ ry symetryczne, wykorzystywane na ogól we wzmacniaczach o duzej mocy wyjsciowej, gdzie jest wymagana wysoka sprawnosc energetyczna.

W znanych wzmacniaczach tego typu sygnal wejsciowy jest przekazywany do przesuwnika fa¬ zowego, który steruje bezposrednio uklad wyzwa¬ lania czlonu tyrystorowego. Rozwiazania taikie sa wrazliwe na zmiany napiecia sieci zasilajacej, co ogranicza lub uniemozliwia ich zastosowanie w urzadzeniach automatyki i sterowania.

Wynalazek stanowa uklad tyrystorowego regula¬ tora mocy, w którym sygnal wejsciowy doprowa¬ dzony do jednego z wejsc wzmacniacza operacyjne¬ go jest porównywany z sygnalem sprzezenia zwrot¬ nego podawanym na drugie wejscie tego wzmac- niacza. Do wyjscia wzmacniacza dolaczony jest* uklad zsynchronizowanego z siecia generatora na¬ piecia piloksztaltnego. Generator ten steruje jedno z wejsc komparatora wyzwalanego przy porów¬ naniu z okreslana stala wartoscia napiecia odnie¬ sienia. Wyjsciowy sygnal ujemny komparatora la¬ duje kondensator poprzez rezystor i diode, a wyjs¬ ciowy sygnal dodatni przeladowuje go w obwodzie rezystora i zlacza emiter^baza tranzystora. Po na¬ syceniu tranzystora na pierwszym transiformatorze, polaczonym uzwojeniem pierwotnym z kolektorem uzyskuje sie prad wyzwalajacy dolaczony do uzwo¬ jenia wtórnego pólprzewodnikowy lacznik oraz przeplyw pradu przez obciazenie dolaczone równo¬ legle do uzwojenia pierwotnego drugiego transfor¬ matora. Spadek napiecia na obciazeniu zostaje wy¬ prostowany, a skladowa stala sygnalu napieciowe¬ go jest podawana do drugiego wejscia wzmacnia¬ cza, zamykajac tym samym petle sprzezenia zwrotnego.

W szczególnym przypadku, gdy lacznik stanowia pracujace na przemian tyrystory sa one wlaczone w ukladzie prostownika sterowanego zasilanego z sieci za posrednictwem transformatora sieciowe¬ go. Tyrystory te sa dolaczone do obciazenia oraz obwodu filtrujacego skladowe zmienne sygnalu napieciowego z tego obciazenia. Uklad zsynchro¬ nizowanego z siecia generatora napiecia piloksztalt¬ nego stanowi rezystor wlaczony pomiedzy wyjs¬ ciem wzmacniacza i wejsciem komparatora, do 1022863 102286 4 którego jest dolaczony kondensator polaczony rów¬ nolegle ze sterowalnym impulsowo z sieci elemen¬ tem kluczujacym. v Rozwiazanie ukladu wedlug wynalazku, zwlasz¬ cza dzieki wykorzystaniu petli sprzezenia zwrotne- 5 go oraz tyrystorowego stopnia wyjsaiowego, umoz¬ liwia uzyskanie wysokiej sprawnosci energetycznej przy jednoczesnym uniezaleznieniu ukladu od zmian napiecia sieci zasilajacej. Przyklad wyko¬ nania wedlug wynalazku jest odtworzony na ry- 10 sunku, na któirym fig. 1 przedstawia schemat blo¬ kowy przykladowego wykonania ukladu regulacji wedlug wynalazku, fig. 2 — schemat ukladu po¬ laczen jednego. _z rozwiazan wedlug fig. 1, fig. 3 — inny przyklad wykonania ukladu wedlug wy- 15 nalazku, fig. 4 — przebiegi napieciowe lub prado¬ we syginalu w charakterystycznych punktach ukla¬ du wedlug fig. 2 i fig.3. ~ "Oklad wedlug wynalazku zawiera wzmacniacz operacyjny 1, w którym do wejscia nieinwersyij- 2° nego jest doprowadzone napiecie sterujace, a do wejsaia inwersyjnego napiecie ujemnego sprzeze¬ nia zwrotnego. Sygnal z wyjscia wzmacniacza, pro¬ porcjonalny do róznicy napiec wejsciowych, jest podawany do zsynchronizowanego z siecia genera- 25 tora 2 napiecia piloksztaltnego. Generator steruje jedrno z wejsc ukladu komparatora 3. Do drugiego wejscia komparatora podaje sie stale dodatnie na¬ piecie odniesienia Uodn. Zmiana stanu kampara- . tora powoduje wytworzenie na jego wyjsciu na- 30 piecia dodatniego, a tym samym przeplyw pradu w ukladzie wyzwalajacym 4 oraz wyzwolenie pól¬ przewodnikowego lacznika bezstykowego 5, na przyklad tyrystora symetrycznego typu TRIAC.

Wlaczenie lacznika 'umozliwia przeplyw pradu 35 przez obciazenie dolaczone równolegle do> uzwoje¬ nia pierwotnego drugiego transformatora 6. Spa¬ dek napiecia na obciazeniu spowodowany przeply¬ wem pradu jest transformowany 4*rzez transforma¬ tor 6, a nastepnie prostowany w ukladzie pros- 40 towmiika 7 i filtrowany w ukladzie filtrujacym 8.

W ten sposób uzyskane napiecie siprzezenia zwrot¬ nego jest dostarczane do wejscia inwersyjnego wzmacniacza 1. Generator 2 zawiera dodatkowo uklad kluczujacy umozliwiajacy uzyskanie synchro- 45 nizacji z napieciem sieci. Jak to przedstawiono na fig. 2 i fig. 4 dzialanie przykladowo rozwiazanego Ukladu wedlug wynalazku jest nastepujace: Wejsciowy napieciowy sygnal sterujacy jest po¬ dawany do wejscia nieinwersyjinego wzmacniacza 50 operacyjnego 1. Do wejsaia inwersyjnego wzmac¬ niacza 1 przekazywany jest napieciowy sygnal ujemnego sprzezenia zwrotnego. Napiecie wyjscio¬ we wzmacniacza 1, proporcjonalne do róznicy na¬ piec wejsciowych laduje kondensator 12 poprzez 55 rezystor 10 wedlug krzywej wykladniczej przedsta¬ wionej na fig. 4A. Napiecie na kondensatorze 12 podawane jest do jednego z wejsc" komparatora 3.

Do wejscia drugiego komparatora 3 doprowadzane jest stale dodatnie napiecie odniesienia Uodn. Do- 60 póki napiecie na kondensatorze 12 jest mniejsze od napiecia odniesienia Uodn, napiecie na wyjsciu komparatora 3 jest ujemne, powodujac ladowanie kondensatora 14 przez rezystor 13 i diode 15.

W momencie, gdy napiecie na kondensatorze 12 fis przekroczy poziom napiecia odniesienia, kompara¬ tor 3 zmienia swój stan, wytwarzajajc na wyjsciu napiecie dodatnie, jak to pokazano na ffiig, 4C.

Zmiana stanu komparatora 3 wywoluje przela¬ dowanie kondensatora 14 przez rezystor 13 i zlacze emiter—baza tranzystora 16. Przeplyw pradu przez zlacze emiter—baza tranzystora 16 powoduje chwi¬ lowe nasycenie tranzystora 16 zgodnie z fig. 4D.

Wskutek nasycenia tranzystora J6 nastepuje impul¬ sowy przeplyw pradu przez pierwotne uzwojenie transformatora 17 oraz kolektor i^emiter tranzy¬ stora 16. Prad ten, przetransformowany za pomo^ ca transformatora 17, wyzwala lacznik 5. Czas trwania impulsu wyzwalajacego okreslony jest cza¬ sem niezbednym na przeladowanie kondensatora 14, spowodowane zmiana stanu komparatora 3.

Czas ten mozna zmieniac przez dobieranie war¬ tosci rezystora 13 i kondensatora 14.'..* Wlaczenie lacznika 5 umozliwia przeplyw pradu przez obciazenie dolaczone TÓwnolegle do uzwoje¬ nia pierwotnego transformatora 6. Spadek napie¬ cia .na obaiazeniu spowodowany przeply+wem pradu transformowany jest za pomoca transformatora 6, a nastepnie prostowany dwupolówkowo za pomoca diod 22 i 23 tak, jak uwidoczniono na fig. 4E. Po odfiltrowaniu w ukladzie filtru dolnoprzepustowe- go zlozonego z kondensatorów 9 i 21 oraz rezy¬ storów 18, 19 i 20, napiecie sprzezenia zwrotnego jest dostarczane do wejscia inwersyjnego wzmac¬ niacza operacyjnego 1. Synchronizacje z napieciem sieci zapewnia klucz tranzystorowy 11, który kaz¬ dorazowo w chwili przejscia napiecia sieci przez zero jest pobudzany z zewnatrz ukladu impulsem pradowym tak, jak to przedstawiono na fig. 4B.

Przeplyw pradu w obwodzie emiter—-baza tran¬ zystora 11 wywoluje nasycenie tego tranzystora i w konsekwencji rozladowanie kondensatora 12. Wsku¬ tek rozladowania kondensatora 12 komparator 3 zmienia swój stan na ujemny. Cykl pracy konczy sie w momencie przejscia napiecia sieci przez zero owodujacego samoczynne wylaczenie sie lacznika . W stanie ustalonym napiecie sprzezenia zwrot¬ nego dolaczone do wejscia inwersyjnego wzmac¬ niacza 1 jest prawie równe, ale mniejsze od wejsciowego napiecia sterujacego doprowadzonego do wejscia nieiinwersyjnego.

W innym przykladzie wykonania ukladu wedlug wynalazku, jak to przedstawiono na fig. 3, lacz¬ nik pólprzewodnikowy 5 stanowia tyrystory 5' i 5" pracujace w ukladzie prostownika sterowanego' za¬ silanego z sieci za posrednictwem transformatora 24. Katody tyrystorów dolaczone sa do obciazenia oraz do filtru dolnoprzepustowego. Dzialanie ukla¬ du jest analogiczne do wykonania przedstawionego na fig. 2. Charakterystyczne przebiegi napieci ii pra¬ dów w ukladzie zilustrowano na fig. 4. Róznica w pracy polega na tym, ze tyrystory 5' i 5" pracuja na przemian. W chwili, gdy komparator 3 zmie¬ nia swój s/tan z ujemnego na dodatni, impuls pra¬ dowy powstajacy na wtórnym uzwojeniu transfor¬ matora 17 wyzwala ten z tyrystorów, którego ano¬ da jest spolaryzowana dodatnio wzgledem katody.

Wyzwolenie któregokolwiek z tyrystorów powo¬ duje przeplyw pradu przez obciazenie, a spadek napiecia na obciazeniu zgodny jest z fig. 4E. Skla-5 102286 6 dowa stala napiecia obciazenia wydzielona w ukla¬ dzie filtru dolnoprzepustowego, zlozonego z kon¬ densatorów 9 i 21 oraz rezystorów 18, 19 i 20, po¬ dawana jest na wejscie inwersyjne wzmacniacza operacyjnego 1, zamykajac tym samym petle sprze¬ zenia zwrotnego.

Wersja przedstawiona na fig. 3 znajduje zasto¬ sowanie w urzadzeniach sredniej mocy. Istotna za¬ leta takiego wykonania jest to, ze jeden z biegu¬ nów obciazenia moze byc dolaczony do masy i uziemiony.

Uklady regulacji mocy wykonane zgodnie z wy¬ nalazkiem znajduja szerokie zastosowanie w tych ukladach automatyki i sterowania, w których wy¬ magana jest pelna kompensacja zmdan napiecia sieci zasilajacej uklady wykonawoze duzej mocy.

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Tyrystorowy uklad regulacji mocy z kompen¬ sacja zmian, napiecia sieci zasilajacej wyposazony w stopien mocy zawierajacy tyrystory lub ty- rysitory symetryczne, znamienny tym, ze sygnal wejsciowy doprowadzony do jednego z wejsc wzma¬ cniacza operacyjnego (1) jest porównywany z syg¬ nalem sprzezenia zwrotnego podawanym na drugie wejscie wzmacniacza, do wyjscia którego jest dola¬ czony uklad (2) zsynchronizowanego z siecia genera¬ tora napiecia piloksztaltinego sterujacy jedno z wejsc komparatora (3) wyzwalanego przy porównaniu z okreslona stala wartoscia napiecia odniesienia (Uodn) tak, ze wyjsciowy sygnal ujemny kompa- 10 15 25 ratora laduje kondensator (14) poprzez rezystor (13) i diode (15), a wyjsciowy sygnal dodatni przela¬ dowuje ten kondensator (14) w obwodzie rezysto¬ ra (13) i zlacza emditer-teza tranzystora (16), po nasyceniu którego na pierwszym transformatorze (17), polaczonym uzwojeniem pierwotnym z kolek¬ torem, uzyskuje sie prad wyzwalajacy dolaczony do uzwojenia wtórnego póliprzewodnitewoy lacznik (5) oraz przeplyw pradu przez obciazenie dola¬ czone równolegle do uzwojenia pierwotnego dru¬ giego transformatora (6), a spadek napiecia na ob¬ ciazeniu zostaje wyprostowany, przy czym skla¬ dowa stala tego sygnalu jest podaiwana do dru¬ giego wejscia wzmacniacza (1), zamykajac tym sa¬ mym petle sprzezenia zwrotnego.

2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze lacznik (S) stanowia pracujace naprzernian tyrysto¬ ry (5' i 5") wlaczone w ukladzie prostownika ste¬ rowanego, zasiilanego z sieci za posrednictwem tnansfommaitora sieciowego (24), przy czym tyry¬ story sa wlaczone pomiedzy uzwojeniem wtórnym tego transfoTimatora i obciazeniem polaczo¬ nym z obwodem filtrujacym skladowe zmienne sygnalu napieciowego tego obciazenia.

3. Ulklad wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze uklad (2) zsynchronizowanego z siecia genera¬ tora napiecia piloksztaltnego stanowi rezystor (10) wlaczony pomiedzy wyjsciem wzmacniacza (1) i wejsciem komparatora (3), do którego jest dola¬ czony kondensator (12) polaczony równolegle ze sterowanym impulsowo z sieci elementem kluczu¬ jacym (11). ftg.1 ? * -*— 8 J )dn 3 7 en J5 > i ¦ +Uza$ 1 lMr) 'Uzas X ' % 121 23p ul Fig.2102286 *Uza$ 9 I 5' i—"-i .Wzas ^IrT*—: r^J LtK^W ii M i -Li/oan ,, Tl 1 J-(/zos -CD f CD Fig.3 9 # «/«X*l l/1 *£/ZflS 4W -L/zos Wzcs w I I tu1 ! i\ z Fig. L J Drukarnia Narodowa Zaklad Nr 6, zam. 125/79 Cena 45 zl