RU193892U1 - Power supply - Google Patents
Power supply Download PDFInfo
- Publication number
- RU193892U1 RU193892U1 RU2019117992U RU2019117992U RU193892U1 RU 193892 U1 RU193892 U1 RU 193892U1 RU 2019117992 U RU2019117992 U RU 2019117992U RU 2019117992 U RU2019117992 U RU 2019117992U RU 193892 U1 RU193892 U1 RU 193892U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- power supply
- output
- input
- filter
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к подъемной технике и может быть использована для электропитания систем управления и защиты от перегрузок электрических грузоподъемных машин. Источник электропитания содержит понижающий трансформатор, выпрямитель мостового типа, фильтр для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя и стабилизатор напряжения, выполненный на транзисторе. В источник электропитания введены первый фильтр высокочастотных помех на входе источника электропитания, устройство подавления выбросов входного напряжения, устройство подавления выбросов напряжения на вторичной обмотке понижающего трансформатора, второй фильтр высокочастотных помех на вторичной обмотке трансформатора, устройство подавления выбросов выпрямленного пульсирующего напряжения, трехзвенный фильтр для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя и три предохранительных устройства для защиты от перегрузки соответственно входной цепи, вторичной обмотки понижающего трансформатора и выпрямителя. При этом стабилизатор напряжения выполнен на составном транзисторе и прецизионном регулируемом источнике опорного напряжения. Технический результат - повышение точности и стабильности напряжения на выходе источника электропитания и снижение пульсаций выпрямленного напряжения при его работе в условиях нестабильных, постоянно меняющихся параметров промышленной сети, а также повышение его надежности работы в неблагоприятных условиях промышленного производства. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.The utility model relates to lifting equipment and can be used to power control systems and overload protection of electric hoisting machines. The power supply contains a step-down transformer, a bridge-type rectifier, a filter for smoothing ripples at the output of the rectifier, and a voltage stabilizer made on the transistor. The first high-frequency noise filter at the input of the power source, the input voltage surge suppressor, the voltage surge suppression device on the secondary winding of the step-down transformer, the second high-frequency noise filter on the transformer secondary winding, the rectified ripple voltage surge suppression device, a three-link ripple smoothing filter are introduced into the power supply at the output of the rectifier and three safety devices for overload protection but the input circuit, the secondary winding of step down transformer and rectifier. In this case, the voltage stabilizer is made on a composite transistor and a precision adjustable voltage reference source. The technical result is an increase in the accuracy and stability of the voltage at the output of the power source and a decrease in the ripple of the rectified voltage during its operation in conditions of unstable, constantly changing parameters of the industrial network, as well as an increase in its reliability in unfavorable conditions of industrial production. 8 s.p. f-ly, 7 ill.
Description
Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.
Полезная модель относится к подъемной технике и может быть использована, преимущественно, для электропитания систем управления и защиты от перегрузок электрических грузоподъемных машин, а также для электропитания измерительной и регистрирующей аппаратуры, установленной на объектах промышленного назначения, таких как прокатные станы, поточные линии, конвейеры, обрабатывающие станки, весовые системы, системы контроля и управления технологическими процессами.The utility model relates to lifting equipment and can be used mainly for powering control systems and overload protection of electric hoisting machines, as well as for powering measuring and recording equipment installed at industrial facilities, such as rolling mills, production lines, conveyors, processing machines, weighing systems, process control and management systems.
Уровень техникиState of the art
Измерительная и регистрирующая аппаратура, установленная на объектах промышленного назначения, питается в подавляющем большинстве случаев от той же промышленной сети 380 В 50 Гц, от которой питается все промышленное оборудование. По причине большой степени загрузки такой сети, постоянно меняющейся в процессе работы от включения и выключения той или иной мощной нагрузки и со значительными реактивными составляющими (индуктивная, емкостная), напряжение промышленной сети постоянно меняется. Эти изменения носят как кратковременный характер (выбросы и провалы напряжения в течение доли секунды), так и долговременный характер (снижение и повышение напряжения относительно номинального значения в течение нескольких секунд и до нескольких часов), и оказывают крайне неблагоприятное воздействие как на само промышленное оборудование (вплоть до вывода из строя), так и на измерительную и регистрирующую аппаратуру, содержащую датчики, чувствительные элементы и электронные узлы, отличающиеся, наряду с высокой чувствительностью к параметрам измеряемых и регистрируемых процессов, очень высокой чувствительностью к параметрам своего электропитания. И те значительные изменения параметров промышленной сети, которые может выдержать промышленное оборудование, для измерительной аппаратуры в большей части случаев, оказываются недопустимыми: приводят не только к искажению параметров регистрируемых процессов, но и чаще всего - к выходу из строя всей измерительной и регистрирующей системы, без которой современное промышленное оборудование просто работать не может. А стоимость современных измерительных систем часто сопоставима со стоимостью оборудования, и в некоторых случаях может ее превосходить.The measuring and recording equipment installed at industrial facilities is powered in the vast majority of cases from the same industrial network 380
Кроме стабильного электропитания современные измерительные и регистрирующие системы предъявляют весьма серьезные требования к качеству электропитания, и в первую очередь к уровню пульсаций переменного напряжения в составе выпрямленного напряжения. Эти пульсации, среди которых в первую очередь пульсации частотой 50 и 100 Гц и высокочастотные помехи в диапазоне 10-1000 кГц, оказывают очень сильное влияние на работу слаботочных датчиков (на их точность), а также крайне неблагоприятны с точки зрения обеспечения точности выходного сигнала для аналого-цифровых преобразователей (АЦП), входящих в состав практически всех аналоговых датчиков. Требования к уровню пульсаций переменного напряжения в составе постоянного напряжения электропитания датчиков составляют для большинства датчиков от 0,1% до 1% от напряжения электропитания датчика. Это для напряжения питания 24 В составляет 2-24 мВ. Например, для качественной и надежной работы тензодатчиков, постоянное напряжение электропитания которых равно 10 В, эти пульсации должны быть еще меньше, около 1-5 мВ.In addition to a stable power supply, modern measuring and recording systems impose very serious requirements on the quality of power supply, and first of all on the level of alternating voltage ripples in the composition of the rectified voltage. These ripples, among which primarily pulsations with a frequency of 50 and 100 Hz and high-frequency interference in the range of 10-1000 kHz, have a very strong effect on the operation of low-current sensors (on their accuracy), and are also extremely unfavorable in terms of ensuring the accuracy of the output signal for analog-to-digital converters (ADC), which are part of almost all analog sensors. Requirements for the level of alternating voltage ripples in the composition of the constant voltage of the sensor power supply for most sensors range from 0.1% to 1% of the sensor voltage. This for a 24 V supply voltage is 2-24 mV. For example, for high-quality and reliable operation of load cells with a constant voltage of 10 V, these ripples should be even less, about 1-5 mV.
И если с первой проблемой (колебанием входных напряжений электропитания) в какой-то степени успешно справляются импульсные источники электропитания, то вторую проблему они совершенно не решают и не могут решить в силу самого принципа импульсного преобразования напряжения сети в напряжение электропитания датчиков. Рабочие частоты импульсных источников электропитания лежат в широком диапазоне частот: от 10 до 1000 кГц, а в некоторых случаях и выше. И эти рабочие частоты импульсных источников электропитания как раз и являются источником мощных высокочастотных помех для датчиков, для АЦП и для другой аналоговой и цифровой аппаратуры. При этом источник помех зачастую находится в непосредственной близости от аппаратуры, которой его помехи мешают, а зачастую просто не дают функционировать нормально. В силу этого использование импульсных источников электропитания с измерительными и регистрирующими системами проблематично, а чаще всего невозможно. Создание специальных фильтров таких помех - задача нетривиальная, сложная, дорогостоящая и реально на сегодняшний день нерешенная.And if the first problem (fluctuations in the input voltage of the power supply) to some extent successfully cope with pulsed power sources, then they cannot solve the second problem at all and cannot solve it by virtue of the very principle of pulsed conversion of the mains voltage to the voltage of the sensors. The operating frequencies of switching power supplies lie in a wide frequency range: from 10 to 1000 kHz, and in some cases even higher. And these operating frequencies of pulsed power supplies are precisely the source of powerful high-frequency interference for sensors, for ADCs, and for other analog and digital equipment. At the same time, the source of interference is often located in the immediate vicinity of the equipment, which interferes with its interference, and often simply does not allow it to function normally. Because of this, the use of switching power supplies with measuring and recording systems is problematic, and most often impossible. The creation of special filters for such interference is a non-trivial, complex, expensive and really unresolved task today.
Оптимальным вариантом электропитания измерительных и регистрирующих систем промышленной автоматики может быть чисто аналоговый стабилизированный источник электропитания, работающий в очень широком диапазоне входных напряжений питания (как показывают неоднократные практические измерения в цехах промышленных предприятий для номинальных 380 В 50 Гц это 280-560 В), обеспечивающий на выходе стабилизированное напряжение 24 В, или другие напряжения, требуемые для аппаратуры, и низкий уровень пульсаций переменного напряжения частотой 50 и 100 Гц и высокочастотного шума. Да, аналоговый источник электропитания характеризуется низким коэффициентом полезного действия (не более 30-50%) особенно при работе в широком диапазоне входных напряжений, однако, в промышленных условиях, когда потребление промышленного оборудования составляет десятки и сотни кВт/час, источник электропитания мощностью 30-60 Вт потребляет мизерную долю энергии в общем балансе энергопотребления завода или цеха, поэтому данный факт не может считаться в этих условиях отрицательным, или имеющим сколько-нибудь заметное влияние и значение в общем энергопотреблении. При этом источник электропитания обеспечивает в указанных выше условиях питающей сети уровень и качество электропитания, вполне достаточными для функционирования установленных на промышленном оборудовании измерительных и регистрирующих систем.The best option for powering the measuring and recording systems of industrial automation can be a purely analog stabilized power supply operating in a very wide range of input power supply voltages (as shown by repeated practical measurements in the workshops of industrial enterprises for nominal 380
Как правило, устройства промышленной автоматики получают электропитание от промышленной сети трехфазного переменного тока напряжением 380 В 50 Гц. Получение низковольтного напряжения (12-24 В) из трехфазного напряжения очень заманчиво с точки зрения получения постоянного напряжения с относительно малым уровнем пульсаций за счет выпрямления всех трех фаз переменного напряжения. Однако при этом повышается частота пульсаций первой гармоники. А самое главное, что ограничивает применение этого способа - это необходимость изготовления понижающего трехфазного трансформатора малой мощности (50-200 Вт). Изготовление такого трансформатора малой мощности достаточно трудоемко и практически не освоено промышленностью, его габариты, а также стоимость разработки и изготовления, значительно превышают аналогичные параметры маломощных однофазных трансформаторов. Поэтому практически получение низковольтного постоянного напряжения малой мощности из трехфазного напряжения 380 В 50 Гц не нашло применения в промышленности. Хотя схемы такого рода известны и описаны в технической литературе. Практически же при создании источников питания для узлов промышленной автоматики и систем безопасности грузоподъемных кранов используется однофазное напряжение, т.е. либо одной из фаз трехфазной сети, т.е. 220 В 50 Гц, либо, что особенно характерно для грузоподъемных кранов, где в большей части случаев отсутствует нейтральный четвертый провод, используется линейное напряжение трехфазной сети, т.е. 380 В 50 Гц, т.е. напряжение между проводами любых двух фаз.Typically, industrial automation devices receive power from an industrial network of three-phase alternating current with a voltage of 380
Известно устройство электропитания системы безопасности грузоподъемного крана, содержащее автономный источник питания, а также генератор, выполненный с возможностью механического взаимодействия с грузовым или стреловым канатом крана, а также с возможностью преобразования механического перемещения этого каната или блока в электрическую энергию. Выход генератора подключен к автономному источнику питания, который выполнен в виде аккумулятора или конденсатора. При работе крана и, соответственно генератора, происходит подзарядка аккумулятора или конденсатора. Энергия, запасенная в аккумуляторе или конденсаторе, используется для питания системы безопасности в моменты времени, когда механизмы крана находятся в неподвижном состоянии (RU 2310598 C1, В66С 13/18, 15/06, 23/88, 20.11.2007).A power supply device of a crane safety system is known, which contains an autonomous power source, as well as a generator made with the possibility of mechanical interaction with a crane cargo or boom rope, as well as with the possibility of converting the mechanical movement of this rope or block into electrical energy. The generator output is connected to an autonomous power source, which is made in the form of a battery or capacitor. When the crane and, accordingly, the generator, the battery or capacitor is recharged. The energy stored in the battery or capacitor is used to power the safety system at times when the crane mechanisms are stationary (RU 2310598 C1, B66C 13/18, 15/06, 23/88, 11/20/2007).
Напряжение на выходе генератора характеризуется нестабильным значением, значительными выбросами и провалами, зависит от интенсивности и стабильности вращения генератора. Аккумулятор в такой схеме используется не только как накопитель энергии, но и как фильтр для подавления этой нестабильности и низкочастотных (до 50-80 Гц) выбросов и провалов напряжения. Но эффективность этого фильтра низка, особенно в области частот, больших 100-200 Гц. И используемые обычно в таких схемах электронные стабилизаторы способны гасить только значительные выбросы напряжения, т.е. не решают полностью задачу снижения пульсаций переменной составляющей выходного напряжения. Поэтому использование такой схемы нецелесообразно на электрических грузоподъемных машинах и механизмах, таких, как мостовые, козловые и дизель-электрические краны, тали и лебедки, работающие в цехах промышленных предприятий, где в качестве энергии используется энергия промышленной трехфазной сети напряжение 380 В 50 Гц. Потому что эта энергия там во время работы всегда есть, а если она по какой-то причине исчезла (авария и т.д.), то работа всего оборудования, в том числе и грузоподъемных машин и кранов, будет парализована. И то, что прибор безопасности при этом также прекратит работу, не имеет никакого значения.The voltage at the output of the generator is characterized by an unstable value, significant surges and dips, depending on the intensity and stability of rotation of the generator. The battery in this circuit is used not only as an energy storage device, but also as a filter to suppress this instability and low-frequency (up to 50-80 Hz) voltage surges and dips. But the efficiency of this filter is low, especially in the frequency range, large 100-200 Hz. And electronic stabilizers usually used in such circuits are capable of suppressing only significant voltage surges, i.e. do not completely solve the problem of reducing ripple of the variable component of the output voltage. Therefore, the use of such a scheme is impractical on electric lifting machines and mechanisms, such as bridge, gantry and diesel-electric cranes, hoists and winches operating in the shops of industrial enterprises, where the energy of the industrial three-phase network voltage of 380
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является источник электропитания, включающий в себя понижающий трансформатор, выпрямитель, первый электрический фильтр для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя, параметрический стабилизатор, выполненный на стабилитроне и транзисторе, и второй электрический фильтр для сглаживания пульсаций на выходе параметрического стабилизатора. Первичная обмотка трансформатора подключена к питающей сети переменного электрического тока, а вторичная обмотка - к выпрямителю, с выхода которого выпрямленное пульсирующее напряжение подается на первый электрический фильтр и с него - на вход параметрического стабилизатора, с выхода которого напряжение подается на второй электрический фильтр и далее на нагрузку (Шустов М.А. Практическая схемотехника». Книга 2. «Источники питания и стабилизаторы. 2-е изд., стер. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», «Альтэкс», 2007, с. 72-73).The closest to the proposed utility model for the combination of essential features is a power source, which includes a step-down transformer, a rectifier, a first electric filter for smoothing ripples at the output of the rectifier, a parametric stabilizer made on a zener diode and transistor, and a second electric filter for smoothing ripples at the output parametric stabilizer. The primary winding of the transformer is connected to the AC mains, and the secondary winding is connected to the rectifier, from the output of which the rectified ripple voltage is supplied to the first electric filter and from it to the input of the parametric stabilizer, from the output of which voltage is supplied to the second electric filter and then to load (MA Shustov. Practical circuitry.)
Данное устройство является источником постоянного тока общего назначения, обеспечивающим нагрузку стабилизированным напряжением при колебаниях в сети переменного тока, соответствующих общепринятым стандартам (от -15 до +10% относительно номинального значения 220 или 380 В). Никаких свидетельств, опровергающих это утверждение, в описании нет. Типовая схема стабилизатора, рассчитана на поддержание стабильного выходного напряжения при незначительных колебаниях напряжения питающей сети. Однако даже домашняя сеть часто дает существенно большие отклонения от номинала, которые приводят к отказу и выходу из строя источника электропитания. Если же говорить о промышленной сети, где мощность, потребляемая многими станками, механизмами, подъемными устройствами, превышает десятки и сотни кВт, и эти механизмы не работают постоянно, а непредсказуемо включаются и выключаются, изменяют режим работы и потребляемую мощность, где в качестве нагрузки выступают значительные реактивные элементы (емкости, индуктивности), то в таких условиях описанная схема источника электропитания будет работать неэффективно, не сможет обеспечить необходимую для измерительной техники точность поддержания выходного напряжения, его стабильность и низкий уровень пульсаций переменной составляющей выходного напряжения. А при значительных изменениях напряжения питающей сети ток, протекающий через стабилитрон, превысит допустимое для выбранного стабилитрона значение, в результате чего стабилитрон, а вслед за ним и транзистор, выйдут из строя. Аналогично, при значительных повышениях входного напряжения может выйти из строя понижающий трансформатор по причине пробоя изоляции и межвиткового замыкания в первичной или вторичной обмотках. Т. е. никаких мероприятий и схемных решений для борьбы со значительными выбросами входного напряжения данное устройство не содержит. А сам по себе стабилизатор с этой проблемой справиться не может.This device is a general-purpose direct current source that provides a load with a stabilized voltage during fluctuations in the AC network that meets generally accepted standards (from -15 to + 10% relative to the nominal value of 220 or 380 V). There is no evidence to refute this claim in the description. A typical stabilizer circuit is designed to maintain a stable output voltage with minor fluctuations in the supply voltage. However, even a home network often gives significantly large deviations from the nominal, which lead to failure and failure of the power source. If we talk about an industrial network, where the power consumed by many machines, mechanisms, lifting devices exceeds tens and hundreds of kW, and these mechanisms do not work constantly, but turn on and off unpredictably, they change the operating mode and power consumption, where they act as the load significant reactive elements (capacitance, inductance), then under such conditions the described circuit of the power supply will work inefficiently, it will not be able to provide the accuracy necessary for measuring equipment Nia output voltage, its stability and low ripple output voltage variable component. And with significant changes in the voltage of the supply network, the current flowing through the zener diode will exceed the value acceptable for the selected zener diode, as a result of which the zener diode, and after it the transistor, will fail. Similarly, with significant increases in input voltage, a step-down transformer may fail due to breakdown of insulation and inter-turn circuit in the primary or secondary windings. That is, this device does not contain any measures and circuit solutions to combat significant input voltage spikes. But the stabilizer itself cannot cope with this problem.
Описанное устройство также не в состоянии выполнять полноценно свои функции и при значительных провалах входного напряжения. Диапазон допустимых токов, протекающих через стабилитрон, небольшой. Как правило, у стабилитрона отношение максимального тока стабилизации к минимальному току не превышает значения 20-30. Это при 24 В номинального напряжения на выходе источника электропитания позволяет данному устройству эффективно выполнять задачу стабилизации при изменении входного напряжения от 28 до 42 В, что соответствует диапазону изменения напряжения питающей сети 310-440 В (при номинальном значении 380 В), т.е. 380±20%. Такой диапазон явно недостаточен для аппаратуры, питающейся от реальных промышленных сетей, в которых изменение напряжения имеют гораздо большие значения. Реальная сеть промышленного предприятия может давать при номинальном значении 380 В минимальные напряжения 270-290 В, а максимальные 560-580 В, причем это не кратковременные импульсы длительностью десятки микросекунд, а сравнительно длительные изменения, которые могут длиться от сотен миллисекунд до десятков минут или даже до нескольких часов.The described device is also not able to fully perform its functions with significant drops in input voltage. The range of permissible currents flowing through the zener diode is small. As a rule, at a zener diode, the ratio of the maximum stabilization current to the minimum current does not exceed 20-30. This at 24 V of the rated voltage at the output of the power supply allows this device to efficiently perform the stabilization task when the input voltage changes from 28 to 42 V, which corresponds to the voltage range of the supply network 310-440 V (at a nominal value of 380 V), i.e. 380 ± 20%. This range is clearly insufficient for equipment powered by real industrial networks, in which voltage changes are much larger. The real network of an industrial enterprise can produce at a nominal value of 380 V minimum voltages of 270-290 V and maximum 560-580 V, and these are not short-term pulses with a duration of tens of microseconds, but rather long-term changes that can last from hundreds of milliseconds to tens of minutes or even up to several hours.
Описанное устройство не содержит также решений по борьбе с кратковременными импульсными выбросами, которые в промышленной сети присутствуют практически постоянно по причине частых включений и отключений промышленного оборудования. Оно не содержит также схемных решений по предохранению от перегрузок и коротких замыканий в нагрузке.The described device also does not contain solutions to combat short-term pulse emissions, which are almost always present in the industrial network due to frequent switching on and off of industrial equipment. It also does not contain circuitry to protect against overloads and short circuits in the load.
Конкретное исполнение данного устройства не приведено, что говорит о том, что оно вряд ли предназначено для использования в промышленных условиях, которые, в частности предполагают защиту от проникновения в устройство посторонних предметов (частицы, пыль, влага и т.д.), что регламентируется нормами, так называемой Ingress Protection, или сокращенно IP (например, IP65, где первая цифра 6 говорит о том, что устройство пыленепроницаемое, а вторая цифра 5 говорит о том, что устройство защищено от водяных потоков). Как правило, измерительные и электронные устройства, работающие в общепромышленных условиях, должны быть выполнены с уровнем защиты не менее чем IP65.The specific design of this device is not shown, which suggests that it is hardly intended for use in industrial conditions, which, in particular, imply protection against penetration of foreign objects into the device (particles, dust, moisture, etc.), which is regulated norms, the so-called Ingress Protection, or IP for short (for example, IP65, where the
Кроме того, в условиях цеха реально возможны ошибочные непреднамеренные подключения к выходу данного устройства других источников напряжения, которые также могут привести к выходу этого устройства из строя и аварийной ситуации в цеху.In addition, in the conditions of the workshop, erroneous unintentional connections to the output of this device of other voltage sources are possible, which can also lead to the failure of this device and an emergency in the workshop.
И, наконец, работа с таким устройством и его диагностика реально затруднены из-за отсутствия какой-либо индикации о нормальном функционировании устройства.And finally, working with such a device and its diagnostics are really difficult due to the lack of any indication of the normal functioning of the device.
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Задачей, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель, является создание источника электропитания, преимущественно для системы безопасности и управления грузоподъемной машины, с повышенной точностью и стабильностью напряжения на его выходе и обеспечивающего качественное и безотказное электропитание измерительной и регистрирующей аппаратуры в условиях нестабильных, постоянно меняющихся параметров промышленной сети, при наличии в ней как кратковременных, так и долговременных отклонений напряжения сети от номинального значения.The task to which the proposed utility model is directed is to create a power source, mainly for the safety and control system of a lifting machine, with increased accuracy and voltage stability at its output and providing high-quality and reliable power to measuring and recording equipment under conditions of unstable, constantly changing parameters industrial network, in the presence of both short-term and long-term deviations of the mains voltage from the nominal values.
Еще одной задачей настоящей полезной модели является защита источника электропитания от превышения энергопотреблением нагрузки допустимого значения, а также от короткого замыкания во внешней цепи и от непреднамеренной подачи на выход источника электропитания напряжений от других внешних источников.Another objective of this utility model is to protect the power supply from exceeding the power consumption of the permissible value, as well as from a short circuit in the external circuit and from inadvertently supplying voltage to the output of the power supply from other external sources.
Дополнительной задачей настоящей полезной модели является также повышение надежности и безотказности работы источника электропитания в неблагоприятных условиях промышленного производства.An additional objective of this utility model is also to increase the reliability and reliability of the power supply in adverse industrial conditions.
Поставленные технические задачи решаются тем, что в источник электропитания, содержащий понижающий трансформатор, выпрямитель мостового типа, фильтр для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя и стабилизатор напряжения, выполненный на транзисторе, согласно полезной модели, введены: первый фильтр высокочастотных помех на входе источника электропитания; устройство подавления выбросов входного напряжения; устройство подавления выбросов напряжения на вторичной обмотке понижающего трансформатора; второй фильтр высокочастотных помех на вторичной обмотке трансформатора; устройство подавления выбросов выпрямленного пульсирующего напряжения; трехзвенный фильтр для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя; и три предохранительных устройства для защиты от перегрузки соответственно входной цепи, вторичной обмотки понижающего трансформатора и выпрямителя. При этом стабилизатор напряжения выполнен на составном транзисторе и прецизионном регулируемом источнике опорного напряжения. Первичная обмотка понижающего трансформатора подключена к входу источника электропитания через последовательно соединенные первое предохранительное устройство, первый фильтр высокочастотных помех на входе источника электропитания и устройство подавления выбросов входного напряжения. Вторичная обмотка понижающего трансформатора подключена к входу выпрямителя через последовательно соединенные второе предохранительное устройство, устройство подавления выбросов напряжения на вторичной обмотке понижающего трансформатора и второй фильтр высокочастотных помех. Выход выпрямителя подключен к выходам источника электропитания через последовательно соединенные третье предохранительное устройство, устройство подавления выбросов выпрямленного пульсирующего напряжения, трехзвенный фильтр для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя и стабилизатор напряжения.The stated technical problems are solved in that a power source containing a step-down transformer, a bridge-type rectifier, a filter for smoothing ripples at the output of the rectifier and a voltage regulator made on the transistor, according to a utility model, include: the first high-frequency interference filter at the input of the power source; input voltage surge suppression device; voltage surge suppression device on the secondary winding of a step-down transformer; a second high-frequency interference filter on the secondary side of the transformer; rectified ripple voltage suppression device; three-link filter for smoothing ripple at the output of the rectifier; and three safety devices to protect against overload, respectively, of the input circuit, the secondary winding of the step-down transformer and rectifier. In this case, the voltage stabilizer is made on a composite transistor and a precision adjustable voltage reference source. The primary winding of the step-down transformer is connected to the input of the power source through a first safety device, a first high-frequency interference filter at the input of the power source and an input voltage surge suppression device connected in series. The secondary winding of the step-down transformer is connected to the input of the rectifier through a second safety device connected in series, a voltage surge suppression device on the secondary winding of the step-down transformer and a second high-frequency interference filter. The output of the rectifier is connected to the outputs of the power supply through a third safety device, a device for suppressing the emission of the rectified ripple voltage, a three-link filter for smoothing the ripple at the output of the rectifier, and a voltage regulator.
Достижению технического результата способствуют также частные существенные признаки полезной модели.The achievement of the technical result is also facilitated by the private essential features of the utility model.
Первый фильтр высокочастотных помех на входе источника электропитания и устройство подавления выбросов входного напряжения совмещены в единый узел, содержащий в своем составе резисторы, общие для данного устройства и фильтраThe first high-frequency interference filter at the input of the power supply and the input voltage surge suppression device are combined into a single unit containing resistors common to this device and filter
Первый фильтр высокочастотных помех на входе источника электропитания и устройство подавления выбросов входного напряжения выполнены многоступенчатыми.The first high-frequency interference filter at the input of the power supply and the input voltage emission suppression device are multistage.
В качестве составного транзистора стабилизатора напряжения использован транзистор Дарлингтона, установленный на металлическом радиаторе через теплопроводящую электроизолирующую прокладку.A Darlington transistor mounted on a metal radiator through a heat-conducting electrically insulating gasket is used as a composite voltage stabilizer transistor.
Стабилизатор напряжения подключен к выходу источника электропитания через устройство защиты выходной цепи от перегрузки, короткого замыкания и непреднамеренных подключений к ней внешних источников питания, включающее в себя четвертое предохранительное устройство.The voltage stabilizer is connected to the output of the power source through the device to protect the output circuit from overload, short circuit and unintentional connections to it of external power sources, including a fourth safety device.
Понижающий трансформатор выполнен на тороидальном сердечнике с заливкой компаундом.The step-down transformer is made on a toroidal core filled with a compound.
Предохранительные устройства выполнены в виде плавких предохранителей.Safety devices are made in the form of fuses.
Первичная обмотка трансформатора и выход источника электропитания выполнены соответственно с индикатором напряжения сети и с индикатором напряжения на выходе источника электропитания.The primary winding of the transformer and the output of the power source are made respectively with the voltage indicator of the network and with the voltage indicator at the output of the power source.
Индикаторы выполнены на светодиодах.Indicators are made on LEDs.
Сущность полезной модели заключается в следующем.The essence of the utility model is as follows.
Введение в источник электропитания первого фильтра высокочастотных помех на входе источника электропитания обеспечивает подавление помех, приходящих в источник из питающей сети и от соседних единиц промышленного оборудования, работающего в цехе и питающихся от импульсных источников электропитания. Этот фильтр защищает электронные блоки нагрузки и измерительные цепи датчиков от сбоев и ошибок в работе.Introduction to the power source of the first high-frequency interference filter at the input of the power source provides suppression of interference coming to the source from the mains and from neighboring units of industrial equipment operating in the workshop and powered by switching power supplies. This filter protects the electronic load blocks and measuring circuits of the sensors from failures and errors in operation.
Введение в источник электропитания устройства подавления выбросов входного напряжения обеспечивает подавление мощных импульсных помех, приходящих в источник электропитания из питающей сети и от соседних единиц промышленного оборудования, работающего в цехе. Этот фильтр защищает от выхода из строя и от повреждения энергией помехи и трансформатор, и выпрямитель, и стабилизатор напряжения, и даже электронные блоки нагрузки.The introduction of an input voltage suppression device into the power source provides suppression of powerful impulse noise coming to the power source from the mains and from neighboring units of industrial equipment operating in the workshop. This filter protects the transformer, the rectifier, the voltage regulator, and even the electronic load blocks from failure and energy damage.
Наличие устройства подавления выбросов напряжения на вторичной обмотке понижающего трансформатора обеспечивает подавление остаточных импульсных помех, прошедших через трансформатор. Этот фильтр защищает то выхода из строя и от повреждения энергией помехи выпрямитель, стабилизатор напряжения и электронные блоки нагрузки.The presence of a voltage surge suppression device on the secondary winding of a step-down transformer provides suppression of residual impulse noise passing through the transformer. This filter protects the failure and energy damage of the rectifier, voltage regulator and electronic load blocks.
Наличие второго фильтра высокочастотных помех на вторичной обмотке трансформатора обеспечивает подавление помех, вызванных наводками, прошедшими через трансформатор из питающей сети, помех, а также вызванных наводками самой схемы источника электропитания и магнитными полями от работы окружающего оборудования.The presence of a second high-frequency interference filter on the secondary side of the transformer provides suppression of interference caused by pickups passing through the transformer from the mains, interference, as well as pickups caused by the power supply circuit itself and magnetic fields from the operation of the surrounding equipment.
Введение в источник электропитания устройства подавления выбросов выпрямленного пульсирующего напряжения позволяет максимально приблизить форму выпрямленного пульсирующего напряжения к «идеальной», т.е. состоящей их чистых полуволн синусоид с частотой 100 Гц для улучшения последующей фильтрации и стабилизации.The introduction of a rectified ripple voltage suppression device into the power supply makes it possible to maximally approximate the shape of the rectified ripple voltage to the "ideal" one, i.e. consisting of pure half-wave sinusoids with a frequency of 100 Hz to improve subsequent filtration and stabilization.
Введение в источник электропитания трехзвенного фильтра позволяет довести уровень пульсаций на частоте 100 Гц до 100 - 500 мВ. На выходе фильтра напряжение уже может называться постоянным и для некоторых не особо ответственных приложений такой уровень пульсаций может быть вполне приемлемым.Introduction to the power supply of a three-link filter allows you to bring the ripple level at a frequency of 100 Hz to 100 - 500 mV. At the filter output, the voltage can already be called constant, and for some not very critical applications this level of ripple can be quite acceptable.
Выполнение стабилизатора напряжения на составном транзисторе и регулируемом прецизионном источнике опорного напряжения позволяет выполнить как прецизионную стабилизацию величины выходного напряжения в очень широком диапазоне изменения входных напряжений, так и дополнительную фильтрацию остаточных пульсаций. Транзистор здесь выполняет с одной стороны роль фильтра для подавления пульсаций переменного напряжения, а с другой стороны - усилителя мощности сигнала регулируемого прецизионного источника опорного напряжения, в котором небольшой управляющий ток регулируемого прецизионного источника опорного напряжения и, соответственно ток базы транзистора управляет большим током, протекающим в цепи коллектор - эмиттер. Использование в стабилизаторе регулируемого прецизионного источника опорного напряжения позволяет получить повышенную точность поддержания стабилизированного напряжения (0,5-1%). Кроме того, используемый в предлагаемом техническом решении регулируемый прецизионный источник опорного напряжения обеспечивает повышенную точность стабилизации за счет наличия обратной связи между током анод - катод через него и выходным напряжением стабилизатора. За счет этого и удается, в том числе, расширить значительно диапазон изменения допустимых входных напряжений (от 30-32 В до 65-75 В) и при этом сохранить практически неизменным напряжение на выходе (24±0,2 В).The implementation of a voltage stabilizer on a composite transistor and an adjustable precision reference voltage source allows both precise stabilization of the output voltage in a very wide range of input voltage variations and additional filtering of residual ripples. The transistor here acts on the one hand as a filter for suppressing alternating voltage ripples, and on the other hand as a signal power amplifier of an adjustable precision reference voltage source, in which a small control current of an adjustable precision reference voltage source and, accordingly, the base current of the transistor controls a large current flowing in collector - emitter circuit. The use of an adjustable precision precision voltage source in the stabilizer allows to obtain increased accuracy of stabilized voltage maintenance (0.5-1%). In addition, the adjustable precision reference voltage source used in the proposed technical solution provides increased stabilization accuracy due to the presence of feedback between the anode-cathode current through it and the output voltage of the stabilizer. Due to this, it is possible, including, to significantly expand the range of variation of permissible input voltages (from 30-32 V to 65-75 V) and at the same time to keep the output voltage (24 ± 0.2 V) almost unchanged.
Совмещение первого фильтра высокочастотных помех на входе источника электропитания и устройства подавления выбросов входного напряжения в единый узел, содержащий в своем составе резисторы, общие для данного устройства и фильтра, позволяет выполнить фильтр более компактным и устойчивым как к каждому из отдельных факторов (помеха, выброс, провал), так и к их совместному воздействию.The combination of the first high-frequency interference filter at the input of the power supply and the input voltage emission suppression device into a single unit containing resistors common to this device and filter allows the filter to be made more compact and resistant to each of the individual factors (interference, discharge, failure), and to their combined effect.
Выполнение первого фильтра высокочастотных помех на входе источника электропитания и устройства подавления выбросов входного напряжения многозвенными (многоступенчатыми), повышает эффективность данного фильтра, а также повышает надежность и устойчивость подавления мощных помех, так как энергия помехи распределяется между всеми звеньями фильтра, т.е. на один элемент фильтра действует только часть общей энергии помехи.The implementation of the first high-frequency interference filter at the input of the power supply and the input voltage suppression device with multi-link (multi-stage), increases the efficiency of this filter, and also increases the reliability and stability of powerful interference suppression, since the interference energy is distributed between all parts of the filter, i.e. only one part of the total interference energy acts on one filter element.
Использование в качестве составного транзистора стабилизатора напряжения транзистора Дарлингтона, способствует поддержанию высокостабильного напряжения в широком диапазоне изменений входного напряжения, а установка транзистора Дарлинга на металлическом радиаторе через теплопроводящую электроизолирующую прокладку, позволяет улучшить теплоотвод от данного транзистора.The use of a Darlington transistor as a compound transistor helps maintain a highly stable voltage in a wide range of input voltage variations, and the installation of a Darling transistor on a metal radiator through a heat-conducting electrically insulating gasket improves heat dissipation from this transistor.
Подключение стабилизатора напряжения к выходу источника электропитания через устройство защиты выходной цепи от перегрузки, короткого замыкания и непреднамеренных подключений к ней внешних источников питания, включающее в себя четвертое предохранительное устройство, позволяет повысить надежность и безотказность работы источника электропитания в неблагоприятных условиях промышленного производства.Connecting a voltage stabilizer to the output of the power source through the device protecting the output circuit from overload, short circuit, and unintentional connections of external power sources to it, including the fourth safety device, can improve the reliability and reliability of the power source in adverse industrial production conditions.
Выполнение понижающего трансформатора на тороидальном сердечнике с заливкой компаундом позволяет защитить трансформатор от попадания влаги, воды, водяных и других паров, и тем самым дополнительно защитить его и источник электропитания от неблагоприятных условий промышленного производства.The implementation of a step-down transformer on a toroidal core filled with a compound allows you to protect the transformer from moisture, water, water and other vapors, and thereby additionally protect it and the power source from adverse industrial production conditions.
Выполнение предохранительных устройств в виде плавких предохранителей является предпочтительным для устройств, работающих от нестабильной сети.The implementation of safety devices in the form of fuses is preferred for devices operating from an unstable network.
Выполнение первичной обмотки трансформатора и выхода источника электропитания соответственно с индикатором напряжения сети и индикатором напряжения на выходе источника электропитания, обеспечивает возможность определить визуально работоспособность источника электропитания и при необходимости ускорить диагностику неисправностей и локализовать эти неисправности.Performing the primary winding of the transformer and the output of the power source, respectively, with the voltage indicator of the network and the voltage indicator at the output of the power source, provides the ability to visually determine the operability of the power source and, if necessary, accelerate the diagnosis of faults and localize these malfunctions.
Технический результат от использования данной полезной модели заключается в повышении точности и стабильности напряжения на выходе источника электропитания и снижении пульсаций выпрямленного напряжения при его работе в условиях нестабильных, постоянно меняющихся параметров промышленной сети, а также в повышении его надежности работы в неблагоприятных условиях промышленного производства.The technical result from the use of this utility model is to increase the accuracy and stability of the voltage at the output of the power source and reduce the ripple of the rectified voltage during its operation in conditions of unstable, constantly changing parameters of the industrial network, as well as to increase its reliability in unfavorable conditions of industrial production.
Приведенные далее описание предлагаемого источника электропитания и сопровождающие чертежи предназначены только для иллюстрации полезной модели и ни в коем случае не ограничивают объема формулы полезной модели.The following description of the proposed power source and the accompanying drawings are intended only to illustrate the utility model and in no way limit the scope of the utility model formula.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого источника электропитания; на фиг. 2 - устройство подавления выбросов напряжения с фильтром входных высокочастотных помех; на фиг. 3 - понижающий трансформатор с индикатором напряжения сети; на фиг. 4 - выпрямитель); на фиг. 5 - фильтр для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя; на фиг. 6 - стабилизатор напряжения; на фиг. 7 - устройство защиты выходной цепи от перегрузки, короткого замыкания и непреднамеренных подключений к ней внешних источников электропитания.In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed power source; in FIG. 2 - voltage surge suppression device with a high-frequency input interference filter; in FIG. 3 - step-down transformer with a voltage indicator; in FIG. 4 - rectifier); in FIG. 5 - filter for smoothing ripple at the output of the rectifier; in FIG. 6 - voltage stabilizer; in FIG. 7 - device for protecting the output circuit from overload, short circuit and inadvertent connections to it of external power sources.
Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation
Источник электропитания, например, ограничителя нагрузки крана мостового типа (далее - ограничитель) выполнен в виде преобразователя напряжения промышленной сети переменного тока 380 В 50 Гц (входного напряжения) в промежуточное стабилизированное напряжение постоянного тока 24 В.The power source, for example, a load limiter of a bridge-type crane (hereinafter referred to as the limiter) is made in the form of a voltage converter of an industrial AC 380
Конструкция ограничителя не является предметом настоящей полезной модели. Ограничитель содержит управляющее устройство, установленное в кабине крана, тензорезисторный датчик усилия, установленный в шарнирном узле крюковой подвески, и комбинированную линию связи между датчиком усилия и управляющим устройством.The design of the limiter is not the subject of this utility model. The limiter contains a control device installed in the crane cabin, a strain gauge force sensor installed in the hinge node of the hook suspension, and a combined communication line between the force sensor and the control device.
Источник электропитания включает в себя:The power supply includes:
- первое предохранительное устройство 1 для защиты от перегрузки входной цепи;- the
- устройство 2 подавления выбросов входного напряжения, совмещенное с фильтром входных высокочастотных помех;- input voltage
- понижающий трансформатор 3 с индикатором 4 напряжения сети на первичной обмотке трансформатора, выполненным на светодиоде;- step-down
- второе предохранительное устройство 5 для защиты от перегрузки вторичной обмотки понижающего трансформатора;- a
- устройство 6 подавления выбросов напряжения с фильтром высокочастотных помех на вторичной обмотке понижающего трансформатора 3;- voltage
- выпрямитель 7;-
- третье предохранительное устройство 8 для защиты выпрямителя 7 от перегрузки;- the
- устройство 9 подавления выбросов выпрямленного пульсирующего напряжения;- a
- фильтр 10 для сглаживания пульсаций напряжения на выходе выпрямителя;- a
- стабилизатор 11 напряжения;-
- устройство 12 защиты выходной цепи от перегрузки, короткого замыкания и непреднамеренных подключений к ней внешних источников питания, включающее в себя четвертое предохранительное устройство 13.- a device 12 for protecting the output circuit against overload, short circuit, and inadvertent connections of external power sources to it, including a
К выходу предохранительного устройства 13, являющемуся выходом предлагаемого источника электропитания, подключен индикатор 14 наличия напряжения на его выходе, выполненный на светодиоде. Его схема аналогична схеме индикатора 4 наличия напряжения сети на первичной обмотке трансформатора 3, но значение резистора имеет другой номинал, так как здесь напряжение имеет другое значение.The output of the
Первичная обмотка понижающего трансформатора 3 подключена к входам источника электропитания через последовательно соединенные первое предохранительное устройство 1 и устройство 2 подавления выбросов входного напряжения, совмещенное с фильтром входных высокочастотных помех.The primary winding of the step-down
Вторичная обмотка понижающего трансформатора 3 подключена к входам выпрямителя 7 через последовательно соединенные второе предохранительное устройство 5 и устройство 6 подавления выбросов напряжения с фильтром высокочастотных помех на вторичной обмотке понижающего трансформатора.The secondary winding of the step-down
Выходы выпрямителя 7 подключены к выходам источника электропитания через последовательно соединенные третье предохранительное устройство 8, устройство 9 подавления выбросов выпрямленного пульсирующего напряжения, фильтр 10 для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя, стабилизатор 11 напряжения и устройство 12 защиты выходной цепи от короткого замыкания и непреднамеренных подключений к ней внешних источников питания, включающее в себя четвертое предохранительное устройство 13.The outputs of the
Конструкций предохранительных устройств 1, 5, 8 и 13 известно много. Наиболее простыми и эффективными являются самовосстанавливающиеся и плавкие предохранители. Самовосстанавливающиеся предохранители удобны тем, что сами восстанавливают разорванную цепь после снятия условий перегрузки. Однако они имеют очень большие разбросы по величине тока срабатывания и, кроме того значительную задержку времени срабатывания, которая может достигать единиц секунд. Плавкие предохранители требуют замены после срабатывания и также имеют некоторый разброс по условиям срабатывания, однако параметры их срабатывания на нынешнем уровне развития техники предохранителей гораздо выше и точнее, чем у самовосстанавливающихся предохранителей. Кроме того, самовосстанавливающимся предохранителям присуще явление «старения во времени» и в результате - неоднократных срабатываний. По этим причинам более предпочтительными для устройств, работающих от нестабильной сети, целесообразно считать плавкие предохранители.There are many known safety device designs 1, 5, 8, and 13. The simplest and most effective are self-healing and fuses. Resettable fuses are convenient in that they themselves repair a broken circuit after removing overload conditions. However, they have very large variations in the magnitude of the response current and, in addition, a significant delay in the response time, which can reach units of seconds. Fuses require replacement after tripping and also have some variation in the tripping conditions, however, the parameters of their tripping at the current level of development of fuse technology are much higher and more accurate than for self-resetting fuses. In addition, the phenomenon of “aging in time” and as a result of repeated tripping is inherent in self-healing fuses. For these reasons, fuses are more preferable for devices operating from an unstable network.
С выхода первого предохранительного устройства 1 высокое переменное напряжение поступает на вход устройства 2 подавления выбросов напряжения и фильтр входных высокочастотных помех. Один из возможных вариантов реализации такого совмещенного 4-х ступенчатого узла показан на фиг. 2. Вообще говоря, устройство подавления выбросов напряжения и фильтр высокочастотных помех - это разные устройства, выполненные на различных радиоэлементах. Устройство 2 подавления выбросов напряжения питающей сети может быть выполнено на одном или нескольких газовых разрядниках. В частности, как показано на фиг. 2, оно выполнено на двух газовых разрядниках 15 и 16, варисторе 17 и защитных симметричных диодах 18 и 19, соединенных последовательно для обеспечения срабатывания при высоком импульсе напряжения (800-900 В) и разделенных между собой резисторами 20-23 для сближения моментов срабатывания этих элементов. Фильтр помех состоит из керамических или пленочных конденсаторов 24-27 различной емкости (0,1-0.01 мкф), также разделенных резисторами 20-23 для разноса частот среза отдельных ступеней фильтров. Т. е. устройство подавления выбросов напряжения и фильтры объединяет то, что они, как правило, для надежности и повышения своей функциональности выполнены многоступенчатыми, включающими в себя, предпочтительно, до 4 ступеней. И ступени эти и для устройства подавления выбросов напряжения и для фильтра разделяются резисторами. Т. е. один и тот же резистор может выполнять роль разделителя ступеней, фильтра помех и задержки для устройства подавления выбросов напряжения. Поэтому резисторы у этих устройств одни и те же, а конденсаторы ступеней фильтра соединены параллельно с элементами устройства подавления выбросов. Два газовых разрядника 15 и 16 здесь применены для большей надежности и устойчивости подавления мощных помех.From the output of the
Источник электропитания снабжен индикатором 4 напряжения сети на первичной обмотке понижающего трансформатора 3, выполненным на светодиоде. Для ограничения тока через светодиод на уровне 5-30 мА служит резистор 28. Маломощный диод 29, включенный встречно светодиоду, установлен для защиты светодиода от отрицательной полуволны входного напряжения и ее блокировки. Светодиод не оказывает никакого влияния ни функциональность предлагаемого источника электропитания, но его наличие полезно при анализе и локализации его неисправности.The power source is equipped with an
Устройство 6 подавления выбросов напряжения выполнено на газовом разряднике 30 и симметричном защитном диоде 31, фильтр входных высокочастотных помех на вторичной обмотке выполнен на конденсаторе 32, а выпрямитель 7 выполнен на традиционном диодном мосте (см. фиг. 4). К выходу выпрямителя подключено через третье предохранительное устройство 8 устройство 9 подавления выбросов выпрямленного пульсирующего напряжения, выполненное на защитном диоде 33. Второе предохранительное устройство 5 предназначено для защиты вторичной обмотки понижающего трансформатора 3 от перегрузки, так как трансформатор является одним из самых важных и дорогих узлов предлагаемого источника электропитания.The voltage
Устройство 6 подавления выбросов напряжения и фильтр входных высокочастотных помех на вторичной обмотке понижающего трансформатора 3 здесь, так же как и на входе в источник электропитания, предназначены для подавления выбросов переменного пониженного напряжения и фильтрации помех. Однако здесь их входы подключены не к питающей сети, а к выходу понижающего трансформатора, который сам по себе является в некоторой степени и фильтром помех и устройством подавления выбросов напряжения. И выбросы напряжения и помехи имеют значительно меньшую интенсивность и мощность после вторичной обмотки, поэтому здесь эти устройства выполнены однозвенными и без разделительных резисторов.The voltage
Для защиты выпрямителя 7 от перегрузок используется третье предохранительное устройство 8 и устройство 9 подавления возможных выбросов выпрямленного пульсирующего напряжения на диоде 33. Эти выбросы напряжения могут идти не от выхода выпрямителя, а, скорее от выхода источника электропитания, точнее от нагрузки, подключенной к данному источнику.To protect the
Устройство 9 подавления выбросов выпрямленного пульсирующего напряжения соединено с фильтром 10 для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Его схема показана на фиг. 5. Это традиционный трехзвенный резистивно-емкостной фильтр, состоящий из двух электролитических конденсаторов 34 и 35 и одного керамического конденсатора 36, соединенных между собой резисторами 37-39. Здесь использовано сочетание электролитических конденсаторов 34 и 35 с керамическим конденсатором 36, так как такое сочетание расширяет эффективную полосу фильтрации. Известно, что электролитические конденсаторы хорошо фильтруют более низкочастотные пульсации, особенно пульсации питающей сети 50 и 100 Гц, а керамические конденсаторы лучше фильтруют более высокочастотный шум. После выпрямителя 7 пульсации имеют величину, равную амплитуде выпрямленного напряжения. После фильтра амплитуда пульсаций уменьшается до 100-300 мВ в зависимости от значений входящих в фильтр емкостей. Это уже постоянное напряжение, которое содержит в себе пульсации. Для некоторых задач их уровень уже вполне приемлем, но для задач, особенно связанных с измерениями и работой аналого-цифровых преобразователей, это недопустимо высокий уровень, который приводит к большим ошибкам при преобразовании аналоговых сигналов с измерительных датчиков в цифровой код. И его нужно значительно уменьшить до единиц или одного-двух десятков мВ. Кроме того, постоянное напряжение не стабилизировано, его значение прямо зависит от значения напряжения питающей сети, что также недопустимо для измерительных схем и датчиков, как с точки зрения точности, так и с точки зрения возможности нормального функционирования. Для решения этой задачи к выходу фильтра 10 подключен вход стабилизатора 11 напряжения на транзисторе 40 Дарлингтона и регулируемом прецизионном источнике 41 опорного напряжения (см. фиг. 6). В технической литературе такие стабилизаторы называются параметрическими стабилизаторами с транзистором, включенным по схеме эмитерного повторителя. Транзистор здесь выполняет роль с одной стороны фильтра для подавления пульсаций переменного напряжения, а с другой стороны - усилителя мощности сигнала регулируемого прецизионного источника опорного напряжения, в котором небольшой ток регулируемого прецизионного источника опорного напряжения и, соответственно ток базы транзистора (0,5-30 мА) управляет большим током (0,2-4 А в зависимости от выбранного транзистора), протекающим в цепи коллектор - эмиттер. Назвать показанный на фиг. 6 стабилизатор параметрическим можно с некоторой натяжкой. В нем, во-первых, используется не обычный стабилитрон (диод Зенера), а регулируемый прецизионный источник 41 опорного напряжения семейства TL431. От обычного стабилитрона его отличает повышенная точность поддержания стабилизированного напряжения (0,5-1%), в то время как обычный стабилитрон вообще таким параметром характеризоваться не может. Его напряжение стабилизации зависит от протекающего через него тока и имеет на графике вид наклонной кривой. Т.е., например, при паспортном значении стабилитрона 24 В, реальное напряжение стабилизации в диапазоне допустимых токов стабилитрона может меняться в диапазоне от 21 до 27 В, т.е. говорить о стабилизации выходного напряжения на уровне 1-2% можно только в очень узком диапазоне изменения токов через стабилитрон. Во-вторых, используемый в предлагаемом техническом решении регулируемый прецизионный источник опорного напряжения семейства TL431, обеспечивает повышенную точность стабилизации за счет наличия обратной связи между током анод - катод через него и опорным напряжением на его управляющем электроде. Это напряжение снимается с делителя напряжения на резисторах 42 и 43 и поступает на управляющий вход регулируемого прецизионного источника 41 опорного напряжения. Т. е. стабилизатор является некоторым промежуточным устройством между параметрическим стабилизатором и стабилизатором компенсационного типа, он проще компенсационного, но значительно точнее параметрического. За счет этого и удается, в том числе, и расширить значительно диапазон изменения допустимых входных напряжений (от 30-32 В до 65-75 В), и при этом сохранить практически неизменным напряжение на выходе (24±0,2 В).The
Поддержанию такого высокостабильного напряжения в широком диапазоне изменений входного напряжения способствуют также следующие схемные решения. Во-первых, в качестве составного транзистора стабилизатора напряжения используется транзистор 40 Дарлингтона. Это позволяет получить высокий коэффициент его усиления по току до значений 1000-2000, т.е. управление очень маленькими токами базы транзистора и получение при этом больших токов участка коллектор - эмиттер, т.е. на выходе источника электропитания. Во-вторых, напряжение, поступающее на базу транзистора 40, дополнительно фильтруется фильтром, состоящим из резисторов 44 и 45 и конденсаторов 46 и 47. В-третьих, напряжение, поступающее на управляющий вход регулируемого прецизионного источника 41 опорного напряжения, фильтруется конденсатором 48. В-четвертых, на выходе стабилизатора 11 напряжения также установлен фильтр из резистора 49 и конденсаторов 50 и 51. Эти фильтры в совокупности не только подавляют переменную составляющую, пришедшую от выпрямителя, но и подавляют возможные наводки от других элементов схемы (например, от понижающего трансформатора 3). В-пятых, диод 52 на выходе схемы стабилизации обеспечивает защиту транзистора 40 от возможных выбросов напряжения в нагрузке и линии связи. Он при этом не оказывает никакого вредного воздействия на качество стабилизации, так как измерение выходного напряжения управляющим делителем происходит уже за ним. Т. е. диод 52 по своей сути и функциональному назначению уже принадлежит следующему узлу - устройству 12 защиты выходной цепи.The following circuit solutions also contribute to maintaining such a highly stable voltage over a wide range of input voltage variations. First, a
Выход стабилизатора 11 напряжения подключен к входу устройства 12 защиты выходной цепи от непреднамеренных подключений внешних источников питания. Его схема приведена на фиг. 7. Назначение диода 52 описано выше. Диод 53 является защитным, защищает регулируемый прецизионный источник 41 опорного напряжения от коротких выбросов напряжения. Диоды 54-57 и предохранительное устройство 13 защищают стабилизатор 11 напряжения от непреднамеренных подключений внешних источников питания в обратной к данному источнику питания полярности. Если к выходу источника питания случайно подведено напряжение внешнего источника питания в обратной полярности, диоды 54-57 в таком включении не представляют для него какого-либо сопротивления, через них потечет ток, вызванный этим внешним источником. Ток потечет и через четвертое предохранительное устройство 13. Эта цепь реально создает для внешнего источника короткое замыкание, в результате которого сработает предохранительное устройство 13, разорвет цепь и тем самым защитит схему стабилизатора 11 напряжения и всего источника питания от нежелательного внешнего воздействия.The output of the
Конструктивно источник электропитания выполнен в отдельном металлическом корпусе, снабженном крышкой с уплотнением для защиты полость корпуса от внешних воздействий. В корпусе установлены понижающий тороидальный трансформатор 3, залитый компаундом, и печатная плата, на которой смонтированы узлы и элементы предлагаемого источника электропитания. При этом транзистор 40 Дарлингтона установлен на металлическом радиаторе через теплопроводящую электроизолирующую прокладку, а радиатор в свою очередь прикреплен к металлическому корпусу источника электропитания для улучшения отвода тепла от транзистора 40 и снижения размеров самого радиатора.Structurally, the power supply is made in a separate metal case, equipped with a lid with a seal to protect the cavity of the body from external influences. A step-down
Корпус источника электропитания снабжен расположенным на его боковой поверхности кабельным вводом для подключения к сети электропитания крана с номинальным напряжением 380 В переменного тока и элементами для электрического соединения корпуса с металлической конструкцией крана. На корпусе установлены разъемы для питания других узлов ограничителя и обмена информационными сигналами между данными узлами, а также для передачи информационных и командных сигналов от управляющего устройства ограничителя к другим периферийным узлам крана. На лицевой поверхности корпуса размещены два светодиодных индикатора.The housing of the power supply is equipped with a cable entry located on its side surface for connecting to a crane power supply network with a rated voltage of 380 V AC and elements for electrical connection of the housing with the metal structure of the crane. Connectors are installed on the housing for powering other limiter nodes and exchanging information signals between these nodes, as well as for transmitting information and command signals from the limiter control device to other peripheral nodes of the crane. On the front surface of the housing there are two LED indicators.
Источник электропитания работает следующим образом.The power source operates as follows.
Переменное напряжение питающей сети 380 В 50 Гц (при всех возможных колебаниях напряжения реальной промышленной сети от 280 до 560 В) поступает через первое предохранительное устройство 1 на вход устройства 2 подавления выбросов напряжения, совмещенного с фильтром входных высокочастотных помех. Газовый разрядник 15 (16) имеет наибольшее время задержки срабатывания, но при этом поглощает самую большую часть энергии выброса, варистор 17 имеет чуть меньшую задержку срабатывания, но и способен поглощать меньшую энергию, защитные диоды 18 и 19 имеют самое маленькое время задержки и срабатывают первыми, но и способны подавлять относительно небольшую часть энергии выброса. Резисторы 20-23 позволят сблизить срабатывание этих элементов по времени, подавить выброс наиболее эффективно и с наименьшими потерями для данного устройства.An alternating voltage of the supply network 380
С выхода устройства 2 подавления выбросов напряжения, входное напряжение поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора 3, снабженного индикатором 4 для контроля наличия напряжения сети. На выходе вторичной обмотки трансформатора 3 присутствует низкое напряжение 28-65 В 50 Гц. Значение этого напряжения зависит от входного напряжения (напряжения на первичной обмотке) и выбирается таким, чтобы обеспечить на выходе источника электропитания стабильное постоянное напряжение 24 В при всех возможных колебаниях напряжения реальной промышленной сети 380 В (280-560 В).From the output of the voltage
Напряжение на выходе вторичной обмотки трансформатора 3 подается через второе предохранительное устройство 5 на устройство 6 подавления выбросов напряжения с фильтром входных высокочастотных помех на вторичной обмотке понижающего трансформатора и далее - на выпрямитель 7.The voltage at the output of the secondary winding of the
Напряжение с выходов выпрямителя 7 поступает на выходы источника электропитания через последовательно соединенные третье предохранительное устройство 8, устройство 9 подавления выбросов выпрямленного пульсирующего напряжения, фильтр 10 для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя, стабилизатор 11 напряжения и устройство 12 защиты выходной цепи от короткого замыкания и непреднамеренных подключений к ней внешних источников питания, включающее в себя четвертое предохранительное устройство 13.The voltage from the outputs of the
Выше описана основная схема предлагаемого источника электропитания. Он вырабатывает стабилизированное напряжение 24 В. Однако для питания микропроцессоров, электронных схем и датчиков приборов безопасности и управления грузоподъемных машин требуются другие напряжения. Для микропроцессоров и электронных схем требуются обычно 5 и 3,3 В. Для тензодатчиков, в частности, требуется очень качественное стабилизированное напряжение 10 В. Отдельные блоки и узлы прибора безопасности грузоподъемной машины находятся в разных местах на достаточно большом (единицы и десятки метров) удалении. Поэтому формировать все эти напряжения в одном источнике электропитания хоть и возможно, но крайне нежелательно, потому что при передаче малых напряжений на значительные расстояния происходят заметные потери на сопротивлении соединительных кабелей. К тому же малые напряжения в большей степени подвержены помехам и возмущениям, свойственным любой электрической грузоподъемной машине. Поэтому целесообразно разводить от источника электропитания по блокам и узлам прибора безопасности через кабели относительно большое напряжение 24 В, которое и потери даст меньшие и меньше подвержено помехам. А уже в каждом блоке и узле конкретно формировать из этого напряжения другие необходимые там напряжения: 10 В, 5 В, 3,3 В. Тогда и напряжения эти в меньшей степени будут подвержены помехам и возмущениям, и все блоки прибора безопасности получат качественное стабилизированное напряжение.The main circuit of the proposed power source is described above. It produces a stabilized voltage of 24 V. However, other voltages are required to power microprocessors, electronic circuits, and sensors of safety devices and control hoisting machines. Microprocessors and electronic circuits usually require 5 and 3.3 V. For strain gauges, in particular, a very high-quality stabilized voltage of 10 V. is required. The individual blocks and nodes of the safety device of the hoisting machine are located in different places at a sufficiently large (several and tens of meters) distance . Therefore, it is extremely undesirable to generate all these voltages in one power source, because when transmitting small voltages over considerable distances, noticeable losses in the resistance of the connecting cables occur. In addition, low voltages are more susceptible to interference and disturbances inherent in any electric lifting machine. Therefore, it is advisable to distribute a relatively high voltage of 24 V from the power supply to the blocks and nodes of the safety device through cables, which will give less and less interference. And already in each block and node specifically form from this voltage the other voltages necessary there: 10 V, 5 V, 3.3 V. Then these voltages will be less susceptible to disturbances and disturbances, and all blocks of the safety device will receive high-quality stabilized voltage .
В частности, для электропитания микропроцессора управляющего устройства ограничителя и электронных схем можно использовать линейный стабилизатор напряжения, на вход которого подается напряжение 24 В постоянного тока я, а с выходов линейного стабилизатора снимаются напряжения 5 и 3,3 В.In particular, to power the microprocessor of the limiter control device and electronic circuits, a linear voltage stabilizer can be used, the input of which is supplied with 24 V DC, and the voltage of 5 and 3.3 V is removed from the outputs of the linear stabilizer.
Для электропитания тензодатчика ограничителя можно использовать прецизионный стабилизатор напряжения с усилителем мощности на транзисторе и прецизионном источнике опорного напряжения, снабженном фильтром для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. При этом на вход прецизионного стабилизатора напряжения подается напряжение 24 В постоянного тока, а с выхода фильтра снимается напряжение 10 В постоянного тока.To power the limiter strain gauge, you can use a precision voltage stabilizer with a power amplifier on the transistor and a precision voltage reference source, equipped with a filter to smooth out the ripple of the rectified voltage. At the same time, 24 V DC voltage is supplied to the input of a precision voltage stabilizer, and 10 V DC is removed from the filter output.
Распределенная структура предлагаемого источника электропитания, при которой первичное преобразование высокого переменного напряжения питающей промышленной сети в промежуточное значение постоянного стабилизированного напряжения выполняется в отдельном самостоятельном блоке, корпус которого может быть закреплен на конструкции электрического крана за пределами его кабины, исключает возможность поражения высоким напряжением оператора крана и другого обслуживающего персонала, и обеспечивает передачу этого промежуточного стабилизированного напряжения по соединительным кабелям другим отдельным блокам системы безопасности и управления грузоподъемной машины, с дальнейшим преобразованием этого промежуточного напряжения в каждом из блоков в напряжение с параметрами, необходимыми и достаточными для функционирования данного блока.The distributed structure of the proposed power source, in which the primary conversion of the high alternating voltage of the supply industrial network to an intermediate value of constant stabilized voltage is carried out in a separate independent unit, the casing of which can be mounted on the construction of an electric crane outside its cabin, eliminates the possibility of a crane operator being struck by high voltage and other maintenance personnel, and ensures the transfer of this intermediate stabilizer th e voltage connecting cables to other individual blocks of safety and control systems of hoisting machines, a further transformation of the intermediate voltage in each of the blocks into a voltage with parameters necessary and sufficient for the operation of the unit.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Заявленный источник электропитания может быть изготовлен промышленным способом на приборостроительном заводе с использованием современных электронных компонентов и технологий.The claimed power source can be manufactured industrially at the instrument-making plant using modern electronic components and technologies.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019117992U RU193892U1 (en) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | Power supply |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019117992U RU193892U1 (en) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | Power supply |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU193892U1 true RU193892U1 (en) | 2019-11-20 |
Family
ID=68580243
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019117992U RU193892U1 (en) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | Power supply |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU193892U1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU59906U1 (en) * | 2006-08-25 | 2006-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)") | RECTIFIER |
RU2015154109A (en) * | 2014-12-19 | 2017-06-22 | Циль-Абегг СЕ | PROTECTION SCHEME FOR INVERTER AND INVERTER SYSTEM |
-
2019
- 2019-06-10 RU RU2019117992U patent/RU193892U1/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU59906U1 (en) * | 2006-08-25 | 2006-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)") | RECTIFIER |
RU2015154109A (en) * | 2014-12-19 | 2017-06-22 | Циль-Абегг СЕ | PROTECTION SCHEME FOR INVERTER AND INVERTER SYSTEM |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
М.А.ШУСТОВ ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМОТЕХНИКА ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ "ДОДЭКА-21" "АЛЬТЕКС" МОСКВА 2007. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7573253B2 (en) | System for managing electrical consumption | |
US7009825B2 (en) | Earth leakage protection device and electrical switchgear unit comprising such a device | |
CN107703414B (en) | Detection circuit and detection method | |
EP2672597A1 (en) | Voltage rectifier | |
RU193892U1 (en) | Power supply | |
KR101275070B1 (en) | Reactive Power Compensating Apparatus for Alternating Current Motor | |
CN108508322B (en) | Power supply sampling circuit, power supply sampling method and fault indicator manufactured by same | |
RU112527U1 (en) | DEVICE FOR PROTECTING THE CONTROLLED BYPASS REACTOR FROM EARTH CIRCUITS | |
Unger et al. | Disturbances due to voltage distortion in the kHz range—experiences and mitigation measures | |
RU193830U1 (en) | Power supply of measuring and recording equipment from a high voltage network | |
CN112858765B (en) | Capacitor bank busbar current measuring circuit based on Rogowski coil | |
CN201038738Y (en) | Electronic motor protection device signal sampling circuit | |
RU193919U1 (en) | Bridge Type Crane Load Limiter | |
JP2005006455A (en) | Rectification device | |
CN111953195A (en) | Circuit applied to underwater power supply protection and current detection | |
CN214280918U (en) | Special leakage protection circuit for electromagnetic stirring system | |
CN212034003U (en) | Power supply circuit and motor protector | |
CN100492799C (en) | Signal sample circuit for electronic type electric motor protective equipment | |
RU2256999C2 (en) | Dc voltage supply | |
US11740265B1 (en) | Signal conditioning circuit | |
CN213279526U (en) | Power supply control circuit and circuit board of brushless direct current motor | |
CN210142154U (en) | Silicon controlled rectifier alternating current voltage regulation supervisory equipment | |
CN210109198U (en) | Auxiliary power supply circuit of voltage and current transmitter | |
CN214314521U (en) | Device capable of effectively reducing misoperation of leakage protector | |
CN210898902U (en) | Electric power safety intelligence electrical power generating system |