Стабилизатор напряжения сети переменного тока

Авторы патента:

H02P13/06 - путем переключения ответвлений; путем переключения межвитковых соединений

Владельцы патента RU 2604354:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная организация "ВОЛЬТ" (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для стабилизации напряжения питания радиоэлектронной аппаратуры, питающейся от сети с большим диапазоном изменения напряжения и с нестабильным напряжением электросети. Стабилизатор напряжения сети переменного тока содержит автотрансформатор с несколькими обмотками, блок управления, первый вход которого соединен с входными выводами, а выходы - с управляющими входами соответствующих коммутирующих элементов, и обходной путь протекания тока в нагрузку в процессе коммутации. Обходной путь протекания тока в нагрузку содержит выходное реле, электронный ключ, шунтирующий выходное реле, и электронный ключ, включающий обходной путь протекания тока в нагрузку через низкоомные резисторы. Отводы обмоток автотрансформатора через соответствующие коммутирующие реле и отводы обходного пути протекания тока в нагрузку подключены к входным выводам, а выходные отводы соответственно к выходным выводам. Техническим результатом является повышение надежности стабилизатора за счет исключения образования электрической дуги, точечного спекания в начальном процессе коммутации и иных повреждающих факторов, разрушающих контакты реле при переключении под нагрузкой. 1ил.

Из уровня техники известны различные стабилизаторы напряжения сети переменного тока (см. патенты RU 2364915 C1, RU 2216032 C1, RU 2490691 C1).

Известные схемы построения стабилизаторов переменного напряжения имеют в своем составе регулирующий автотрансформатор с отводами и коммутационные элементы, подключающие отводы трансформатора в соответствии с заданным алгоритмом.

В соответствии с типом коммутационных элементов стабилизаторы переменного напряжения подразделяются на две основные группы: тиристорные и релейные.

Каждый тип коммутационного элемента имеет свои преимущества и недостатки. Коммутация при помощи реле дает высокий КПД, низкий нагрев коммутационного элемента, отсутствие радиаторов охлаждения коммутационных элементов, очень простую и экономичную конструкцию, малые габариты, широкий диапазон стабилизации входного напряжения. Недостатками релейных стабилизаторов являются низкая точность, низкое быстродействие и низкий ресурс коммутационного элемента - электромагнитного реле. И если два первых недостатка не влияют на срок службы стабилизатора, то низкий коммутационный ресурс реле не позволяет релейным стабилизаторам работать без повреждений длительное время на больших токах коммутации и частых переключениях реле.

У электромагнитного реле есть три причины износа: 1) механический износ, 2) износ контактов в установившемся режиме, 3) износ контактов при переключении. Первых две причины мало влияют на долговечность реле и слабо зависят от коммутирующего тока. Третья причина является основной причиной повреждения электромагнитных реле при частой коммутации больших токов, приближающихся к максимальным. Таким образом, снижение электрического износа контактов реле при переключении является определяющим для увеличения ресурса работы стабилизатора. Изобретение ставит своей задачей создание такого стабилизатора переменного напряжения, в котором путем защиты контактов реле во время переключения резко увеличился бы срок службы и повысилась бы надежность стабилизатора.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в повышении надежности стабилизатора за счет исключения образования электрической дуги, точечного спекания в начальном процессе коммутации и иных повреждающих факторов, разрушающих контакты реле при переключении под нагрузкой.

На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема устройства.

Технический результат достигается за счет того, что стабилизатор напряжения сети переменного тока содержит автотрансформатор с несколькими обмотками, блок управления, осуществляющий контроль входного напряжения 1 и цепи управления коммутацией ключей 6, а также выходы, управляющие входами соответствующих коммутирующих элементов для обеспечения обходного пути протекания тока в нагрузку в период коммутации ключей 6, содержащие выходное реле 2, электронный ключ 4, шунтирующий выходное реле 2, и электронный ключ 5, включающий обходной путь протекания тока в нагрузку через низкоомные резисторы 3, при этом входные отводы обмоток автотрансформатора через соответствующие коммутирующие реле и входные отводы обходного пути протекания тока в нагрузку подключены к входным выводам, а выходные отводы соответственно к выходным выводам.

Стабилизатор переменного напряжения, содержащий автотрансформатор и коммутационные ключи, подключен к нейтрали, своим входом подключается к входным клеммам стабилизатора, а выходом к входу реле 2 и входу электронного ключа 4, в свою очередь выход реле 2 соединен с выходом стабилизатора, также к выходу стабилизатора подключается выход электронного ключа 4 и выход электронного ключа 5. Вход электронного ключа 5 подключен к выходу обходного резистора 3, а вход обходного резистора 3 подключен к входу стабилизатора.

В результате чего основные коммутационные реле переключаются без тока, на контактах при этом не происходит образования электрической дуги, точечного спекания в начальном процессе коммутации и иных повреждающих факторов, разрушающих контакты реле при переключении под нагрузкой.

Автотрансформатор с отводами и подключенными к ним электромагнитными реле 6 управляется блоком управления в соответствии со значением входного напряжения. В зависимости от уровня входного напряжения подключаются те или иные отводы для получения на выходе стабильного напряжения с заданной точностью.

Перед переключением ключей входное напряжение через входную клемму приходит на стабилизатор, с него через замкнутые контакты реле 2 на выходную клемму стабилизатора и далее в нагрузку потребителя.

При изменении входного напряжения для поддержания выходного напряжения в заданных пределах требуется произвести переключение коммутационных ключей 6. Каждый процесс переключения ключей происходит следующим образом.

Сначала срабатывает электронный ключ 4, шунтирующий выходное реле 2. Затем включается электронный ключ 5 и создает обходной путь протекания тока в нагрузку через низкоомные резисторы 3. После этого отключается реле 2. Так как контакты реле 2 зашунтированы электронным ключом 4, повреждения контактов реле не происходит. Затем отключается электронный ключ 4. Весь ток в нагрузку протекает через обходной путь низкоомный резистор 3 и открытый электронный ключ 5. Автотрансформатор с отводами и коммутационные реле, подключенные к отводам, оказываются обесточенными. Следующим этапом происходит переключение коммутационных реле, подключенных к отводам автотрансформатора, в соответствии со входным напряжением для получения на нагрузке выходного напряжения, не выходящего за расчетные пределы.

После того, как вся коммутация на отводах автотрансформатора завершилась, происходит окончание процесса стабилизации и возврат всех элементов стабилизатора в основное рабочее состояние. Включается электронный ключ 4. Затем отключается электронный ключ 5 и отключает обходной путь протекания тока в нагрузку через низкоомный резистор 3. Включается выходное реле 2. После окончания коммутационных процессов в выходном реле 2 отключается электронный ключ 4. Процесс переключения для стабилизации выходного напряжения завершен.

При изменении входного напряжения свыше заданных пределов точности стабилизатора процесс переключения для стабилизации повторяется.

Достоинства изобретения

Непрерывная подача электроэнергии в нагрузку. В обычных релейных стабилизаторах на время коммутации контакты реле разорваны и электроэнергия не подается. Защита всех контактов электромагнитных реле электронными ключами на момент коммутации и устранение повреждений контактов, вызванных протеканием электрического тока в процессе коммутации. Работа электронных ключей в кратковременном режиме только на время процесса переключения для стабилизации, что исключает их перегрев и потребность в большом и массивном радиаторе. Использование достаточно малогабаритных и малопотребляющих реле, так как реле не переключаются под током и не требуют массивных контактов и мощной электромеханической системы. Большая долговечность системы, ограниченная механическим ресурсом коммутационных реле, который значительно превышает ресурс количества коммутаций под током.

Стабилизатор напряжения сети переменного тока, содержащий автотрансформатор с несколькими обмотками, блок управления, первый вход которого соединен с входными выводами, а выходы - с управляющими входами соответствующих коммутирующих элементов, и обходной путь протекания тока в нагрузку в процессе коммутации, содержащий выходное реле, электронный ключ, шунтирующий выходное реле, и электронный ключ, включающий обходной путь протекания тока в нагрузку через низкоомные резисторы, при этом отводы обмоток автотрансформатора через соответствующие коммутирующие реле и отводы обходного пути протекания тока в нагрузку подключены к входным выводам, а выходные отводы соответственно к выходным выводам.

Изобретение относится к трансформаторно-тиристорным устройствам для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой. Трансформаторно-тиристорное устройство для плавноступенчатого регулирования напряжения под нагрузкой содержит в каждой фазе регулировочную обмотку с ответвлениями, избиратель с входными и двумя выходными контактами.

Ступенчатый переключатель // 2577530

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.

Устройство переключения отводов обмотки трансформатора // 2539399

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.

Способ включения трансформатора тяговой подстанции // 2536304

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам промышленного, городского и тягового энергоснабжения, и может быть использовано в трансформаторных подстанциях, в том числе для железнодорожного и городского (трамваи, троллейбусы, эскалаторы) электрифицированного транспорта.

Пятифазный преобразователь числа фаз // 2503121

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании выпрямителей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока для станков для повышения их быстродействия, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог, в электрометаллургической и химической отраслях промышленности для уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока в трехфазной сети.

Система привода для переключателя отводов // 2441312

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах привода переключателей отводов регулируемых трансформаторов. .

Трансформаторный агрегат для электрифицированных железных дорог переменного тока // 2321154

Изобретение относится к электротехнике. .

Трансформаторный агрегат для электрифицированных железных дорог переменного тока // 2321093

Изобретение относится к электротехнике. .

Трансформаторный агрегат с регулированием напряжения для электрифицированных железных дорог переменного тока // 2321092

Изобретение относится к электротехнике. .

Способ переключения ответвлений обмотки трансформатора и устройство для его осуществления // 2274945

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

Устройство для регулирования напряжения и способ его регулирования // 2613679

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.

Реакторная группа, коммутируемая тиристорами // 2622114

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления комбинированными источниками реактивной мощности, построенными на основе статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности. Технический результат - улучшение характеристик и параметров реакторной группы, повышение дискретности уровней регулируемого тока, повышение качества электрической энергии при регулировании тока, упрощение устройства в целом за счет исключения из его состава фильтров высших гармоник. Реакторная группа, коммутируемая тиристорами, состоящая из трех параллельно подключенных к выводам реакторной группы ветвей, каждая из которых содержит последовательное соединение реактора и встречно-параллельно соединенных тиристоров, снабжена дополнительными встречно-параллельно соединенными тиристорами, выводы встречно-параллельно соединенных тиристоров двух из трех ветвей соединены вместе и подключены к одному из выводов реакторной группы, а вывод встречно-параллельно соединенных тиристоров третьей ветви подключен ко второму выводу реакторной группы, при этом реакторы параллельных ветвей снабжены промежуточными внутренними выводами обмоток, а промежуточный внутренний вывод обмотки реактора в третьей ветви соединен соответственно с каждым из промежуточных внутренних выводов обмоток реакторов первой и второй ветвей с помощью дополнительных встречно-параллельно соединенных тиристоров. 3 ил., 1 табл.

Регулировочный трансформатор // 2625341

Изобретение относится к электротехнике, а именно к регулировочному трансформатору, выполненному в виде фазосдвигающего трансформатора, причем в регулировочной обмотке (2, W1, W2, W3) с несколькими частями (W1, W2, W3) обмотки для каждой фазы предусмотрены полупроводниковые переключающие элементы, при этом в каждой фазе (U, V, W) предусмотрена дополнительная линия (L1, L2) связи с дополнительным электронным переключающим элементом (S1, S2), каждая из этих линий связи соединяет модуль (М3) соответствующей фазы с концом основной обмотки (2) соседней фазы. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей регулировочных трансформаторов путем изменения режимов работы с продольным и поперечным регулированием. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство для регулирования напряжения // 2628403

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам регулирования напряжения преобразовательных трансформаторов. Устройство регулирования напряжения содержит трехфазный трансформатор, в первичные обмотки каждой фазы которого включены соединенные последовательно сетевая и регулировочная части, при этом в каждой из трех фаз первые выводы регулировочной части соединены с выводом сетевой части, образуя общую точку, а вторые выводы регулировочной части соединены с первыми выводами неуправляемого реактора каждой из фаз, вторые выводы неуправляемых реакторов всех трех фаз соединены между собой, образуя первую нейтраль, к общей точке соединения регулировочной и сетевой частей первой и второй фаз подключены первые выводы тиристорных ключей, вторые выводы тиристорных ключей первой и второй фаз объединены между собой, образуя вторую нейтраль, к которой подключена общая точка соединения регулировочной и сетевой частей первичной обмотки третьей фазы. Технический результат состоит в упрощении конструкции, улучшении регулировочных характеристик и повышении надежности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Трансформатор с переходным импедансом на основе электронного переключателя регулирования переменного напряжения // 2646843

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении надежности. Принцип наложения формы сигнала основан на непрерывности формы сигнала и гибком регулировании напряжения, что обеспечивает, соответственно, гибкое преобразование переменного тока, гибкую передачу и преобразование электроэнергии и гибкое регулирование напряжения. Плавное регулирование напряжения в соответствии с гибким ступенчатым регулированием напряжения осуществляется: электронным переключателем регулирования переменного напряжения трансформатора с переходным импедансом и быстродействующим регулировочным трансформатором напряжения и обеспечивает возможность подключения высоковольтных электрических сетей шестью способами, в том числе подключения к электрической сети трансформатора с переходным импедансом или повышающего автотрансформатора. Это обеспечивает надежную компенсацию реактивной мощности. 7 н. и 8 з.п. ф-лы, 18 ил.