Стабилизатор однофазного напряжения сети

Авторы патента:

G05F1/14 - с использованием в качестве оконечных управляющих устройств трансформаторов с ответвлениями или секционированных катушек индуктивности

Владельцы патента RU 2468411:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российская таможенная академия" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электроснабжения для стабилизации однофазных источников электроэнергии переменного тока. Технический результат заключается в сохранении формы стабилизируемого напряжения и повышении надежности работы стабилизатора за счет исключения из схемы силовых элементов большой мощности. Стабилизатор содержит основной трансформатор с первичной обмоткой и двумя вторичными обмотками, добавочный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, выпрямитель, мостовой измерительный элемент, делитель напряжения и усилитель мощности. Перечисленные элементы образуют два канала стабилизатора: основной и добавочный (управляемый канал вольтодобавки). Оба канала связаны между собой последовательным соединением нагрузки и вторичных обмоток двух трансформаторов так, чтобы выходные напряжения этих обмоток на нагрузке складывались. Причем непосредственно регулирование напряжения на нагрузке происходит в низковольтном управляемом добавочном канале только за счет увеличения или уменьшения «вольтодобавки» к изменившемуся напряжению в основном канале. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания, и предназначено для использования в системах электроснабжения с целью стабилизации однофазных источников электроэнергии переменного тока промышленной частоты.

Известно аналогичное устройство - однофазный стабилизатор напряжения [1], состоящий из однофазного трансформатора, двух оптосимисторов и системы управления стабилизатором напряжения, включающей в себя блок питания, нуль-орган, генератор пилообразного напряжения, компаратор и два формирователя импульсов. Недостатком аналога является то, что при его работе возможны искажения формы кривой напряжения.

Известен стабилизатор переменного напряжения [2], включающий повышающий трансформатор, две катушки, намотанные на один замкнутый сердечник, переменный резистор и блок управления сопротивлением резистора. Недостатком данного стабилизатора является то, что он эффективен для стабилизации напряжения на нагрузке, потребляющей большую мощность (от нескольких киловатт и выше).

Известно устройство, реализующее способ защиты нагрузки от аномальных напряжений в сети [3]. Данное устройство, предназначенное для регулирования напряжения в цепях переменного и постоянного тока, состоит из регулируемого элемента, порогового элемента нижнего допустимого значения, устройства контроля верхнего допустимого значения, детектора допустимых значений, схемы выделения переднего фронта, таймера, логического элемента "Сложение по модулю 2", инвертора, усилителя и выходного коммутирующего реле. Недостатком устройства могут являться коммутационные помехи при срабатывании реле.

Наиболее близким по технической реализации к предлагаемому изобретению является стабилизатор переменного напряжения сети [4]. Данный стабилизатор содержит первичный автотрансформатор, первичный и три вторичных выпрямителя, три оптоэлектронных ключа, источник пороговых напряжений, два компаратора, детектор нуля входного напряжения сети, дешифратор, три Д-триггера, три диодных мостовых схемы и три мощных полевых транзистора. В прототипе переключение обмоток автотрансформатора для регулирования напряжения на нагрузке осуществляется мощными полевыми транзисторами, управляемыми соответствующими логическими элементами. Недостатком прототипа является наличие в нем силовых переключающих элементов (мощных полевых транзисторов), работа которых неизбежно будет приводить к некоторым искажениям синусоидального напряжения. Кроме того, при переключении больших мощностей транзисторы будут находиться в тяжелом тепловом режиме. Это потребует реализации для них некоторого облегченного режима работы или принудительного охлаждения, что повлечет за собой снижение надежности работы стабилизатора в целом.

Целью изобретения является сохранение формы стабилизируемого напряжения и повышение надежности работы стабилизатора за счет исключения из схемы силовых элементов большой мощности.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый стабилизатор состоит из двух каналов: основного и дополнительного управляемого каналов. Оба канала связаны между собой последовательным соединением нагрузки и вторичных обмоток двух трансформаторов так, чтобы выходные напряжения этих обмоток на нагрузке складывались. Непосредственно регулирование напряжения на нагрузке происходит в низковольтном управляемом добавочном канале только за счет увеличения или уменьшения "вольтодобавки" к изменившемуся напряжению в основном канале. Предлагаемый стабилизатор однофазного напряжения сети содержит выпрямитель, основной и добавочный трансформаторы, мостовой измерительный элемент, делитель напряжения и усилитель мощности, причем нагрузка подключена к последовательно соединенным вторичным обмоткам основного и добавочного трансформаторов, к нагрузке подключен выпрямитель, выход которого соединен с первой диагональю мостового измерительного элемента, одно плечо которого содержит последовательно соединенные резистор и стабилитрон, а второе - два резистора, во вторую диагональ моста включен светодиод резисторной оптопары, фоторезистор которой включен в делитель напряжения на дополнительной обмотке основного трансформатора, а фоторезистор оптопары подключен ко входу усилителя мощности, к выходу которого подключена первичная обмотка добавочного трансформатора.

Принцип работы стабилизатора однофазного напряжения сети поясняется фиг.1, на которой представлена его электрическая функциональная схема.

Стабилизатор содержит основной (входной) трансформатор 1 с первичной обмоткой 1₁ и вторичными обмотками 1₂ и 1₃; добавочный (выходной) трансформатор 2 с первичной 2₁ и вторичной 2₂ обмотками; выпрямитель 3; мостовой измерительный элемент 4, одно плечо которого содержит последовательно соединенные резистор R₄₁ и стабилитрон VD₄₂, второе плечо содержит два резистора R₄₃ и R₄₄, а в одну диагональ моста включен светодиод резисторной оптопары VS₄₅; делитель напряжения 5, состоящий из резистора R₅₁, и фоторезистора оптопары VS₄₅; усилитель мощности 6 и нагрузку R_H 7.

Перечисленные элементы образуют два канала стабилизатора: основной и добавочный (управляемый канал вольтодобавки). Основной канал состоит из вторичной обмотки 1₂ входного трансформатора 1, выпрямителя 3, мостового измерительного элемента 4 и непосредственно нагрузки R_H 7. Управляемый канал вольтодобавки состоит из вторичной (дополнительной) обмотки 1₃ входного трансформатора 1, делителя напряжения 5, усилителя мощности 6 и добавочного трансформатора 2.

Оба канала связаны между собой последовательным соединением нагрузки R_H 7 и вторичных обмоток 1₂ и 2₂ так, чтобы выходные напряжения этих обмоток на нагрузке складывались.

Выпрямитель 3 подключен параллельно нагрузке 7. Выход выпрямителя связан с первой диагональю мостового измерительного элемента 4. Ко вторичной обмотке 1₃ подключен делитель напряжения 5, в котором фоторезистор оптопары VS₄₅ подключен ко входу усилителя мощности 6, а выход усилителя мощности соединен с первичной обмоткой 2₁, выходного добавочного трансформатора 2.

Стабилизатор работает следующим образом.

Входное напряжение сети прикладывается к первичной обмотке 1₁, основного трансформатора. Преобразованное в трансформаторе до соответствующего значения напряжение со вторичной обмотки 1₂ с напряжением вторичной обмотки 2₂ добавочного трансформатора 2 прикладывается к нагрузке R_H. Это напряжение также прикладывается и к выпрямителю 3. Выпрямленное постоянное напряжение поступает на первую диагональ мостового измерительного элемента 4. Во вторую диагональ этого элемента включен светодиод резисторной оптопары VS₄₅.

При номинальном напряжении на нагрузке будет номинальным и напряжение в первой диагонали мостового элемента 4. Соответственно номинальным будет напряжение во второй диагонали элемента 4, номинальным будет свечение светодиода оптопары VS₄₅, а значит, номинальным будет и значение сопротивления фоторезистора оптопары VS₄₅ в делителе напряжения 5. В этом случае напряжение на выходе усилителя мощности 6 будет таким, чтобы результирующее напряжение на нагрузке от основного канала и от канала вольтодобавки также было номинальным.

Если, например, результирующее напряжение нанагрузке повысилось, то добавочное напряжение управляемого канала вольтодобавки уменьшится настолько, чтобы результирующее напряжение от двух каналов на нагрузке стало близким к номинальному. В этом случае при повышении напряжения на выходе обмотки 1₂ повысится постоянное напряжение и на выходе выпрямителя 3, которое прикладывается к первой диагонали мостового элемента 4. Так как в левое плечо моста включен стабилитрон, то потенциал в точке а) всегда будет оставаться постоянным. В нашем случае произойдет повышение потенциала в точке б). Светодиод оптопары VS₄₅ станет светиться ярче, а сопротивление фоторезистора этой же оптопары в делителе напряжения 5 будет соответственно уменьшаться. При уменьшении сопротивления фоторезистора на входе усилителя мощности 6 уменьшится его выходное напряжение, а значит, напряжение на выходе обмотки 2₂, являющееся вольтодобавкой к напряжению основного (первого) канала, также уменьшится. В результате результирующее напряжение на нагрузке станет близким к номинальному.

Если, например, результирующее напряжение на нагрузке уменьшилось, то добавочное напряжение управляемого канала вольтодобавки должно увеличиться настолько, чтобы результирующее напряжение от двух каналов на нагрузке стало близким к номинальному. В этом случае при уменьшении напряжения на выходе обмотки 1₂ понизится постоянное напряжение на выходе выпрямителя 3 и произойдет понижение потенциала в точке б). Светодиод оптопары VS₄₅ станет светиться менее ярко и сопротивление фоторезистора этой же оптопары в делителе напряжения 5 будет соответственно увеличиваться. При увеличении сопротивления фоторезистора на входе усилителя мощности 6 увеличится его выходное напряжение, а значит, напряжение на выходе обмотки 2₂, являющееся вольтодобавкой к напряжению основного (первого) канала, также увеличится. В результате результирующее напряжение на нагрузке аналогично станет близким к номинальному.

Таким образом, при изменении напряжения на нагрузке его компенсация в предлагаемом стабилизаторе осуществляется не за счет изменения режимов работы силовых элементов основного канала, как это происходило ранее, а за счет соответствующего изменения вольтодобавки дополнительного низковольтного управляемого канала к напряжению основного питающего нагрузку канала. Такое техническое решение позволяет исключить из схемы силовые элементы большой мощности, что существенно повышает надежность работы стабилизатора в целом. Кроме того, исключение из схемы управляемых силовых элементов позволяет также сохранять синусоидальную форму стабилизируемого напряжения.

В конечном итоге предложенный стабилизатор однофазного напряжения сети позволит существенно повысить качество электроэнергии и надежность вторичных источников питания систем электроснабжения различного назначения.

Источники информации

1. Григораш О.В., Цыганков Б.К. и др. Однофазный стабилизатор напряжения. Патент РФ №2282886, 2006.

2. Расщепляев Ю.С., Посупонько Н.В., Вербов В.Ф., Вербов А.В. Стабилизатор переменного напряжения. Патент РФ №2280271, 2006.

3. Расщепляев Ю.С., Посупонько Н.В., Вербов В.Ф., Вербов А.В. Способ защиты нагрузки от аномальных напряжений в сети. Патент РФ №2280292, 2006.

4. Расщепляев Ю.С., Вербов В.Ф., Вербов М.В. Стабилизатор переменного напряжения сети. Положительное решение на выдачу патента на изобретение от 18.11.2010 по заявке №2010119476/07(027680), 2010.

Стабилизатор однофазного напряжения сети, содержащий выпрямитель, отличающийся тем, что, с целью сохранения формы стабилизируемого напряжения и повышения надежности работы стабилизатора за счет исключения из схемы силовых элементов большой мощности, в него дополнительно введены основной и добавочный трансформаторы, мостовой измерительный элемент, делитель напряжения и усилитель мощности, причем нагрузка подключена к последовательно соединенным вторичным обмоткам основного и добавочного трансформаторов, к нагрузке подключен выпрямитель, выход которого соединен с первой диагональю мостового измерительного элемента, одно плечо которого содержит последовательно соединенные резистор и стабилитрон, а второе - два резистора, во вторую диагональ моста включен светодиод резисторной оптопары, фоторезистор которой включен в делитель напряжения на дополнительной обмотке основного трансформатора, а фоторезистор оптопары подключен ко входу усилителя мощности, к выходу которого подключена первичная обмотка добавочного трансформатора.

Изобретение относится к автоматическому регулятору напряжения, в частности к автоматическому регулятору напряжения, способному точно управлять выходным напряжением путем использования тороидального автотрансформатора.

Привод устройства регулирования напряжения силового трансформатора под нагрузкой // 2444046

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для приведения в действие контактных систем устройств регулирования напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой.

Универсальное устройство ввода для переключателя ответвлений // 2442208

Изобретение относится к системе преобразования сигнала для переключения ответвлений, к устройству преобразования электронного сигнала, выполненного с возможностью приема множества различающихся уровней сигналов с помощью одного оборудования.

Электрический двигатель для переключателя отводов под нагрузкой // 2431884

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в переключателях отводов трансформаторов под нагрузкой. .

Стабилизатор переменного напряжения сети // 2419830

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного питания, и предназначено для использования в системах электроснабжения для стабилизации сетевого однофазного напряжения источника электроэнергии переменного тока промышленной частоты.

Регулятор переменного напряжения // 2393524

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах электропитания технологического оборудования, в частности нагревателей прецизионных электропечей.

Устройство стабилизации напряжения // 2386994

Устройство для регулирования переменного напряжения // 2339992

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может найти применение в устройствах регулирования выходного напряжения под нагрузкой, в частности на электрифицированных участках железных дорог.

Стабилизатор переменного напряжения // 2280271

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного питания. .

Способ управления электромагнитными реле стабилизатора переменного напряжения и стабилизатор переменного напряжения для его осуществления // 2246746

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для реализации управления электромагнитными реле в стабилизаторах переменного напряжения с коммутируемыми выводами обмоток трансформатора.

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. 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.

Устройство для регулирования напряжения сети // 2549377

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в сетях электроснабжения. Технический результат - повышение надежности. В устройстве для регулирования напряжения сети первичная обмотка трансформатора, соединенная через реверсивный переключатель полярности с регулировочной обмоткой (вторичной обмоткой) трансформатора и размещенная с ней на одном магнитопроводе, установлена с возможностью взаимодействия с обмоткой измерительного трансформатора напряжения, подключенной к контроллеру, соединенному с электроприводом. Устройство содержит два дополнительных регулятора, одинаковых с первым. Регуляторы включены в сеть трехфазного напряжения с образованием схемы подключения в виде полного треугольника так, как указано в материалах заявки. 2 ил.

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. 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.

Устройство преобразования напряжения // 2579751

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для потребителей, питающихся от сети. Техническим результатом является повышение точности установки отношения паразитных индуктивностей трансформатора между рабочими режимами. Устройство преобразования напряжения с по меньшей мере одним трансформатором (12), который, исходя из входного напряжения (Uin), предусмотрен для предоставления выходного напряжения (Uout), содержит входной блок (30) обмоток и выходной блок (32) обмоток и может работать согласно по меньшей мере двум рабочим режимам, которые, соответственно, соотнесены с различным коэффициентом преобразования напряжения, причем по меньшей мере один из блоков (30, 32) обмоток содержит первую (38) и по меньшей мере одну вторую обмотку (40), и с рабочими режимами соотнесена одна соответственно отличающаяся рабочая конфигурация обмоток (38, 40). Для того чтобы предоставить устройство преобразования напряжения вышеуказанного типа, посредством которого может более точно устанавливаться отношение паразитных индуктивностей трансформатора между рабочими режимами, предложено, что первая обмотка (38) имеет части (42) обмотки, которые с частями (44) второй обмотки (40) образуют чередующееся расположение. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Ступенчатый выключатель с червячной передачей // 2602828

Изобретение относится к ступенчатому выключателю с червячной передачей, установленной непосредственно на головке ступенчатого выключателя и используемой с помощью привода для переключения ступенчатого выключателя. Червячная передача имеет корпус с червяком, приводимым в движение червячным колесом. Внутри червячной передачи предусмотрены средства для регистрации крутящего момента, состоящие по меньшей мере из одного радиоопрашиваемого поверхностного датчика, роторной антенны и статорной антенны. Технический результат - обеспечение высокой точности регистрации крутящего момента вблизи ступенчатого выключателя с полным исключением воздействующих на погрешности измерения факторов привода и передач. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для регулирования напряжения и способ его регулирования // 2613340

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.

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.

Ступенчатый выключатель // 2617676

Изобретение относится к ступенчатому выключателю для регулирования напряжения, содержащему полупроводниковые коммутирующие элементы на регулируемом трансформаторе с регулировочной обмоткой. Ступенчатый выключатель имеет модульную конструкцию, причем каждый модуль содержит соответствующую часть регулировочной обмотки, подключаемую или отключаемую посредством полупроводниковых переключающих элементов. Для защиты полупроводниковых переключающих элементов от высоких напряжений дополнительно интегрированы варисторы и конденсаторы. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ автоматического управления перераспределением энергии в многозвенных линиях электропередачи // 2625161

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано при организации электропитания нескольких потребителей с отдельными линиями электропередачи при условии изменения нагрузок у потребителей. Заявлен способ автоматического управления перераспределением потоков энергии в многозвенных линиях электропередачи от трансформаторной подстанции к нескольким потребителям с переменными нагрузками, основанный на использовании в начале каждой из линий передачи управляемых шунтирующих реакторов трансформаторного типа, которыми регулируют напряжение в начале линий, отличающийся тем, что сигнал управления формируют сравнением некоторого опорного напряжения с напряжением, падающим в каждой из линий передачи с известным сопротивлением, для чего измеряют ток в линии как функцию изменяющейся нагрузки потребителя, а величину опорного напряжения в каждом канале авторегулирования статического или астатического типа устанавливают равной падению напряжения в линии передачи при среднестатистическом значении тока в нагрузке каждого из потребителей. Технический результат - автоматическое поддержание неизменным напряжения у всех потребителей, связанных с трансформаторной подстанцией раздельными линиями электропередачи, независимо от вариации величин нагрузок у потребителей. Заявляемый способ целесообразно использовать при нескольких достаточно протяженных линий электропередачи от одной трансформаторной подстанции, снабжающей конечных потребителей без промежуточных ответвлений в линиях. 2 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.