Регулятор напряжения
Регулятор напряжения относится к области электротехники. Технический результат: упрощение устройства, расширение его функциональных возможностей, снижение веса и габаритов устройства, исключение помех, создаваемых устройством, и сохранение синусоидальной формы напряжения у потребителя при значительных колебаниях питающего напряжения. Устройство содержит входные и выходные клеммы, датчик входного напряжения сети, трансформатор, первичная обмотка которого включена в первую диагональ мостовой схемы из четырех нормально открытых управляемых ключей переменного тока, вторичная обмотка трансформатора включена последовательно в цепь нагрузки, а параллельно вторичной обмотке трансформатора включен управляемый ключ переменного тока. Управление управляющими ключами переменного тока осуществляется трехпозиционным компаратором. В цепи выходных управляющих сигналов «больше» и «меньше» трехпозиционного компаратора введены элементы задержки, обеспечивающие синхронизацию включения первичной обмотки трансформатора и шунтирование вторичной обмотки, а к входам «верхнее напряжение» и «нижнее напряжение» трехпозиционного компаратора подключены задатчики верхнего и нижнего напряжения соответственно. 1 ил.
Устройство относится к электротехнике и может быть использовано для стабилизации переменного напряжения в заданных пределах, например, для питания электронных приборов, оснащенных непрерывными стабилизаторами, а также для питания силовых приборов, подключенных к сети переменного тока с повышенным диапазоном колебаний напряжения. Регулятор напряжения обладает широкой областью использования.
Известен регулятор напряжения [1], содержащий трансформатор с первичной обмоткой, имеющей два зажима, и вторичной обмоткой, имеющей три зажима, к которым подключены компенсирующие активно-реактивные сопротивления и встречно включенные управляемые вентили, к стороне источника энергии подключено устройство управления вентилями. Напряжение на нагрузке регулируют посредством управления углом открытия встречно-параллельно включенных управляемых вентилей. Регулятор напряжения [1] имеет большие габариты, поскольку питание нагрузки осуществляется посредством трансформатора, кроме этого, регулятор напряжения [1] создает высокие помехи из-за коммутации управляемыми вентилями тока нагрузки.
Известен феррорезонансный стабилизатор напряжения [2], который имеет сетевую катушку и катушку фильтра, автотрансформатор и конденсатор. Феррорезонансный стабилизатор [2] имеет большие габариты, поскольку энергия потребителю поступает от феррорезонансного шунта автотрансформатора.
Известен регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное [3]. Устройство [3] содержит согласующий и вольтодобавочный трансформаторы и однонаправленные управляемые ключи, подсоединенные к первичной обмотке согласующего трансформатора, вторичная обмотка которого является источником выходного напряжения. Первичная обмотка вольтодобавочного трансформатора содержит две одинаковых встречно включенных обмотки, а вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора включена последовательно выходному напряжению. Устройство [3] сложно, имеет большие габариты и вес в виду наличия двух трансформаторов, один из которых обеспечивает питание нагрузки и вольтодобавочный трансформатор с одинаковыми первичными обмотками и устройство [3], осуществляет регулирование напряжения только при изменении входного напряжения в сторону повышения.
Прототипом предлагаемого устройства является устройство [3].
Целью предлагаемого изобретения является упрощение устройства, расширение его функциональных возможностей, снижение веса и габаритов устройства, исключение помех, создаваемых устройством, и сохранение синусоидальной формы напряжения у потребителя при значительных колебаниях питающего напряжения.
Предлагаемое устройство представлено на чертеж, где изображаются:
1 - входные клеммы,
2 - выходные клеммы,
3 - трансформатор,
4 - первичная обмотка трансформатора,
5 - вторичная обмотка трансформатора,
6 - управляемый ключ переменного тока,
7.1, 7.2 и 8.1, 8.2: первая пара - первый и второй, вторая пара - третий и четвертый управляемые ключи переменного тока, включенные по мостовой схеме,
9, 10 - элементы задержки управляющего сигнала,
11 - трехпозиционный компаратор с выходами «Б» - больше, «Н» - норма, «М» - меньше, и входами: напряжение верхнее - Uв, напряжение входное - Uвх, напряжение нижнее - Uн,
12 - логический элемент И, у которого на выходе высокий управляющий сигнал, если на входах элемента низкие запрещающие сигналы,
13 - первый двухпозиционный компаратор,
14 - второй двухпозиционный компаратор,
15 - задатчик верхнего Uв значения напряжения,
16 - задатчик нижнего Uн значения напряжения,
17 - датчик входного напряжения сети,
Для достижения цели изобретения в устройство введены нормально открытые ключи переменного тока 6, 7.1, 7.2, 8.1, 8.2, которые переходят в проводящее состояние при поступлении на их управляющие входы высоких уровней управляющих сигналов. Логический элемент 12 И выдает на выходе высокий уровень управляющего сигнала при поступлении на оба его входа низких уровней запрещающих сигналов. Наличие в устройстве управляемого ключа 6 переменного тока необходимо для исключения сдвига фазы выходного напряжения, обусловленного наличием реактивного сопротивления вторичной обмотки 5 трансформатора 3, включенной последовательно в выходную цепь выходных клемм 2 устройства. Принцип стабилизации питающего напряжения в заданных пределах заключается в формировании и подключении вольтодобавочного напряжении U5 вторичной обмотки 5 трансформатора 3 на выходные клеммы 2 согласно или встречно входному напряжению Uвх при отклонении входного напряжения Uвх на входных клеммах 1 от пределов, установленных на выходах задатчиков 15 верхнего Uв и 16 нижнего Uн уровней напряжения.
Устройство работает следующим образом.
Напряжение Uвх поступает на датчик напряжения сети 17, выходом подключенный к входу Uвх трехпозиционного компаратора 11. Для определенности предположим, что входное напряжение Uвх меньше верхнего UВ, установленного на выходе задатчика 15, но больше нижнего Uн, установленного на выходе задатчика 16, т.е. Uв>Uвх>Uн(1). В этом случае на выходах компараторов 13 и 14 формируются запрещающие сигналы низкого уровня и управляемые ключи 7.1, 7.2., 8.1, 8.2 переменного тока разомкнуты, а управляемый ключ 6 переменного тока замыкается под действием разрешающего сигнала высокого уровня с выхода логического элемента 12 И. Поэтому напряжение UBX с входных клемм 1 поступает на выходные клеммы 2 непосредственно и выходное напряжение Uвых удовлетворяет условию UВ>Uвых>Uн (1.1).
Если входное напряжение Uвх>Uв, то на выходе «Б» трехпозиционного компаратора 11 появляется управляющий сигнал, ключ переменного тока 6 размыкается, а ключи переменного тока 7.1 и 7.2 с задержкой во времени, определяемой элементом 9 задержки управляющего сигнала, замыкаются. При этом первичная обмотка 4 трансформатора 3 подключается к входному напряжению Uвх и на выходной обмотке 5 появляется вольтодобавочное напряжение U5, включенное последовательно встречно напряжению Uвх. Поэтому выходное напряжение Uвых=Uвх-U5, т.е. на выходные клеммы 2 устройства поступает напряжение, пониженное по сравнению с входным напряжением Uвх, и выходное напряжение Uвых удовлетворяет условию (1.1).
Если входное напряжение Uвх<Uн, то на выходе «М» трехпозиционного компаратора 11 формируется управляющий сигнал и ключ переменного тока 6 размыкается под действием управляющего сигнала с выхода "Н" трехпозиционного компаратора 11, а ключи 8.1 и 8.2 с задержкой во времени, определяемой элементом 10 задержки управляющего сигнала, замыкаются, первичная обмотка 4 трансформатора 3 подключается к входному напряжению Uвх в противофазе по отношению замкнутого состояния ключей 7.1 и 7.2 и на выходной обмотке 5 появляется вольтодобавочное напряжение U5, включенное последовательно согласно напряжению Uвх. Поэтому выходное напряжение Uвых=Uвх+U5, т.е. повышенное по сравнению с установленным задатчиком 16 нижним напряжением Uн и выходное напряжение Uвых удовлетворяет условию (1.1).
Величина вольтодобавочного напряжения U5 должна удовлетворять условию: оно должно быть меньше разности верхнего Uв и нижнего Uн, установленных соответственно задатчиками 15 и 16 уровней напряжения.
Трехпозиционный компаратор 11 содержит первый 13 и второй 14 двухпозиционные компараторы и логическую схему 12 И. Работает трехпозиционный компаратор следующим образом. Входной сигнал Uвх, соответствующий входному сигналу переменного напряжения, подключается к первым входам первого 13 и второго 14 двухпозиционных компараторов, вторые входы которых подключены к выходам задатчиков 15 верхнего Uв и нижнего 16 Uн уровней напряжения. Если входное напряжение Uвх больше установленного верхнего уровня Uв, то на выходе двухпозиционного компаратора 13 появляется высокий уровень разрешающего управляющего сигнала, а на выходе логического элемента 12 И - низкий уровень запрещающего сигнала. Если входное напряжение Uвх меньше Uн, то на выходе двухпозиционного компаратора 14 появляется высокий разрешающий уровень управляющего сигнала, а на выходе логического элемента И - низкий уровень запрещающего сигнала. В случае если входное напряжение Uвх больше Uн, но меньше Uв - находится в заданных пределах, то на выходах двухпозиционных компараторов 13 и 14 формируются низкие запрещающие потенциалы, на выходе логического элемента 12 И формируется высокий разрешающий уровень управляющего сигнала.
В качестве управляемых ключей переменного напряжения 7.1, 7.2 и 8.1, 8.2 могут быть использованы электромеханические реле с двумя нормально закрытыми контактами каждое, а в качестве управляемого ключа 6 переменного напряжения - электромеханическое реле с одним нормально открытым контактом.
Элементы задержки управляющего сигнала 9 и 10 выполнены в соответствии со схемой [л.4].
Двухпозиционные компараторы собраны на микросхеме компаратора серии 554 СА3.
Датчиком 17 входного напряжения сети является нестабилизированный источник постоянного напряжения, содержащий диодный выпрямительный мост и конденсатор.
Предлагаемое изобретение является новым, промышленно применимым, полезным, с расширенными функциональными возможностями и обладает существенными отличительными признаками по отношению к прототипу, поскольку в устройство введены две пары управляемых ключей переменного тока, включенные по мостовой схеме, в одну диагональ этой схемы включена первичная обмотка трансформатора, а в другую - входное напряжение. Введено трехпозиционное реле, выходом подключенное к управляющим входам ключей переменного тока, а в цепи ключей мостовой схемы включены задержки управляющих сигналов.
Предлагаемое устройство защищает электрическую сеть потребителей как от повышенного, так и от пониженного напряжения, в отличие от прототипа не вносит реактивного сопротивления в электрическую цепь питания потребителя при входном напряжении, находящемся в заданных пределах.
Источники информации
1. АКЦ Заявка №48-40932, публикация 1973 г., 04. XII, №4-1024.
2. Электрические стабилизаторы, БСЭ, M. 1976, стр.388.
3. Авторское свидетельство SU №1697061, G05F 1/30, H02M 5/12, Бюл. №45 07.12.91.
4. С.А.Бирюков, Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах. Москва. «Радио и связь», 1999 г., стр.55.
Регулятор напряжения, содержащий входные и выходные клеммы, датчик напряжения, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, последняя включена последовательно в цепь выходного напряжения, отличающийся тем, что в устройство введены первая пара, содержащая первый, второй, и вторая пара, содержащая третий и четвертый управляемые ключи переменного тока, соединенные по мостовой схеме, в первую диагональ мостовой схемы включена первичная обмотка трансформатора, а во вторую диагональ мостовой схемы подключены входные клеммы, в устройство также введены управляемый ключ переменного тока, подключенный параллельно вторичной обмотке трансформатора, трехпозиционный компаратор с выходами «больше», «норма», «меньше», и входами «верхнее напряжение», «входное напряжение» и «нижнее напряжение»: причем к входам «верхнее напряжение» и «нижнее напряжение» трехпозиционного компаратора подключены введенные в устройство задатчики верхнего и нижнего напряжения соответственно, а к входу трехпозиционного компаратора «входное напряжение» подключен выход введенного в устройство датчика входного напряжения, к входу которого подключены входные клеммы, выход трехпозиционного компаратора «больше» подключен посредством введенного в устройство первого элемента задержки управляющего сигнала к управляющим входам первой пары ключей мостовой схемы, выход «меньше» трехпозиционного компаратора посредством введенного в устройство второго элемента задержки управляющего сигнала подключен к управляющим входам второй пары управляемых ключей, а выход «норма» подключен к управляющему входу управляемого ключа, подключенного параллельно вторичной обмотке трансформатора.
