Стабилизатор напряжения

Авторы патента:

Бондарь Сергей Николаевич (RU)

H02M5/12 - для преобразования только амплитуды напряжения или тока

H02M1/12 - устройства для ослабления гармоник переменного тока на входе или выходе

G05F1/40 - с помощью электронных, газоразрядных или полупроводниковых приборов в качестве конечных регулирующих приборов

G05F1/32 - с помощью магнитных приборов с управляемым насыщением в качестве конечных регулирующих приборов

Владельцы патента RU 2761184:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для автоматической стабилизации напряжения. Техническим результатом является повышение надежности. Стабилизатор напряжения содержит: трансформаторный регулятор напряжения; два диодных моста; два конденсатора; резистор; два стабилитрона; оптрон, представляющий собой оптопару по типу светодиод - фотодиод; усилитель; биполярный транзистор р-n-р типа; две обмотки управления. 1 ил.

Уровень техники

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для автоматической стабилизации напряжения. Стабилизаторы напряжения, независимо от вида, работают по похожей схеме, включающей в себя трансформатор, регулирующий элемент, управляющий элемент. Трансформатор предназначен либо для повышения, либо для понижения напряжения. Для того, чтобы он мог выполнять эту цель, монтируют регулирующий элемент. Именно он управляет работой трансформатора. Чтобы этот регулирующий компонент «знал», как управлять трансформатором, в стабилизатор монтируют управляющий элемент. Он осуществляет измерение напряжения на входе, сравнивает его с оптимальным напряжением и дает необходимую команду регулирующему элементу. Каждый стабилизационный прибор работает по такой схеме. Разница между ними заключается в строении регулирующих элементов и особенностях трансформатора.

Известен стабилизатор переменного напряжения с вольтодобавочными (вольтоповышающими и вольтопонижающими) трансформаторными регуляторами, первичные обмотки которых включаются параллельно источнику сетевого напряжения с помощью встречно-параллельных тиристоров, а вторичные обмотки - последовательно с нагрузкой. Регулирование выходного напряжения осуществляется в необходимых ограниченных пределах с помощью тиристоров импульсно-фазовым способом. Основным назначением устройства является стабилизация сетевого напряжения в условиях меняющейся нагрузки и возможного изменения ЭДС источника по принципу автоматического регулирования с применением отрицательной обратной связи по напряжению нагрузки. Для повышения быстродействия тиристорного регулятора выключение тиристоров осуществляется принудительно с помощью специального узла искусственной коммутации, основным элементом которого служат коммутирующие конденсаторы (авт. св. СССР N1092648, кл. H02J 3/12).

К недостаткам данного устройства следует отнести дискретность выходного напряжения и значительную сложность реализации.

Наиболее близким аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению является стабилизатор напряжения (патент RU 2643166, МПК Н02М 5/12, G05F 1/32, G05F 1/40).

Стабилизатор напряжения содержит трансформаторный регулятор напряжения, первый диодный мост, стабилитрон, резистор, усилитель, транзистор n-р-n типа, конденсатор, второй диодный мост, первую обмотку управления, вторую обмотку управления, причем трансформаторный регулятор напряжения соединен с первым диодным мостом со стороны нагрузки, выход первого диодного моста соединен в параллель со стабилитроном, резистором и входом усилителя, выход усилителя соединен в параллель с базой и эмиттером транзистора, коллектор и эмиттер транзистора соединены в параллель с конденсатором и выходом второго диодного моста, а вход второго диодного моста соединен с началом первой обмотки управления и концом второй обмотки управления, а конец первой обмотки управления и начало второй обмотки управления соединены между собой.

Недостатком данного устройства является низкая надежность, обусловленная отсутствием:

- защиты стабилитрона от возможной перегрузки по току;

- гальванической развязки в цепи управления.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению надежности.

Технический результат достигается тем, что в стабилизатор напряжения, содержащий: трансформаторный регулятор напряжения; первый диодный мост; стабилитрон; резистор; усилитель; первый конденсатор; второй диодный мост; первую обмотку управления; вторую обмотку управления, причем: конец первой обмотки управления и начало второй обмотки управления соединены между собой; начало первой обмотки управления и конец второй обмотки управления подключены к входу второго диодного моста, выход которого соединен в параллель с первым конденсатором; второй (общий) выход усилителя соединен с выходом положительной полярности второго трансформатора; трансформаторный регулятор напряжения, со стороны нагрузки, соединен с входом первого диодного моста, выход положительной полярности которого соединен с катодом стабилитрона, а отрицательной полярности - с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с анодом стабилитрона, введены второй конденсатор, второй стабилитрон, биполярный транзистор р-n-р типа, оптрон, представляющий собой оптопару по типу светодиод - фотодиод, причем: второй конденсатор подключен в параллель к выходам первого диодного моста; анод светодиода оптрона соединен с катодом первого стабилитрона, а катод соединен с катодом второго стабилитрона, анод которого соединен с анодом первого стабилитрона и вторым выводом резистора; анод фотодиода оптрона соединен с первым (сигнальным) входом усилителя, а катод со вторым (общим) входом усилителя; первый (сигнальный) выход усилителя соединен с базой биполярного транзистора р-n-р типа, катод которого соединен с выходом отрицательной полярности второго диодного моста, а эмиттер -со вторым (общим) выходом усилителя.

Краткое описание чертежа

На фиг. представлена функциональная схема стабилизатора напряжения.

Осуществление изобретения

Стабилизатор напряжения содержит: трансформаторный регулятор напряжения 1; диодный мост 2; конденсатор 3; резистор 4; стабилитрон 5; стабилитрон 6; оптрон 7, представляющий собой оптопару по типу светодиод - фотодиод; усилитель 8; биполярный транзистор 9 р-n-р типа; конденсатор 10; диодный мост 11; обмотку управления 12; обмотку управления 13, причем: трансформаторный регулятор напряжения 1 соединен с диодным мостом 2 со стороны нагрузки, выход отрицательной полярности которого соединен непосредственно с первым выводом конденсатора 3 и через резистора 4, с анодами стабилитронов 5 и 6; катод стабилитрона 6 соединен с катодом светодиода оптрона 7; выход положительной полярности диодного моста 2 соединен со вторым выводом конденсатора 3, катодом стабилитрона 5 и анодом светодиода оптрона 7; анод фотодиода оптрона 7 соединен с сигнальным входом усилителя 8, а катод с общим входом усилителя 8; сигнальный выход усилителя 8 соединен с базой биполярного транзистора 9 р-n-р типа, катод которого соединен с первым выводом конденсатора 10 и выходом отрицательной полярности диодного моста 11, а эмиттер - со вторым выводом конденсатора 10, общим выходом усилителя 8 и выходом положительной полярности диодного моста 11; вход диодного моста 11 подключен к началу обмотки управления 12 и концу обмотки управления 13; конец обмотки управления 12 и начало обмотки управления 13 соединены между собой.

Блок 1 представляет собой трансформаторный регулятор напряжения (например, авт. св. СССР N1119088 А, кл. H01F 29/14; H01F 21/08).

Усилитель 8 (фиг. 2) представляет собой трансимпедансный усилитель с нулевым напряжением смещения, реализуемый на базе инвертирующей схемы включения операционного усилителя (https://ru.wikipedia.org/wiki/Операционный_усилитель_с_токовой_обратной_связью; https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=532581, рис. 2.а). Выходное напряжение которого U_Уc8, на низких частотах, определяется соотношением (1)

где I_ФД6 - ток фотодиода оптрона 7;

R_OC - резистор обратной связи усилителя 8.

Стабилитрон 6 характеризуется напряжением стабилизации U_Cт6 согласно условию (2)

где U_cp.ДМ2 - среднее напряжение на выходе диодного моста 2 при нормальном режиме работы;

I_min.СД7 - ток порога зажигания светодиода оптрона 7;

R₄ - сопротивление резистора 4.

Стабилитрон 5 характеризуется напряжением стабилизации U_Cт5 согласно условию (3)

где I_мax.СД7 - максимально допустимый постоянный прямой ток светодиода оптрона 7.

На величину сопротивления резистора 4 накладывается условие (4)

где U_{max.ср.ДМ2} - максимальное напряжение на выходе диодного моста 2 при отклонении от нормального режима работы;

I_cp.Ст6 - среднее значение тока стабилизации стабилитрона 6.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

В нормальном режиме работы, выходное среднее напряжение диодного моста 2, с учетом условия (2), «подводит» светодиод оптрона 7 к границе зажигания. Фототок фотодиода оптрона 7 отсутствует, согласно выражению (1), выходное напряжение усилителя 8 рано нулю, биполярный транзистор 9 р-n-р типа закрыт, диодный мост 11 не работает.

В случае возрастания напряжения на выходе трансформаторного регулятора напряжения 1, выходное среднее напряжение диодного моста 2 увеличивается, что влечет за собой увеличение тока и яркости свечения светодиода оптрона 7. Фототок фотодиода оптрона 7 возрастает, согласно выражению (1), выходное напряжение усилителя 8 увеличивается пропорционально фототоку. По мере увеличения фототока (выходного напряжения усилителя 8), степень открытия биполярного транзистора 9 р-n-р типа возрастает (сопротивление коллектор-эмиттер транзистора 9 уменьшается), тем самым облегчается путь для протекания тока с выхода диодного моста 11 через биполярный транзистора 9 р-n-р типа, таким образом меняя величину переменного тока в обмотках управления 12 и 13 трансформаторного регулятора напряжения 1, а значит и магнитного потока, что в свою очередь приводит выходное напряжения до установленной нормы.

В случае дальнейшего возрастания напряжения на выходе трансформаторного регулятора напряжения 1, и превышения выходным средним напряжением диодного моста 2 напряжения стабилизации U_Cт5, стабилитрон 5, согласно условию (3), переходит в режим электрического пробоя, предохраняя тем самым, светодиод оптрона 7 от выхода из строя.

Введение в состав схемы:

- резистора 4 способствует защите стабилитрона 5 от возможной перегрузки по току и повышению надежности функционирования стабилизатора напряжения;

- конденсатора 3, стабилитрона 5 и оптрона 7 обеспечивает гальваническую развязку в цепи управления, при одновременном повышении качества стабилизации выходного напряжения и повышении надежности функционирования стабилизатора напряжения.

Стабилизатор напряжения, содержащий: трансформаторный регулятор напряжения; первый диодный мост; стабилитрон; резистор; усилитель; первый конденсатор; второй диодный мост; первую обмотку управления; вторую обмотку управления, причем: конец первой обмотки управления и начало второй обмотки управления соединены между собой; начало первой обмотки управления и конец второй обмотки управления подключены к входу второго диодного моста, выход которого соединен в параллель с первым конденсатором; второй (общий) выход усилителя соединен с выходом положительной полярности второго трансформатора; трансформаторный регулятор напряжения, со стороны нагрузки, соединен с входом первого диодного моста, выход положительной полярности которого соединен с катодом стабилитрона, а отрицательной полярности - с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с анодом стабилитрона, отличающийся тем, что в устройство введены второй конденсатор, второй стабилитрон, биполярный транзистор р-n-р типа, оптрон, представляющий собой оптопару по типу светодиод - фотодиод, причем второй конденсатор подключен в параллель к выходам первого диодного моста; анод светодиода оптрона соединен с катодом первого стабилитрона, а катод соединен с катодом второго стабилитрона, анод которого соединен с анодом первого стабилитрона и вторым выводом резистора; анод фотодиода оптрона соединен с первым (сигнальным) входом усилителя, а катод со вторым (общим) входом усилителя; первый (сигнальный) выход усилителя соединен с базой биполярного транзистора р-n-р типа, катод которого соединен с выходом отрицательной полярности второго диодного моста, а эмиттер - со вторым (общим) выходом усилителя.

Изобретение относится к регуляторам напряжения трансформаторов под нагрузкой и может быть использовано в электрических сетях для обеспечения различных режимов работы регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей по управлению режимами работы регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой и в повышении надежности регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой в различных режимах его работы и достигается тем, что в способе управления режимами работы регулятора напряжения трансформатора под нагрузкой, заключающемся в использовании режима регулирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора, осуществляемого путем управления состоянием двунаправленных тиристорных ключей, подключаемых к отводам секций первичной обмотки трансформатора, контроле тока и напряжения питающей сети, фиксации временных интервалов, на которых напряжение и ток питающей сети имеют одинаковые и разные знаки, измерении фазового сдвига между током и напряжением питающей сети, управлении двунаправленными тиристорными ключами на соответствующих фиксированных временных интервалах, в режиме отсутствия регулирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора, реализуемом при выключенных двунаправленных тиристорных ключах, первичную обмотку трансформатора подключают к питающей сети с помощью реле с нормально замкнутыми контактами, при переходе в режим регулирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора параллельно реле с нормально замкнутыми контактами включают соответствующие двунаправленные тиристорные ключи регулятора напряжения и размыкают контакты реле с нормально замкнутыми контактами, а при выходе из режима регулирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора, включают соответствующие двунаправленные тиристорные ключи параллельно реле с нормально замкнутыми контактами, замыкают контакты реле с нормально замкнутыми контактами и выключают двунаправленные тиристорные ключи регулятора напряжения, переводя регулятор напряжения в режим отсутствия регулирования напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Устройство управления напряжением трансформатора под нагрузкой // 2761173

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к регуляторам коэффициента трансформации силовых трансформаторов. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства управления напряжением трансформатора под нагрузкой в различных режимах его работы и достигается тем, что устройство управления напряжением трансформатора под нагрузкой, содержащее вентильные группы, включающие в себя двунаправленные тиристорные ключи, состоящие из встречно-параллельно соединенных тиристоров, одни из выводов которых соединены с регулировочными ответвлениями первичной секционированной обмотки трансформатора, датчики тока и напряжения питающей сети, своими выходами соединенные с блоком управления двунаправленными тиристорными ключами, при этом первичная секционированная обмотка трансформатора выполнена в виде двух отдельных гальванически изолированных полуобмоток с регулировочными ответвлениями и подключена к питающей сети, а выводы двунаправленных тиристорных ключей вентильных групп, свободные от подключения к регулировочным ответвлениям гальванически изолированных полуобмоток, соединены друг с другом, снабжено быстродействующим реле, построенным на основе дополнительного двунаправленного тиристорного ключа с параллельно подключенными к нему выводами контактора с нормально замкнутыми контактами, один вывод которого подключен к одному из регулировочных ответвлений одной гальванически изолированной полуобмотки, а другой его вывод подключен к одному из регулировочных ответвлений другой гальванически изолированной полуобмотки первичной секционированной обмотки трансформатора.

Устройство для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя однофазного переменного тока // 2760815

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано на электроподвижном составе, в частности на электровозе, получающем питание от контактной сети однофазного переменного тока. Предлагаемое устройство для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя однофазного переменного тока выполнено в виде блока реактивных токов, состоящего из разрядных силовых диода и тиристора, второго силового диода, конденсатора, предохранителя и двух выводов, в котором охладители двух силовых диодов и тиристора принудительно охлаждаются с помощью мотор-вентилятора, установленного в этой же конструкции блока реактивных токов, мотор которого присоединен для питания к трехфазной сети системы питания вспомогательных машин электровоза.

Устройство управления напряжением трансформатора под нагрузкой // 2741336

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к регуляторам коэффициента трансформации силовых трансформаторов, и позволяет увеличить количество уровней регулируемого напряжения на выходе трансформатора и повысить кпд устройства. Это достигается тем, что в устройстве управления напряжением трансформатора под нагрузкой, включающем в себя двунаправленные тиристорные ключи, каждый из которых содержит по крайней мере два встречно-параллельно соединенных тиристора, одними выводами подключенные к ответвлениям первичной секционированной обмотки трансформатора, датчики тока и напряжения питающей сети, своими выходами подключенные к блоку управления двунаправленными тиристорными ключами, первичная секционированная обмотка, подключена к питающей сети, при этом первичная секционированная обмотка трансформатора выполнена в виде двух отдельных гальванически изолированных секционированных полуобмоток с ответвлениями, а каждый вывод ответвления одной гальванически изолированной секционированной полуобмотки соединены с каждым выводом ответвления другой гальванически изолированной секционированной полуобмотки с помощью соответствующего двунаправленного тиристорного ключа.

Устройство управления напряжением трансформатора под нагрузкой // 2741335

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к регуляторам коэффициента трансформации силовых трансформаторов. Технический результат заключается в увеличении количества уровней регулирования выходного напряжения трансформатора с первичной секционированной обмоткой.

Регулятор вольтодобавочного переменного напряжения // 2733650

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, может быть использовано в электрических сетях для гибкого регулирования и стабилизации напряжения и направлено на повышение надежности работы регулятора вольтодобавочного переменного напряжения и уменьшение его стоимости. Технический результат заключается в повышении качества электрической энергии на нагрузке регулятора вольтодобавочного переменного напряжения.

Способ управления выходным напряжением регулятора переменного синусоидального напряжения // 2727929

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к регуляторам переменного синусоидального напряжения. Техническим результатом является повышение качества электрической энергии на нагрузке регулятора переменного синусоидального напряжения.

Регулятор переменного напряжения // 2726946

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного напряжения в регулируемое по значению переменное напряжение, например, при создании систем плавного пуска, в различных установках использующих электропривод переменного тока, а также как компенсатор реактивной мощности.

Устройство стабилизации напряжения в системе питания асинхронных вспомогательных машин электровозов переменного тока // 2719040

Изобретение относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств с электротягой. Устройство стабилизации напряжения в системе питания асинхронных вспомогательных машин электровозов переменного тока состоит из вольтодобавочного трансформатора с секционированной обмоткой высшего напряжения, подключаемой к выводам силовой обмотки тягового трансформатора через симисторные ключи.

Способ регулирования напряжения в трехфазной электрической сети // 2717833

Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовой электронике, и может быть использовано в системах электроснабжения для регулирования или стабилизации трехфазного напряжения с улучшенными энергетическими показателями. Суть способа заключается в формировании и суммировании с напряжением сети двух добавочных напряжений трехступенчатой формы, сдвинутых относительно напряжения сети в разные стороны на угол, равный четверти максимальной ширены ступени.

Статический накопительный источник промежуточного питания // 2756629

Настоящее изобретение относится к области электротехники, в частности к статическим накопительным источникам промежуточного питания, предназначенным для подключения между электрической сетью и потребителем электрической энергии. Техническим результатом является увеличение потребляемой активной мощности у потребителя с одноврменным снижением этой мощности у источника в момент потребляемой нагрузки.