PL223654B1 - Źródło prądowe o kształtowanej charakterystyce - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest źródło prądowe o kształtowanej charakterystyce polecane do układów elektrycznych w których wymagane są szybkie lub skokowe zmiany wartości prądu.

Cechą charakterystyczną źródeł prądowych jest stała wartości prądu płynącego ze źródła prądowego przy zmianach wartości impedancji obciążenia. Znane są rozwiązania źródeł prądowych o kształtowanej charakterystyce, które bazują na prostowniku sterowanym z połączonym w szereg dławikiem o indukcyjności L. Zmieniając kąt wysterowania zaworów energoelektronicznych prostownika można stabilizować wartość prądu I a także zmieniać jego wartość. Regulowane źródło prądowe ma możliwość nastawiania żądanej wartość prądu I i wartość tę utrzymuje przy zmianach rezystancji obciążenia prostownika. Przy dużej częstotliwości przełączania (kluczowania) zaworów można zarówno precyzyjnie nastawiać wartość prądu / jak i stabilizować ją. Ze względu na zasilanie prostownika z sieci elektroenergetycznej trój- bądź jedno- fazowej o częstotliwości 50 Hz, aby wygładzić pulsacje prądu wyprostowanego, indukcyjność L dławika jest odpowiednio duża. Źródło prądowe może być zasilane także napięciem stałym, np. z akumulatorów, wówczas wartość prądu jest regulowana chopperem sterowanym poprzez modulację szerokości impulsów, także w tym przypadku właściwości źródła prądowego zapewnia szeregowo włączona indukcyjność L. Źródła prądowe, bazujące na prostowniku sterowanym i indukcyjności L, pracują dobrze gdy w obwodzie elektrycznym wymagana jest stała lub wolnozmienna wartość prądu I. Duża wartość indukcyjności L uniemożliwia jednak szybkie zmiany wartości zadanej prądu I. W obwodach elektrycznych w których wartość prądu źródła prądowego musi się zmieniać szybko lub skokowo, źródła te nie mogą być stosowane.

Źródło prądowe o kształtowanej charakterystyce według wynalazku składa się z „n” pojedynczych źródeł prądowych regulowanych, bądź nieregulowanych, diod oraz ze sterowanych zaworów energoelektronicznych i charakteryzuje się tym, że „n” pojedynczych źródeł prądowych jest połączonych równolegle, gdzie „n” oznacza liczbę naturalną. Każde pojedyncze źródło prądowe ma równolegle włączony sterowany zawór energoelektroniczny, a w szereg ma włączoną diodę, przy czym zawór jest włączony bezpośrednio na zaciski wyjściowe źródła prądowego, a dioda jest włączona za za worem. Połączenie jest zrealizowane w ten sposób, że do bieguna dodatniego źródła prądowego dołączony jest biegun dodatni zaworu i anoda diody, a biegun ujemny zaworu jest połączony z biegunem ujemnym źródła prądowego.

Przykład rozwiązania źródła prądowego o kształtowanej charakterystyce zilustrowano na rysunkach na których: Fig. 1 pokazuje źródło prądowe zasilane z sieci trójfazowej A-B-C, Fig. 2 pokazuje źródło prądowe zasilane napięciem stałym Uz, Fig. 3 przedstawia układ równoległego połączenia dwóch źródeł prądowych, a Fig. 4 i Fig. 5 przykładowe przebiegi prądu uzyskiwane ze źródła prądowego o kształtowanej charakterystyce. Regulowane źródło prądowe 1, według znanych rozwiązań, składa się z prostownika sterowanego i dławika o indukcyjności L włączonego w szereg. Prostownik sterowany może być zasilany napięciem trójfazowym A-B-C, bądź napięciem jednofazowym. Przy zasilaniu napięciem trójfazowym A-B-C funkcję prostownika sterowanego spełniają zawory sterowane T1 do T6 połączone w układ mostka, jak na rysunku Fig. 1 . Przy zasilaniu napięciem jednofazowym mostek prostownika upraszcza się do czterech zaworów sterowanych. Przy zasilaniu źródła prądowego napięciem stałym Uz, jak na rysunku Fig. 2, funkcję elementu sterującego wartością prądu I₁ spełnia zawór Tz. Sterując zaworem Tz, metodą modulacji szerokości impulsów, zmienia się średnia wartość napięcia zasilania dławika L i tym samym wpływa się na wartość prądu wyjściowego źródła prądowego. Znane źródło prądowe 1 może mieć także inny układ połączeń wewnętrznych zaworów sterowanych i indukcyjności L. Źródło prądowe o kształtowanej charakterystyce uzyskuje się dopiero wówczas gdy do znanego źródła prądowego 1 regulowanego, bądź nieregulowanego dołączy się, równolegle sterowany zawór energoelektroniczny V oraz w szereg diodę D, jak to pokazano na rysunkach Fig. 1 i Fig. 2. Sterowany zawór energoelektroniczny V jest włączony bezpośrednio na zaciski wyjściowe źródła prądowego 1, a dioda D jest włączona w szereg za zaworem V. Połączenie jest zrealizowane w ten sposób, że do bieguna dodatniego źródła prądowego 1 dołączony jest biegun dodatni zaworu V i anoda diody D, a biegun ujemny zaworu V jest połączony z biegunem ujemnym źródła prądowego 1. Źródło prądowe o kształtowanej charakterystyce składa się z „n” pojedynczych źródeł 1 prądowych połączonych równolegle, gdzie „n” oznacza liczbę naturalną. Każde pojedyncze źródło prądowe 1 ma, bezpośrednio na wyjściu, równolegle włączony sterowany zawór energoelektroniczny V, a za zaworem V, szeregowo włączoną diodę D. Na rysunku Fig. 3 pokazano dwa źródła prądowe 1 i 2

PL 223 654 B1 połączone równolegle. Źródło prądowe 1 ma na wyjściu włączony zawór V₁ i diodę D₁, a źródło prądowe 2 ma na wyjściu włączony zawór V₂ i diodę D₂.

Zasadę pracy układu będącego przedmiotu wynalazku wyjaśnia rysunek Fig. 1. Do zacisków wyjściowych źródła prądowego 1 jest dołączony dodatkowy obwód składający się z zaworu energoelektronicznego V i diody D. Gdy zawór V jest otwarty, to prąd I₁ źródła 1 przepływa swobodnie przez diodę D i prąd wyjściowy I = I₁. Gdy zawór V jest załączony to zwiera wyjście źródła 1, dioda D separuje układ od układu zewnętrznego i prąd wyjściowy I przyjmuje skokowo wartość zerową. Wartość prądu źródła I₁ można nastawiać tylko wewnątrz źródła regulowanego zaworami T1-T6 lub V1. Natomiast prąd wyjściowy I może skokowo przyjmować tylko wartość prądu I₁ źródła prądowego 1 bądź wartość zero, jak to pokazano na rysunku Fig. 4. Pojedynczy układ prostownika, jak na rysunkach Fig. 1 i Fig. 2, nie umożliwia nastawianie innej wartości prądu I wyjściowego. Przy połączeniu równoległym dwóch źródeł prądowych, jak na rysunku Fig. 3, gdy źródło 1 ma wartość prądu I₁, a źródło 2 ma wartość prądu I₂ uzyskuje się, poprzez kluczowanie zaworów V₁ i V₂, cztery wartości prądu wyjściowego I = 0; I₂; I₁; (I₁+I₂), jak to pokazano na rysunku Fig. 5. Przy trzech źródłach połączonych równolegle uzyskuje się osiem wartości prądu I wyjściowego, obowiązuje tu zależność (2ⁿ), gdzie „n” oznacza liczbę układów połączonych równolegle. Zatem przy większej liczbie źródeł prądowych połączonych równolegle można dowolnie, według krzywej schodkowej kształtować przebieg prądu wyjściowego. Wysokość schodków zależy od ilości użytych źródeł prądowych, na przykład przy użyciu ośmiu źródeł o dobranych parametrach można uzyskać wysokość schodków około 0,25% wartości maksymalnej.

Claims (2)

1. Źródło prądowe o kształtowanej charakterystyce składające się z „n” pojedynczych źródeł prądowych regulowanych, bądź nieregulowanych, diod i ze sterowanych zaworów energoelektronicznych, znamienne tym, że „n” pojedynczych źródeł prądowych (1) jest połączonych równolegle, przy czym każde pojedyncze źródło prądowe (1) ma, bezpośrednio na wyjściu, równolegle włączony sterowany zawór energoelektroniczny (V) i za zaworem (V), szeregowo włączoną diodę (D), gdzie „n” oznacza liczbę naturalną.

2. Źródło prądowe o kształtowanej charakterystyce według zastrzeżenia 1 , znamienne tym, że do bieguna dodatniego źródła prądowego (1) dołączony jest biegun dodatni zaworu (V) i anoda diody (D), a biegun ujemny zaworu (V) jest połączony z biegunem ujemnym źródła prądowego (1).