Корректор трехфазного переменного напряжения
THREE-PHASE ALTERNATING VOLTAGE CORRECTOR

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания общепромышленных установок и других потребителей электроэнергии с напряжением питания 380/220В. Известен регулятор напряжения, содержащий входные и выходные клеммы, датчик напряжения, трансформатор, первичная обмотка которого включена в первую диагональ мостовой схемы из четырех управляемых ключей, вторичная обмотка трансформатора включена последовательно в цепь нагрузки и параллельно ей включен управляемый ключ. Управление управляющими ключами осуществляет трехпозиционный компаратор через первый и второй элементы задержки (RU, патент № 2346318, МПК Н02М 5/12, G05F 1/30, опубл. 2009 г.).
Недостатком известного регулятора является его низкая надежность из-за возможного выхода из строя управляемых ключей, когда первичная обмотка трансформатора будет разомкнута.
Известен многоступенчатый стабилизатор переменного напряжения, содержащий трансформатор, коммутирующий блок, содержащий коммутирующие элементы, первое и второе коммутирующее реле, при этом коммутирующий блок выполнен в виде размыкающего и замыкающего контактов, шунтированных RC-цепями, параллельно первичной обмотке трансформатора включен конденсатор, замыкающий контакт подключен одним выводом к точке соединения размыкающего контакта и первичной обмотки трансформатора, другим выводом к нулевому проводу, устройство сравнения и управления (RU, патент №2237270, МПК Н02М 5/12, G05F 1/30, опубл. 2004 г.).
Недостатком известного стабилизатора являются большие массогабаритные показатели за счет использования емкостей и RC - цепей.
Известен стабилизатор переменного напряжения, принятый за прототип, содержащий трансформатор и коммутирующий блок, ограничительный резистор, зашунтированный замыкающим контактом промежуточного элемента, параллельно первичной обмотке трансформатора включен конденсатор, устройство сравнения и управления, выполненного в виде двух одинаковых схем контроля и управления, выходы которых подключены к вспомогательному источнику питания, вход которого подключен к фазному и нулевому проводам. (RU, патент № 2158954, МПК Н02М 5/12, G05F 1/30, опубл. 2000 г.).
Недостатками известного стабилизатора являются большие массогабаритные показатели, отсутствие защиты от внутренних коротких замыканий.
Техническим результатом изобретения является уменьшение массогабаритных показателей и защита от внутренних коротких замыканий.
Указанный технический результат достигается тем, что корректор трехфазного переменного напряжения содержащий три идентичных корректора фазы, балластный резистор, шунтированный замкнутым контактом общего контактора, систему управления, при этом каждый из корректоров фаз содержит измерительный трансформатор с первичной, вторичной и дополнительной обмотками, первичная обмотка которого подключена к соответствующему фазному напряжению и является первым входом корректора фазы, а вторичная обмотка подключена к системе управления, силовой трансформатор с первичной и вторичной обмотками, вход и выход вторичной обмотки соответственно подключены к фазному напряжению и к нагрузке и являются вторым входом и первым выходом корректора фазы, а первичная обмотка включена в диагональ, образованную последовательно соединенными замкнутым и разомкнутым контактами соответственно первого и второго контакторов, при этом замкнутые контакты соответственно подключены к входу и выходу вторичной обмотке силового трансформатора, а разомкнутые контакты объединены, образуют второй выход корректора фазы и подключены к балластному резистору, а система управления управляет общим, первыми и вторыми контакторами, отличающийся тем, что дополнительно введен автоматический выключатель, первый полюс которого подключает вход первичной обмотки одного из измерительных трансформаторов к фазному напряжению, при этом его дополнительная обмотка подключена к системе управления, а второй полюс подключает нейтраль трехфазного напряжения к системе управления, к выходам первичных обмоток измерительных трансформаторов, являющихся третьим выходом корректора фазы, к балластному резистору, общему для всех корректоров фаз, в каждый из которых введены варисторы, подключенные соответственно параллельно первичным обмоткам силовых трансформаторов.
На чертеже представлена блок-схема корректора трехфазного переменного напряжения.
Корректор трехфазного переменного напряжения содержит три идентичных корректора фаз 1.1, 1.2, 1.3, балластный резистор 2, шунтированный замкнутым контактом 3.1 общего контактора 3, систему управления 4.
Корректор фазы 1.1 содержит измерительный трансформатор 5.1 с первичной 5.1.1, вторичной 5.1.2 и дополнительной 5.1.3 обмотками, вход первичной обмотки 5.1.1 подключен к соответствующему фазному напряжению и является первым входом Вх. 1.1, а вторичная обмотка 5.1.2 и дополнительная обмотка 5.1.3 подключены к системе управления 4, силовой трансформатор 6.1 с первичной 6.1.1 и вторичной 6.1.2 обмотками, вход и выход вторичной обмотки 6.1.2 соответственно подключены к фазному напряжению и к нагрузке и являются вторым входом Вх. 2.1 и первым выходом Вых. 1.1 корректора фазы 1.1, а первичная обмотка 6.1.1 включена в диагональ, образованную последовательно соединенными контактами 7.1.1, 7.1.2 и 8.1.1, 8.1.2 соответственно первого 7.1 и второго 8.1 контакторов, при этом замкнутые контакты 7.1.1, 8.1.1 соответственно подключены к входу и выходу вторичной обмотке силового трансформатора 6.1, а разомкнутые контакты 7.1.2, 8.1.2 объединены, образуют второй выход Вых. 2.1 корректора фазы 1.1 и подключены к балластному резистору 2. Третий выход Вых. 3.1 корректора фазы 1.1 образует выход первичной 5.1.1 обмотки измерительного трансформатора 5.1.
Система управления 4 управляет соответственно общим 3, первым 7.1 и вторым 8.1 контакторами.
Автоматический выключатель 9, первым полюсом 9.1 подключает вход Вх. 1.1 первого корректора фазы 1.1 к фазному напряжению А, а вторым полюсом 9.2 подключает нейтраль N трехфазного напряжения к системе управления 4, к выходам Вых. 3.1, Вых. 3.2, Вых. 3.3 корректоров фаз 1.1, 1.2, 1,3 и к балластному резистору 2. Варистор 10.1 шунтирует первичную 6.1.1 обмотку силового трансформатора 6.1.
Измерительный трансформатор 5.1 предназначен для измерения входного фазного напряжения. Кроме этого дополнительная обмотка 5.1.3 измерительного трансформатора 5.1 используется для формирования питания системы управления 4. Дополнительные обмотки измерительных трансформаторов (на чертеже не показаны) в корректорах фаз 1.2, 1.3 не используются. Вход Вх. 1.1 корректора фазы 1.1 подключается к фазе А через полюс 9.1 автоматического выключателя 9, что позволяет защитить корректор напряжения от внутренних коротких замыканий. Входы Вх. 1.2, Вх. 2.2 и Вх. 1.3, Вх. 2.3 в корректорах фаз 1.2 и 1.3 объединены и подключаются напрямую соответственно к фазам В и С. Подключение выходов Вых. 1.2, Вых. 2.2, Вых. 3.2 и Вых. 1.3, Вых. 2.3, Вых. 3.3 корректоров фаз 1.2 и 1.3 идентично подключению соответствующих выходов корректора фазы 1.1.
Система управления 4 управляет режимами работы каждого из корректоров фаз 1.1, 1.2, 1.3 по сигналам с измерительных трансформаторов. При одновременном переходе в другой режим работы двух или трех корректоров фаз 1.1, 1.2, 1.3, система управления 4 определяет порядок их включения и на время перекоммутации контактов 7.1.1, 7.1.2 (8.1.1, 8.1.2) кратковременно включает общий контактор 3. Первый (второй) контактор 7.1 (8.1) представляет собой контактор переменного напряжения с двумя независимыми контактами: одним нормально замкнутым 7.1.1 (8.1.1) и одним нормально разомкнутым 7.1.2 (8.1.2).
Трехфазный корректор переменного напряжения осуществляет независимую корректировку выходного напряжения для каждой фазы.
Корректор фазы 1.1 работает следующим образом.
Корректор фазы 1.1 работает в трех режимах: «Транзит», «Повышение», «Понижение».
В режиме «Транзит» первый и второй контакторы 7.1 и 8.1 отключены и своими нормально замкнутыми контактами 7.1.1 и 8.1.1 подключают первичную обмотку 6.1.1 силового трансформатора 6.1 параллельно его вторичной обмотке 6.1.2, при этом выходное напряжение (A1,N1) повторяет входное напряжение (A,N).
В режиме «Понижение», когда напряжение с измерительного трансформатора 5.1 превышает максимальное пороговое значение входного напряжения, система управления 4 включает первый контактор 7.1, при этом отключается контакт 7.1.1 и включается контакт
7.1.2. Начало первичной обмотки 6.1.1 силового трансформатора 6.1 через нормально замкнутый контакт 8.1.1 соединено с концом его вторичной обмотки 6.1.2, а конец первичной обмотки 6.1.1 через включенный контакт 7.1.2 и нормально замкнутый контакт 3.1 общего контактора 3 подключается к нулевому входу (N) входного напряжения через полюс 9.2 включенного автоматического выключателя 9. При таком включении обмоток силового трансформатора 6.1 результирующее напряжение на выходе корректора фазы 1.1 равно разности напряжений, приложенных к первичной 6.1.1 и вторичной 6.1.2 обмоткам силового трансформатора 6.1. Величина понижения выходного напряжения корректора фазы 1.1 определяется коэффициентом трансформации силового трансформатора 6.1. Для обратного перехода из режима «Понижение» в режим «Транзит» система управления 4 выключает первый контактор 7.1.
В режиме «Повышение», когда напряжение с измерительного трансформатора 5.1 ниже минимального порогового значения входного напряжения, система управления 4 включает второй контактор 8.1, при этом отключается контакт 8.1.1 и включается контакт 8.1.2. Конец первичной обмотки 6.1.1 силового трансформатора 6.1 через контакт 7.1.1 останется соединенным с входом вторичной обмотки 6.1.2, а начало первичной обмотки 6.1.1 через включенный контакт 8.1.2 и нормально замкнутый контакт 3.1 общего контактора 3 подключается к нулевому входу (N) входного напряжения. При согласном включении обмоток силового трансформатора 6.1 результирующее напряжение на выходе корректора фазы 1.1 равно сумме напряжений, приложенных к первичной 6.1.1 и вторичной 6.1.2 обмоткам силового трансформатора 6.1. Для обратного перехода из режима «Повышение» в режим «Транзит» система управления 4 выключает второй контактор 8.1.
Из-за разброса времени включения/выключения контактов 7.1.1, 7.1.2, 8.1.1, 8.1.2 первого и второго контакторов 7.1, 8.1 при переходе из режима «Транзит» в режим «Понижение» («Повышение») контакт 7.1.1 (8.1.1) может отключиться, а контакт 7.1.2 (8.1.2) еще не включится. Происходит разрыв цепи протекания тока в первичной 6.1.1 обмотке силового трансформатора 6.1 и в ней наводится высокое напряжение, величина которого ограничивается варистором 10.1. Перед включением/выключением контактора 7.1 (8.1) система управления 4 кратковременно на время перекоммутации включает общий контактор 3, нормально замкнутый контакт 3.1 которого размыкается и в цепь первичной обмотки 6.1.1 силового трансформатора 6.1 включается балластный резистор 2, который предотвращает образование электрической дуги в контактах 7.1.1, 7.1.2 (8.1.1, 8.1.2). При переходе в режим «Транзит» из режима «Понижение» («Повышение»), когда система управления 4 выключает контактор 7.1 (8.1), может возникнуть нештатная ситуация при которой контакт 7.1.2 (8.1.2) замкнется, а контакт 7.1.1 (8.1.1) еще останется замкнутым. Через контакты 7.1.1 (8.1.1), 7.1.2 (8.1.2) потечет сквозной ток, величина которого будет ограничена балластным резистором 2, так как контакт 3.1 общего контактора 3 будет разомкнут на время перекоммутации.
При коротком замыкании в измерительном трансформаторе 5.1, в первичной обмотке 6.1.1 силового трансформатора 6.1 или в первом 7.1 и втором контакторах 8.1, отключится автоматический выключатель 9, первый полюс 9.1 которого обесточит систему управления 4, а второй полюс 9.2 отключит нейтраль N от первичных обмоток измерительного и силового трансформаторов 5.1 и 6.1.
Применение варисторов снижает массогабаритные размеры всего устройства. Варистор 10.1 ограничивает выброс напряжения на первичной обмотке 6.1.1 силового трансформатора 6.1, что позволяет исключить из корректора фазы габаритную емкость, шунтирующую первичную 6.1.1 обмотку силового трансформатора 6.1 и RC - цепи для защиты контактов общего 3, первого 7.1 и второго 8.1 контакторов (см. прототип и аналоги).
Использование одного балластного резистора 2 и одного общего контактора 3 на три корректора фаз 1.1, 1.2, 1.3 также снижает массогабаритные размеры всего устройства.
Использование дополнительной обмотки 5.1.3 измерительного трансформатора 5.1 позволяет формировать напряжение питания системы управления 4 без использования дополнительного трансформатора питания.
Заявленный технический результат достигается за счет использования варисторов, автоматического выключателя 9, балластного резистора 2, общего контактора 3 и дополнительной обмотки 5.1.3 измерительного трансформатора 5.1.