Стабилизатор - регулятор напряжения переменного тока

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, обеспечивающим требуемое качество электрической энергии для потребителей. Технический результат заключается в обеспечении плавного и бесступенчатого регулирования и стабилизации выходного напряжения и устранении коммутационных перенапряжений и перерывов в электропитании, исключении коммутационных бросков тока. Для этого предложен стабилизатор-регулятор напряжения переменного тока, содержащий автотрансформатор, блок управления с обратной связью по выходному напряжению, при этом он содержит автотрансформатор, выполненный на двух сердечниках, на каждом сердечнике расположены одна первичная и одна управляющая обмотки, вторичная обмотка охватывает оба сердечника, цепь последовательно и встречно соединенных первичных обмоток присоединена одним концом к сети, а вторым к общей точке соединения вторичной обмотки и нагрузки, образуя последовательное соединение первичных и вторичной обмотки, второй конец вторичной обмотки подключен к общей точке соединения нагрузки и сети питания, к каждой управляющей обмотке присоединены блоки электронных регуляторов, регулируемых блоком управления, снабженным обратной связью по выходному напряжению через потенциометр, параллельно подключенный к выходной обмотке стабилизатора-регулятора напряжения переменного тока. 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, обеспечивающим требуемое качество электрической энергии для потребителей.

Уровень техники

Известен способ переключения ответвлений обмотки трансформатора и устройство для его осуществления, содержащее тиристорные ключи, включенные в цепь каждого из ответвлений регулирующей обмотки трансформатора, и устройство управления тиристорами (см. заявку на изобретение РФ №2004127292, кл. H02P 13/06).

Недостатками данного устройства являются:

ступенчатое изменение напряжения согласно числу ответвлений обмотки трансформатора;

наличие бестоковой паузы.

Известно устройство - феррорезонансный стабилизатор напряжения (Мазель К.Б. Стабилизаторы напряжения и тока ГЭИ. М., 1955 г. 135 с., Фиг. 17), в котором стабилизация напряжения осуществляется за счет изменения степени насыщения магнитопровода. Недостатками данного устройства являются:

ограниченный диапазон стабилизации сетевого напряжения;

искажение формы выходного напряжения.

Известен стабилизатор переменного напряжения (Розенблат М.А. Магнитные усилители ГЭИ. М., 1955 г. Фиг. 52), в котором стабилизация напряжения осуществляется при помощи двухкаскадного магнитного усилителя:

недостатками данного устройства являются;

искажение формы выходного напряжения;

большое количество элементов;

большие массогабаритные показатели устройства.

Известен стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий автотрансформатор с ответвлениями, в котором переключения нагрузки на ответвления осуществляются оптосимисторами (см. пат. RU 2216032, МПК7: G05F 1/20). Недостатками данного устройства являются:

наличие пауз в напряжении, питающем нагрузку, из-за необходимости задержки включения очередного симистора для исключения закорачивания ответвлений;

контроль входного напряжения без оценки напряжения на нагрузке, не учитывается падение напряжения на автотрансформаторе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является стабилизатор переменного напряжения, содержащий повышающий трансформатор, на выходе которого включен последовательно регулирующий дроссель с двумя параллельно включенными катушками различной индуктивности, намотанными на одном замкнутом ферромагнитном сердечнике, причем последовательно с катушкой с большей индуктивностью включен переменный резистор, регулируемый блоком управления, к выходу дросселя подключена нагрузка (см. пат. РФ №2280271, МПК8: G05F 1/14, «Стабилизатор переменного напряжения» / Ю.С. Расщепляев, Н.В. Посупонько, В.Ф. Вербов, А.В. Вербов // Бюл. 2006 №19).

Недостатками прототипа являются:

в режиме холостого хода или близком к нему, т.е. на малой нагрузке, создается завышенное нестабилизированное напряжение;

большие стоимостные и массогабаритные показатели;

неэффективная система регулирования (по падению напряжения на дросселе), связанная с характером нагрузки (активно-индуктивная, активно-емкостная), не обеспечивающая стабильность напряжения на нагрузке;

при заявленном соотношении | I 2 I 1 | = 0,03 и мощности нагрузки несколько киловатт потери мощности на сопротивлении R велики.

Раскрытие изобретения.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка стабилизатора напряжения, обеспечивающего:

- плавное, бесступенчатое регулирование и стабилизацию выходного напряжения в заданных пределах питающего напряжения и диапазона нагрузок;

- устранение коммутационных перерывов в электропитании;

- устранение коммутационных перенапряжений и бросков тока.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью изобретения, сводится к обеспечению:

- плавного, бесступенчатого регулирования и стабилизации выходного напряжения;

- устранения коммутационных перерывов в электропитании;

- устранения коммутационных перенапряжений и бросков тока.

Технический результат достигается с помощью стабилизатора напряжения, содержащего автотрансформатор и блок управления, на каждом из двух сердечников автотрансформатора расположены одна первичная и одна управляющая обмотки, вторичная обмотка охватывает оба сердечника, вторичная и пара первичных обмоток соединены последовательно, причем первичные обмотки соединены встречно, свободный конец вторичной обмотки является общим зажимом сети и нагрузки, свободный конец первичных обмоток является вторым зажимом сети, общая точка соединения первичной и вторичной обмоток является вторым зажимом присоединения нагрузки, к каждой управляющей обмотке присоединены электронные сопротивления, величина которых регулируется блоком управления, соединенным обратной связью по напряжению с выходом стабилизатора.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 представлен стабилизатор напряжения, электрическая схема.

На фиг. 2 то же, диаграммы изменения напряжений на элементах стабилизатора. Индексы напряжений на диаграмме фиг. 2 соответствуют номеру элемента на фиг. 1.

Осуществление изобретения.

Стабилизатор-регулятор напряжения переменного тока содержит автотрансформатор 1, включающий: сердечники (магнитопроводы) 2 и 3, первичные обмотки 4 и 5, обмотку вторичную 6, управляющие обмотки 7 и 8, блоки 9, 10 электронных регуляторов, блок управления 11, цепь обратной связи управления 12, потенциометр 13. К выходу стабилизатора-регулятора напряжения переменного тока подключается нагрузка 14.

На каждом сердечнике 2, 3 автотрансформатора 1 расположены одна первичная 4, 5 и одна управляющая 8, 7 обмотки соответственно. Вторичная обмотка 6 охватывает сердечники 2 и 3. Первичные обмотки 4 и 5 соединены между собой последовательно встречно. Цепь первичных обмоток 4, 5 присоединена одним концом к сети, а вторым к общей точке соединения вторичной обмотки 6 и нагрузки 14. Второй конец вторичной обмотки 6 общий соединения нагрузки 14 и сети питания. Параллельно к обмотке 6 и нагрузке 14 подключен потенциометр 13. Выводы обмотки 6 являются выходом стабилизатора-регулятора и по цепи обратной связи управления 12 через потенциометр 14 параллельно подключены к блоку управления 11. К управляющим обмоткам 7 и 8 параллельно присоединены блоки 9, 10 электронных регуляторов, связанные с блоком управления 11.

К входу стабилизатора, выводу первичной обмотки 4 и общим соединения вторичной обмотки 6 и нагрузки 14 прикладывается напряжение сети U1, на первичных обмотках 4 и 5 наводятся напряжения U4, U5 соответственно, на вторичной обмотке 6 создается напряжение U6 и прикладывается к нагрузке 14. Напряжение Uном - это номинальное напряжение питающей сети.

Устройство работает следующим образом.

При подключении к электрической сети под действием питающего напряжения U1 по последовательной цепи первичных обмоток 4, 5 и вторичной обмотки 6 автотрансформатора 1 проходит электрический ток. Этот ток создает магнитные потоки в сердечниках 2 и 3. Суммарный магнитный поток сердечников 2 и 3 определяется величиной питающего напряжения U1. Магнитные потоки сердечников 2 и 3 соответственно в первичных обмотках 4, 5 наводят напряжение U4, U5. В управляющих обмотках 7, 8 также наводятся напряжения. Напряжение U4 первичной обмотки 4 совпадает по направлению с питающим напряжением U1, а напряжение U5 первичной обмотки 5 противоположно по направлению. При равенстве магнитных потоков в сердечниках 2, 3 и одинаковых числах витков в первичных обмотках 4 и 5 напряжения U4 и U5 равны по величине и противоположны по направлению. Следовательно, сумма напряжений (U4+U5) на концах последовательной цепи первичных обмоток 4 и 5 равна нулю из-за встречного включения обмоток 4, 5. В результате к нагрузке 14 прикладывается напряжение вторичной обмотки U6, равное сетевому (U3=U1). Этот режим работы стабилизатора соответствует номинальному напряжению в сети (U1=Uном). Диаграмма напряжений на элементах стабилизатора напряжения для этого режима представлена на фиг. 2а. Схема управления 11, в этом режиме, дает команду блокам 9, 10 электронных регуляторов установить наибольшие сопротивления (бесконечные, т.е. обрыв цепи). Токи в управляющих обмотках 7, 8 равны нулю, следовательно, размагничивания сердечников 2, 3 не происходит.

Ток холостого хода в первичных обмотках 4 и 5 автотрансформатора 1 при номинальном напряжении сети U1 имеет минимальное значение, так как магнитный поток идет по двум сердечникам 2 и 3, реактивная мощность, потребляемая стабилизатором из сети, минимальна.

При уменьшении напряжения сети U1 (и, соответственно, уменьшении напряжения U6 вторичной обмотки 6 и нагрузки 14) по цепи обратной связи 12 формируется сигнал уменьшенного значения для системы управления 11. По команде блока управления 11 блок 10 электронного регулятора уменьшает величину сопротивления. Сопротивление блока 9 электронного регулятора остается неизменным большим. В управляющей обмотке 7, замкнутой на сопротивление блока 10 электронного регулятора, протекает ток, создающий встречный магнитный поток, уменьшающий магнитный поток в сердечнике 3. Вследствие условия неизменности величины суммарного потока в обоих сердечниках 2 и 3, соответственно, в сердечнике 2 магнитный поток увеличивается из-за вынужденного уменьшения магнитного потока в сердечнике 3. В первичных обмотках 4 и 5 также происходит противоположное изменение напряжений. Напряжение U4 увеличивается, а U5 уменьшается, сумма этих напряжений не равна нулю (U4+U5>0) и выделяется на концах цепи первичных обмоток 4, 5. Сумма напряжений U4 и U5 совпадает по фазе с сетевым напряжением U1 и складывается с ним, компенсируя его снижение. Так обеспечивается стабильность напряжения на вторичной обмотке 6 (U6=Uном) и нагрузке 14 (U1+(U4+U5)=U6=Uном). Этому режиму соответствует диаграмма напряжений на фиг. 2б. Переход стабилизатора на пониженное сетевое напряжение произошел плавно без коммутации в силовых цепях как питания, так и нагрузки, то есть без перерывов питания, без переключений и без искажения формы синусоидального напряжения.

При предельном уменьшении напряжения сети U1 происходит уменьшение сопротивления блока 10 электронного регулятора до нуля. При этом управляющая обмотка 7 становится закороченной. Магнитный поток в сердечнике 3 становится равным нулю вследствие закороченного состояния управляющей обмотки 7. При этом напряжение U5 первичной обмотки 5 равно нулю.

Весь суммарный магнитный поток проходит по сердечнику 2, максимальное увеличение напряжения сети U1 создается только напряжением U4 первичной обмотки 4. Сумма пониженного напряжений сети U1 и напряжения первичной обмотки 4 (U1+U4=U6=Uном) обеспечивает стабильное напряжение U6=Uном на вторичной обмотке 6 и нагрузке 14, фиг. 2в.

При росте напряжения сети U1, соответственно, начинают увеличиваться напряжения U6 во вторичной обмотке 6 и на нагрузке 14. В этом случае процесс управления происходит следующим образом. По цепи обратной связи 12 в блок управления 11 поступает сигнал, пропорциональный начинающемуся увеличению значения напряжения U6. По команде блока управления 11 производится уменьшение величины сопротивления блока 9 электронного регулятора. В этом случае сопротивление блока 10 электронного регулятора остается неизменным и имеет наибольшее значение (бесконечность).

В управляющей обмотке 8, замкнутой на блок 9 электронного регулятора, протекает ток, уменьшающий магнитный поток в сердечнике 2. Вследствие условия неизменности величины суммарного потока в обоих сердечниках 2 и 3, соответственно, в сердечнике 3 магнитный поток увеличивается из-за вынужденного уменьшения магнитного потока в сердечнике 2. В первичных обмотках 4 и 5 также происходит противоположное изменение напряжений. Напряжение U5 увеличивается, а U4 уменьшается, сумма этих напряжений не равна нулю и выделяется на концах цепи вторичных обмоток 4, 5. Сумма напряжений U4 и U5 находится в противофазе с сетевым напряжением U1 и является снижающим напряжением для него, компенсируя его увеличение. Так обеспечивается стабильность напряжения на вторичной обмотке 6 (U6=Uном) и нагрузке 14 (U1-(U4+U5)=U6=Uном). Этому режиму соответствует диаграмма напряжений на фиг. 2г. Переход стабилизатора на повышенное сетевое напряжение произошел плавно без коммутации в силовых цепях как питания, так и нагрузки, то есть без перерывов питания, без переключений и без искажения формы синусоидального напряжения.

При предельном увеличении сетевого напряжения U1 сопротивление блока 9 электронного регулятора и напряжение U4 первичной обмотки 4 уменьшаются до нуля. При этом управляющая обмотка 8 становится закороченной. Магнитный поток в сердечнике 2 становится равным нулю вследствие закороченного состояния управляющей обмотки 8. При этом напряжение U4 первичной обмотки 4 равно нулю.

Весь суммарный магнитный поток проходит по сердечнику 3, максимальное снижение напряжений сети U1 создается только напряжением U5 первичной обмотки 5. Разность напряжений сети U1 и напряжения обмотки 5 (U1-U5=U6=Uном) обеспечивает стабильное напряжение U6=Uном на вторичной обмотке 6 и нагрузке 14. Этому режиму соответствует диаграмма напряжений фиг. 2д.

В реальных стабилизаторах сетевого напряжения при неизменном напряжении сети питания U1, но при изменении величины сопротивления нагрузки 14 также происходит изменении величины напряжения U6 на вторичной обмотке 6 автотрансформатора 1. Это обусловлено изменением падений напряжения на активных и индуктивных сопротивлениях самого стабилизатора. Предлагаемое устройство обеспечивает также и стабилизацию напряжения на нагрузке при изменении ее величины.

Регулирование выходного напряжения на нагрузке 14, независимо от входного напряжения, осуществляется при помощи потенциометра 13. Изменением соотношения сопротивления потенциометра 13 выставляют требуемое значение выходного напряжения. По цепи обратной связи 12 в блок управления 11 поступает сигнал, пропорциональный установленному значению напряжения на сопротивлении потенциометра 13. Блок управления 11 посредством блоков 9 и 10 электронных регуляторов производит регулирование выходного напряжения.

Была проведена экспериментальная проверка работы заявляемого стабилизатора-регулятора напряжения. Сердечники магнитопроводов использовались стержневые и кольцевые. Эксперименты полностью подтвердили реализуемость заявляемого устройства.

Из анализа работы устройства и проведенных экспериментов следует, что стабилизация напряжения на нагрузке 6 при изменении как напряжения сети U1, так и величины нагрузки 14 производится во всем диапазоне плавно без разрыва цепей сетевого питания и нагрузки. Бросок тока намагничивания возможен только однократно при включении стабилизатора в сеть.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- широкий диапазон стабилизации напряжения;

- обеспечение высокой стабильности напряжения на нагрузке;

- плавное, бесступенчатое регулирование и стабилизацию выходного напряжения;

- отсутствие коммутационных перерывов в электропитании;

- отсутствие коммутационных перенапряжений и бросков тока.

Стабилизатор-регулятор напряжения переменного тока, содержащий автотрансформатор, блок управления с обратной связью по выходному напряжению, отличающийся тем, что содержит автотрансформатор, выполненный на двух сердечниках, на каждом сердечнике расположены одна первичная и одна управляющая обмотки, вторичная обмотка охватывает оба сердечника, цепь последовательно и встречно соединенных первичных обмоток присоединена одним концом к сети, а вторым к общей точке соединения вторичной обмотки и нагрузки, образуя последовательное соединение первичных и вторичной обмотки, второй конец вторичной обмотки подключен к общей точке соединения нагрузки и сети питания, к каждой управляющей обмотке присоединены блоки электронных регуляторов, регулируемых блоком управления, снабженным обратной связью по выходному напряжению через потенциометр, параллельно подключенный к выходной обмотке стабилизатора-регулятора напряжения переменного тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке высокочастотных источников питания с гальванической развязкой выходного напряжения для транспортных средств с комбинированными энергоустановками.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться при разработке источников питания различной аппаратуры. Технический результат заключается в защите от выхода из строя силовых ключей при повышении на них напряжения и повышении тока через них, что выполняется с помощью определенной последовательности переключений силовых ключей и контактора от устройства управления.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат: получение сигнала синусоидальной формы, близкой к идеальной синусоиде, обеспечение возможности регулирования частоты выходного напряжения и повышение коэффициента полезного действия.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к регулированию переменного напряжения и тока. Технический результат заключается в расширении диапазона регулирования напряжения при индуктивной нагрузке независимо от ее параметров и создании надежного регулятора переменного напряжения, позволяющего реализовать этот способ, обеспечивая высокие энергетические показатели.

Изобретение относится к способу и системе для синхронной синусоидальной регулировки яркости светильников. Техническим результатом является обеспечение сохранения формы сигнала подаваемого напряжения и коэффициента мощности осветительного устройства.

Устройство относится к области электротехники и может использоваться при проектировании стабилизаторов напряжения, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и других устройств автоматики.

Изобретение может быть использовано в стабилизаторах переменного напряжения. Технический результат заключается в повышении к.п.д.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии переменного тока или систем гарантированного электропитания переменного тока, в которых применяется инвертор напряжения.

Изобретение относится к устройству для возбуждения светодиода, к прибору, содержащему устройство, и к способу для возбуждения светодиода. Технический результат заключается в осуществлении устройства для возбуждения светодиода с повышенной эффективностью.

Изобретение относится к технике антенн СВЧ и может быть использовано в передающем канале двухканального приемопередающего СВЧ модуля (ППМ). Техническим результатом является снижение потерь выходной мощности ППМ и увеличение развязки между выходными канала в режиме передачи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах электропитания, в частности в стабилизаторах переменного напряжения. Техническим результатом является снижение динамических потерь электроэнергии. Стабилизатор переменного напряжения содержит коммутирующий блок с коммутирующими реле, токоограничительный резистор, первый вывод которого подключен к нейтральному проводу электросети, и трансформатор, первый вывод вторичной обмотки которого подключен к фазному проводу электросети, а второй вывод подключен к нагрузке, при этом коммутирующий блок содержит полупроводниковый ключ между вторым выводом первичной обмотки трансформатора и нейтральным проводом электросети и два коммутирующих реле, первое коммутирующее реле имеет нормально замкнутые контакты, второе коммутирующее реле имеет нормально разомкнутые контакты. 1 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике. Технический результат заключается в повышении эффективности работы системы автоматического ограничения снижения напряжения (АОСН). Для этого предложена система АОСН, содержащая устройство(а) АОСН, включающее блок сравнения с напряжением отключения, блок выдержки времени на отключение, блок последовательного отключения групп присоединений, блок сравнения с напряжением включения присоединений, блок выдержки времени на включение, блок последовательного включения отдельных присоединений, при этом на вход системы введены последовательно соединенные блок определения режимов электрической сети, блок анализа, блок определения присоединений, подключаемых под действие АОСН, блок задания уставок устройств АОСН, причем блок определения режимов определяет напряжения на шинах подстанций; блок анализа определяет подстанции, на которых необходимо установить устройства АОСН; блок определения присоединений устанавливает приоритетность присоединений, блок задания уставок обеспечивает задание уставок по напряжению и времени отключения. 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве температурно-стабильного источника опорного напряжения (ИОН). Технический результат заключается в обеспечении минимального температурного коэффициента выходного напряжения ИОН при пониженной разности напряжений вход-выход. Для этого предложен источник опорного напряжения, который содержит шесть транзисторов и три резистора, при этом первый и второй резисторы подключены первыми выводами к эмиттеру первого транзистора, второй вывод первого резистора подключен к эмиттеру второго транзистора, базы с первого по четвертый транзисторов объединяются с коллекторами первого и третьего транзисторов, коллекторы второго и четвертого транзисторов подключены к базе пятого транзистора, первый вывод третьего резистора и база шестого транзистора подключены к коллектору пятого транзистора, второй вывод третьего резистора и эмиттер шестого транзистора подключены к шине питания, второй вывод второго резистора и коллектор шестого транзистора подключены к выходной клемме. 3 ил.
Наверх