СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
AC VOLTAGE STABILISER

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах электропитания, в частности, в стабилизаторах переменного напряжения.
Известен стабилизатор переменного напряжения (см. патент РФ №2237270, G05F 1/30, Н02М 5/12), содержащий трансформатор, первичная обмотка которого через коммутирующий блок, содержащий коммутирующие элементы, подключена к выводам для подключения входного напряжения, а вторичная обмотка включена в цепь нагрузки. Параллельно первичной обмотке упомянутого трансформатора включен конденсатор, а параллельно коммутирующим элементам включены RC-цепи.
Недостатком известного стабилизатора являются большие потери мощности в RC-цепях, так как их параметры должны быть рассчитаны исходя из того, чтобы в переходных режимах не происходило насыщения трансформатора.
7
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является стабилизатор переменного напряжения (см. патент РФ №2158954, МПК G05F 1/30, Н02М 5/12), содержащий трансформатор, первичная обмотка которого через коммутирующий блок, содержащий коммутирующие элементы, подключена к выводам для подключения входного напряжения. Коммутирующий блок выполнен в виде двух замыкающих и двух размыкающих контактов. Первичная обмотка трансформатора подключена параллельно вторичной через размыкающие контакты, последовательно с которыми включены замыкающие контакты, одноименные выводы которых соединены между собой. Параллельно ограничительному резистору, включенному между нулевым проводом и замыкающими контактами, включен замыкающий контакт третьего промежуточного реле. Параллельно первичной обмотке упомянутого трансформатора включен конденсатор.
Недостатками данного устройства являются его сложность из-за большого числа коммутирующих элементов и низкая надежность, обусловленная большими коммутирующими токами и большой длительностью переходных процессов, вызванных глубоким насыщением трансформатора при параллельном включении его первичной и вторичной обмоток.
Техническим результатом изобретения являются повышение надежности и упрощение устройства.
Указанный результат достигается тем, что в стабилизаторе переменного напряжения, содержащем коммутирующий блок, состоящий из коммутирующих реле, токоограничительный резистор и трансформатор, параллельно первичной обмотке которого включен конденсатор, вторичная обмотка трансформатора включена в цепь нагрузки, первый вывод токоограничительного резистора подключен к нейтральному проводу электросети, коммутирующий блок выполнен в виде трех переключающих реле, нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты первого реле подключены к выводам вторичной обмотки трансформатора, а переключающий контакт соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора, к которой подключен нормально замкнутый контакт второго реле, переключающий контакт которого соединен со вторым выводом первичной обмотки трансформатора и с нормально разомкнутым контактом третьего реле, нормально разомкнутый контакт второго реле и переключающий контакт третьего реле подключены ко второму выводу токоограничительного резистора, нормально замкнутый контакт третьего реле присоединен к нейтральному проводу электросети.
За счет оригинальной схемы включения второго и третьего реле удалось с помощью всего лишь двух реле переводить трансформатор из режима трансформатора тока в режим трансформатора напряжения и обратно без разрыва тока первичной обмотки с включением токоограничивающего резистора на период насыщения трансформатора. Это существенно упрощает устройство и повышает его надежность.
Сущность изобретения поясняется структурной схемой стабилизатора, показанной на фиг.1.
Стабилизатор переменного напряжения (фиг.1), содержит коммутирующий блок 1, состоящий из коммутирующих реле, токоограничительный резистор 2 и трансформатор 3, параллельно первичной обмотке которого включен конденсатор 4, вторичная обмотка трансформатора 3 включена в цепь нагрузки, первый вывод токоограничительного резистора 2 подключен к нейтральному проводу электросети, коммутирующий блок 1 выполнен в виде трех переключающих реле, нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты первого реле 5 подключены к выводам вторичной обмотки трансформатора 3, а переключающий контакт соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора 3, к которой подключен нормально замкнутый контакт второго реле 6, переключающий контакт которого соединен со вторым выводом первичной обмотки трансформатора 3 и с нормально разомкнутым контактом третьего реле 7, нормально разомкнутый контакт второго реле 6 и переключающий контакт третьего реле 7 подключены ко второму выводу токоограничительного резистора 2, нормально замкнутый контакт третьего реле 7 присоединен к нейтральному проводу электросети.
Стабилизатор переменного напряжения работает следующим образом.
вx
вых
вx
В исходном состоянии положения контактов переключающих реле 5, 6 и 7 коммутирующего блока 1 такое, как изображено на фиг.1, и соответствует допустимому для нагрузки уровню напряжения на входе U стабилизатора. Выводы первичной обмотки трансформатора 3 через нормально замкнутый контакт второго реле 6 закорочены. При этом ЭДС и индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора 3 весьма малы, и напряжение на выходе U, практически равно напряжению на входе U стабилизатора.
вx
вых
вx
вx
вx
Если напряжение на входе U стабилизатора становится больше допустимого уровня, то коммутация контактов реле коммутирующего блока 1 осуществляется в следующей последовательности: нормально разомкнутый контакт третьего реле 7 замыкается, после чего замыкается нормально разомкнутый контакт второго реле 6, и затем контакты третьего реле 7 возвращаются в исходное состояние. Напряжение на выходе U стабилизатора становится равным разности напряжения на входе U и ЭДС вторичной обмотки трансформатора 3. В коротком промежутке времени, когда нормально разомкнутые контакты второго 6 и третьего 7 реле замкнуты, первичная обмотка трансформатора 3 подключается к напряжению на входе U через токоограничительный резистор 2. Резистор 2 ограничивает ток в первичной обмотке трансформатора 3 в режиме насыщения, вызванного переходом трансформатора 3 из режима трансформатора тока в режим трансформатора напряжения. Правильно выбранные номинал токоограничительного резистора 2 и моменты коммутации контактов реле позволяют получить незначительные токи насыщения трансформатора и быстрое затухание переходных процессов. Для предотвращения дуги при переключениях контактов реле параллельно первичной обмотке трансформатора 3 включен конденсатор 4. Если напряжение на входе U стабилизатора возвращается в исходное состояние, то коммутация контактов реле коммутирующего блока 1 осуществляется в следующей последовательности: нормально разомкнутый контакт третьего реле 7 замыкается, после чего контакты второго реле 6 и затем контакты третьего реле 7 возвращаются в исходные состояния.
вx
вx
вых
вх
Если напряжение на входе U стабилизатора становится меньше допустимого уровня, то нормально разомкнутые контакты первого реле 5 замыкаются, после чего коммутация контактов второго 6 и третьего 7 реле осуществляется в вышеизложенной последовательности, соответствующей случаю, когда напряжение на входе U стабилизатора становится больше допустимого уровня. После завершения коммутации напряжение на выходе U стабилизатора становится равным сумме напряжения на входе U и ЭДС вторичной обмотки трансформатора 3. Коммутация контактов первого реле 5 всегда осуществляется в бестоковом режиме, когда трансформатор 3 работает с короткозамкнутой первичной обмоткой, отключенной от нейтрального провода электросети. Безразрывное синхронизированное с фазой напряжения сети переключение первичной обмотки трансформатора 3 контактами второго и третьего реле позволяет избежать возникновение значительных перенапряжений и резко сократить длительность переходных процессов в трансформаторе, что существенно повышает надежность устройства.