СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ALTERNATING 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 №2187834, М.Кл.6: G05F 1/20), содержащий трансформатор с основной и дополнительными обмотками, начало основной обмотки является одним из входных и одновременно одним из выходных зажимов стабилизатора, электромагнитные реле с переключающимися контактами. При числе дополнительных обмоток, равном N, стабилизатор содержит (N+1) электромагнитное реле, основная и дополнительные обмотки соединены последовательно: к концу основной обмотки подключено начало первой дополнительной обмотки, к концу каждой k-ой дополнительной обмотки, где k=1, 2,…, N-1, подключено начало (k+1)-ой дополнительной обмотки и нормально замкнутый контакт k-ого реле. Переключающий контакт каждого k-го реле соединен с нормально разомкнутым контактом (k+1)-го реле, переключающий контакт N-го реле является вторым выходным зажимом стабилизатора.
Недостатком известного стабилизатора является низкая его надежность. При коммутации реле имеется определенный промежуток времени, когда нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты его одновременно находятся в разомкнутом состоянии. Это приводит к разрыву тока в коммутируемых обмотках, к нежелательным провалам напряжения на выходе стабилизатора, к образованию дуги между контактами реле, к плавлению и залипанию контактов.
7
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для ступенчатого регулирования переменного напряжения (см. патент РФ №2188496, МПК Н02М 5/12, G05F 1/30), обеспечивающее коммутацию отпаек обмоток трансформатора без разрыва тока нагрузки. Устройство включает входной и выходной выводы, первый трансформатор, имеющий основную обмотку, подключенную к входному выводу устройства, и секционированную обмотку понижения и/или повышения напряжения, отпайки которой подключены к соответствующим входам управляемых коммутаторов первой и второй группы коммутаторов, входы которых подключены к соответствующим отпайкам секционированной обмотки первого трансформатора, суммирующий делитель, первый и второй выходы которого подключены через первый и второй ключи соответственно к выходам управляемых коммутаторов первой и второй групп коммутаторов соответственно, и второй трансформатор, одна из обмоток которого включена между входным и выходным выводами устройства, а другая обмотка - к выходу суммирующего делителя.
Недостатками данного устройства являются его сложность, низкие надежность и к.п.д., большие массогабаритные показатели. Это обусловлено тем, что устройство содержит большое число коммутаторов: в два раза превышающее число отпаек секционированной обмотки первого трансформатора, второй силовой трансформатор и суммирующий делитель, через которые протекает полный ток нагрузки.
Техническим результатом изобретения является упрощение устройства, повышение его надежности и к.п.д., снижение массогабаритных показателей.
Указанный результат достигается тем, что в стабилизатор переменного напряжения, включающий два входных и два выходных вывода, трансформатор, содержащий последовательно соединенные основную обмотку, начало которой является первым входным и первым выходным выводами стабилизатора, и секционированную обмотку понижения и/или повышения напряжения, отпайки которой подключены к соответствующим входам первой и второй группы коммутаторов, коммутаторы первой группы содержат переключающий, нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты, введено токоограничивающее сопротивление, а коммутаторы второй группы выполнены с нормально разомкнутыми контактами, конец основной обмотки является вторым выходным выводом стабилизатора, к отпайкам с нечетными номерами подключены соответствующие входы коммутаторов второй группы, выходы которых через токоограничивающее сопротивление соединены со вторым входным выводом стабилизатора, к концу основной обмотки подключен нормально замкнутый контакт первого коммутатора первой группы, в которой к каждой последующей k-ой, где k=1,2,3,…,N, отпайке подключен нормально разомкнутый контакт k-го коммутатора, переключающий контакт (k-1)-го коммутатора соединен с нормально замкнутым контактом k-го коммутатора, переключающий контакт N-го коммутатора подключен ко второму входному выводу стабилизатора.
Коммутаторы второй группы включаются только на время, необходимое для коммутации коммутаторов первой группы, при этом токоограничивающее сопротивление препятствует образованию короткозамкнутого контура коммутируемой секции. Так как один коммутатор второй группы участвует в коммутации двух коммутаторов первой группы, то число коммутаторов во второй группе требуется в два раза меньше, чем в первой. Это упрощает устройство и повышает его надежность, снижает массогабаритные показатели. Потери электроэнергии в токоограничивающем сопротивлении возникают только в моменты коммутации. Так как коммутация осуществляется за короткий промежуток времени, то эти потери незначительны, и устройство имеет высокий к.п.д.
Сущность изобретения поясняется структурной схемой стабилизатора, показанной на чертеже.
Стабилизатор переменного напряжения (см. чертеж) включает два входных 1, 2 и два выходных 3, 4 вывода, трансформатор 5, содержащий последовательно соединенные основную обмотку 6, начало которой является первым входным 1 и первым выходным 3 выводами стабилизатора, и секционированную обмотку 7.1, 7.2,…, 7.N понижения и/или повышения напряжения, отпайки 8.1, 8.2,…, 8.N секционированной обмотки подключены к соответствующим входам первой 9 и второй 10 группы коммутаторов, коммутаторы первой группы 9, выполненные на основе реле 11.1, 11.2,…,.11.N, содержащих переключающий, нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты, токоограничивающее сопротивление 12, коммутаторы второй группы 10, выполненные на основе реле 13.1, 13.2,…, 13. N/2 с нормально разомкнутыми контактами, конец основной обмотки 6 является вторым выходным выводом 4 стабилизатора, к отпайкам 8.1, 8.3,… с нечетными номерами подключены соответствующие входы коммутаторов второй группы 10, выходы которых через токоограничивающее сопротивление 12 соединены со вторым входным выводом 2 стабилизатора, к концу основной обмотки 6 подключен нормально замкнутый контакт первого коммутатора 11.1 первой группы 9, в которой к каждой отпайке 8.k-ой, где k=1, 2, 3,…, N, подключен нормально разомкнутый контакт 11.k-го коммутатора, переключающий контакт 11.(k-1)-го коммутатора соединен с нормально замкнутым контактом 11. k-го коммутатора, переключающий контакт 11.N-го коммутатора подключен ко второму входному выводу 2 стабилизатора.
Стабилизатор переменного напряжения работает следующим образом. При изменении напряжения на входных зажимах 1 и 2 стабилизатора напряжение на его выходных зажимах 3, 4 за счет изменения коэффициента трансформации путем переключения отпаек 8.1, 8.2,…, 8.N поддерживается в заданных пределах. Переключения осуществляются с помощью коммутаторов первой группы 9. Коммутаторы второй группы 10 обеспечивают переключения отпаек 8.1, 8.2,…, 8.N без разрыва тока трансформатора 5. Токоограничивающее сопротивление 12 препятствует образованию короткозамкнутого контура коммутируемых секций 7.1, 7.2,…, 7.N.
Например, при коммутации реле 11.1 предварительно осуществляется замыкание контактов реле 13.1. Величина тока, протекающего под действием э.д.с. секции 7.1 в образовавшемся замкнутом контуре, включающем элементы: нормально замкнутые контакты реле 11.1, 11.2,…, 11.N первой группы коммутаторов 9, замкнутые контакты реле 13.1, сопротивление 12, ограничивается последним. После замыкания контактов реле 13.1 замыкаются нормально разомкнутые контакты реле 11.1. В момент коммутации реле 11.1, когда одновременно нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты его находятся в разомкнутом состоянии, входное напряжение прикладывается к основной обмотке 6 и секции 7.1 трансформатора 5 через токоограничивающее сопротивление 12 и нормально замкнутые контакты реле 13.1. Таким образом, ток через трансформатор 5, когда одновременно нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты реле 11.1 находятся в разомкнутом состоянии, не прерывается. При замыкании нормально разомкнутых контактов реле 11.1 ими и нормально замкнутыми контактами остальных реле 11.2, 11.3,…, 11.N первой группы 9 шунтируются токоограничивающее сопротивление 12 и контакты реле 13.1. После чего контакты реле 13.1 размыкаются.
Аналогично осуществляется коммутация реле 11.2. Перед коммутацией его замыкаются контакты реле 13.1. Если при этом контакты реле 11.1 находились в исходном состоянии, то величина тока, протекающего под действием э.д.с. секции 7.1, как было показано выше, ограничивается сопротивлением 12. Если нормально разомкнутые контакты реле 11.1 находились в замкнутом состоянии, то они и нормально замкнутые контакты остальных реле 11.2, 11.3,…11.N первой группы 9 будут шунтировать контакты реле 13.1 и токоограничивающее сопротивление 12. При коммутации реле 11.2 входное напряжение прикладывается к основной обмотке 6 и секции 7.1 трансформатора 5 через токоограничивающее сопротивление 12 и нормально замкнутые контакты реле 13.1. При замыкании нормально разомкнутых контактов реле 11.2 величина тока, протекающего под действием э.д.с. секции 7.2 в образовавшемся замкнутом контуре, включающем элементы: замкнутые нормально разомкнутые контакты реле 11.2, нормально замкнутые контакты реле 11.3,…, 11.N, сопротивление 12, ограничивается последним. После замыкания нормально разомкнутых контактов реле 11.2 контакты реле 13.1 размыкаются. В данном стабилизаторе одно реле второй группы коммутаторов 10 обеспечивает коммутацию двух реле первой группы коммутаторов 9 без разрыва тока трансформатора 5. Аналогично происходит коммутация других отпаек трансформатора 5.
Таким образом, данный стабилизатор более прост в реализации, имеет повышенную надежность, отличается высоким к.п.д. и сниженными массогабаритными показателями, так как содержит меньшее число силовых элементов, в том числе коммутаторов второй группы. При этом используются более простые коммутаторы, содержащие всего лишь одну группу контактов: нормально разомкнутых.