RU2221266C2

RU2221266C2 - Voltage limiter for lighting networks

Info

Publication number: RU2221266C2
Application number: RU2002108237/09A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Карпук; А.И. Магдалев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2004-01-10

Abstract

FIELD: conversion equipment. SUBSTANCE: voltage limiter for lighting networks is designed to keep specified setting of effective voltage in industrial lighting networks. It can also be used to adjust heating devices containing two power thyristors connected in parallel opposition which control junctions are shunted by back-biased diodes. Rectifier bridge is connected to control electrodes through limiting resistor. Integrating link comprising resistor and capacitor connected in series and simple, economic and reliable control device is connected to output of rectifier bridge. Auxiliary thyristor is connected in parallel to integrating link to limit voltage of lighting networks at specified level, its control electrode is connected to common point of connection of resistor and capacitor of integrating link through switching diode and resistor connected in series. Another capacitor is connected in parallel to capacitor of integrating link through collectoremitter junction of optotransistor shunted by back-biased diode. Control light-emitting diode of optotransistor connected in series with stabilizer diode is connected to voltage divider shunted by capacitor. Voltage divider is connected trough another rectifier bridge and additional resistor of load voltage. EFFECT: simplifier design of voltage limiter. 3 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике, предназначено для поддержания заданной уставки действующего напряжения промышленных сетей освещения и может быть использовано для регулирования нагревательных устройств. The invention relates to a conversion technique, is intended to maintain a given setpoint of the effective voltage of industrial lighting networks and can be used to control heating devices.

Известна простая схема со встречно-параллельно включенными тиристорами для изменения действующего значения переменного тока, используемая для стабилизации выходного напряжения, с устройством управления на однопереходном транзисторе, для питания и синхронизации которого используется выпрямленное однофазным выпрямительным мостом напряжение на тиристорах в интервале запирания [1. Кремниевые управляемые вентили - тиристоры. Технический справочник. Перевод с английского под редакцией к.т.н. В.А, Лабунцова и А.Ф. Свиридова. М.-Л.: Энергия, 1964, с.139-143]. Однако эта схема работоспособна только при глубоком регулировании напряжения, в [1] приведена схема для стабилизации действующего значения выходного напряжения величиной 25 В при входном напряжении 115 В. A simple circuit with counter-parallel connected thyristors for changing the effective value of alternating current, used to stabilize the output voltage, with a control device on a single-junction transistor, is used to power and synchronize the rectified single-phase rectifier bridge voltage across the thyristors in the locking interval [1. Silicon controlled valves - thyristors. Technical Reference. Translation from English edited by Ph.D. V.A., Labuntsova and A.F. Sviridova. M.-L.: Energy, 1964, p.139-143]. However, this circuit is operable only with deep voltage regulation; in [1], a circuit is provided for stabilizing the effective value of the output voltage of 25 V at an input voltage of 115 V.

Известен стабилизатор-ограничитель типа ТОН-3, в котором параллельно блоку силовых вентилей включен выпрямительный мост, выходное напряжение которого, ограниченное по амплитуде резистором до напряжения стабилизации стабилитрона, подается на интегрирующее звено, состоящее из резистора и конденсатора, затем через каналы управления и сравнения в нужный момент запускается ждущий блокинг - генератор, формирующий импульсы управления, которые со вторичных обмоток импульсного трансформатора поступают на управляющие переходы силовых тиристоров [2. Вексин Ю.Г., Мирошкин Б.С. Преобразовательные приборы, выпускаемые заводом "Электровыпрямитель". - Электротехническая промышленность. Сер. Преобразовательная техника, 1974, вып.12, с.11-14], наиболее близкий к изобретению по совокупности существенных признаков и принятый в качестве прототипа. A TON-3 type stabilizer-limiter is known, in which a rectifier bridge is connected in parallel with the power valve block, the output voltage of which, limited in amplitude by the resistor to the stabilization voltage of the zener diode, is supplied to an integrating element consisting of a resistor and a capacitor, then through control and comparison channels to the right moment, the waiting blocking is started - the generator, which generates control pulses, which from the secondary windings of the pulse transformer arrive at the control transitions of the power thyristor moat [2. Veksin Yu.G., Miroshkin B.S. Converting devices manufactured by the Electric Rectifier plant. - Electrical industry. Ser. Conversion technology, 1974, issue 12, pp. 11-14], closest to the invention in terms of essential features and adopted as a prototype.

Однако наличие большого количества полупроводниковых приборов и трансформаторов усложняет схему устройства, увеличивает его габариты и стоимость, снижает надежность работы. Кроме того, при использовании схемы с импульсными трансформаторами для управления нагрузкой с большой индуктивностью может случиться (особенно при небольших углах проводимости), что нарастание анодного тока будет значительно затянуто, так что пусковой сигнал исчезнет до достижения удерживающего тока тиристора. В этом случае тиристор останется в закрытом состоянии. Если в течение следующего полупериода будет отперт другой тиристор, постоянная составляющая в цепи нагрузки может выдавать насыщение индуктивной нагрузки или сердечника питающего трансформатора, для исключения чего необходимо принятие специальных мер. However, the presence of a large number of semiconductor devices and transformers complicates the circuitry of the device, increases its size and cost, and reduces reliability. In addition, when using a circuit with pulse transformers to control a load with a large inductance, it can happen (especially at small conduction angles) that the increase in the anode current will be significantly delayed, so that the start signal disappears before the holding current of the thyristor is reached. In this case, the thyristor will remain closed. If another thyristor is opened during the next half-cycle, the DC component in the load circuit can saturate the inductive load or core of the supply transformer, for which special measures must be taken.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является ограничение напряжения сетей освещения на заданном уровне с простым и наиболее экономичным устройством управления. Для этого к управляющим электродам двух встречно-параллельно включенных силовых тиристоров, управляющие переходы которых шунтированы обратными диодами, через ограничивающий резистор подключен выпрямительный мост. Выходное напряжение моста подается на интегрирующее звено, состоящее из последовательно соединенных резистора и конденсатора. Параллельно интегрирующему звену включен вспомогательный тиристор, управляющий электрод которого через последовательно включенные переключающий диод и резистор подсоединен к общей точке соединения резистора и конденсатора интегрирующего звена, а параллельно конденсатору через шунтированный обратным диодом коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора подключен другой конденсатор. Управляющий светодиод оптотранзистора, соединенный последовательно со стабилитроном, подключен к шунтированному конденсатором делителю напряжения, подсоединенному через другой выпрямительный мост и добавочный резистор к напряжению нагрузки. The task to which the invention is directed is to limit the voltage of lighting networks at a given level with the simplest and most economical control device. To do this, to the control electrodes of two on-parallel connected power thyristors, the control transitions of which are shunted by reverse diodes, a rectifier bridge is connected through a limiting resistor. The output voltage of the bridge is supplied to the integrating link, consisting of a series-connected resistor and capacitor. In addition to the integrating element, an auxiliary thyristor is connected, the control electrode of which is connected through a switching diode and a resistor in series to the common point of the resistor and the integrator capacitor, and in parallel to the capacitor, another capacitor is connected through the collector-emitter junction of the opto-transistor. The control LED of the optotransistor, connected in series with the zener diode, is connected to a voltage divider shunted by a capacitor, connected through another rectifier bridge and an additional resistor to the load voltage.

Схема ограничителя напряжения приведена на фиг.1. На фиг.2 и 3 показаны формы напряжений на элементах схемы при работе ограничителя на активную и активно-индуктивную нагрузки соответственно. The voltage limiter circuit is shown in figure 1. Figure 2 and 3 shows the voltage forms on the circuit elements during operation of the limiter for active and active-inductive loads, respectively.

От двух встречно-параллельно включенных тиристоров 1 и 2 запитана осветительная нагрузка 3. Управляющие переходы тиристора шунтированы обратными диодами 4 и 5. К управляющим электродам через ограничивающий резистор 6 подключен выпрямительный мост 7. На выход моста подключены интегрирующее звено, состоящее из резистора 8 и конденсатора 9, и вспомогательный тиристор 10, управляющий электрод которого через переключающий диод 11 и резистор 12 подключен к точке соединения резистора 8 и конденсатора 9. Параллельно конденсатору 9 через шунтированный обратньм диодом 13 коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора 14 подключен другой конденсатор 15. Управляющий светодиод оптотранзистора 14 соединен последовательно со стабилитроном 16 и подключен к шунтированному конденсатором 17 делителю напряжения 18. Делитель напряжения 18 подключен к выпрямительному мосту 19, вход которого через добавочный резистор 20 подсоединен к напряжению нагрузки 3. A lighting load 3 is supplied from two counter-parallel connected thyristors 1 and 2. The thyristor control transitions are shunted by reverse diodes 4 and 5. A rectifier bridge 7 is connected to the control electrodes through a limiting resistor 6. An integrating link consisting of resistor 8 and a capacitor is connected to the bridge output 9, and an auxiliary thyristor 10, the control electrode of which is connected through a switching diode 11 and resistor 12 to the connection point of the resistor 8 and capacitor 9. Parallel to the capacitor 9 through a shunted another capacitor 15 is connected to the collector-emitter junction of the optotransistor 14; the control LED of the optotransistor 14 is connected in series with the zener diode 16 and is connected to the voltage divider 18 shunted by the capacitor 17. The voltage divider 18 is connected to the rectifier bridge 19, the input of which is connected to the rectifier bridge 19 load voltage 3.

Использование для управления силовыми тиристорами 1 и 2 анодного напряжения и маломощного вспомогательного тиристора 10, ток удержания которого на один-два порядка меньше, чем у силовых тиристоров, обеспечивает надежное их включение при малых углах регулирования. Резистор 6 ограничивает ток управления силовых тиристоров в допустимых пределах при максимальном напряжении сети. Конденсатор 9 обеспечивает работу схемы при малых углах регулирования, совместно с резистором 8 определяет минимальный угол регулирования при закрытом оптотранзисторе 14, поэтому величина его емкости выбирается минимальной, но достаточной для надежного включения вспомогательного тиристора 10. Величины сопротивления резистора 8 и емкости конденсатора 15 выбираются из условия обеспечения необходимого максимального угла регулирования при заколоченном коллекторно-эмиттерном переходе оптотранзистора 14. Диод 13 обеспечивает цепь разряда конденсатора 15 при срабатывании переключающего диода 11 и одновременно защиту коллекторно-эмиттерного перехода оптотранзистора 14 от обратного напряжения. Напряжение на цепях, параллельных конденсатору 9, определяется напряжением срабатывания переключающего диода 11, а ток ограничивается резистором 8 и его величина в 5-10 раз меньше тока управления силовых тиристоров, что и определяет как применение маломощного оптотранзистора, так и возможность включения схемы управления в цепи управляющих переходов силовых тиристоров. The use of anode voltage and low-power auxiliary thyristor 10 for controlling power thyristors 1 and 2, the holding current of which is one to two orders of magnitude lower than that of power thyristors, ensures their reliable switching on at small control angles. Resistor 6 limits the control current of the power thyristors to within acceptable limits at the maximum mains voltage. The capacitor 9 ensures the operation of the circuit at small control angles, together with the resistor 8 determines the minimum control angle when the optotransistor 14 is closed, therefore, its capacitance is selected as minimum, but sufficient to reliably turn on the auxiliary thyristor 10. The resistance values of the resistor 8 and capacitor 15 are selected from the condition providing the required maximum control angle when boarded up the collector-emitter junction of the optotransistor 14. The diode 13 provides a discharge circuit to capacitor 15 when the switching diode 11 is triggered at the same time protecting the collector-emitter junction photon-coupled transistor 14 from reverse voltages. The voltage on the circuits parallel to the capacitor 9 is determined by the response voltage of the switching diode 11, and the current is limited by the resistor 8 and its value is 5-10 times less than the control current of the power thyristors, which determines both the use of a low-power optical transistor and the possibility of including a control circuit in the circuit control junctions of power thyristors.

Формы напряжений на элементах схемы приведены на фиг.2 при работе ограничителя на активную нагрузку (лампы накаливания) и на фиг.3 при работе на активно-индуктивную нагрузку (лампы типа ДРЛ, ДРИ, КИ220, люминесцентные лампы, имеющие индуктивный балласт). На обеих фигурах кривая 1 - напряжение сети Uc; 2 - напряжение на нагрузке 3 - U₃; 3 - линия уровня напряжения срабатывания переключающего диода 11 U₃; 4 - напряжение на конденсаторе 15 U₁₅; 5 - напряжение на коллекторно-эмиттерном переходе оптотранзистора 14 U₁₄. Величины напряжений указаны в относительных единицах, причем для напряжений U₁₁, U₁₅ и U₁₄ относительное значение умножается на 0,1.The forms of voltages on the circuit elements are shown in Fig. 2 during operation of the active load limiter (incandescent lamps) and in Fig. 3 during operation on the active-inductive load (DRL, DRI, KI220 lamps, fluorescent lamps having inductive ballast). In both figures, curve 1 is the mains voltage Uc; 2 - voltage at load 3 - U ₃ ; 3 - line voltage level of the switching diode 11 U ₃ ; 4 - voltage across the capacitor 15 U ₁₅ ; 5 - voltage at the collector-emitter junction of the optotransistor 14 U ₁₄ . The magnitude of the stresses are indicated in relative units, and for voltages U ₁₁ , U ₁₅ and U _{14, the} relative value is multiplied by 0.1.

При достижении суммой мгновенных значений напряжений U₁₅ и U₁₄ напряжения U₁₁ срабатывания переключающего диода выдается сигнал на включение того силового тиристора, на аноде которого в этот момент положительный потенциал сети. При повышении напряжения сети оптотранзистор приоткрывается больше, падение напряжения на его коллекторно-эмиттерном переходе уменьшается, следовательно, конденсатор должен зарядиться соответственно до большего напряжения, увеличивается угол регулирования, напряжение на нагрузке снижается до заданной величины. Точность поддержания заданной уставки напряжения определяется параметрами оптотранзистора 14, выполняющего функцию обратной связи по напряжению нагрузки. Например, оптотранзистор типа АОТ110 при допустимом токе светодиода 25 мА начинает открываться при 0,2 мА и полностью открывается при токе светодиода 0,5 мА, при этом напряжение на нем изменяется от 1,1 до 1,15 В, что обеспечивает высокую точность поддержания заданного значения напряжения на нагрузке.When the sum of the instantaneous values of the voltages U ₁₅ and U ₁₄ reaches the voltage U _{11 of} the switching diode, a signal is issued to turn on the power thyristor, on the anode of which at this moment the network potential is positive. As the network voltage rises, the optotransistor opens up more, the voltage drop at its collector-emitter junction decreases, therefore, the capacitor must be charged accordingly to a higher voltage, the angle of regulation increases, the voltage at the load decreases to a predetermined value. The accuracy of maintaining a given voltage setting is determined by the parameters of the optotransistor 14, which performs the function of feedback on the load voltage. For example, an AOT110 type transistor with an allowable LED current of 25 mA starts to open at 0.2 mA and fully opens at a LED current of 0.5 mA, while the voltage across it changes from 1.1 to 1.15 V, which ensures high accuracy of maintenance set value of voltage at the load.

Claims

The voltage limiter of lighting networks, containing two counter-parallel connected power thyristors, the control transitions of which are shunted by reverse diodes, and a rectifier bridge is connected to the control electrodes through the limiting resistor, the output of which is connected to an integrating element consisting of a series-connected resistor and capacitor, characterized in that an auxiliary thyristor is connected to the output of the rectifier bridge parallel to the integrating link, the control electrode of which after A properly connected switching diode and a resistor are connected to a common connection point between the resistor and the integrating capacitor, and another capacitor is connected in parallel to the integrating capacitor through the collector-emitter junction of the optotransistor, the control LED of which is connected in series with the zener diode and connected to the voltage divider shunted by the capacitor connected through another rectifier bridge and an additional resistor to the load voltage.