СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации напряжения сети переменого тока 380/220 В, 50 Гц для питания переменным током синусоидальной формы сложных электронных устройств, таких как компьютеры и оргтехника, измерительные приборы, медтехника, кассовые аппараты, аудио- и видеотехника, бытовой техники, а также систем электроснабжения коттеджей, дачных домов в сетях с заземленной нейтралью. Обеспечивает качественное электропитание подключенных приборов в пределах рабочих отклонений напряжения сети.
Известны феррорезонансные стабилизаторы (см. Богданов Д.И., Евдокимов Г.К. Феррорезонансные стабилизаторы, "Госэнергоатомиздат", 1958; Федосеев П.Г. Выпрямители и стабилизаторы, "Искусство", 1960). Их мощность равна мощности нагрузки, что делает стабилизаторы напряжения такого типа громоздкими и дорогими. В промышленности они применяются для мощности не более 1 кВА. В быту в последнее десятилетие не применяются.
Известны стабилизаторы напряжения на базе автотрансформатора или трансформатора со ступенчатым регулированием напряжения, переключением отпаек вольтодобавочных обмоток механическим или полупроводниковым коммутатором (см. Сомов В.А. Регулятор напряжения с вольтодобавочными подмагничиваемыми трансформаторами, "Электричество", 1960, №9). Эти стабилизаторы напряжения применяются только в промышленных сетях, так как коммутатор с большим числом ступеней представляет собой достаточно дорогое и громоздкое устройство, а при малом числе ступеней регулирование оказывается слишком грубым.
Возможно фазовое, то есть плавное регулирование внутри ступеней с помощью тиристоров с импульсно-фазовым управлением, однако при этом неизбежны искажения напряжения сети, что не всегда приемлемо (см. Гельман М.В., Лосев С.П. Тиристорные регуляторы переменного напряжения, М., "Энергия", 1975).
Известны транзисторные стабилизаторы с регулированием вольтодобавочных трансформаторов или автотрансформаторов методом широтно-импульсной модуляции (см. Кобзев А.В., Лебедев Ю.М. и др., Стабилизаторы переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием, М., Энергоатомиздат, 1986), позволяющие осуществлять бесступенчатое регулирование напряжения "вверх" и "вниз"
практически без искажений. Большое количество униполярных транзисторных ключей (восемь ключей), половина из которых устанавливается в цепи нагрузки, необходимость в установке "снабберов" - цепей защиты транзисторов от коммутационных перенапряжений, что усложняет схему стабилизатора и приводит к увеличению потерь, а так же несимметрия диапазона стабилизации ограничивают применение стабилизаторов упомянутого типа в промышленности. Применение их в бытовых сетях неоправдано.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемой полезной модели является электронный стабилизатор напряжения переменного тока (см. паспорт 3468-252-49034602 ПС, технические условия ТУ 3468-001-49034602-99 ООО "НПП ИНТЕПС", Россия, Псков, ул. Декабристов, 17), содержащий автотрансформатор с дополнительными обмотками для питания устройства управления, коммутатор, содержащий тиристорные ключи для бесконтактного переключения отводов автотрансформатора, вентилятор охлаждения, клеммную колодку для подключения к сети и нагрузке, автоматический выключатель, контакт защитного заземления, устройство управления стабилизатором. Этот стабилизатор принят за прототип. Недостатками стабилизатора являются высокая стоимость тиристорных ключей, подверженность тиристорных ключей воздействию высоковольтных импульсов, распространяемых по сети питания, необходимость теплоотводящего радиатора для тиристорных ключей. Эти недостатки снижают надежность стабилизатора.
Техническим результатом и поставленной задачей является уменьшение теплоотдачи, повышение надежности работы и снижение стоимости стабилизатора напряжения переменного тока.
Это достигнуто новыми техническими решениями, находящимися в причинно-следственной связи с техническим результатом. Сущность заявленной полезной модели выражается в совокупности нижеследующих существенных признаков.
В уже известном стабилизаторе напряжения переменного тока, содержащем автотрансформатор, коммутатор, устройство управления стабилизатором, трансформатор питания устройства управления, контактор, вентилятор охлаждения, расположенные в корпусе, а так же клеммную колодку для подключения к сети и нагрузке, автоматические выключатели и контакт защитного заземления, отличительными от прототипа признаками являются следующие:
- указанный коммутатор выполнен в виде электромеханического устройства, содержащего щеткодержатель с приводом от шагового двигателя;
- наличие датчика исходного положения щеток;
- наличие блока демпфирующих резисторов;
- электромеханический коммутатор выполнен в форме кольца из диэлектрика, на внутренней поверхности которого расположены ламели с выводами для подключения к отводам автотрансформатора;
- щеткодержатель с двумя щетками установлен с возможностью контактирования щеток с указанными ламелями.
По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна тождественная заявляемой совокупность признаков, направленных на достижение поставленной задачи и технического результата, это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию "новизна" полезной модели.
На фиг.1 представлена функциональная схема стабилизатора напряжения переменного тока. На фиг.2 показан внешний вид стабилизатора напряжения переменного тока без кожуха и задней панели с видом на шаговый двигатель (вырыв), на фиг.3 - электромеханический коммутатор, соединеный с шаговым двигателем, с местным разрезом корпуса и ламели, на фиг.4 - вид сверху электромеханического коммутатора. Монтажные провода на фиг.2 и фиг.4 условно не показаны.
Стабилизатор напряжения переменного тока содержит автотрансформатор 1, электромеханический коммутатор 2, выполненный в форме кольца из диэлектрика с выводами 3 для подключения к отводам 4 автотрансформатора, с приводом щеткодержателя 5 со щетками 6, 7 от шагового двигателя 8 и датчиком исходного положения щеток 9, устройство управления (УУ) 10 стабилизатором, трансформатор питания 11 устройства управления стабилизатором, контактор 12, блок демпфирующих резисторов (БДР) 13, вентилятор 14 охлаждения шагового двигателя и щеткодержателя, расположенные в корпусе, также клеммную колодку 15 для подключения к сети и нагрузке, автоматические выключатели 16, 17 и контакт защитного заземления 18. На внутренней поверхности коммутатора 2 расположены ламели 19.
Стабилизатор напряжения переменного тока работает следующим образом. В номинальном режиме работы входное напряжение с клеммной колодки 15 после включения автоматического выключателя 16 поступает на трансформатор питания 11 устройства управления стабилизатором, устройство управления 10 стабилизатором. Кроме того входное напряжение через блок депфирующих резисторов 13 поступает на щетки 6 и 7 щеткодержателя 5 коммутатора 2 и на автотрансформатор 1. Выходное напряжение автотрансформатора 1 с выходного отвода 17 подается на устройство управления 10 стабилизатором. Так же на устройство управления 10 стабилизатором подается сигнал с блока демпфирующих резисторов 13 о положении щеток 6 и 7 относительно ламелей 19 коммутатора 2. После измерения входного напряжения, выходного напряжения и оценки положения щеток
относительно ламелей устройство управления подает команду шаговому двигателю 8 на перемещение щеток на следующюю ламель коммутатора. Перемещение производится так, чтобы выходное напряжение уменьшалось. Процесс измерения входного напряжения, выходного напряжения, оценки положения щеток относительно ламелей и перемещение щеткодержателя повторяется до тех пор, пока щеткодержатель не придет в положение, определяемое датчиком исходного положения щеток 9. Из исходного положения по командам устройства управления щеткодержатель перемещается на ламель, напряжение на которой соответствует номинальному диапазону выходного напряжения. Перемещение производится так, чтобы выходное напряжение увеличивалось. Каждое перемещение сопровождается измерением входного напряжения, выходного напряжения и оценкой положения щеток относительно ламелей. После завершения перемещения щеткодержателя устройство управления 10 стабилизатором подает команду на включение контактора 12. Замыкается контакт 21 контактора 12, и выходное напряжение с выходного отвода 20 автотрансформатора 1 поступает на клеммную колодку 15.
При изменении входного напряжения в номинальном диапазоне устройство управления стабилизатором подает команды на шаговый двигатель, перемещающий щеткодержатель на ламель, напряжение на которой соответствует номинальному диапазону выходного напряжения. Точность стабилизации определяется величиной напряжения между соседними отводами автотрансформатора. Поэтому минимальное количество отводов автотрансформатора и соответственно количество ламелей определяется необходимой точностью стабилизации, номинальным диапазоном входного напряжения, допустимой величиной петлевых токов и выбранным диаметром кольца коммутатора.
В случае выхода величины входного напряжения за пределы рабочего диапазона, который несколько превышает номинальный диапазон, устройство управления стабилизатором отключает контактор 12, контакт 21 размыкается, подача выходного напряжения на клеммную колодку прекращается. После нормализации входного напряжения, то есть при входе величины входного напряжения в номинальный диапазон, устройство управления возобновляет работу по стабилизированию выходного напряжения. При соответствии выходного напряжения номинальному диапазону выходного напряжения устройство управления включает контактор и выходное напряжение поступает на клеммную колодку.
Кроме того устройство управления стабилизатором отслеживает ряд аврийных ситуаций, при наступлении которых прекращается подача выходного напряжения на клеммную колодку, а щеткодержатель
отводится в исходное положение. При невозможности выполнения этой операции подача команд на шаговый двигатель прекращается, устройство управления стабилизатором включает светодиодную и звуковую сигнализации. В этом случае питание потребителей может быть обеспечено входным нестабилизированным напряжением. Для этого необходимо выключить автоматический выключатель 16 и включить автоматический выключатель 17. Блок демпфирующих резисторов в сочетании с двумя щетками обеспечивает безобрывный переход от одного отвода автотрансформатора к другому и ограничение петлевых токов на заданном уровне.
Таким образом использование электромеханического коммутатора позволяет повысить надежность работы и снизить стоимость стабилизатора напряжения переменного тока, который не подвержен влиянию высоковольтных импульсов, распространяемых по сети питания.
Стабилизатор напряжения переменного тока позволяет осуществить:
- непрерывный контроль напряжения на входе и выходе;
- автоматическое отключение при аварии;
- непрерывный контроль силовых элементов.