Стабилизатор переменного напряжения



Стабилизатор переменного напряжения
Стабилизатор переменного напряжения

Владельцы патента RU 2365968:

Общество с ограниченной ответственностью ООО "Энергия" (RU)

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, предназначено для использования в системах электроснабжения. Стабилизатор переменного напряжения, содержит автотрансформатор, коммутатор, автоматический выключатель, устройство питания устройство управления, клеммы подключения к сети и нагрузки, датчик тока нагрузки, устройство индикации информации о состоянии стабилизатора, устройство подключения нагрузки, устройство управления стабилизатором, содержащее микроконтроллер, датчик выходного напряжения, датчик тока нагрузки и датчик синхроимпульсов, а также клеммы защитного заземления. Для определения входного напряжения и управления работой стабилизатора переменного напряжения используют показания датчика выходного напряжения при отсутствии датчика входного напряжения. Для определения входного напряжения и управления стабилизатором в режиме включения используются зависимость между импедансами, когда импеданс между контактами входного и выходного напряжения во много раз меньше импеданса между коммутатором и общим контактом, при этом входное напряжение с большой точностью равно выходному напряжению, измеряемому датчиком выходного напряжения. Для определения входного напряжения и управления стабилизатором в режиме включения микроконтроллер по показаниям датчика выходного напряжения определяет, входит ли показания входного напряжения в допустимые пределы, и подает команду на включение стабилизатора с соответствующим номером контакта ключа коммутатора или при выходе показаний входного напряжения за допустимые пределы выдает команду на индикатор о характере аварии. Для определения входного напряжения и управления работой стабилизатора в режиме штатной работы микроконтроллер по показанию датчика выходного напряжения и номеру контакта включенного ключа коммутатора рассчитывает величину входного напряжения. Для определения входного напряжения и управления работой в аварийном режиме микроконтроллер по показанию датчика выходного напряжения и номеру одного из двух крайних контактов включенного ключа коммутатора рассчитывает критическую величину входного напряжения, выходящую за допустимые пределы, и подает команду на отключение стабилизатора и команду на индикатор о характере аварии. В аварийном режиме, как и в режиме включения, микроконтроллер по показанию датчика выходного напряжения определяет показание входного напряжения и, если оно входит в допустимые пределы, подает команду на включение стабилизатора с соответствующим номером контакта ключа коммутатора. Предлагаемый регулятор позволяет упростить конструкцию стабилизатора, повысить надежность и снизить стоимость. Использование устройства управления регулятором позволяет повысить надежность за счет значительного уменьшения количества дискретных электронных элементов и обработки значительного числа аварийных ситуаций, также повышается точность измерений и объем отображаемой информации, снижается стоимость. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, предназначено для использования в системах электроснабжения для стабилизации однофазного напряжения источника электроэнергии переменного тока.

В качестве прототипа к заявляемому изобретению взят стабилизатор напряжения переменного тока - патент на полезную модель №50691, заявка №2005123427, приоритет 25.07.2005 г., содержащий автотрансформатор, коммутатор, устройство управления стабилизатором, устройство питания устройства управления стабилизатором, расположенные в корпусе, а также клеммы для подключения к сети и нагрузке, автоматический выключатель и контакт защитного заземления.

Устройство управления этим стабилизатором содержит микроконтроллер, входы которого соединены с датчиком входного напряжения, датчиком выходного напряжения, датчиком тока нагрузки и датчиком синхроимпульсов, а выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами коммутатора и устройством отображения информации о состоянии стабилизатора. Этот стабилизатор принят за прототип.

Недостатком данного стабилизатора является: сложная конструкция стабилизатора, высокая стоимость и ненадежная работа.

Цель заявленного изобретения является достижения технического результата приводящего к - упрощению конструкции стабилизатора, повышению надежности его работы и снижение стоимости по сравнению с прототипом.

Технический результат достигается за счет того что, стабилизатор переменного напряжения (далее стабилизатор), содержащий автотрансформатор, коммутатор, автоматический выключатель, устройство питания устройства управления, клеммы подключения к сети и нагрузки, датчик тока нагрузки, устройство индикации информации о состоянии стабилизатора, устройство подключения нагрузки, состоящее из усилителя и магнитного пускателя, устройство управления стабилизатором содержащее микроконтроллер, датчик выходного напряжения, датчик тока нагрузки и датчик синхроимпульсов, корпус, в котором размещены все перечисленные элементы, а также клеммы защитного заземления, для определения входного напряжения и управления работой стабилизатора переменного напряжения используются показания датчика выходного напряжения при отсутствии датчика входного напряжения.

В стабилизаторе для определения входного напряжения и управления стабилизатором в режиме включения используется зависимость между импедансами, когда импеданс между контактами входного и выходного напряжения во много раз меньше импеданса между коммутатором и общим контактом, при этом входное напряжение с большой точностью равно выходному напряжению измеряемому датчиком выходного напряжения,

В стабилизаторе для определения входного напряжения и управления стабилизатором в режиме включения микроконтроллер, используя специально заложенную в него программу, по показаниям датчика выходного напряжения определяет, входит ли показания входного напряжения в допустимые пределы, и подает команду на включение стабилизатора с соответствующим номером контакта ключа коммутатора или при выходе показаний входного напряжения за допустимые пределы выдает команду на индикатор о характере аварии.

В стабилизаторе для определения входного напряжения и управления работой стабилизатора в режиме штатной работы микроконтроллер, используя специально заложенную в него программу, по показанию датчика выходного напряжения и номеру контакта включенного ключа коммутатора рассчитывает величину входного напряжения.

В стабилизаторе для определения входного напряжения и управления работой стабилизатора в аварийном режиме микроконтроллер, используя специально заложенную в него программу, по показанию датчика выходного напряжения и номеру одного из двух крайних контактов включенного ключа коммутатора рассчитывает критическую величину входного напряжения, выходящую за допустимые пределы, и подает команду на отключение стабилизатора и команду на индикатор о характере аварии.

В стабилизаторе переменного напряжения, находящемся в аварийном режиме, как и в режиме включения, микроконтроллер, используя специально заложенную в него программу, по показанию датчика выходного напряжения определяет показание входного напряжения и, если оно входит в допустимые пределы, подает команду на включение стабилизатора с соответствующим номером контакта ключа коммутатора.

На фиг.1 изображена функциональная схема стабилизатора переменного напряжения.

На фиг.2 изображена упрощенная схема подключения автотрансформатора и коммутатора стабилизатора переменного напряжения.

Стабилизатор 1 содержит автотрансформатор 13, устройство управления стабилизатором 2, коммутатор 14, устройство питания устройства управления стабилизатором 6, клеммы подключения сети и нагрузки 8, автоматический выключатель 9, клемму защитного заземления 16, датчик тока нагрузки 15, устройство индикации 7 и устройство подключения нагрузки 12, состоящее из усилителя 10 и магнитного пускателя 11. Устройство управления 2 содержит микроконтроллер 3, датчик выходного напряжения 5, датчик синхроимпульсов 4. Указанные элементы размещены в корпусе 1.

Стабилизатор имеет три режима работы.

1. Режим включения.

2. Режим штатной работы.

3. Режим аварийных ситуаций.

Режим включения

После включения автоматического выключателя 9 напряжение сети с клемм 8 поступает на автотрансформатор 13, устройство питания устройства управления стабилизатором 6, коммутатор 14, датчик тока нагрузки 15, датчик выходного напряжения 5 и датчик синхроимпульсов 4. Тиристорные ключи 17 коммутатора 14 (см. фиг.2) имеют емкостное сопротивление Z0=1/ωС, где С=0,1 мкФ, а общее сопротивление: Z1≈Z0/k, где k - количество ключей. Датчик выходного напряжения имеет сопротивление R≈300 кОм и более. Таким образом микроконтроллер производит расчет величины входного напряжения Uвх., используя для расчета величину выходного напряжения Uвых., замеряемую датчиком выходного напряжения. Учитывая то обстоятельство, что при отключенной нагрузке, (магнитный пускатель 11 выключен) величина входного напряжения равна:

где Uвых. - величина выходного напряжения;

Z1 - импеданс между контактом подключения Uвx. (сети 220 в 50 Гц) и контактом подключения Uвых. Величина Z1 определяется токами утечки коммутатора и импедансом обмоток автотрансформатора, подключенных между контактом подключения сети и коммутатором;

Z2 - импеданс между коммутатором и контактом N - общим проводом.

С учетом того, что Z2 значительно больше Z1 (не менее чем в 100 раз) при отключенной нагрузке формула (1) приобретает вид:

Если величина входного напряжения находится в допустимых пределах устройство управления производит первичное включение с помощью устройства подключения нагрузки 12 и коммутирующих элементов выбранного отвода автотрансформатора таким образом, чтобы выходное напряжение на нагрузке соответствовало номинальному.

Режим штатной работы

Все последующие переключения отводов автотрансформатора производятся при выходе величины выходного напряжения за установленные пределы, которые определяют точность стабилизации выходного напряжения, при этом моменты этих переключений уже не связаны с величиной и формой входного напряжения.

Режим аварийных ситуаций

А) Режим первичного включения. Если величина входного напряжения выходит за допустимые пределы устройство управления не производит включение автоматического выключателя 6 и коммутирующих элементов коммутатора и индицирует на устройстве индикации текущее состояние стабилизатора - «авария сети».

В) В случае выхода величины входного напряжения за пределы рабочего диапазона, который несколько превышает номинальный диапазон, устройство управления регулятором отключает нагрузку путем выключения магнитного пускателя 11 в устройстве подключения нагрузки 12, затем коммутатор отключает все отводы автотрансформатора, участвующие в регулировании, подача выходного напряжения на клеммы прекращается. Стабилизатор переходит в режим включения, после нормализации входного напряжения, то есть при входе величины входного напряжения в рабочий диапазон, устройство управления возобновляет работу по стабилизации выходного напряжения. Кроме того, устройство управления регулятором отслеживает ряд аварийных ситуаций, при наступлении которых прекращается подача выходного напряжения на клеммы подключения нагрузки. Информацию об аварийных ситуациях микроконтроллер выводит на устройство отображения информации о состоянии регулятора.

После первичного включения стабилизатор переходит в штатный режим работы под управлением микроконтроллера, который реализует следующие функции:

- измерение действующих значений выходного напряжения и тока нагрузки;

- вычисление действующего значения входного напряжения по значению выходного напряжения с учетом номера включенного отвода и тока нагрузки;

- сбор и анализ сигналов, поступающих на входы микроконтроллера;

- выдача информации на устройство индикации о текущем состоянии стабилизатора;

- отключение нагрузки в случае аварийных ситуаций с соответствующей индикацией;

- стабилизация выходного напряжения путем переключения отводов автотрансформатора;

- расчет момента переключения коммутирующих элементов;

- другие функции, например измерение температуры силовых элементов, включение вентилятора, контроль исправности коммутирующих элементов и пр.

Все вышеперечисленные функции реализуются посредством соответствующего программного обеспечения, которое заносится в программную память микроконтроллера в процессе его программирования. Переключение производится после того, как микроконтроллер определит с помощью датчика синхроимпульсов тока 4 момент перехода тока нагрузки через ноль. Точность стабилизации определяется величиной напряжения между соседними отводами автотрансформатора, а переключение при нуле тока нагрузки исключает искажения напряжения сети.

Результаты измерений входного и выходного напряжений, мощности, потребляемой нагрузкой, и других вспомогательных параметров микроконтроллер выводит на устройство отображения информации 7 о состоянии регулятора. Высокая скорость регулировки напряжения достигается путем высокой скорости измерения с помощью параметров дискретизации измерений, выходного напряжения и тока нагрузки за один период сетевого напряжения, и переключение автотрансформатора на другие отводы коммутаторными ключами при переходе фазы тока нагрузки через ноль, что исключает искажения напряжения сети.

Промышленная применимость заявляемого изобретения стабилизатора переменного напряжения подтверждается возможностью практической реализации известными средствами с использованием известных технических решений.

Стабилизатор переменного напряжения, содержащий автотрансформатор, коммутатор, автоматический выключатель, устройство питания устройства управления, клеммы подключения к сети и нагрузки, датчик тока нагрузки, устройство индикации информации о состоянии стабилизатора, устройство подключения нагрузки состоящее из усилителя и магнитного пускателя, устройство управления стабилизатором, содержащее микроконтроллер, датчик выходного напряжения, датчик тока нагрузки и датчик синхроимпульсов, корпус, в котором размещены все перечисленные элементы, а также клеммы защитного заземления, отличающийся тем, что для управления работой стабилизатора переменного напряжения используются показания датчика выходного напряжения при отсутствии датчика входного напряжения, для определения входного напряжения и управления стабилизатором переменного напряжения в режиме включения микроконтроллер, используя специально заложенную в него программу, по показаниям датчика выходного напряжения определяет, входит ли показания входного напряжения в допустимые пределы и подает команду на включение стабилизатора с соответствующим номером контакта ключа коммутатора или при выходе показании входного напряжения за допустимые пределы выдает команду на индикатор об аварии, для определения входного напряжения и управления работой стабилизатора переменного напряжения в режиме штатной работы, микроконтроллер, используя специально заложенную в него программу, по показанию датчика выходного напряжения и номеру контакта включенного ключа коммутатора рассчитывает величину входного напряжения, для определения входного напряжения и управления работой стабилизатора переменного напряжения в аварийном режиме, микроконтроллер, используя специально заложенную в него программу, по показанию датчика выходного напряжения и номеру одного из двух крайних контактов включенного ключа коммутатора рассчитывает критическую величину входного напряжения выходящую за допустимые пределы и подает команду на отключение стабилизатора и команду на индикатор об аварии, в стабилизаторе, находящимся в аварийном режиме, как и в режиме включения, микроконтроллер, используя специально заложенную в него программу, по показанию датчика выходного напряжения определяет показание входного напряжения, и если оно входят в допустимые пределы, то подает команду на включение стабилизатора с соответствующим номером контакта ключа коммутатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для регулирования электрического напряжения в сетях электроснабжения с регулировочным трансформатором, причем за счет монтажа с возможностью выбора всего лишь трех ответвлений обмоток и отдельной реакторной обмотки, в результате с помощью всего четырех переключающих элементов могут устанавливаться пять ступеней напряжения.

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к стабилизаторам напряжения и может быть использовано для автоматического поддержания в электрической сети заданного напряжения. .

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации однофазного напряжения источника электроэнергии переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации трехфазного напряжения источника энергии переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано в установках, где требуется применение индуктивности с плавным изменением ее величины.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах для регулирования напряжения под нагрузкой силовых и преобразовательных трансформаторов с помощью тиристоров.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электроснабжения жилых зданий и промышленных установок. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам питания радиоэлектронной аппаратуры и вычислительной техники. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве регулирующего органа стабилизаторов напряжения, к форме выходного напряжения которых предъявляются повышенные требования. Технический результат - повышение надежности и упрощение алгоритма управления. Тиристорный регулятор переменного напряжения содержит трансформатор, вторичная обмотка которого подключена между зажимами сети и нагрузки, блок управления, состоящий из трансформатора управления, источника питания, синхронизированного широтно-импульсного модулятора и выходных каскадов, и четыре цепочки, каждая из которых составлена из тиристора с отсекающим диодом, которые соединены по мостовой схеме. Одна диагональ моста отсекающими диодами связана с зажимами сети, а другая, образованная встречно-включенными тиристорами, через датчик тока соединена с первичной обмоткой трансформатора. Каждая цепочка зашунтирована антипараллельным управляемым вентилем. Между одноименными выводами тиристоров диагонали сети установлены коммутирующие конденсаторы, а датчик тока выходом соединен с блоком управления. По регулировочным свойствам такой тиристорный регулятор приближается к устройствам на полностью управляемых ключах, имеет минимальное количество силовых элементов, проще алгоритм управления, выше надежность. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах регулирования напряжения трансформаторов под нагрузкой. Технический результат - обеспечение регулирования напряжения под нагрузкой, снижение величины коммутационных экстратоков регулировочной ступени обмотки трансформатора. В устройстве переключения отводов трансформатор выполнен с двумя ветвями расщепленной обмотки с отводами пониженного и повышенного напряжений, тиристоры объединены в две вентильные группы противоположных направлений электропроводности, двумя выводами соединенными друг с другом и с фазным выводом цепи питания. Вентильная группа одного направления электропроводности другими выводами подключена к отводам одной ветви расщепленной обмотки, а вентильная группа противоположной электропроводности - к отводам другой ветви расщепленной обмотки. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах электропитания аппаратуры различного назначения. Техническим результатом является уменьшение динамической погрешности стабилизации. Для этого в стабилизатор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган дискретного действия, включенный между входными и выходными зажимами, преобразователь интервала в код, информационный вход которого подключен к выходному зажиму, синхронизирующий вход через формирователь синхроимпульсов - к входному зажиму, управляющий вход - к источнику опорного напряжения, а также логическое устройство, подключенное информационным входом к выходу преобразователя интервала в код, а синхронизирующим входом - к выходу формирователя синхроимпульсов, введены регистр, дополнительный источник опорного напряжения и дополнительный преобразователь интервала в код, управляющий вход которого подключен к дополнительному источнику опорного напряжения, синхронизирующий вход - к выходу формирователя синхроимпульсов, а информационный вход - к входному зажиму, причем регистр входами подключен к выходам логического устройства, а выходами - к управляющим входам регулирующего органа дискретного действия, а в логическое устройство введены дополнительный информационный вход, соединенный с выходом дополнительного преобразователя интервала в код, и вход обратной связи, соединенный с выходом регистра. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей и других элементов автоматики. Достигаемым техническим результатом является повышение выходного напряжения источника опорного напряжения до уровня, соответствующего утроенной ширине запрещенной зоны кремния, и повышение коэффициента стабилизации при изменении питающего напряжения при высокой температурной стабильности выходного напряжения. Источник опорного напряжения содержит первый, второй и третий транзисторы, коллектор которого подключен к входу управления регулирующего элемента, выход которого является выходом устройства, а его питающий вход соединен с шиной питания, источник тока, включенный между шиной питания и коллектором третьего транзистора, коллектор первого транзистора соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора, второй резистор, первым выводом подключенный к выходу устройства, а также четвертый, пятый и шестой транзисторы. 8 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения трансформатора. Техническим результатом является повышение надежности и точности регулирования даже при отказе отдельных переключающих элементов. Ступенчатый переключатель выполнен модульным, причем каждый модуль включает в себя соответствующую частичную обмотку обмотки регулирования, которая может подключаться или отключаться посредством полупроводниковых переключающих элементов. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов. Техническим результатом является расширение диапазона регулирования напряжения. Устройство для регулирования напряжения содержит трансформатор, при этом в каждой фазе к промежуточному выводу первичной обмотки подключено начало тиристорного ключа, выполненного из двух встречно-параллельно включенных тиристоров, а к концу первичной обмотки подключен реактор, конец которого соединен с концом тиристорного ключа, образуя общую точку, соединенную с аналогичными общими точками других фаз. В устройство введен блок управления тиристорными ключами обмоток трансформатора каждой из фаз. В способе регулирования напряжения при переключении тиристорных ключей для повышения напряжения сначала открывают тиристорный ключ одной фазы с последующим поочередным подключением другой и последующих фаз, а переключение тиристорных ключей для понижения напряжения осуществляют в обратном порядке. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов. Техническим результатом является обеспечение широких функциональных возможностей благодаря введению пофазного регулирования напряжения в полном диапазоне регулирования путем переключения тиристорных ключей поочередно в каждой фазе первичной обмотки. Устройство для регулирования напряжения содержит трансформатор, одна из обмоток которого содержит в каждой фазе соединенные последовательно основную и регулировочную части, по крайней мере, два коммутирующих узла, один из которых соединен с ответвлением регулировочной части, а другой коммутирующий узел соединен с крайним выводом регулировочной части. Каждый коммутирующий узел содержит тиристорный ключ, а концы коммутирующих узлов соединены между собой, образуя общую точку, соединенную с общими точками коммутирующих узлов других фаз. В устройство в каждой фазе введен трансформатор тока, включенный между ответвлением регулировочной части и тиристорным ключом; кроме того, в устройство в каждой фазе могут быть включены последовательно реактор и блок отключения реактора, соединенные параллельно с тиристорным ключом, соединенным с крайним выводом регулировочной части. В устройство введен блок управления тиристорными ключами каждой из фаз и тиристорными ключами других фаз. В способе регулирования напряжения по одному варианту регулирование осуществляют путем открытия тиристорных ключей, переключение тиристоров тиристорных ключей с одного коммутирующего узла на другой осуществляют путем предварительного закрытия тиристоров тиристорных ключей одного коммутирующего узла с последующим открытием тиристоров тиристорных ключей другого коммутирующего узла, не прерывая проходящий через реактор в момент переключения рабочий ток трансформатора. По другому варианту в способе регулирования напряжения регулирование осуществляют путем открытия тиристорных ключей, тиристорных ключей по фазам на повышение напряжения осуществляют следующим образом: в исходном положении тиристорные ключи, подключенные к крайним выводам регулировочной части, оставляют открытыми во всех фазах, затем закрывают тиристорный ключ, подключенный к крайнему выводу регулировочной части первой фазы, и открывают тиристорный ключ, подключенный к ответвлению регулировочной части этой фазы, затем переключают тиристорные ключи последовательно в других фазах, аналогично переключению тиристорных ключей в первой фазе; при этом переключение тиристорных ключей на понижение напряжения осуществляют в обратной последовательности. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2009-08-27 2013-03-21T05:53:16
Наверх