RU32645U1 - Источник постоянного напряжения - Google Patents

Description

200 ШШ7 6МПК 7 Н02Н 3/08

ИСТОЧНИК постоянного НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике в может быть использовано в преобразователях для запрзты от электрохимической коррозии подземных металлических сооружений, в устройствах аккумуляторов, в установках запуска двигателей самолетов, авггомобилей, источниках питания опреснительных установок и других целей.

Известен тиристорный стабилизатор постоянного напрЕкения (Найвельт Г. С. н др. Источники электропитания РЭА, Москва, Радио и связь, 1985 г., с. 251, рис. 7.1), содержащий, последовательно соединенные трансформатор, тиристортшй управляемый выпрямитель и сглаживающий льтр, последователш;о соединенные источник опорного напряжения, усилитель сигнала рассогласования и устройство управления тиристорами, выход которого подключен ко второму входу тиристорвюго управляемого выпрямителя и делнтель выходпого напряжения, вход которого подключен к выходу сглаживающего фильтра, а выход - ко второму входит усилителя сигнала рассогласования.

Недостатками этого тиристорного стабилвзапгора постоянного напряжения являются: низкая точность стабилизации выходного нащмокташя, отсутствует защита от коротких замыканий и перегрузок, т.е. нет режима токпограничения и стабилизации выходного тока, а также нет быстродействукщей отключення rapHCTOpHoro стабилизатора постоянного напряжения от питающей сети при коро-псих замыканиях и недопустимых перегрузках, высокий уровень радиопомех, нет защиты от перенапряжепий, большой ноэффициеит пульсаций выходного напряжения, отсутствуют блок активного фильтра и датчики тока.

Известен источник хюстоянного напряжения (Свидетельство на полезную модель Яе18025, Н 02 М 7/00, 2001, Бюя. № 13), содержащий стабилизатор опорного напряжения, блоки сравнения и упровдення, согласующнй трансформатор, регулируемый выпрямитель, подключенный к выходным обмоткам согласукщего трансфо1шатора, датчик фазного тока, включеншлй во входа то цепь согласующего трансформатора, фильтр радиопомех, состоящий из ицдуктивностей, конденсаторов и шраничителей напряжения, причем индуктивности включены в цши первичной охотки согласующего трансформатора, а конденсато и ограничители напряжения включены между входными цепями и корпусом источника постоянного напряжения, блок отключения, содержащий трансформатор питания, выпрямитель, исполнительный орган защиты и коммутирующий аппарат, включенный во входные силовые цепи исто чника постоянного напряжения, датчик ограничения и стабилизации выходного тока, ВКЛЮЧ ЕНЫЙ в выходные силовые цепи источника постоянного напряжения, сглаживающий льтр, включенный в выходные силовые цепи источника постоянного напряжения, счетчик времени наработки, подключенный к блоку сравнеаня, и блок активного фильтра, на вход которого поступает сигнал обратной связи, а выход подкшочен к бло1 управления, при этом блок управлепия содержит трансформатор питания, блок источников питания, блок защиты, к входам которого подключены датчик фазного тока и датчик ограни 1шия и стабилизации выходного тока, а к выходу - исполнительный орган защиты, блок сравнения, входы которого подключены к стабилизато опорного напряжения, к выходу блока активного фильтра и к датчику огранич шя и стабилизации выходного тока, блок формировання импульсов, вход которого подключен к шлходу блока сравнежия, блок усилителя мощности, вход которого подключен к выходу блока формирования импульсов, а выход - к регулируемому выпрямителю.

Н02Н 3/20 Н02М 7/02 С23 13/00

Недостатками этого нсточнвка постоянного напряжения являются: низкое входное сопротивление блока активвого фильтра и малая величина допускаемого сигнала помехи переменного синусоидального на1фяжения частотой 50 Гц на входе блока активного фильтра.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является источник постоянного напряжения (Заявка № 2001107995, Н 02 Н 3/08, 3/20, Н 02 М 7/02, 2003. Бюл. № 9), содержащий последовательно соединенные трансформатор и управляемый вьшрямитель, сглаживающий фильтр, усилитель сигнала рассогласования, источник опорного нанряжения, блок фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий индуктивности, ограничители напряжений и конденсаторы, причем индуктивности включены в шины питания источника постоянного напряжения, ограничители напряжения подключены к пшнам питания источника постоянного напряжения и корпусу, а конденсаторы включены между пшиами питшшп источника постоянного напряжения, между пшнами питания источника постоянного напряжения и корпусом, коммутирующий , датчик фазного тока, при зфом входные силовые цепн коммутирующего аппарата подключены к блоку фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, а выходные силовые цепи подключены к датчику фазного тока, пертый которого соединен с о юичной обмоткой трансформагора, вход сглаживакщего фильтра соединен с первым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен с пе1жой пшной нагрузки источника постоянного напряжения, датчик ограничения и стабилизации выходного тока, вход которого соединен с вторым выходом управляемого вьшрямителя, а выход соединен с второй щииой нагрузки источника постоянного напряжения, фильтр радиопомех и защиты от перенапряжений, сод)жащий ограничители напряжений и конденсаторы, в котором ограничители напряжения и конденсаторы включены между пшнами нагрузки источника постоянного напряжеиия, между пганой на1рузки источника постояншго иапряжения и корпусом, последовательно соединенные трансформатор питания запшш, выпрямитель и исполнительный орган защнты, при этом вход трансформатора питания защиты подключен к входным силовым цепям коммутирующего аппарата, а выходные цепи исполнительного органа защиты включены последовательно в цепь питания коммутирующего , блок активного фильтра, первый вход которого предвазначен для подключения сигнала обратной связи, блок управления, содержащий блок защиты, первый вход которого подключен к второму выходу датчика фазного тока, третий вход подключен к второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, а выход подключен к второму входу исполнительного органа защиты, и последовательно соединенные трансформатор питания, блок источников питания, источник опорного напряжения, блок усилителей сигналов рассогласования, который снабжеи схемой управления счетчиком временя наработки, инвертирующим усилителям и вторым усилителем сигнала рассогласования, при этом в выходные цепи обоих усилителей сигналов рассогласования включены развязывающие диоды, третье входы иивертирующего усилителя, первого и второго усилителей сигналов рассогласования соедиЕюны с первым входом блока усилителей сигналов рассогласования, входы инв)тирующего усилителя, первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы ухфавления счетчиком времеии наработки соединены с вторым входом блока усилителей сигналов рассогласования, первьШ вход второго усилителя сигнала рассогласования соединен с третьим входом блока усилителей сигналов рассогласования, че1вергый вход блока усилителей сигналов рассогласования соединен с первым входом инверти19гющего усилителя, выход которого соединен с первыми входами nqiBoro усилителя сигнала рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки, третий вход схемы управления счетчиком времени наработки соединен с пятым входом блока усилителей сигналов рассогласования, а выход; схемы управления счетчиком времени нгфаботки соединен с третьим выходам блока усилителей сигналов 1К1ссоглаоования, блок формирования импульсов, к щоду

которого подключены выходы обоих усилителей сигиалов рассогласования, и блок усилителя мощносга, выход которого соединен с вторым входом управляемого выпрямителя, а второй вход соединен с вторым выходом блока источников питания и вторыми входами блока активного фильтра, блока защиты, блока формирования импульсов и блока усилится сигналов рассогласования, 1фи этом третий, четвертый и пятый входы которого подключены к второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, к выходу блоюа активного фильтра и к второму выходу трансформатора питания, третий и четверплй выходы которого подключены к третьему входу блока формирования импульсов и к треть ъсу входу блока усилителя мощности, а вход соединен с первичной охоткой трансфо1(атора, и счетчик времени ш аботки, вход которого соединен с третьим выходом блока усилителей сигналов рассогласования. Недостатками этого источника постоянного напряжения являются: низкое входное сопротивление блока акгавного фильтра и малая величина допускаемого сигнала помехи переменного сш1усоидал1шого напряжения частотой 50 Гц на входе блока активного фильтра.

Применяемый обычно в блоке активного фильтра активный фильтр низких частот иа базе операционного усилителя должен быть охвачен отрицательной обратной связью, чтобы обеспечить точность передачи величины входного напряження. По этой причине невозможно получить высокое входиое сопротивление (несколько Мом), так как входное сопротивление такого активного фильтра низких частот будет определяться величиной резисторов цепи отрицател ой обратной связи. Практически входное сопротивление такого активного фильтра низких частот составляет несколько сотен кОм.

Низкое входное сопротивление блока активного фильтра приводит к измеиению величины защитного потенциала, снимаемого между электродом сравнения или датчиком защитного потенциала и подзвлвым металлическим сооружением в высокоомных грунтах или при иедостаточном количестве влаги в почве.

По ГОСТ 9.602-89 в городских условиях входное сопротивление измерительных цепей источника постоянного напряжения для катодной защиты должно быть не менее 1 МОм. По ГСЮТ Р 51164-98 для магистральных трубопроводов входное сопротивление измерительных цепей источника постоянного напряжения для катодной защиты должно быть не менее 10 МОм.

В тоже время такой активный фильтр низких частот допускает на входе сигнал помехи переменного синуссщдального напряжения чгютотой 50 Гц не более 5 В. Дальнейщее увеличение амплитуды сигнала помехи приводит к снижению точности подцержання защитного потенциала иа подземном металлическом сооружении. Амплитуда сигнала помехи на подземном металлическом сооружении может достигать 20 В и более в зонах, где поблизости от подземного металлического сооружения расположена лииия электропередачи ЛЭП.

Технический результат - повьппено входное сопротивление блока активного фильтра до сотен МОм, снижена погрепшость измерения входного напряження, снимаемого между электродсш сравнения или датчиком защитного потенциала и подземным металлическим соо{цокеиием, обеспечена возможность с высокой точностью поддерживать защитный потенциал на подземном металлическом сооружении в высокоомных грунтах, обеспечена возможность надежной работы источника постоянного напряжения при амплитуде сигаала помехи переменного синусоидального напряжения частотой 50 Гц более 5 В на входе блока активного фильтра.

Технический результат достигается тем, что блок активного фильтра содержит последовательио соедииенные делитель нанряжения, цовторитель напряжения и активный фильтр ннзких частот, при экм пыход акгавного фильтра низких частот подключен к выходу блока активного фильтра, вход делителя напряжения подключен к первому входу блока активного фильтра, а вторые входы повторителя напряжения и активного фильтра низких частот подключены к второму входу блока активного фильтра, второй вход блока

источников питаиия подклинен к второму выходу трансформатора питания, третий вход блока источников питания подключен к третьему выходу блока усилителей сигналов рассогласования, третий выход блока источников питания подключен к счетчику времени наработки.

Применение в блоке активного фильтра делителя напряжения, например, с коэффициентом деления S позволяет в 5 раз уменьшит сигнал обратной связи, снимаемый с делителя напряжения, в 5 раз снизить величину снгнала помехи перемеиного синусоидального напряжения частотой 50 Гп, поступакмщего на вход повторителя напряжения, и в 5 разуменьшить величину входного сопротивления, подключаемого ко входу повторителя напряжения. Повторитель напряжения, охваченный отрицательной обратной связью, с коэффшщентом п)едачи по иапряжению равным единице обладает высоким входным сопротивление (тысячи Мом), низким выходиым сопротивлением и передает на выход наяряженне, усиленное по мощиости и равное иапряжению, снимаемому с делителя напряжения. Активный фильтр низких частот с коэффициентом передачи 5 в 5 раз увеличивает это напряжение, которое становится равным по величине сигналу обратной связи, поступающему на вход делителя напряжения. Таким образом, входиое сопротивление блока актшнпкго фильтра будет увеличено в 5 раз, допускаемый сигнал помехи переменного синуссшдального напряжения частотой 50 Гц на входе блока активного фильтра станет равным 25 В.

Например, для получения входного сопротивления блока активного фильтра величиной 10 МОм иеобходимо взять делитель напряжения сопротивлением 10 МОм с коэффшщентом деления 100. Тогда новторитель напряжения будет подключен к резистору сопротивлением 100 кОм. Чтобы напряжение на выходе блока активного фильтра было равно сигналу о атной связи необходимо выбрать коэффициент передачи акшвво1ч фильтра низких частот равным 100,

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие их критерию ноавзна.

При изучении других известных технических решений в данной области техиики признаки, отличающие заявляемое юбретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решеиию соответствие критерию существенные отличия.

На ч утеже представлена функциональная схема источника постоянного напряжения.

Источник постоянного напряжения состоит из блока фильтра радиопомех и запщты от перенапряжений 1, коммутирующего апшфата 2, датчика фазного тока 3, трансформатора 4, зшравляемого выпрямителя 5, сглаживающего фильтра 6, датчика 01раничения и стабилизации выходного тока 7, филыра радиопомех и защиты от перенапряжений 8, трансформатора пихания запщты 9, выпрямителя 10, исполнительного органа защиты 11, счетчика vfeueaa аарвб&гкя 12, блока управлеиия 13, трансформатора питания 14, блока источников питания 15, источника опорного напряжения 16, блока усилителей сигналов рассотлассжания 17, блоки фо;мир жания импульсов 18, блока усилителя мощности 19, блока зашиты 20, блока активного фильтра 21, делителя напряжения 22, повторителя напряжения 23 и активного фильтра низких частот 24.

Трансформатор питания 14, блок источииков питания 15, источиик опорного напряжения 16, блок усили1«лей сигналов рассогласования 17, блок формирования импульсов 18, блок усилшеля мощности 19 н блок защиты 20 составшоот блок управления 13 источником постоянного напряяюния.

Делитель напряж шя 22, повтс мвтель напряжения 23 и активный фильтр низких частот 24 составляют блок актатвого фильтра 21.

Блок фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений 1 предназначен для снижения уровня радиопомех и запщты от перенапряжений на шинах питания источника постоянного напряжения. Примененные в блоке фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений индуктивности и конденсаторы позволяют снизить уровень радиопомех, создаваемых регулирующими элементами в управляемом выпрямителе 5, до допустимых значений на шинах питания источника ностоянного напряжения.

Ограничители напряжения снижают амплитуду импульсов напряжения до допустимых значеннй на шинах питания источника постоянного напряжения, наводящихся при грозовых разрядах в атмосфере или от действия сетевой коммутапношюй аппаратуры. В зависимости от назначения н условий эксплуатации источника постоянного напряжения для повышения надежности запщты дополнительные ограничители напряжения следует включать п шшельно.

Коммутирующий апшфш 2 предназначен для включения источника постоянного напряжения в работу, отключения после окончания работы и отключения от питающей сети при возникновении короткого замыкания или перегрузки в источнике постоянного напряжения или в нагрузке.

Датчик фазного тока 3 предназначен для контроля величины тока, протекающего в первичной обмотке трансфс шахора 4. Датчик фазного тока вырабатывает напряжение пропорциональное фазному току в первичной обмотке трансформатора 4.

Трансформатор 4 предназначен для понижения напряжения питающей сети до требуемого значения и гальванической развязки выходного напряжения источника постоянного напряжения от питающей сети.

Управляемый выпрямитель 5 предназначен для обеспечення возможности регулирования выходного напряжения (тока) путем изменения момента времени подачи управляющих импульсов на регулирующие элементы.

Сглаживающий фильтр б предиазначен для снижения уровня пульсаций выходного напряжения (тока), поввшхения коэффициента полезного действия источника постоянного напряжения, ограничения скорости нарастания тока через регулирующие элементы и снижения уровня радиопомех на ппшах нагрузки источника постоянного напряжения.

Датчик ограничения и стабилизации выходного тока 7 предназначен для контроля величины тока, прагекающою в нагрузке, стабилизации выходиого тока в нагрузке и ограничення максимального тока в нагрузке прн любых режимах работы источника постоянного напряжения.

Филыр радиопомех и защиты от перенапряженнй 8 предназначен для снижения уровня радиопомех и защиты от перенапряжений на шинах нагрузки источника постоянного напряжения.

Трансформатор питания защиты 9 предназначен для понижения напряжения питающей сети до требуемых значений, гальванической развязки выходных напряжений от питающей сети, обеспечения питанием исполнительного органа защиты И при отключении источника постоянного напряжения от питающей сети по причине возникновения короткого замыкания вли перехрузки и световой сигнализацни, сигнализирующей о состояннн и режимах работы источника постоянного напряжения.

Выпрямитель 10 вырабатывает напряжения, необходимые для питания исполнительного органа запщты 11.

Исполнительный орган защиты II предназначен для размыкания цепи питания коммутирующего аппарата 2 при возникновении короткого замыкания или перегрузки. При коротком замыкании срабатывает исполнительный орган защиты и размыкает цепь питания коммутирующего аппарата, силовые цепи которого отключают источник постоянного напряжения от питающей сети.

Например, для получения входного сопротивления блока активного фильтра величиной 10 МОм необходимо взэть делитель напряжения сопротивлением 10 МОм с коэффициентом деления 100. Тогда повторитель напряжения будет подключен к резистору сопротивлением 100 кОм. Чтобы напряжение на выходе блока активного фильтра было равно сигналу обратной связи необходимо выбрать коэффициент передачи активного фильтра низких частот равным 100,

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие их критерию новизна.

При изучении других, известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию существенные отличия.

На фиг. 1 представлена функциональная схема источника постоянного напряжения.

Источник постоянного напряжения состоит из блока фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений 1, коммутирующего аппарата 2, датчика фазного тока 3, трансформатора 4, управляемого выпрямителя 5, сглаживающего фильтра 6, датчика ограничения и стабилизации выходного тока 7, фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений 8, трансформатора питания защиты 9, выпрямителя 10, исполнительного органа защиты 11, счетчика вроыени наработки 12, блока унравления 13, трансформатора питания 14, блока источников питания 15, источника опорного напряжения 16, блока усилителей сигналов рассогл юования 17, блока фо1 шрования импульсов 18, блока усилителя мощности 19, блока защиты 20, блока активного фильтра 21, делителя напряжения 22, повторителя напряжения 23 и активного фильтра низких частот 24.

Трансформатор питания 14, блок источников питания 15, источник опорного напряжения 16, блок усилителей сигналов рассогласования 17, блок формирования импульсов 18, блок усилителя мощности 19 и блок защиты 20 составляют блок управления 13 источником постоянного напряжения.

Делитель напряжения 22, повторитель напряжения 23 и активный фильтр низких частот 24 составляют блок акгивного фильтра 21.

Принцнп работы источника постоянного напряжения основан на регулировании выходного напряження (тока) путем изменения момента времени отпирания регулируюпщх элементов, осуществляемого системой фазового управления.

перенапряжений индуктивносга и конденсаторы позволяют снизить уровень радиопомех, создаваемых регулирующими элементами в управляемом выпрямителе 5, до допустимых значений на шинах питания источника постояниого напряжения.

Ограничители напряжения снижают амплитуду импульсов напряжения до допустимых значений на шинах питания источника постоянного напряжения, наводяпщхся при грозовых разрядах в атмосфере или от действия сетевой коммутациоиной аппаратуры. В зависимости от назначения и условий эксплуатации источника постоянного напряжения для повышения надежности защиты дополнительные ограиичители напряжения следует включать п фаллельио.

На фиг. 2 представлена функциональная схема блока фильтра радиопомех и защиты от переиапряжений 1.

1 и 2 - шииы питания источника постояииого напряжения;

3 и 4 - ограиичители напряжений;

5,6 и 7 - конденсаторы;

8 и 9 - индуктивности;

10 - корпус.

В блоке фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений 1 индуктивности включены в шины питания источника постоянного напряжения, ограничители напряжения подключены к шинам питания источника постоянного напряжения и корпусу, а конденсаторы включены между шинами питания источника постоянного напряжения, между шинами питания источника постоянного напряжения и корпусом.

Коммутирующей snnaapsf 2 предназначен для включения источника постоянного напряжения в работу, отключения после окончания работы и отключения от питающей сети при возникновении короткого замыкания или перегрузки в источнике постояиного напряжения или в нагруз1Ю.

Датчик фазного тока 3 предназначен для контроля величины тока, протекающего в первичной обмотке трансформатора 4. Датчик фазного тока вьфабатывает напряжение пропорциональное фазному -юку в первичной обмотке трансформатора 4.

Трансформатор 4 предназначен для понижеиия напряжения питающей сети до требуемого значения и гальванической развязки выходного напряжения источника постоянного напряжения от питающей сети.

Сглаживающий фильтр 6 предназначен для снижения уровня пульсаций выходного напряжения (тока), повышения коэффициента нолезного действия источника постоянного напряжения, ограничения скорости нарастания тока через регулирующие элементы и снижения уровня радиопомех на пшнах нагрузки источника постоянного напряження.

Датчик ограничения и стабилизации выходного тока 7 предназначен для контроля величины тока, протекающих) в нагрузке, стабилизации выходного тока в нагрузке и ограничения максимального тока в нагрузке при любых режимах работы источника постоянного напряжения.

Фильтр радиопомех и защиты от перенапряж гай 8 предназначен для снижения уровня радиопомех и защиты от перенапряжений на пшнах нагрузки источника постоянного напряжения. Он содержит ограничители напряжений и конденсаторы.

На фиг. 3 представлена функциональная схема фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений 8.

1 и 2 - шины нагрузки источника постоянного напряжения;

3 и 4 - ограничители напряжений;

5 и 6 - конденсаторы;

7- корпус.

8фильтре радиопомех и защиты от перенапряжений 8 ограничители напряжения и конденсаторы включены между шинами нагрузки источника постоянного напряжения, между шиной нагрузки источника постоянного напряжения и 1юрпусом.

Трансформатор питания защиты 9 предназначен для понижения напряжения питающей сети до требуемых значений, гальванической развязки выходньпс напряжений от питающей сети, обеспечения питанием исполнительного органа защиты II при отключении источника постоянного напряжения от питающей сети по причине возннкновения короткого замыкания или перегрузкя и световой сигнализации, сигнализирующей о состоянии и режимах работы источника постоянного напряжения.

Выпрямитель 10 вьфабатывает напряжения, необходимые для питания исполнительного органа защиты 11.

Исполнительный орган защиты 11 предназначен для размыкания цепи питания коммутирующего аппарата 2 нри возникнов ии короткого замыкания или перегрузки. При коротком замыкании срабатывает исполнительный орган защиты и размыкает цепь питання коммутирующего аппарата, силовые цепи которого отключают источник постоянного напряжения от пнтакщей сети.

навряжения в заданном режиме: время наличия задаииого защитного потенциала на защищаемом сооружении или время наличия требуемой величины выходного напряжения (или какого-либо другого параметра).

Блок управления 13 обеспечивает функционирование всех блоков источника постоянного напряжения в вь раином работы: ручиое регулирование выходного напряжения (тока), стабилизации выходного напряжения или тока, стабилизация какоголибо другого пгфаметра (поддержание защитного потенциала на подземном металлическом сооружении, поддержание постояииой температуры нагрева и т.п.), сигнал обратной связн с которого заводится в источник постоянного напряжения через блок активного фильтра 21.

Трансформатор питания 14 предщазначен для понижения напряжения питающей сети до требуемых значений и гальванической развязки выходных напряжений от питающей сети.

Блок источников питания 15 вырабатывает напряжения, необходимые для питания узлов и блоков источника постоянного напряжения.

Источник опорного напряжения 16 предназначен для выработки опорного напряжения. Он вырабатывает высокостабильиое напряжение, которое используется в качестве опорного напряжения в узлах q)aвнeния усилителей сигналов рассогласования.

Блок усилителей сигналов рассогласовання 17 предназначен для сравнения напряжений обратной связи с опорным напряжением и выработки управляющих напряжений, а также для управления счетчиком времени наработки. В состав блока усилителей сигналов рассогласования входят два усилителя сигналов рассогласования и схема управления счетчиком враыени наработки.

На фиг. 4 представлена функциональная схема блока усилителей сигналов рассогласования 17.

1 и 2 - усилители сигналов рассогласования;

3- схема управлеиия сч&гчиком времени наработки;

4и 5 - развязывающие диоды.

В блоке усилителей сигналов рассогласования 17 в выходные цепи обоих усилителей сигналов рассогласования включены развязываюпще диоды, третьи входы первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки соединены с первым входом блока усилителей сигналов рассогласования, вторые входы первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы управления счётчиком времени наработки соединены со вторым входом блока

усилителей сигналов рассогласования, нервый вход второго усилителя сигнала рассогласования соединён с третьим входом блока усилителей сигналов рассогласования, четвёртый вход блока усилителей сигналов рассогласования соединён с нервыми входами нервого усилителя сигнала рассогласования и схемы управления счётчиком времени наработки, а выход схемы управления счётчиком времени наработки соединён с третьим выходом блока усилителей сигналов рассогласования.

Один усилитель сигнала рассогласования с интегратором используется для сравнения напряжения обратной связи, снимаемого с блока активного фильтра 21, с опорным напряжением и выработки управляющего напряжения для стабилизации защитного потенциала на подземном металлическом сооружении или какого-либо другого параметра.

Другой усилитель сигнала рассогласования используется для сравнения напряжения обратной связи, снимаемого с датчика ограничения и стабилизации выходного тока 7, с опорным напряжением и выработки управляющего напряжения для стабилизации выходного тока источника постоянного напряжения, регулирования величины этого тока и создания режима токоограничения для ограничения максимальной величины выходного тока.

Схема управления счетчиком времени наработки используется для включения в работу счетчика времени наработки при определенной величине сигнала обратной связи. Сигнал обратной связи поступает на вход схемы управления счетчиком времени наработки, где сравнивается с опорным напряжением, величина которого устанавливается переменным резистором (задатчик порога включения счетчика времени наработки). Когда сигнал обратной связн равен или больше опорного напряжения, тогда схема управления счетчиком времени наработки включает в работу счетчик времени наработки. Бели сигнал обратной связи меньще опортюго напряжения, то счетчик времени наработки не включится в работу.

Блок формирования импульсов 18 предназначен для изменения момента времени подачи импульсов управления и формирования импульсов для управления регулирующими элементами.

Блок усилителя мощносш 19 предназначен для усиления мощности импульсов управления и гальванической развязки блока управления от регулирующих элементов.

Блок защиты 20 предназначен для защиты источника постоянного напряжения от повреждений в случае возниюювеиия неисправностей и коротких замыканий в нагрузке ЕЛИ внутри источника постоянного напряжения и отключения его от питающей сети. Блок активного фильтра 21 предназначен для сглаживания пульсаций щлряжения обратной связи. При глубовшх углах регулирования напряжение обратной связи будет не

IW

SiJOfi

постоянным, а пульсирующим, что приведет к снижению точности стабилизации защитного потешщала (напряжения). Применение блока активного фильтра позволяет получить постоянное напряжение на его выходе пропорциональное среднему значению пульсирующего напряжения на его входе.

Делитель напряжения 22 предназначен дня получения высохюго входного сопротнвления блока акгавного фильтра и снижения величины сигнала помех переменного синусондального напряжения частотой 50 Гц, поступающего на вход повторителя напряжения.

Повторитель напряжения 23 предназначен для усиления по мощности сигнала, снимаемого с делителя напряжения, и согласования высокоомного выхода делителя напряжения с низкоомным входом акгавного фильтра низких частот.

Активный фильтр низких частот 24 предназначен для сглаживания пульсаций напряження обратной связи и восстановления амплитуды сигнала обратной связи по напряжению.

Источник постоянного напряжения работает следуимцим образом.

Напряжение питающ сети через шнны питания источника постоянного напряжения, блок фильтра радвопомех и защиты от переиапряжений 1, коммутирующий аппарат 2 и датчик фазпого тока 3 поступает па первичиую обмотку трансформатора 4. Выходное напряжение от трансформатора 4 через управляемый выпрямитель 5, сглаживающий фильтр 6 и датчик ограничения и стабилизации выходного тока 7 по шинам нагрузки источника постоянного напряження поступает в нагрузку. Выходное напряжение (ток) изменяется с помощью управляемого вьпфямнтеля 5.

Источник постоянного напряжения может работать в нескольких режимах: ручного регу.1шровання выходного напряжения (тока), стабилизации какого-либо п аметра (защитного потенциала, выходного напряжения, температуры и т.п.), стабилизации выходного тока н ограничения выходиого тока на уровне не превьппающем номинальное значение более чем на (5 - 10) %.

В источнике постоянного напряжения применена схема плавного включения в работу, что позволяет исключить броски тока в п вичной и вторичной обмотгах трансформатора 4 и в регулирующих элементах управляемого выпрямителя 5. Схема плавного включения работает только в момент включения источннка постоянного напряжения и на дальнейшую его работу не влияет. Схема плавного включення в работу источника постоянного напряження входит в состав блока формирования импульсов 18 и осуществляет задержку по ц)емени до нескольких секунд.

М)зт 11 У режимом ручного регулирования выходного нагфяжения (тока) или с режимом стабилизадии какого-либо параметра источника постоянного напряжения и не позволяет выходному току лфевьпнать номинальный ток более чем на (5 - 10) %. При стабилизации выходного тока ограничение выходного тока может производиться на любом уровне в диапазоне от О до 100 %. При применении источника постоянного напряжения для стабилизации действительного защитного потенциала на подземном металлическом сооружении он работает следующим образом. Сигнал обратной связи снимается между электродом сравнения и защищаемым подземным металлическим сооружением и подается на первый вход блока активного фильтра 21. С выхода блока акгавного фильтра 21 поступает напряжение, пропорциональное сигналу обратной связи, на четвертый вход блока уснлителей сигналов рассогласования 17, где сравнивается с заданным опорным напряжением, величина которого устанавливается перемеяаым резистором (задатчик заданного защитного потенциала или какого-либо другого пгцраметра). Опорное напряжение поступает иа вход блока усилителей сигналов рассогласования 17 от источника опорного напряжения 16. В результате сравнения образуется сигнал рассогласования, который усиливается усилителем сигналя рассогласования блока усилителей сигналов рассогласования 17 и в виде управляющего напряжения через развязывающий диод поступает на пфвый вход блока формирования импульсов 18. В блоке формирования импульсов 18 осуществляется синхронизация начала момента формирования пилообразного нащ яжения с питающей сетью и фазовое регулирование импульсов управления. В блоке формировання импульсов 18 управляющее напряжение сравнивается с пилоо азным напряжением и вьфабатываются импульсы управления, которые после предварительного усиления поступают в блок усилителя мощности 19. При измен ши амплитуды управляющего напряжения изменяется по фазе и момент сравнения управляющего напряжения с пилообразным напряжением, а следовательно изменяется и величина выходного вапряжевия (тока) на выходе источника постоянного напряжения. В блоке усилителя мопщости 19 импульсы утфавления усиливаются по мощности и подаются на регулируюпще элементы управляемого выпрямителя 5. Выходной ток источника постоянного напряжения поднимает действительный защитный потенциал подземного металлического сооружения (по абсолютной величине) до величины заданного защитного потенциала н автоматически поддерживает эту величину на заданном уровне. При уменьшении действительного защитного потенциала на подземном металлическом сооружении система автоматического регулирования блока

управления 13 увеличивает выходной ток до такой величины, чтобы действительный защитный потенциал стал равным заданному защитному потенциалу. При увеличении действительного защитного потенциала на подземном сооружении система автоматического регулирования блока управлеиия 13 уменьшает выходной ток до такой величины, чтобы действительный защитный потенциал стал равным заданному защнтному потенциалу. Так осуществляется стабилизация заданного защитного потенциала на подземном металлическом сооружении с высокой точностью.

Для стабилизации выходного напряжения источника постоянного напряжения в качестве сигнала обратной связи необходимо иснользовать выходное напряжение источника постоянного напряжения. Для этого делитель выходного напряжения подключают к щннам нахрузки. Напряжение обратной связи снимается с делителя и подается на первый вход блока акгивного фильтра 21. Далее источник постоянного напряжения работает аналогично изложенному выше.

При увеличении выходного напряжения источника постоянного напряжения выше заданного значения система автоматического регулирования блока управлення 13 уменьшает выходное напряжение, а пра уменьшении выходного напряжения система автоматического регулирования блока управления 13 увеличивает выходное напряжение. Таким образом поддерживается постоянным выходное напряжение источника постоянного напряжения с высокой точностью.

При работе источника постоянного напряжения в режиме стабилизации выходного тока сигнал обратной связи снимается с датчика ограничения и стабилизации выходного тока 7 и поступает в блок зашиты 20 и на третий вход блока усилителей сигналов рассогласования 17, где сравнивается с заданным опорным напряжением, величина которого устанавливается переменным резистором (задатчик выходного тока). В результате сравнения образуется сигнал рассогласования, который усиливается усилителем сигиала рассогласования блока усилителей сигналов рассогласования 17 и в виде управляющего иапряжения через развязывающий диод поступает на первый вход блока формнрования импульсов 18. fffoioe схема работает аналогично описанному выше.

Когда при увеличении напряжения питающей сети или при изменении сопротивления нагрузки произойдет увеличение выходиого тока источника постоянного напряжения, тогда система автоматического регулирования блока управления 13 уменьшает выходной ток, а при уменьшении выходиого тока система автоматического регулирования блока ухфавления 13 увеличивает выходной ток. Таким образом подцерживается постоянным выходной ток источника постоянного напряжения с высокой точностью, величина которого может устанавливаться от нуля до номинального значения.

в источнике постоянного напряжения предусмотрена возможность ограничения максимального тока в нагрузке при перегрузке источника постоянного напряжения по току, т.е. когда сопротивление нагрузки меньше номинального значения. Например, когда сопротивление нагрузки равно половине номинального значения (0,5 RHOM) тогда выходной ток будет в 2 раза больше номинального значения. Это может привести к выходу из строя регулирующих элементов управляемого выпрямителя. Поэтому блок защиты источника постоянного напряжения настраивается таким образом, чтобы выходной ток не превышал номинального значення больше чем на (5 - 10) % при уменьшении номинального значения сопротивления нагрузки. Отраниченне тока сохраняется при любом режиме работы источника постоянного напряжения.

При работе источника постоянного напряжения в режиме стабилизации какоголибо параметра (защитн(нх потенциала, выходного иапряжения, температуры и т.п.) одновременно работают два контура: контур стабилизации какого-либо параметра и контур ограничения выходного тока (он же является и контуром стабилизации выходного тока). Контур стабилизации какого-либо параметра составляют: сигнал обратной связи блок активного фильтра - блок усилителей сигналов рассогласования - блок формирования импульсов - блок усилителя мощности - управляемый вьшрямитель сглаживающий фильтр с датчиком ограничения и стабилизации выходного тока нагрузка. Контур охраничения (стабилизации) выходного тока составляют: сигнал обратной связи от датчика ограничения и стабилизации выходного тока - блок усилителей сигналов рассогласования - блок форм1фования импульсов - блок усилителя мощности управляемый выпрямитель - сглаживающий фильтр с датчиком ограничения и стабилизации выходного тока - нагрузка.

Выходы обоих усилителей сигналов рассогласования этих контуров подключены к одному и тому же входу блока форт1ироваш1я импульсов IS через развязывающие диоды. Управляющее напряжение иа первый вход блока формирования импульсов 18 будет поступать от того контора, амплитуда ухфавляющего на1фяжения которого будет больше. При этом развязывающий диод дфугого контура будет заперт.

При работе источника в режиме стабилизации действительного защитного потенциала управляющее напряжение с блока усилителей сигналов рассогласования будет поступать на первый вход блока формвфования импульсов 18 и, следовательно, будет управлять работой управляемого выпрямителя, стабилизируя действительный защитный потенциал. Если при этом выходной ток не превышает номинального значения, то сигнал обратной связи, снимаемый с датчика ограничеиия и стабилизации выходного тока 7, будет мал по амплитуде и у1фавляющее нахфяжение во втором контуре вырабатываться не будет.

Если теперь по какой-либо причине сопротивление нагрузки уменьшится и выходной ток станет больше номинального значения, тогда сигнал обратной связи, снимаемый с датчика ограничения и стабилизации выходного тока 7, возрастет по амплитуде и управляющее напряжение контура о1Т)аничения выходного тока через развязываюпщй диод поступит на первый вход блока формирования импульсов 18 и, следовательно, будет управлять работой управляемого выпрямителя, стабилизнруя выходной ток. При этом развязывающий диод контура стабилизации действительного защитного потенциала будет заперт и стабилизация действительного защитного потенциала не будет производиться. При исчезиовении кратковременной перегрузки источник постоянного напряжения вернется в исходщое состояние и будет продолжать стабилизировать действительный защитный потенциал.

Если в нагрузке щюиэойдет короткое замыкание (когда сопротивление нагрузки составляет сотые доли Ома), то напряжение обратной связи, снимаемое с датчика охраничения и стабилизации выходаого тока 7, резко возрастет по амплитуде. Тогда сработает блок защиты 20 и исполнительный ортан защиты выключит коммутирующий аппарат, а следовательно отключит источник постоянного напряжения от питающей сети.

При возникновении короткого замыкания внутри источника постоянного напряжения резко возрастет фазный ток в п вичной обмотке трансформатора. Так. же возрастет по амплитуде напряжение, снима юе с датчика фазного тока 3, что приведет к срабатыванию блока запщты 20 и исполнительный орган защиты выключит коммутирующий аппарат и отключит источннк постоянного напряжения от питающей сети.

Таким образом, изобретение позволяет повысить входное сопротивление изм ительных цепей источника постоянного напряжения до сотен МОм, снизить погрешность измерения сигнала обратной связи, с высокой точностью поддерживать требуемый параметр, надежно работать при сигнале помехи переменного синусоидального напряжения частотой 50 Гц величиной более 5 В на входе измерительной цепи источника постоянного напряжения.

15

Claims (1)

1. Источник постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные трансформатор и управляемый выпрямитель, сглаживающий фильтр, усилитель сигнала рассогласования, источник опорного напряжения, блок фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий индуктивности, ограничители напряжений и конденсаторы, причем индуктивности включены в шины питания источника постоянного напряжения, ограничители напряжения подключены к шинам питания источника постоянного напряжения и корпусу, а конденсаторы включены между шинами питания источника постоянного напряжения, между шинами питания источника постоянного напряжения и корпусом, коммутирующий аппарат, датчик фазного тока, при этом входные силовые цепи коммутирующего аппарата подключены к блоку фильтра радиопомех и защиты от перенапряжений, а выходные силовые цепи подключены к датчику фазного тока, первый выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора, вход сглаживающего фильтра соединен с первым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен с первой шиной нагрузки источника постоянного напряжения, датчик ограничения и стабилизации выходного тока, вход которого соединен с вторым выходом управляемого выпрямителя, а выход соединен с второй шиной нагрузки источника постоянного напряжения, фильтр радиопомех и защиты от перенапряжений, содержащий ограничители напряжений и конденсаторы, в котором ограничители напряжения и конденсаторы включены между шинами нагрузки источника постоянного напряжения, между шиной нагрузки источника постоянного напряжения и корпусом, последовательно соединенные трансформатор питания защиты, выпрямитель и исполнительный орган защиты, при этом вход трансформатора питания защиты подключен к входным силовым цепям коммутирующего аппарата, а выходные цепи исполнительного органа защиты включены последовательно в цепь питания коммутирующего аппарата, блок активного фильтра, первый вход которого предназначен для подключения сигнала обратной связи, блок управления, содержащий блок защиты, первый вход которого подключен к второму выходу датчика фазного тока, третий вход подключен к второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока, а выход подключен к второму входу исполнительного органа защиты, и последовательно соединенные трансформатор питания, блок источников питания, источник опорного напряжения, блок усилителей сигналов рассогласования, который снабжен схемой управления счетчиком времени наработки и вторым усилителем сигнала рассогласования, при этом в выходные цепи обоих усилителей сигналов рассогласования включены развязывающие диоды, третьи входы первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки соединены с первым входом блока усилителей сигналов рассогласования, вторые входы первого и второго усилителей сигналов рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки соединены с вторым входом блока усилителей сигналов рассогласования, первый вход второго усилителя сигнала рассогласования соединен с третьим входом блока усилителей сигналов рассогласования, четвертый вход блока усилителей сигналов рассогласования соединен с первыми входами первого усилителя сигнала рассогласования и схемы управления счетчиком времени наработки, а выход схемы управления счетчиком времени наработки соединен с третьим выходом блока усилителей сигналов рассогласования, блок формирования импульсов, к первому входу которого подключены выходы обоих усилителей сигналов рассогласования, и блок усилителя мощности, выход которого соединен с вторым входом управляемого выпрямителя, а второй вход соединен с вторым выходом блока источников питания и вторыми входами блока активного фильтра, блока защиты, блока формирования импульсов и блока усилителей сигналов рассогласования, при этом третий и четвертый входы которого подключены к второму выходу датчика ограничения и стабилизации выходного тока и к выходу блока активного фильтра, третий и четвертый выходы трансформатора питания подключены к третьему входу блока формирования импульсов и к третьему входу блока усилителя мощности, а вход соединен с первичной обмоткой трансформатора, и счетчик времени наработки, отличающийся тем, что блок активного фильтра содержит последовательно соединенные делитель напряжения, повторитель напряжения и активный фильтр низких частот, при этом выход активного фильтра низких частот подключен к выходу блока активного фильтра, вход делителя напряжения подключен к первому входу блока активного фильтра, а вторые входы повторителя напряжения и активного фильтра низких частот подключены к второму входу блока активного фильтра, второй вход блока источников питания подключен к второму выходу трансформатора питания, третий вход блока источников питания подключен к третьему выходу блока усилителей сигналов рассогласования, третий выход блока источников питания подключен к счетчику времени наработки.