Стабилизатор напряжения постоянного тока

Название	Стабилизатор напряжения постоянного тока
Разработчик (Авторы)	Кудряков Александр Георгиевич, Кравченко Игорь Игоревич, Тропин Владимир Валентинович, Дайбова Любовь Анатольевна
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2626462
Дата регистрации	27.09.2016
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина"
Область применения (класс МПК)	H02M 3/337 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для стабилизации напряжения источников постоянного тока.

Известен стабилизатор напряжения постоянного тока (Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. 1992 г., рис. 4.21, 207 стр.), содержащий автономный инвертор, трансформатор и управляемый выпрямитель, выполняющий функции регулировочного устройства - вольтодобавочного выпрямителя.

Известен магнитодиод (см. Жеребцов И.П. Основы электроники. 1990 г., 174-175 стр.), являющийся полупроводниковым диодом, у которого вольт-амперная характеристика изменяется под действием магнитного поля.

Наиболее близким по техническому решению является устройство стабилизации напряжения постоянного тока (см. патент на изобретение RU 2444832), содержащее автономный инвертор, выпрямитель, однофазный трансформатор со средней точкой в первичной и вторичной обмотках, причем первый входной вывод стабилизатора соединен с коллекторами первого и второго транзисторов высокочастотного инвертора, средней точкой вторичной обмотки трансформатора и первым входом системы управления, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора, вторым выходом стабилизатора и вторым входом системы управления, эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с началом и концом первичной обмотки трансформатора соответственно, а их управляющие входы соединены с выходами системы управления, начало и конец вторичной обмотки трансформатора через первый и второй диоды соединены и являются первым выходом стабилизатора, система управления содержит генератор пилообразного напряжения, делитель напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов.

Недостаток прототипа: низкие показатели надежности работы стабилизатора, невозможность принудительного регулирования выходного напряжения стабилизатора.

Техническим результатом является повышение надежности работы стабилизатора напряжения и возможность принудительного регулирования выходного напряжения.

Технический результат достигается тем, что в стабилизаторе напряжения постоянного тока, содержащем автономный инвертор, выпрямитель, однофазный трансформатор со средней точкой в первичной и вторичной обмотках, причем первый входной вывод стабилизатора соединен с коллекторами первого и второго транзисторов высокочастотного инвертора, средней точкой вторичной обмотки трансформатора и первым входом системы управления, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора, вторым выходом стабилизатора и вторым входом системы управления, эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с началом и концом первичной обмотки трансформатора соответственно, а их управляющие входы соединены с выходами системы управления, начало и конец вторичной обмотки трансформатора через первый и второй диоды соединены и являются первым выходом стабилизатора, система управления содержит генератор пилообразного напряжения, делитель напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, согласно изобретению делитель напряжения выполнен в виде магнитодиода, а система управления содержит RL-цепь, магнитопровод с воздушным зазором, дополнительную разомкнутую катушку, источник постоянного тока, резистор, причем первый и второй входы генератора пилообразного напряжения использованы в качестве первого и второго входов системы управления, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым выводами RL-цепи, первый вывод которой соединен с первым выходом стабилизатора напряжения, второй вывод которой соединен со вторым выходом стабилизатора напряжения, выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов соединен через распределитель импульсов с первым и вторым усилителями импульсов, выходы которых являются выходами системы управления, в воздушном зазоре магнитопровода, являющегося сердечником катушки в RL-цепи и дополнительной разомкнутой катушки, размещен магнитодиод, подключенный в прямом направлении к источнику постоянного тока последовательно с резистором, при этом анод и катод магнитодиода соединены со вторым и третьим входами формирователя импульсов.

Обоснование критериев охраноспособности изобретения

В ходе анализа предложенного устройства авторами было доказано, что применение в системе управления стабилизатора напряжения постоянного тока магнитодиода в совокупности с магнитопроводом, у которого имеется воздушный зазор, увеличивает надежность и чувствительность системы. Уникальность принципа системы управления стабилизатора среди смежных и других областей техники подчеркивает соответствие критерию «изобретательский уровень».

Новизна обусловлена тем, что предлагаемая совокупность существенных признаков не известна из сведений об уровне техники, а именно: выполнение функций делителя напряжения с помощью магнитодиода, установка в системе управления RL-цепи, магнитопровода с воздушным зазором, дополнительной разомкнутой катушки, источника постоянного тока, резистора у стабилизатора напряжения постоянного тока.

Промышленная применимость подтверждается возможностью применения в линиях электропередачи постоянного тока и в автономных системах электропитания промышленности и сельского хозяйства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображена функциональная схема стабилизатора напряжения постоянного тока, а на фигуре 2 - диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы системы управления стабилизатором.

Стабилизатор напряжения постоянного тока содержит автономный инвертор 1, однофазный трансформатор 2 и выпрямитель 3, при этом однофазный трансформатор 2 содержит среднюю точку в первичной и вторичной обмотках, причем первый входной вывод стабилизатора соединен с коллекторами первого и второго транзисторов 4 и 5 высокочастотного инвертора 1, средней точкой вторичной обмотки трансформатора 2 и первым входом системы управления 6, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора 2, вторым выходом стабилизатора и вторым входом системы управления 6, эмиттеры первого и второго транзисторов 4 и 5 соединены с началом и концом первичной обмотки трансформатора 2 соответственно, а их управляющие входы соединены с выходами системы управления 6, начало и конец вторичной обмотки трансформатора 2 через первый и второй диоды 7 и 8 соединены и являются первым выходом стабилизатора, система управления 6 содержит генератор пилообразного напряжения 9, формирователь импульсов 10, распределитель импульсов 11, первый и второй усилители импульсов 12 и 13. Функции делителя напряжения выполняет магнитодиод 14, а система управления 6 содержит RL-цепь 15, магнитопровод 16 с воздушным зазором, дополнительную разомкнутую катушку 17, источник постоянного тока 18, резистор 19, причем первый и второй входы генератора пилообразного напряжения 9 использованы в качестве первого и второго входов системы управления 6, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым выводами RL-цепи 15, первый вывод которой соединен с первым выходом стабилизатора напряжения, второй вывод которой соединен со вторым выходом стабилизатора напряжения, выход генератора пилообразного напряжения 9 соединен с первым входом формирователя импульсов 10, выход формирователя импульсов 10 соединен через распределитель импульсов 11 с первым и вторым усилителями импульсов 12 и 13, выходы которых являются выходами системы управления 6, в воздушном зазоре магнитопровода 16, являющегося сердечником катушки в RL-цепи 15 и дополнительной разомкнутой катушки 17, размещен магнитодиод 14, подключенный в прямом направлении к источнику постоянного тока 18 последовательно с резистором 19, при этом анод и катод магнитодиода 14 соединены со вторым и третьим входами формирователя импульсов 10.

Стабилизатор напряжения постоянного тока работает следующим образом.

С выхода генератора пилообразного напряжения 9, вход которого соединен с входными выводами стабилизатора, сигнал U_ГПН (фиг. 2, а) поступает на первый вход формирователя импульсов 11, на второй вход которого сигнал поступает от магнитодиода 17 U_МД (фиг. 2, а), подключенного в прямом направлении к источнику постоянного напряжения 18 последовательно с резистором 19. Когда U_ГПН>U_МД, на выходе формирователя импульсов 11 формируется управляющий сигнал U_ФИ (фиг. 2, б), который через распределитель импульсов 12 и усилители импульсов 13 и 14 поступает на управляющие электроды транзисторов 4 или 5. К примеру, если напряжение на выходных выводах стабилизатора уменьшится, то и уменьшится ток в RL-цепи, следовательно, уменьшится магнитный поток через магнитопровод, что вызовет уменьшение напряжения магнитодиода U_МД (фиг. 2, в), таким образом, уменьшится угол управления транзисторами 4 и 5 с α₁ до α₂ (фиг. 2, б, г). Временной интервал открытого состояния транзисторов 4 и 5 увеличится, значит, увеличится выходное напряжение выпрямителя U_В и соответственно выходное напряжение стабилизатора U_ВЫХ.

Повышение надежности работы устройства обусловлено гальванической развязкой системы управления и выходов стабилизатора напряжения постоянного тока посредством магнитодиода, RL-цепи, магнитопровода с воздушным зазором, дополнительной разомкнутой катушки, источника постоянного тока, резистора.

Также в устройстве возможно принудительное регулирование выходного напряжения посредством подключения некоторой ЭДС к зажимам дополнительной разомкнутой катушки, при этом ток, протекающий в дополнительной разомкнутой катушке, индуцирует магнитный поток в магнитопроводе, который в зависимости от полярности подключаемой ЭДС может как увеличивать, так и уменьшать магнитный поток, падающий на магнитодиод, что будет вызывать или увеличение, или уменьшение временного интервала открытого состояния транзисторов, а значит, увеличится/уменьшится выходное напряжение в устройстве.

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения постоянного тока, содержащий автономный инвертор, выпрямитель, однофазный трансформатор со средней точкой в первичной и вторичной обмотках, причем первый входной вывод стабилизатора соединен с коллекторами первого и второго транзисторов высокочастотного инвертора, средней точкой вторичной обмотки трансформатора и первым входом системы управления, второй входной вывод стабилизатора соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора, вторым выходом стабилизатора и вторым входом системы управления, эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с началом и концом первичной обмотки трансформатора соответственно, а их управляющие входы соединены с выходами системы управления, начало и конец вторичной обмотки трансформатора через первый и второй диоды соединены и являются первым выходом стабилизатора, система управления содержит генератор пилообразного напряжения, делитель напряжения, формирователь импульсов, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, отличающийся тем, что делитель напряжения выполнен в виде магнитодиода, а система управления содержит RL-цепь, магнитопровод с воздушным зазором, дополнительную разомкнутую катушку, источник постоянного тока, резистор, причем первый и второй входы генератора пилообразного напряжения использованы в качестве первого и второго входов системы управления, третий и четвертый входы которой являются первым и вторым выводами RL-цепи, первый вывод которой соединен с первым выходом стабилизатора напряжения, второй вывод которой соединен со вторым выходом стабилизатора напряжения, выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов соединен через распределитель импульсов с первым и вторым усилителями импульсов, выходы которых являются выходами системы управления, в воздушном зазоре магнитопровода, являющегося сердечником катушки в RL-цепи и дополнительной разомкнутой катушки, размещен магнитодиод, подключенный в прямом направлении к источнику постоянного тока последовательно с резистором, при этом анод и катод магнитодиода соединены со вторым и третьим входами формирователя импульсов.

Изобретение "Стабилизатор напряжения постоянного тока" (Кудряков Александр Георгиевич, Кравченко Игорь Игоревич, Тропин Владимир Валентинович, Дайбова Любовь Анатольевна) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога