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 однофазного напряжения источника электроэнергии переменного тока.
Известные стабилизаторы напряжения переменого тока осуществляют стабилизацию за счет механического переключения ответвлений обмоток трансформатора (ступенчатое регулирование) (см. Рогожкин Г.М. и др. Автоматизация систем электроснабжения. Учебник для вузов. - Харьков.: МО СССР, 1985, с.458, рис.8.9). К недостаткам таких стабилизаторов относятся: низкое быстродействие системы управления, относительно большая масса и габариты, малый срок службы.
Известен стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий автоматический выключатель, а также трансформатор, тиристорные ключи как коммутатор для бесконтактного переключения ответвлений трансформатора и устройство управления стабилизатором, которое содержит блок питания, нуль-орган и формирователь импульсов, размещенные в корпусе, имеющим контакт защитного заземления (см. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 296 с., рис.5.9, с.238). Недостатками стабилизатора являются низкие надежность и КПД, что препятствует получению технического результата, который обеспечивается предлагаемой полезной моделью.
Известен стабилизатор переменного напряжения, содержащий трансформатор с основной, дополнительными и измерительной обмотками. Начало основной обмотки является входным и выходным зажимами стабилизатора. Стабилизатор также содержит источники питания и эталонного напряжения, двухполупериодный выпрямитель с RC-фильтром на выходе, компораторы напряжения, инвертирующие входы которых через резисторы соединены с источником эталонного напряжения, а неинвертирующие входы также через резисторы подключены к выходу RC-фильтра. По меньшей мере один из компораторов имеет положительную обратную связь. Стабилизатор также содержит транзисторные усилители, электромагнитные реле с переключающими контактами (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2187834, 7 кл. G 05 F 1/20, 2001). Недостатками стабилизатора являются низкие надежность и КПД, что препятствует получению технического результата, который обеспечивается предлагаемой полезной моделью.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемой полезной модели является стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий трансформатор, коммутатор, выполненый в виде ключей для переключения ответвлений трансформатора, и устройство управления стабилизатором, которое содержит блок питания, нуль-орган и формирователи импульсов, в качестве трансформатора использован автотрансформатор, а в качестве ключей соответственно - оптосимисторы, причем ко входу и общему выводу автотрансформатора подключен источник питания, а его первый и второй выводы через первый и второй оптосимисторы подключены к первому выходу стабилизатора, вторым выходом которого является общий вывод автотрансформатора, устройство
управления стабилизатором дополнительно содержит генератор пилообразного напряжения, компоратор, где первый и второй входы блока питания подключены к входу и общему выводу автотрансформатора соответственно, первый выход блока питания соединен с входом нуль-органа, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения и входом первого формирователя импульсов управления, второй выход блока питания соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, выход компоратора соединен с входом второго формирователя импульсов управления, при этом выходы первого и второго формирователей управления соединены с управляющими входами первого и второго оптосимисторов. Стабилизатор содержит клеммы (входные зажимы 6 и 7, выходные зажимы 10 и 11), автоматический выключатель и контакт защитного заземления (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2216032, кл. 7 G 05 F 1/20, 2002). Недостатками стабилизатора, не позволяющими достигнуть технического результата предлагаемой полезной модели, являются небольшой диапазон регулирования и импульсно-фазовое управление оптосимисторами, приводящее к неизбежным искажениям напряжения сети, что не приемлемо. Этот стабилизатор принят за прототип.
Техническим результатом и поставленной задачей является расширение диапазона регулирования, устранение искажений напряжения сети, повышение надежности работы стабилизатора напряжения переменного тока, снижение его стоимости.
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, устройство питания устройства управления стабилизатором, расположенные в корпусе, так же клеммы для подключения к сети и нагрузке, автоматический выключатель и контакт защитного заземления, отличительными от прототипа признаками являются следующие:
- указанное устройство управления содержит микроконтроллер;
- входы микроконтролера соединены с датчиком входного напряжения, датчиком выходного напряжения, датчиком тока нагрузки и датчиком синхроимпульсов;
- выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами коммутатора и устройством отображения информации о состоянии стабилизатора.
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.
Функциональная схема стабилизатора напряжения переменного тока представлена на фигуре. Стабилизатор содержит автотрансформатор 1, коммутатор 2, устройство управления 3 стабилизатором, устройство питания 4 устройства управления стабилизатором, клеммы 5 для
подключения к сети и нагрузке, автоматический выключатель 6, контакт 7 защитного заземления. Устройство управления 3 стабилизатором содержит микроконтроллер 8, входы которого соединены с датчиком 9 входного напряжения, датчиком 10 выходного напряжения, датчиком 11 тока нагрузки и датчиком 12 синхроимпульсов, а выходы микроконтроллера 8 соединены с управляющими входами коммутатора 2 и устройством 13 отображения информации о состоянии стабилизатора. Указанные элементы размещены в корпусе 14. Коммутатор может быть выполнен как электронным, так и электромеханическим, содержащим ламели, соединенные с отводами автотрансформатора, щетки, шаговый двигатель.
Стабилизатор напряжения переменного тока работает следующим образом. В номинальном режиме работы входное напряжение с клемм 5 после включения автоматического выключателя 6 поступает на автотрансформатор 1, на устройство пититания 4 устройства управления стабилизатором, на датчик 9 входного напряжения и на датчик 12 синхроимпульсов. Микроконтроллер 8 с помощью датчика 9 входного напряжения производит измерение величины входного напряжения и определяет отвод автотрансформатора, который необходимо подключить к выходной клемме, чтобы напряжение на нагрузке соотвествовало номинальному диапазону выходного напряжения. С помощью датчика 12 синхроимпульсов микроконтроллер определяет момент перехода входного напряжения через ноль и подает команду на управляющий вход коммутатора 2. Коммутатор подключает выбранный отвод к выходной клемме. Так производится первоначальное включение стабилизатора напряжения переменного тока. Дальнейшая работа стабилизатора
происходит при постоянном контроле микроконтроллера за входным и выходным напряжениями, синхроимпульсами напряжения и тока, током нагрузки с помощью соответствующих датчиков. Результаты измерений вхдного и выходного напряжений, мощность, потребляемая нагрузкой, и ряд других вспомогательных параметров микроконтроллер выводит на устройство 13 отображения информации о состоянии стабилизатора.
При изменении входного напряжения в номинальном диапазоне устройство управления 3 стабилизатором подает команды на управляющие входы коммутатора, который подключает отвод автотрансформатора, обеспечивающий на нагрузке напряжение, соотвествующее номинальному диапазону выходного напряжения. Переключение производится после того, как микропроцессор определит с помощью датчика 11 тока нагрузки и датчика 12 синхроимпульсов момент перехода тока нагрузки через ноль. Точность стабилизации определяется величиной напряжения между соседними отводами автотрасформатора. Оптимальное количество отводов определяется требуемой точностью стабилизации, номинальным диапазоном входного напряжения, номинальным диапазоном выходного напряжения и масса-габаритными показателями автотрансформатора. Даже при 5-8 отводах автотрансформатора может быть получен номинальный диапазон входного напряжения от 150 В до 260 В при точности стабилизации ±5%, а переключение при нуле тока нагрузки исключает искажения напряжения сети, что яввпяется техническим результатом предлагаемой полезной модели.
В случае выхода величины входного напряжения за пределы рабочего диапазона, который несколько превышает номинальный диапазон, устройство управления стабилизатором отключает с помощью
коммутатора все отводы автотрансформатора, участвующие в регулировании, подача выходного напряжения на клеммы прекращается. После нормализации входного напряжения, то есть при входе величины входного напряжения в номинальный диапазон, устройство управления возобновляет работу по стабилизированию выходного напряжения. Кроме того устройство управления стабилизатором отслеживает ряд аврийных ситуаций, при наступлении которых прекращается подача выходного напряжения на клеммы. Информация о аварийных ситуациях микроконтроллер выводит на устройство отображения информации о состоянии стабилизатора.
Контакт 7 защитного заземления служит для подключения стабилизатора к заземляющему устройству, что обеспечивает защиту пользователей и обслуживающего персонала от поражения электрическим током при повреждении изоляции.
Таким образом использование устройства управления стабилизатором, содержащего микроконтроллер, как технический результат, позволяет повысить надежность работы за счет значительного уменьшения количества дискретных электронных элементов и обработки значительного числа аварийных ситуаций, также повышается точность измерений и объем отображаемой информации, снижается стоимость стабилизатора напряжения переменного тока.
Стабилизатор напряжения переменного тока позволяет осуществить:
- непрерывный контроль напряжения на входе и выходе;
- непрерывный контроль тока нагрузки;
- автоматическое отключение при аварии;
- непрерывный контроль исправности силовых элементов;
- цифровую индикацию режимов работы.