СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
AC NETWORK VOLTAGE STABILIZER

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для стабилизации напряжения питания радиоэлектронной аппаратуры, питающейся от сети с большим диапазоном изменения напряжения и с нестабильным напряжением электросети.
Из уровня техники известны различные стабилизаторы напряжения сети переменного тока (см. патенты RU 2364915 C1, RU 2216032 C1, RU 2490691 C1).
Известные схемы построения стабилизаторов переменного напряжения имеют в своем составе регулирующий автотрансформатор с отводами и коммутационные элементы, подключающие отводы трансформатора в соответствии с заданным алгоритмом.
В соответствии с типом коммутационных элементов стабилизаторы переменного напряжения подразделяются на две основные группы: тиристорные и релейные.
Каждый тип коммутационного элемента имеет свои преимущества и недостатки. Коммутация при помощи реле дает высокий КПД, низкий нагрев коммутационного элемента, отсутствие радиаторов охлаждения коммутационных элементов, очень простую и экономичную конструкцию, малые габариты, широкий диапазон стабилизации входного напряжения. Недостатками релейных стабилизаторов являются низкая точность, низкое быстродействие и низкий ресурс коммутационного элемента - электромагнитного реле. И если два первых недостатка не влияют на срок службы стабилизатора, то низкий коммутационный ресурс реле не позволяет релейным стабилизаторам работать без повреждений длительное время на больших токах коммутации и частых переключениях реле.
У электромагнитного реле есть три причины износа: 1) механический износ, 2) износ контактов в установившемся режиме, 3) износ контактов при переключении. Первых две причины мало влияют на долговечность реле и слабо зависят от коммутирующего тока. Третья причина является основной причиной повреждения электромагнитных реле при частой коммутации больших токов, приближающихся к максимальным. Таким образом, снижение электрического износа контактов реле при переключении является определяющим для увеличения ресурса работы стабилизатора. Изобретение ставит своей задачей создание такого стабилизатора переменного напряжения, в котором путем защиты контактов реле во время переключения резко увеличился бы срок службы и повысилась бы надежность стабилизатора.
Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в повышении надежности стабилизатора за счет исключения образования электрической дуги, точечного спекания в начальном процессе коммутации и иных повреждающих факторов, разрушающих контакты реле при переключении под нагрузкой.
На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема устройства.
Технический результат достигается за счет того, что стабилизатор напряжения сети переменного тока содержит автотрансформатор с несколькими обмотками, блок управления, осуществляющий контроль входного напряжения 1 и цепи управления коммутацией ключей 6, а также выходы, управляющие входами соответствующих коммутирующих элементов для обеспечения обходного пути протекания тока в нагрузку в период коммутации ключей 6, содержащие выходное реле 2, электронный ключ 4, шунтирующий выходное реле 2, и электронный ключ 5, включающий обходной путь протекания тока в нагрузку через низкоомные резисторы 3, при этом входные отводы обмоток автотрансформатора через соответствующие коммутирующие реле и входные отводы обходного пути протекания тока в нагрузку подключены к входным выводам, а выходные отводы соответственно к выходным выводам.
Стабилизатор переменного напряжения, содержащий автотрансформатор и коммутационные ключи, подключен к нейтрали, своим входом подключается к входным клеммам стабилизатора, а выходом к входу реле 2 и входу электронного ключа 4, в свою очередь выход реле 2 соединен с выходом стабилизатора, также к выходу стабилизатора подключается выход электронного ключа 4 и выход электронного ключа 5. Вход электронного ключа 5 подключен к выходу обходного резистора 3, а вход обходного резистора 3 подключен к входу стабилизатора.
В результате чего основные коммутационные реле переключаются без тока, на контактах при этом не происходит образования электрической дуги, точечного спекания в начальном процессе коммутации и иных повреждающих факторов, разрушающих контакты реле при переключении под нагрузкой.
Автотрансформатор с отводами и подключенными к ним электромагнитными реле 6 управляется блоком управления в соответствии со значением входного напряжения. В зависимости от уровня входного напряжения подключаются те или иные отводы для получения на выходе стабильного напряжения с заданной точностью.
Перед переключением ключей входное напряжение через входную клемму приходит на стабилизатор, с него через замкнутые контакты реле 2 на выходную клемму стабилизатора и далее в нагрузку потребителя.
При изменении входного напряжения для поддержания выходного напряжения в заданных пределах требуется произвести переключение коммутационных ключей 6. Каждый процесс переключения ключей происходит следующим образом.
Сначала срабатывает электронный ключ 4, шунтирующий выходное реле 2. Затем включается электронный ключ 5 и создает обходной путь протекания тока в нагрузку через низкоомные резисторы 3. После этого отключается реле 2. Так как контакты реле 2 зашунтированы электронным ключом 4, повреждения контактов реле не происходит. Затем отключается электронный ключ 4. Весь ток в нагрузку протекает через обходной путь низкоомный резистор 3 и открытый электронный ключ 5. Автотрансформатор с отводами и коммутационные реле, подключенные к отводам, оказываются обесточенными. Следующим этапом происходит переключение коммутационных реле, подключенных к отводам автотрансформатора, в соответствии со входным напряжением для получения на нагрузке выходного напряжения, не выходящего за расчетные пределы.
После того, как вся коммутация на отводах автотрансформатора завершилась, происходит окончание процесса стабилизации и возврат всех элементов стабилизатора в основное рабочее состояние. Включается электронный ключ 4. Затем отключается электронный ключ 5 и отключает обходной путь протекания тока в нагрузку через низкоомный резистор 3. Включается выходное реле 2. После окончания коммутационных процессов в выходном реле 2 отключается электронный ключ 4. Процесс переключения для стабилизации выходного напряжения завершен.
При изменении входного напряжения свыше заданных пределов точности стабилизатора процесс переключения для стабилизации повторяется.
Достоинства изобретения
Непрерывная подача электроэнергии в нагрузку. В обычных релейных стабилизаторах на время коммутации контакты реле разорваны и электроэнергия не подается. Защита всех контактов электромагнитных реле электронными ключами на момент коммутации и устранение повреждений контактов, вызванных протеканием электрического тока в процессе коммутации. Работа электронных ключей в кратковременном режиме только на время процесса переключения для стабилизации, что исключает их перегрев и потребность в большом и массивном радиаторе. Использование достаточно малогабаритных и малопотребляющих реле, так как реле не переключаются под током и не требуют массивных контактов и мощной электромеханической системы. Большая долговечность системы, ограниченная механическим ресурсом коммутационных реле, который значительно превышает ресурс количества коммутаций под током.