СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относиться к стабилизаторам переменного напряжения, в частности к релейным стабилизаторам напряжения, предназначенным для поддержания стабильного напряжения питания нагрузок бытового и промышленного назначения при отключениях сетевого напряжения в широких пределах по назначению и длительности.
Известен стабилизатор переменного напряжения с дискретным регулированием для осуществления способа управления электромагнитными реле стабилизатора переменного напряжения (RU 2246746 C1, G05F 1/14, 10.10.2004). Указанный стабилизатор переменного напряжения с дискретным регулированием выходного напряжения посредством коммутации выводов обмоток регулировочного трансформатора, содержит входные выводы для подсоединения к источнику нестабилизированного напряжения; выходные выводы стабилизированного напряжения для подсоединения нагрузки; регулировочный трансформатор с дискретно изменяемым коэффициентом трансформации путем коммутации обмоток, которые имеют выводы для их коммутации; электромагнитные реле, предназначенные для электромеханической коммутации выводов упомянутых обмоток трансформатора, и управляемые средства коммутации цепей питания обмоток этих реле, к выходам которых подсоединены обмотки реле; средство контроля входного напряжения Uin; средство контроля потребляемого тока IL; микропроцессорное средство управления средствами коммутации цепей питания обмоток реле, соединенное входами с выходами упомянутых средств контроля напряжения Uin и тока IL, а выходами соединенное со входами упомянутых средств коммутации цепей питания обмоток этих реле, микропроцессорное средство управления коммутацией питания обмоток реле содержит схемы: аналого-цифровых преобразователей для преобразования сигналов, пропорциональных току IL и напряжению Uin; выборки и хранения текущих значений тока IL и входного напряжения U in; определения действующего значения тока IRMS; определения моментов перехода через ноль входного напряжения Uin и потребляемого тока IL; расчета ожидаемых моментов перехода входного напряжения Uin и тока IL через ноль; и, кроме того, включает в себя также схемы, осуществляющие выбор для управления коммутацией питания обмоток реле одного из двух входных сигналов: от средства контроля потребляемого тока - при токе нагрузки IRMS большем, чем пороговый ток I0, т.е. при IRMS>I0; от средства контроля входного напряжения - при токе нагрузки IRMS меньшем, чем пороговый ток I0, т.е. при IRMS<I0; и, кроме того, упомянутое микропроцессорное средство управления содержит схемы расчета момента начала коммутации цепей питания обмотки соответствующего реле с определенным опережением, заданным в соответствии с временем задержки коммутации коммутирующими контактами реле после коммутации цепей питания обмотки реле, с целью обеспечения коммутации выводов обмоток регулировочного трансформатора контактами реле в моменты ожидаемого времени перехода через ноль выбранного сигнала: при IRMS>I0 - тока IL, а при IRMS<I0 - напряжения Uin.
Недостатком стабилизатора переменного напряжения с дискретным регулированием для осуществления способа управления электромагнитными реле стабилизатора переменного напряжения является большая потеря энергии за счет использование двух коммутируемых обмоток трансформатора и наличия электромагнитных реле, которые являются реле только входного напряжения, так же недостатком является отсутствие информации о выходном напряжении и отсутствие защиты по выходному напряжению и по току нагрузки.
in
L
in
L
L
in
L
in
rms
in
L
in
L
rms
0
rms
0
rms
0
rms
0
L
in
0
mах
max
mах
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является стабилизатор переменного напряжения с дискретным регулированием (RU 31073 U1, Н02М 5/00, 10.07.2003) посредством коммутации выводов обмоток трансформатора, содержащий входные выводы для подсоединения к источнику нестабилизированного напряжения, выходные выводы стабилизированного напряжения для подсоединения нагрузки, регулирующий трансформатор, обмотки которого имеют выводы для их коммутации, электромагнитные реле, предназначенные для коммутации выводов обмоток трансформатора, и управляемые средства коммутации цепей питания обмоток этих реле, к выходам которых подсоединены обмотки реле, средство контроля входного напряжения u, средство контроля потребляемого тока i с резистивным датчиком тока; микропроцессорное устройство управления средствами коммутации цепей питания обмоток реле, соединенное входами с выходами упомянутых средств контроля напряжения u и тока i, а выходами соединенное со входами упомянутых средств коммутации цепей питания обмоток этих реле, при этом микропроцессорная схема управления коммутацией питания обмоток реле содержит схемы: аналого-цифровых преобразователей для преобразования сигналов, пропорциональных току i и напряжению u, выборки и хранения текущих значений тока i и входного напряжения u, определения действующего значения тока i, определения моментов перехода через ноль входного напряжения u и потребляемого тока i, расчета ожидаемых моментов перехода входного напряжения u и тока l через ноль, и, кроме того, включает в себя также схемы, осуществляющие выбор одного из двух входных сигналов от средства контроля потребляемого тока - при токе l большем, чем пороговый ток l, т.е. при l>l, от средства контроля входного напряжения - при токе i, не превышающем пороговый ток l, т.е. при l>l, и расчет момента начала коммутации цепей питания обмотки соответствующего реле с опережением, зависящим от времени задержки коммутации соответствующих контактов реле после коммутации питания обмотки этого реле, с целью обеспечения коммутации выводов обмоток трансформатора контактами реле в моменты ожидаемого времени перехода через ноль выбранного сигнала - тока l или напряжения u, причем величина l выбирается в диапазоне от 0,05l до 0,15l, где l - наибольшее значение входного тока при номинальной нагрузке и минимальном входном напряжении.
Недостатком стабилизатора переменного напряжения с дискретным регулированием так же является большая потеря энергии за счет использование двух коммутируемых обмоток трансформатора и наличия электромагнитных реле, которые являются реле только входного напряжения, так же недостатком является отсутствие информации о выходном напряжении и отсутствие защиты по выходному напряжению и по току нагрузки.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении стабильности работы стабилизатора переменного напряжения в широком диапазоне входных напряжений за счет подключенных к одной коммутируемой обмотке трансформатора электромагнитных реле и разделения их на реле входного напряжения и реле выходного напряжения, за счет обеспечения защиты по выходному напряжению для чего в стабилизатор переменного напряжения ведены средство контроля выходного напряжения, реле включения/отключения нагрузки и блок питания, подключенный к дополнительной обмотке трансформатора, для исключения воздействия тока нагрузки на цепь питания стабилизатора.
Указанный технический результат достигается тем, что в стабилизатор переменного напряжения с дискретным регулированием посредством коммутации выводов обмотки трансформатора, который содержит входные выводы для подсоединения к источнику нестабилизированного напряжения, выходные выводы стабилизированного напряжения для подсоединения нагрузки, трансформатор, одна обмотка которого имеет выводы для коммутации, электромагнитные реле и управляемые средства коммутации, к выходам которых подсоединены реле средство контроля входного напряжения, средство контроля потребляемого тока, микроконтроллер, соединенный входами с выходами средств контроля напряжения и тока, а выходами соединенный со входами упомянутых средств коммутации электромагнитных реле, согласно полезной модели введены средство контроля выходного напряжения, реле включения/отключения нагрузки, подключенные к микроконтроллеру, блок питания, подключенный к дополнительной обмотке трансформатора, при этом электромагнитные реле разделены на реле входного напряжения и реле выходного напряжения, подключенные к выводам коммутируемой обмотки трансформатора и микроконтроллеру, реле включения/отключения нагрузки установлено на выходном выводе стабилизированного напряжения для подсоединения нагрузки и связано с выводами реле выходного напряжения через цепь стабилизированного напряжения, первый вывод средства контроля выходного напряжения подключен к цепи стабилизированного напряжения после выводов реле выходного напряжения, а второй вывод подключен к нейтральному проводу.
При этом средство контроля потребляемого тока подключено к нейтральному проводу через вторичную обмотку трансформатора тока, а к блоку питания, подключенному к дополнительной обмотке трансформатора, подключены все энергопотребляющие элементы цепи стабилизатора переменного напряжения.
Стабилизаторы переменного напряжения обеспечивают регулирование выходного напряжения с высокой точностью его поддержания.
На чертеже 1 представлена функциональная схема стабилизатора переменного напряжения.
Стабилизатор переменного напряжения с дискретным регулированием посредством коммутации выводов обмотки трансформатора 1 содержит входные выводы 2, 3 для подсоединения к источнику нестабилизированного напряжения, выходные выводы 4, 5 стабилизированного напряжения для подсоединения нагрузки, трансформатор 1, одна обмотка 6 которого имеет выводы для коммутации, электромагнитные реле 7, 8 и управляемые средства коммутации, к выходам которых подсоединены реле 7, 8, средство 9 контроля входного напряжения, средство 10 контроля потребляемого тока микроконтроллер 11, соединенный входами с выходами средств 9 и 10 контроля напряжения и тока, а выходами соединенный со входами упомянутых средств коммутации электромагнитных реле 7, 8, средство 12 контроля выходного напряжения и реле 13 включения/отключения нагрузки, подключенные к микроконтроллеру 11, и блок питания 14, подключенный к дополнительной обмотке 15 трансформатора 1. Электромагнитные реле 7, 8 разделены на реле 7 входного напряжения, реле 8 выходного напряжения и подключены к выводам коммутируемой обмотки 6 трансформатора 1 и микроконтроллеру 11. Реле 13 включения/отключения нагрузки установлено на выходном выводе 4 стабилизированного напряжения для подсоединения нагрузки и связано с выводами реле 8 выходного напряжения через цепь S стабилизированного напряжения, первый вывод средства 12 контроля выходного напряжения подключен к цепи S стабилизированного напряжения после выводов реле 8 выходного напряжения, а второй вывод подключен к нейтральному проводу N.
Средство 10 контроля потребляемого тока подключено к нейтральному проводу N через вторичную обмотку трансформатора тока 14, а к блоку питания 14, подключенному к дополнительной обмотке 15 трансформатора 1, подключены все энергопотребляющие элементы цепи стабилизатора переменного напряжения.
Устройство работает следующим образом:
Для подключения стабилизатора переменного напряжения к источнику нестабилизированной цепи на задней панели корпуса стабилизатора переменного напряжения (корпус стабилизатора переменного напряжения на чертеже не показан) расположены сетевой шнур или клеммные зажимы, которые устанавливаются в зависимости от максимального входного тока, на который рассчитан стабилизатор переменного напряжения. Сетевой шнур или клеммные зажимы внутри конструкции стабилизатора переменного напряжения подключены к входным выводам 2, 3, для подсоединения к источнику нестабилизированного напряжения. Для подключения нагрузки, на задней панели корпуса стабилизатора переменного напряжения выводятся розетки или клеммные зажимы, подключенные к выходным выводам 4, 5 стабилизированного напряжения для подсоединения нагрузки. Входной вывод 2 для подсоединения к источнику нестабилизированного напряжения и выходной вывод 4 стабилизированного напряжения для подсоединения нагрузки, являются выводами фазного провода L. Входной вывод 3 для подсоединения к источнику нестабилизированного напряжения и выходной вывод 5 стабилизированного напряжения для подсоединения нагрузки, являются выводами нейтрального провода N. Нагрузкой является любой электроприбор бытового или промышленного назначения, ток потребления которого не превышает установленный.
Корпус стабилизатора переменного напряжения разборный. На нижнем основании корпуса установлены трансформатор 1, микроконтроллер 11, содержащий в виде схем алгоритмы измерения, управления и защиты, и блок питания 14, подключенный к дополнительной обмотке 15 трансформатора 1. К блоку питания 14 подключены все энергопотребляющие элементы стабилизатора переменного напряжения, такие как: реле 7 входного напряжения, реле 8 выходного напряжения, средства 9 и 10 контроля напряжения и тока,
микроконтроллер 11, средство 12 контроля выходного напряжения и реле 13 включения/отключения нагрузки.
На передней панели корпуса стабилизатора переменного напряжения расположен жидкокристаллический дисплей, отображающий режимы работы стабилизатора переменного напряжения.
В стабилизаторах переменного напряжения до 1,5 кВА на микроконтроллере 11 расположены реле 7 входного напряжения и реле 8 выходного напряжения и реле 13 включения/отключения нагрузки, связанное с выводами реле 8 выходного напряжения через цепь S стабилизированного напряжения. В стабилизаторах переменного напряжения мощность, которых свыше 1,5 кВА реле 7 входного напряжения, реле 8 выходного напряжения и реле 13 включения/отключения нагрузки или контактор, который является разновидностью электромагнитного реле, связанное с выводами реле 8 выходного напряжения через цепь S стабилизированного напряжения, выполнены отдельным блоком.
После включения стабилизатора переменного напряжения подача питания на нагрузку производится с временной задержкой, за счет реле 13 включения/отключения нагрузки, во избежание подачи бросков и искажений синусоидальной формы, возникающих при переходных процессах. По истечении заданной стандартной или увеличенной выдержки времени, замыкаются контакты реле 13 включения/отключения нагрузки, и напряжение подается на выходной вывод 4 стабилизированного напряжения для подсоединения нагрузки.
Микроконтроллер 11 анализирует величину входного напряжения, выходного напряжения и тока нагрузки, путем получения данных от средства 9 контроля входного напряжения, средства 12 контроля выходного напряжения и средства 10 контроля потребляемого тока.
Выводы средства 9 контроля напряжения подключены к фазному L и нейтральному N проводам.
Средство 10 контроля потребляемого тока подключено к нейтральному проводу N через вторичную обмотку трансформатора тока 14, что дает защиту по току нагрузки.
Когда средство 10 контроля выходного напряжения определяет величину входного тока напряжения ниже или выше допустимого значения, срабатывает защита, микроконтроллер 11 подает сигнал на реле 13 включения/отключения нагрузки и его контакты размыкаются - питание нагрузки отключается.
Первый вывод средства 12 контроля выходного напряжения подключен к цепи S стабилизированного напряжения после вывода или выводов реле 8 выходного напряжения, а второй вывод подключен к нейтральному проводу N.
Микроконтроллер 11 анализирует величину входного и выходного напряжения и тока нагрузки в соответствии с заданными алгоритмами. В зависимости от полученных данных микроконтроллер 11 подает команды на соответствующие электромагнитные реле 7, 8 для переключения отводов обмотки 6 трансформатора 1. Электромагнитные реле 7, 8 разделены на реле 7 входного напряжения и реле 8 выходного напряжения и подключены к выводам коммутируемой обмотки 6 трансформатора 1. При этом количество реле 5 входного напряжения может быть любым, в зависимости от требуемой точности стабилизации и диапазона установленного входного напряжения, и количество реле 6 выходного напряжения так же может быть любым, в зависимости от требуемой точности стабилизации и диапазона установленного входного напряжения.
При понижении входного напряжения происходит переключение отводов обмотки 6 трансформатора 1 в сторону увеличения выходного напряжения. При увеличении входного напряжения происходит переключение отводов обмотки 6 трансформатора 1 в сторону уменьшения выходного напряжения. В результате этих действий происходит стабилизация выходного напряжения с требуемой точностью.
Управление выходным напряжением микроконтроллер 11 осуществляет по следующему алгоритму.
Когда средство 12 контроля выходного напряжения определяет величину выходного напряжения Uвых ниже допустимого значения, срабатывает защита от пониженного напряжения, микроконтроллер 11 подает сигнал на реле 13 включения/отключения нагрузки и его контакты размыкаются - питание нагрузки отключается.
Когда средство 12 контроля выходного напряжения определяет величину выходного напряжения Uвых выше допустимого значения, срабатывает защита от повышенного напряжения, микроконтроллер 11 подает сигнал на реле 13 включения/отключения нагрузки и его контакты размыкаются - питание нагрузки отключается.
При восстановлении выходного напряжения до предела допустимого диапазона работы стабилизатора переменного напряжения питание на нагрузку подается автоматически с установленной задержкой включения.
По истечении времени задержки происходит размыкание контактов реле 13 включения/отключения нагрузки, происходит включение стабилизатора переменного напряжения.
Стабилизаторы переменного напряжения имеют как естественное воздушное охлаждение, так и принудительное воздушное охлаждение, для чего в корпус стабилизатора переменного напряжения устанавливается вентилятор охлаждения и датчик температуры (на чертеже не показаны).
Датчик температуры в непосредственной близости от трансформатора 1 и подключается к микропроцессору 11 и вентилятор охлаждения подключаются к микропроцессору 11 и блоку питания 14. Датчик температуры фиксирует перегрев трансформатора 1. Вентилятор охлаждения включается автоматически при температуре выше 105°С. При перегреве обмотки трансформатора выше 125°С защита отключает стабилизатор переменного напряжения.
Таким образом, за счет подключенных к одной коммутируемой обмотке трансформатора электромагнитных реле и их разделения на реле входного напряжения и реле выходного напряжения, за счет обеспечения защиты по выходному напряжению для чего в стабилизатор переменного напряжения ведены средство контроля выходного напряжения, реле включения/отключения нагрузки и блок питания, подключенный к дополнительной обмотке трансформатора, для исключения воздействия тока нагрузки на цепь питания стабилизатора, достигается обеспечение стабильности работы стабилизатора переменного напряжения в широком диапазоне входных напряжений.