АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ И ТОРОИДАЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР
AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR AND TOROIDAL TRANSFORMER

Область техники
Настоящее изобретение относится к автоматическому регулятору напряжения и тороидальному трансформатору, в частности к автоматическому регулятору напряжения, способному точно управлять уровнем выходного напряжения, и используемому для того же тороидальному трансформатору.
Уровень техники
Автоматический регулятор напряжения, использующий тороидальный автотрансформатор, может быть осуществлен с использованием различных обмоток регулятора. Однако выходное напряжение такого регулятора всегда определяется намоткой его первичной и вторичной обмоток. Таким образом, чтобы получать разное напряжение на выходе, автоматический регулятор напряжения, использующий тороидальный автотрансформатор, рассчитан на намотку обмоток согласно желательному напряжению или имеет несколько отводов.
Например, как показано на Фиг.1, автотрансформатор может быть выполнен с некоторым количеством отводов (a, b, c) на обмотке возбуждения (200) в основной обмотке (100), чтобы получить разные уровни напряжения на выходе. Если тороидальный автотрансформатор выполнен таким образом, что если 220 В подается на основную обмотку (100), 20 В подается на оба конца основной обмотки (100), и каждый отвод обмотки возбуждения (200) уменьшает напряжение на 5 В, то тороидальный автотрансформатор может подавать 200 В с первого отвода (a), 205 В с второго отвода (b) и 210 В с третьего отвода (c) на выходную клемму.
Как таковой, традиционный автоматический регулятор напряжения выводит дискретные выходные напряжения с большой разницей между ними. Например, в вышеописанном примере селективно подается каждое из выходных напряжений с разницей 5 В, т.е. 200 В, 205 В и 210 В. Соответственно, традиционный автоматический регулятор напряжения не может обеспечивать точное управление напряжением. Как таковой, традиционный автоматический регулятор напряжения, обладающий низкой точностью, очень неудобен для пользователей. Например, в случае многоэтажного здания существует большая разница между системным напряжением, подаваемым потребителям на первых и последних этажах. Этажи многоэтажного здания делятся на те, где необходимо уменьшать напряжение для экономии электроэнергии, и те, где напряжение необходимо повышать для обеспечения его стабильности. Однако традиционный автоматический регулятор напряжения не способен подавать такое напряжение с большой разницей между его уровнями при точном управлении напряжением, и пользователи испытывают большие неудобства.
Напротив, настоящее изобретение предлагает автоматический регулятор напряжения, способный точно управлять уровнем напряжения и, благодаря этому, подавать подходящее напряжение.
При этом, чтобы традиционный автоматический регулятор напряжения работал в силовой электронной системе, необходимы сложные устройства, такие как основной трансформатор, трансформатор возбуждения, трансформатор детектирования, высоко чувствительная схема детектирования эффективного значения, схема скоростного аналого-цифрового преобразования, симисторная переключающая схема и т.д. В результате, традиционные автоматические регуляторы напряжения имеют такие высокие цены, что их используют в особых случаях, например в экспериментах, требующих дорогостоящего лабораторного оборудования. Таким образом, обычный пользователь не может позволить себе такие регуляторы, и традиционные регуляторы не имеют хорошей продаваемости.
Кроме того, поскольку такие сложные устройства не могут нормально работать при изменениях частоты и уровня системного напряжения, традиционные автоматические регуляторы напряжения должны изготавливаться с учетом существующих электросетей. В противоположность этому, автоматический регулятор напряжения настоящего изобретения имеет простую конструкцию, в которой не используется силовая полупроводниковая схема, и, таким образом, может точно управлять напряжением независимо от электросети.
При этом, традиционные автоматические регуляторы напряжения селективно выводят дискретные уровни выходного напряжения с большой разницей между ними потому, что выходное напряжение выводится с отвода, жестко расположенного на вторичной обмотке.
Причиной этого технического ограничения является очень ограниченный ряд способов намотки тороидальной обмотки. В известном способе получения тороидальной обмотки основную обмотку наматывают на тороидальный сердечник, и затем обмотку определенной толщины наматывают на основную обмотку, чтобы получить обмотки возбуждения с входными/выходными отводами. Если непроводящая обмотка введена между основной обмоткой и обмотками возбуждения на тороидальном сердечнике, появляются проблемы создания дыма от введенной обмотки. Таким образом, в данном способе используются только обмотки возбуждения, последовательно соединенные отводами, и основная обмотка.
Настоящее изобретение направлено на усовершенствование способа намотки традиционных тороидальных обмоток для вывода индуктивного напряжения разных уровней.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение рассчитано на решение вышеуказанных проблем традиционной технологии. Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить автоматический регулятор напряжения и тороидальный трансформатор, способный выводить постоянные уровни напряжения и точно управлять ими.
Еще одна цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить автоматический регулятор напряжения простой конструкции, способной работать в разных электрических сетях.
Цели настоящего изобретения могут быть достигнуты автоматическим регулятором напряжения согласно изобретению для преобразования входного напряжения, подаваемого на входную клемму, и вывода преобразованного входного напряжения на выходную клемму, включающим: основную обмотку, причем один ее конец соединен с входной клеммой и другой конец с выходной клеммой, первичную обмотку, возбуждаемую в основной обмотке, первый переключатель для выборочного соединения одного конца первичной обмотки с контрольным потенциалом или с выходной клеммой, несколько обмоток возбуждения, возбуждаемых в основной обмотке, второй переключатель для такого выборочного соединения, чтобы упомянутые несколько вторичных обмоток возбуждения могли быть выборочно соединены с первичной обмоткой возбуждения последовательно; и чтобы одна или несколько из вторичных обмоток возбуждения могли быть последовательно соединены друг с другом для последовательного соединения с другим концом первичной обмотки возбуждения, когда эти одна или несколько вторичных обмоток возбуждения соединены с другим концом первичной обмотки возбуждения, третий переключатель для выборочного соединения конца последовательного соединения, созданного путем выборочного соединения первичной обмотки возбуждения и вторичных обмоток возбуждения или с контрольным потенциалом, или с входной клеммой; и блок управления, который регулирует уровень выходного напряжения на выходной клемме путем переключения управления первым переключателем, вторым переключателем и третьим переключателем.
Предпочтительно, упомянутый автоматический регулятор напряжения настоящего изобретения, кроме того, имеет блок измерения уровня для измерения уровня входного напряжения на входной клемме, причем блок управления конфигурирован так, чтобы быть способным: если заданное напряжение выше уровня входного напряжения, измеренного блоком измерения уровня, управлять первым переключателем для соединения одного конца первичной обмотки возбуждения с контрольным потенциалом, управлять вторым переключателем для компенсации разницы между заданным напряжением и измеренным уровнем входного напряжения и управлять третьим переключателем для соединения конца последовательного соединения с входной клеммой, а если заданное напряжение ниже уровня входного напряжения, то управлять первым переключателем для соединения одного конца первичной обмотки возбуждения с выходной клеммой, управлять вторым переключателем для компенсации разницы напряжений и управлять третьим переключателем для соединения конца последовательного соединения с контрольным потенциалом.
Помимо этого, цели настоящего изобретения также могут быть достигнуты другим вариантом осуществления, согласно которому автоматический регулятор напряжения для преобразования входного напряжения, подаваемого на входную клемму, и вывода преобразованного входного напряжения на выходную клемму, имеет: основную обмотку; первый переключатель для соединения одного конца основной обмотки или с входной клеммой, или с выходной клеммой, второй переключатель для соединения другого конца основной обмотки или с входной клеммой или с выходной клеммой, первичную обмотку возбуждения, возбуждаемую в основной обмотке и имеющую один конец, соединенный с выходной клеммой, несколько вторичных обмоток возбуждения, возбуждаемых в основной обмотке, третий переключатель для выборочного переключения так, чтобы эти несколько вторичных обмоток возбуждения были выборочно соединены с первичной обмоткой возбуждения последовательно, и чтобы одна или больше из нескольких вторичных обмоток возбуждения были последовательно соединены друг с другом для последовательного соединения с другим концом первичной обмотки возбуждения, когда эти одна или больше из нескольких вторичных обмоток возбуждения соединены с другим концом первичной обмотки возбуждения, и блок управления, который регулирует уровень выходного напряжения на выходной клемме путем переключения управления первым переключателем, вторым переключателем и третьим переключателем.
Предпочтительно, упомянутый автоматический регулятор напряжения, кроме того, имеет блок измерения уровня для измерения уровня входного напряжения на входной клемме, причем блок управления конфигурирован так, чтобы быть способным: если заданное напряжение выше уровня входного напряжения, измеренного блоком измерения уровня, управлять первым переключателем для соединения одного конца основной обмотки с выходной клеммой, управлять вторым переключателем для соединения другого конца основной обмотки с входной клеммой и управлять третьим переключателем для компенсации разницы напряжений между заданным напряжением и измеренным уровнем входного напряжения, а если заданное напряжение ниже уровня входного напряжения, измеренного блоком измерения уровня, то управлять первым переключателем для соединения одного конца основной обмотки с входной клеммой, управлять вторым переключателем для соединения другого конца основной обмотки с выходной клеммой и управлять третьим переключателем для компенсации разницы напряжений между заданным напряжением и измеренным уровнем входного напряжения. Кроме того, автоматический регулятор напряжения настоящего изобретения имеет блок ввода пользователя для ввода пользователем заданного напряжения, этим обеспечивая удобство для пользователя.
Кроме того, автоматический регулятор напряжения настоящего изобретения может быть выполнен так, чтобы основная обмотка была намотана на тороидальный сердечник, первичная обмотка возбуждения намотана так, чтобы окружать основную обмотку, и чтобы вторичные обмотки возбуждения были намотаны так, чтобы окружать первичную обмотку возбуждения. Способ намотки согласно настоящему изобретению также может быть модифицирован так, чтобы основная обмотка была намотана на тороидальный сердечник, первичная обмотка возбуждения была намотана на тороидальный сердечник так, чтобы окружать основную обмотку, одна часть из вторичных обмоток возбуждения была намотана так, чтобы окружать основную обмотку путем разделения первичной обмотки возбуждения и тороидального сердечника, и чтобы другая часть вторичных обмоток возбуждения была намотана так, чтобы окружать первичную обмотку возбуждения и одну часть вторичных обмоток возбуждения, которые окружают основную обмотку. Помимо этого, автоматический регулятор напряжения настоящего изобретения может быть также выполнен так, чтобы вторичные обмотки возбуждения были частично намотаны на второй тороидальный сердечник.
Также, чтобы использовать отдельный автотрансформатор для значащего снижения напряжения, автоматический регулятор напряжения настоящего изобретения должен быть разработан так, чтобы сумма вспомогательных напряжений, индуцированных путем возбуждения вторичных обмоток возбуждения, была меньше потенциала, приложенного к основной обмотке.
Кроме того, предпочтительно, в автоматическом регуляторе напряжения настоящего изобретения выборочное добавление при использовании управления переключениями вспомогательных напряжений, индуцированных при возбуждении вторичных обмоток возбуждения, может представлять уровень напряжения, который ниже потенциала, приложенного к основной обмотке, и этот уровень напряжения соответствует целому числу.
n-1
m-1
Кроме того, автоматический регулятор напряжения настоящего изобретения может быть выполнен так, чтобы намотка вторичных обмоток возбуждения представляла целые числа витков, равные или меньше максимального количества витков, добавляемых при объединении каждого из витков вторичных обмоток возбуждения. В этом случае можно регулировать количество витков, последовательно соединенных вторичными обмотками возбуждения с точностью до одного витка, что дает возможность осуществлять точное управление напряжением. Согласно настоящему изобретению, например, количество витков по меньшей мере части вторичных обмоток возбуждения составляет 2×10, где 1≤n≤4, m≥1, и n, m могут быть целыми числами.
В то же время, предпочтительно, автоматический регулятор напряжения настоящего изобретения, кроме того, имеет четвертый переключатель для переключения входной клеммы и выходной клеммы, и если разница между заданным напряжением и уровнем входного напряжения находится в пределах заданного допустимого диапазона, блок управления включает четвертый переключатель для обвода входного напряжения на выходную клемму.
Упомянутые переключатели реализованы как реле, что дает возможность получить простую схему, работоспособную в различных условиях электросетей. Кроме того, цели настоящего изобретения также могут быть достигнуты другим вариантом осуществления настоящего изобретения, т.е. автоматический регулятор напряжения для преобразования входного напряжения, приложенного к входной клемме, и вывода преобразованного входного напряжения на выходную клемму, который имеет: основную обмотку с одним ее концом, соединенным с входной клеммой, и вторым ее концом, соединенным с выходной клеммой; первичную обмотку возбуждения, возбуждаемую в основной обмотке и имеющую один ее конец, соединенный с выходной клеммой; несколько вторичных обмоток возбуждения, возбуждаемых в основной обмотке; переключатель для выборочного переключения так, чтобы вторичные обмотки возбуждения были выборочно соединены с другим концом первичной обмотки возбуждения последовательно, и чтобы одна или больше из вторичных обмоток возбуждения были последовательно соединены друг с другом для последовательного соединения с другим концом первичной обмотки возбуждения, когда одна или больше из вторичных обмоток возбуждения соединены с другим концом первичной обмотки возбуждения; и блок управления, который регулирует уровень напряжения, выводимого на выходную клемму путем управления переключением переключателя.
Кроме того, цели настоящего изобретения также могут быть достигнуты другим вариантом осуществления настоящего изобретения, согласно которому автоматический регулятор напряжения для преобразования входного напряжения, приложенного к входной клемме, и вывода преобразованного входного напряжения на выходную клемму, имеет: основную обмотку с одним ее концом, соединенным с входной клеммой, и другим ее концом, соединенным с выходной клеммой; первичную обмотку возбуждения, возбуждаемую в основной обмотке и с одним ее концом, соединенным с контрольным потенциалом; несколько вторичных обмоток возбуждения, возбуждаемых в основной обмотке; переключатель для выборочного переключения так, чтобы вторичные обмотки возбуждения были выборочно соединены с другим концом первичной обмотки возбуждения последовательно, и чтобы одна или больше из вторичных обмоток возбуждения были последовательно соединены друг с другом для последовательного соединения с другим концом первичной обмотки возбуждения, когда одна или больше из вторичных обмоток возбуждения соединены с другим концом первичной обмотки возбуждения; и блок управления, который регулирует уровень напряжения, выводимого на выходную клемму, путем управления переключением переключателя.
Автоматический регулятор напряжения может быть выполнен так, чтобы основная обмотка была намотана на тороидальный сердечник, первичная обмотка возбуждения была намотана так, чтобы окружать основную обмотку, и вторичные обмотки возбуждения были намотаны так, чтобы окружать первичную обмотку возбуждения. В то же время, в отличие от этого, автоматический регулятор напряжения также может быть выполнен так, чтобы основная обмотка была намотана на тороидальный сердечник, первичная обмотка возбуждения была намотана на тороидальный сердечник так, чтобы окружать основную обмотку, одна часть вторичных обмоток возбуждения была намотана так, чтобы окружать основную обмотку путем разделения первичной обмотки возбуждения и тороидального сердечника, и другая часть вторичных обмоток возбуждения была намотана так, чтобы окружать первичную обмотку возбуждения и одну часть вторичных обмоток возбуждения, которые окружают основную обмотку. Автоматический регулятор напряжения, кроме того, имеет блок измерения уровня для измерения уровня входного напряжения на входной клемме, причем блок управления выполнен так, чтобы переключать управление переключателем, чтобы компенсировать разницу между заданным напряжением и измеренным уровнем входного напряжения. Кроме того, цели настоящего изобретения также могут быть достигнуты другим вариантом осуществления настоящего изобретения, согласно которому трансформатор с тороидальным сердечником имеет: основную обмотку, намотанную на тороидальный сердечник и имеющую один конец, на который подается входное напряжение; первичную обмотку возбуждения, намотанную на тороидальный сердечник, на который намотана основная обмотка, и возбуждаемую в основной обмотке; несколько вторичных обмоток возбуждения, намотанных на первичную обмотку возбуждения и возбуждаемых в основной обмотке; переключатель для выборочного соединения вторичных обмоток возбуждения с первичной обмоткой возбуждения последовательно; и блок управления для управления операциями переключения переключателя. Кроме того, цели настоящего изобретения также могут быть достигнуты еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, согласно которому трансформатор с тороидальным сердечником имеет: основную обмотку, намотанную на тороидальный сердечник и имеющую один конец, на который подается входное напряжение; первичную обмотку возбуждения, намотанную на тороидальный сердечник, на который намотана основная обмотка, и возбуждаемую в основной обмотке; несколько вторичных обмоток возбуждения, возбуждаемых в основной обмотке, причем одна часть вторичных обмоток возбуждения намотана на области, где первичная обмотка возбуждения не намотана, и другая часть вторичных обмоток возбуждения намотана так, чтобы окружать первичную обмотку возбуждения и одну часть вторичных обмоток возбуждения; переключатель для выборочного соединения вторичных обмоток возбуждения с первичной обмоткой возбуждения последовательно; и блок управления для управления операциями переключения переключателя.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схема, показывающая несколько уровней напряжения, выводимых с нескольких отводов обмотки возбуждения в традиционном автотрансформаторе.
Фиг.2 - схема внутренней конструкции автоматического регулятора напряжения (АРН) согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 - пример модификации автоматического регулятора напряжения (АРН), способного регулировать выходное напряжение с точностью, соответствующей 1 витку.
Фиг.4 - схема внутренней конструкции автоматического регулятора напряжения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5-7 - схемы, показывающие способ намотки тороидального трансформатора согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание
Ниже варианты осуществления настоящего изобретения будут объяснены более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.
На Фиг.2 показана схема внутренней конструкции автоматического регулятора напряжения (АРН) согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Со ссылкой на Фиг.2, автоматический регулятор напряжения имеет основную обмотку (1), первичную обмотку возбуждения (2), первый переключатель (3), несколько вторичных обмоток возбуждения (4а-4d), вторые переключатели (5а-5d), третий переключатель (6), четвертый переключатель (7), блок измерения уровня (8), блок ввода (9) и блок управления (10).
Основная обмотка (1) имеет один ее конец, соединенный с входной клеммой (L1), на которую поступает напряжение, и другой ее конец, соединенный с выходной клеммой (L2). Например, в данном варианте осуществления, если напряжение 220 В подается в отношении к контрольному потенциалу (N) как потенциал, подводимый из сети на входную клемму (L1), основная обмотка (1) намотана так, чтобы формировать потенциал 16 В на обоих концах основной обмотки (1).
Первичная обмотка возбуждения (2) возбуждается в основной обмотке (1), и один ее конец (2а) выборочно соединяется или с выходной клеммой (L2), или с контрольным потенциалом (N). В данном варианте осуществления первичная обмотка возбуждения (2) намотана так, чтобы формировать потенциал 204 В на обоих концах по отношению к входному напряжению 220 В, когда один конец (2a) соединен с выходной клеммой (L2). То есть необходимо сказать, что направления намотки основной обмотки (1) и первичной обмотки возбуждения (2) определены так, чтобы получить такой же состав, как и у полярного автотрансформатора, когда один конец (2а) первичной обмотки возбуждения (2) соединен с выходной клеммой (L2).
Первый переключатель (3) предназначен для выполнения операции переключения, чтобы выборочно соединить один конец (2a) первичной обмотки возбуждения (2) или с выходной клеммой (L2), или с контрольным потенциалом (N), и он может быть реализован как различные полупроводниковые устройства, реле и т.д., которые известны как переключающие устройства. В данном варианте осуществления все переключатели реализованы как реле, так что они могут использоваться в различных электрических системах.
Несколько вторичных обмоток возбуждения (4а-4d) возбуждаются в основной обмотке (1) и выборочно соединяются с другим концом первичной обмотки возбуждения (2) последовательно при операции переключения вторых переключателей (5a-5d). Отсчет вторичных обмоток возбуждения основан на количестве витков, соединенных с другим концом первичной обмотки возбуждения (2), и настоящее изобретение имеет несколько вторичных обмоток возбуждения. Виток каждой вторичной обмотки возбуждения можно определить так, чтобы напряжение, индуцируемое путем возбуждения в основной обмотке (1), достигло определенного уровня.
n-1
n-1
m-1
То есть, например, каждая вторичная обмотка возбуждения (4a-4d) может быть намотана так, чтобы индуцировать потенциал 2 В (n=1, 2, 3, 4), когда напряжение 204 В подано на оба конца первичной обмотки возбуждения (2). Как показано на чертежах, вторичные обмотки возбуждения (4a-4d) переключаются на вторые переключатели (5a-5d) по одной, и когда по меньшей мере одна вторичная обмотка возбуждения (4a-4d) соединена последовательно, вторичные обмотки возбуждения (4а-4d) соединены последовательно одна с другой. Когда вторичные обмотки возбуждения (4а-4d) не соединены последовательно, вторые переключатели (5а-5d) переключаются на обход. Когда количество вторичных обмоток возбуждения увеличивается, можно регулировать вторичные обмотки возбуждения так, чтобы их намотка представляла разные уровни напряжения. Например, вторичные обмотки возбуждения могут быть выполнены в сочетании, где 1 В или 2 В добавляются, чтобы позволить уровням напряжения соответствовать кратным 2, 3 и соответствующим разным уровням напряжения. В то же время, необходимо сказать, что вторичные обмотки возбуждения (4а-4d) не наматывают на основании величины индуцируемого напряжения, а выполняют на основе витков. Например, как показано на Фиг.3, несколько вторичных обмоток возбуждения (4а-4d) могут состоять из 1, 2, 4, 8, 10, 20,40, 80, 100, 200, 400, 800,1000, 2000, 4000, 8000 витков согласно 2×10 (здесь, n - целое число от 1 до 4, и m - целое число 1 и выше). Соответственно, 1-16 665 витков могут быть выборочно соединены с другим концом (2b) первичной обмотки возбуждения (2) путем выборочного переключения вторых переключателей (5а-5р). Это означает, что индуцируемое напряжение, которое сформировано 1-16 665 витками, может быть добавлено к напряжению, индуцированному в первичной обмотке возбуждения (2). Также, поскольку напряжение можно точно регулировать с точностью до единицы одного витка, настоящее изобретение имеет результат точного регулирования напряжения до соответствующего уровня. Величина индуцируемого напряжения изменяется в зависимости от входного напряжения. Однако уровни напряжения, выражаемые целыми числами для определенного входного напряжения, могут быть определены опытным путем исходя из количества витков, и входное напряжение можно соответственно компенсировать путем выборочного соединения витков последовательно в зависимости от величины напряжения, которую нужно компенсировать.
Как сказано выше, вторичные обмотки возбуждения (4а-4d) могут быть рассчитаны исходя из переключателя, и каждая вторичная обмотка возбуждения может быть выполнена на основании величины индуцируемого напряжения или количества витков, или их сочетания.
Вторые переключатели (5а-5d) выполняют операцию переключения для выборочного соединения нескольких вторичных обмоток возбуждения (4а-4d) с другим концом (2b) первичной обмотки возбуждения (2). В частности, они могут быть реализованы как четыре оконечных реле (5а-5d), выполняющих переключения для каждой вторичной обмотки возбуждения (4а-4d).
Например, реле (5а-5d) выполняют переключение способом изолирования вторичных обмоток возбуждения (4а-4d) (ниже, "обходной режим") и сложения выходного напряжения с напряжением, индуцированным на вторичные обмотки возбуждения (4а-4d), осуществляя постоянное соединение вторичных обмоток возбуждения (4а-4d) с другим концом (2b) первичной обмотки возбуждения (2) последовательно (ниже, "режим сложения").
Третий переключатель (6) предназначен для выборочного соединения другого конца (2b) первичной обмотки возбуждения (2) или концевой клеммы (6а) по меньшей мере одной вторичной обмотки возбуждения (4а-4d), соединенной с ней последовательно, или с входной клеммой (L1), или с контрольным потенциалом (N). Следует сказать, что первый переключатель (3) и третий переключатель (6) переключаются в блокировке друг с другом. То есть, когда первый переключатель (3) соединяет один конец (2а) первичной обмотки возбуждения (2) с контрольным потенциалом (N), третий переключатель (6) соединяет другой конец (2b) первичной обмотки возбуждения (2) или концевую клемму (6а) вторичной обмотки возбуждения, соединенной с ней последовательно, с входной клеммой (L1); когда первый переключатель (3) соединяет один конец (2а) первичной обмотки возбуждения (2) с выходной клеммой (L2), третий переключатель (6) соединяет другой конец (2b) первичной обмотки возбуждения (2) или концевую клемму (6а) вторичной обмотки возбуждения (4а - 4d), соединенной с ней последовательно, с контрольным потенциалом (N). Соответственно, из-за изменения в относительных направлениях намотки основной обмотки (1) и первичной обмотки возбуждения (2) согласное включение обмоток изменяется на встречное, или встречное включение обмоток изменяется на согласное; таким образом можно увеличивать и уменьшать входное напряжение.
Четвертый переключатель (7) предназначен для прямого соединения входной клеммы (L1) с выходной клеммой (L2) или для изолирования входной клеммы (L1) от выходной клеммы (L2). Он создает обходной путь для входного напряжения, когда необходимо вывести входное напряжение, не изменяя его.
Блок измерения уровня (8) предназначен для измерения уровня напряжения, вводимого через входную клемму (L1), и измерения, и вывода пикового значения или эффективного значения.
Блок ввода (9) предназначен для ввода пользователем заданного значения напряжения, которое этот пользователь собирается вывести, и может быть реализован различными способами как панель с переключателем ввода, таким как нажимная клавиша, устройство для приема команды управления от удаленного источника и т.д. Заданным напряжением может быть значение, хранящееся как значение по умолчанию.
Блок управления (10) сравнивает входное напряжение, измеренное блоком измерения уровня (8), и заданное напряжение, и активирует с первого по четвертый переключатели для управления переключением так, чтобы входное напряжение достигло заданного напряжения.
Общая работа автоматического регулятора напряжения, показанного на Фиг.2, будет объяснена на основе работы блока управления (10), исходя из заданного напряжения и входного напряжения.
i) Когда заданное напряжение и входное напряжение одинаковые:
Блок управления действует так, что входное напряжение выводится без изменения.
Блок управления (10) включает четвертый переключатель (7) так, что входное напряжение обходит основную обмотку (1) без изменения и выводится на выходную клемму (L2).
ii) Когда заданное напряжение ниже, чем входное напряжение.
Блок управления (10) управляет переключателями с первого по четвертый (3, 5, 6, 7) для снижения напряжения для вывода.
В частности, блок управления (10) отключает четвертый переключатель (7), управляет первым переключателем (3) так, что один конец (2а) первичной обмотки возбуждения (2) соединяется с выходной клеммой (L2), и управляет третьим переключателем (6) так, что другой конец (2b) первичной обмотки возбуждения (2) или концевая клемма (6а) по меньшей мере одной вторичной обмотки возбуждения, соединенной с ней последовательно, соединяется с контрольным потенциалом (N).
В то же время, блок управления (10) может точно регулировать напряжение, выборочно переводя реле (5а-5d) вторых переключателей (5а-5d) в режим сложения, чтобы компенсировать разницу между входным напряжением, измеренным блоком измерения уровня (8), и заданным напряжением.
n-1
Вторичные обмотки возбуждения намотаны так, что когда вводимое напряжение равно 220 В, индуцируются соответствующие потенциалы 2 В (n=1, 2, 3, 4). В качестве примера будет объяснен случай, когда входное напряжение составляет 220 В и заданное напряжение равно 215 В.
В данном случае, если все реле (5а-5d) вторых переключателей (5а-5d) установлены на обходной режим, напряжение на выходной клемме (L2) составляет 204 В. Таким образом, чтобы установить выходное напряжение на заданное напряжение, вторичные обмотки возбуждения (4а-4d) должны быть выборочно переведены в режим сложения. 215В можно вывести в следующем сочетании:
204 В + 8 В + 2 В + 1 В = 215 В
Таким образом, чтобы активировать четвертую вторичную обмотку возбуждения (4d), вторую вторичную обмотку возбуждения (4b) и первую вторичную обмотку возбуждения (4а), соответствующие 8 В, 2 В и 1 В, блок управления (10) переключает четвертое реле (5d), второе реле (5b) и первое реле (5а) в режим сложения и переключает третье реле (5с) в обходной режим. Таким образом входное напряжение уменьшается до выводимого заданного напряжения 215 В, чтобы получить эффект экономии электроэнергии.
Здесь необходимо сказать, что могут быть получены 15 вариантов 1, 2, 3, 4, …, 14, 15 В путем выбираемых сочетаний вторичных обмоток возбуждения, и в данном варианте осуществления могут быть достигнуты все заданные напряжения в диапазоне 204-219 B, где заданные напряжения являются целочисленными значениями. Поскольку напряжение можно регулировать с такой точностью, можно получить напряжение, очень близкое к заданному значению. Кроме того, с учетом фактического входного напряжения в каждой стране, даже если входное напряжение изменится, выходное напряжение можно регулировать в пределах максимальной ошибки 1 В по отношению к заданному напряжению.
n-1
m-1
В то же время, в данном варианте осуществления, если четыре вторичные обмотки возбуждения имеют соответственно 1, 2, 4, 8 витков, выходное напряжение составит 204В плюс индуцированное напряжение, соответствующее 1-15 виткам. Соответственно, индуцированное напряжение, соответствующее максимум 15 виткам, будет определять верхний предел напряжения, которое может быть выведено. В случае выполнения нескольких вторичных обмоток возбуждения (4а-4d) на основе витков, можно получить разные вторичные обмотки возбуждения. Например, как показано на Фиг.3, несколько вторичных обмоток возбуждения (4а-4р) могут состоять из 1, 2, 4, 8, 10, 20, 40, 80, 100, 200, 400, 800, 1000, 2000, 4000, 8000 витков согласно 2×10 (здесь n - целое число от 1 до 4, и m - целое число 1 или выше), и поскольку можно выборочно соединять 1 - 16 665 витков последовательно, можно добавлять индуцируемое напряжение, соответствующее 16 665 виткам.
Обычно предпочтительно добавлять напряжение вторичными обмотками возбуждения (4а-4d), чтобы охватывать напряжение, поданное на оба конца основной обмотки (1). Если это возможно, то можно изъять четвертый переключатель (7) как обходной. Необходимо сказать, что заданное напряжение может быть получено на выходе путем выборочного соединения витков последовательно, исходя из уровня индуцируемого напряжения, требующегося для компенсации, путем экспериментального определения количества витков, соответствующих индуцируемому напряжению.
Тогда напряжение можно точно регулировать по единицам 1 В, а на основе напряжения, соответствующего 1 витку, этим еще более повышая точность. Хотя это не показано на Фиг.2, можно управлять вторыми переключателями (5а-5d) так, что напряжение становится ближайшим к заданному напряжению, путем измерения величины выходного напряжения и последовательного соединения требуемого количества витков.
iii) Когда заданное напряжение выше, чем входное напряжение.
Входное напряжение должно быть повышено до заданного напряжения.
Блок управления (10) управляет переключателями с первого по четвертый (3, 5, 6, 7) для увеличения входного напряжения.
Более конкретно, блок управления (10) отключает четвертый переключатель (7), управляет первым переключателем (3) так, чтобы один конец (2а) первичной обмотки возбуждения (2) был соединен с контрольным потенциалом (N), и управляет третьим переключателем (6) так, чтобы другой конец (2b) первичной обмотки возбуждения (2) или концевая клемма (6а) по меньшей мере одной вторичной обмотки возбуждения (4а-4b), соединенная с ним последовательно, была последовательно соединена с входной клеммы (L1).
В то же время, блок управления (10) может точно регулировать напряжение путем выборочного перевода реле (5а-5d) вторых переключателей (5а-5d) в режим сложения, чтобы компенсировать разницу между значением входного напряжения, измеренным блоком измерения уровня (8), и заданным напряжением.
n-1
Когда напряжение, подводимое к четырем вторичным обмоткам возбуждения (4а-4d), составляет 220 В, вторичные обмотки возбуждения намотаны так, что индуцируются соответствующие потенциалы 2 В (n=1, 2, 3, 4); случай, когда входное напряжение составляет 220 В, и заданное напряжение равно 234 В, т.е. напряжение должно быть поднято на 14 В, будет объяснен как пример.
n-1
m-1
В данном случае блок управления (10) управляет вторыми переключателями (5а-5d) так, что напряжение 14 В складывается с напряжением 16 В, подаваемым на оба конца основной обмотки (1), и с напряжением 206 В, индуцируемым первичной обмоткой возбуждения (2). То есть реле с второго по четвертое (5b-5d) переключаются, чтобы перевести с второй по четвертую вторичные обмотки возбуждения (4b-4d), за исключением первой вторичной обмотки возбуждения (4а), индуцируемое напряжение которой составляет 1 В, в режим сложения, чтобы добавить напряжение 14 В. В то же время, как показано на Фиг.3, в том случае, если несколько вторичных обмоток возбуждения (4а-4р) состоят из 1, 2, ..., 4000, 8000 витков согласно 2×10 (где: n - целое число от 1 до 4, и m - целое число 1 или выше), вторые переключатели (5а-5р) способны выборочно осуществлять переключение, чтобы вторичные обмотки возбуждения были соединены последовательно в том количестве витков, которые, как установлено экспериментально, соответствуют 14 В.
Также, даже в случае, когда индуцируемое напряжение и количество витков не определены опытным путем, можно увеличивать или уменьшать количество витков, соединяемых последовательно после измерения уровня выходного напряжения и оценки измеренного с целью определения требуемого количества витков.
Как сказано выше, автоматический регулятор напряжения настоящего изобретения может выдавать номинальное напряжение путем автоматического подъема входного напряжения не только в случае, когда необходимо экономить электроэнергию, но и в том случае, если подача электроэнергии не соответствует норме, и входное напряжение не достигает номинального значения для электроприбора.
Настоящее изобретение может увеличивать или уменьшать выходное напряжение путем переключения первого переключателя (3) и третьего переключателя (6) и регулировать уровень уменьшения или увеличения напряжения путем переключения вторых переключателей (5а-5d) до уровня индуцируемого напряжения, соответствующего 1 В или 1 витку.
На Фиг.4 показана схема внутренней конструкции автоматического регулятора напряжения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Как можно видеть, автоматический регулятор напряжения, показанный на Фиг.4, весьма подобен показанному на Фиг.2.
То есть здесь использованы те же ссылочные номера, как и на Фиг.2, для обозначения одинаковых элементов на двух чертежах. Автоматический регулятор напряжения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения будет объяснен по различиям между Фиг.4 и Фиг.2.
Со ссылкой на Фиг.4, основная обмотка (1) жестко не соединена с входной клеммой (L1) и выходной клеммой (L2). В частности, один конец (1а) основной обмотки (1) соединяется с любой из входной клеммы (L1) и выходной клеммы (L2), и другой конец (1b) соединяется или с входной клеммой (L1), или с выходной клеммой (L2) путем переключения пятых переключателей (11a, 11b).
Напротив, другой конец (2b) первичной обмотки возбуждения (2) или концевая клемма по меньшей мере одной вторичной обмотки возбуждения (4а-4d), соединенной с ней последовательно, жестко соединена с контрольным потенциалом (N). То есть на Фиг.2 первый и третий переключатели (6) предназначены для перевода соответствующих направлений намотки основной обмотки (1) и первичной обмотки возбуждения (2) по отношению к выходной клемме (L2). Однако в данном варианте осуществления оба конца пятых переключателей (11a, 11b) перекрестно соединены или с входной клеммой (L1), или с выходной клеммой (L2).
В частности, если один конец (1а) основной обмотки (1) соединен с входной клеммой (L1), и другой конец (lb) соединен с выходной клеммой (L2) направления намотки основной обмотки (1) и первичной обмотки возбуждения (2), если смотреть от выходной клеммы (L2), одинаковые, и входное напряжение выводится после уменьшения. Наоборот, если один конец (1а) основной обмотки (1) соединен с выходной клеммой (L2), и другой конец (1b) соединен с входной клеммой (L1), направления намотки основной обмотки (1) и первичной обмотки возбуждения (2), если смотреть от выходной клеммы (L2), разные, и входное напряжение выводится после увеличения. Как сказано выше, увеличение или уменьшение напряжения путем изменения направления намотки, если смотреть на него от выходной клеммы (L2), одинаково, как при получении повышенного напряжения на входной клемме (L1) путем подачи входного напряжения на выходную клемму (L2), причем входное напряжение, поданное на входную клемму (L1) автотрансформатора, превращается в пониженное напряжение на выходной клемме (L2).
Таким образом, первый и второй варианты осуществления отличаются по способу переключения как при подъеме, так и при снижении напряжения, но они одинаковы по способу компенсации разницы напряжений и способу определения величины. На Фиг.5-7 показаны схемы, иллюстрирующие способ намотки тороидального трансформатора согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Со ссылкой на Фиг.5, основная обмотка (1) с Фиг.2-4 намотана на тороидальный сердечник.
n
Со ссылкой на Фиг.6, обмотка намотана так, чтобы сформировать первичную обмотку возбуждения (2) с основной обмоткой (1), намотанной на тороидальный сердечник. Со ссылкой на Фиг.7, обмотка намотана так, чтобы сформировать соответствующие вторичные обмотки возбуждения (4а-4d) для получения вспомогательного напряжения, соответствующего 2 В, на первичной обмотке возбуждения (2).
Как сказано выше, традиционный тороидальный трансформатор имеет первичную обмотку возбуждения (2), намотанную на основную обмотку (1), и отводы для получения разных величин индуцируемого напряжения. Соответственно, из-за этого уровень подъема и снижения напряжения фиксирован и жестко ограничен. Однако тороидальный трансформатор настоящего изобретения может давать более широкие диапазоны уровней выходного напряжения, чем традиционные, путем формирования вторичных обмоток возбуждения (4а-4d) на первичной обмотке возбуждения (2) и выборочного добавления напряжения вместе с первичной обмоткой возбуждения (2), складывая напряжения.
Если количество витков вторичных обмоток возбуждения (4а-4d) увеличивается при увеличении площади сечения сердечника, заранее определенную вторичную обмотку возбуждения наматывают на отдельный сердечник, чтобы получить такой же результат, даже когда остальные вторичные обмотки возбуждения намотаны на тороидальный сердечник.
Также вторичные обмотки возбуждения (4а-4d) могут быть выполнены в тех областях, где первичная обмотка возбуждения (2) не намотана. То есть при намотке первичной обмотки возбуждения (2) она должна быть выполнена только в некоторых областях тороидального сердечника, и часть вторичных обмоток возбуждения (4а-4d) наматывают на остальные области. Можно намотать остальные вторичные обмотки возбуждения в форме внешнего слоя. Если нет достаточной площади сечения, заранее определенные вторичные обмотки возбуждения (4а-4d) могут быть намотаны на отдельные сердечники.
Настоящее изобретение обеспечивает точное управление напряжением для получения на выходе уровня напряжения, требуемого пользователем, и может быть применено в разных случаях, когда требуется экономия электроэнергии и повышение напряжения. В частности, настоящее изобретение может регулировать напряжение с точностью, соответствующей 1 витку.
Настоящее изобретение также содержит простую переключающую схему на реле и не содержит полупроводниковых переключающих устройств, благодаря чему оно может применяться в различных системных сетях без дополнительной модификации.
Настоящее изобретение проиллюстрировано и описано на вышеприведенных примерах.
Однако описанные варианты осуществления могут быть модифицированы средним специалистом в данной области без отхода от сущности настоящего изобретения. Объем изобретения определяется прилагаемыми пунктами формулы и их эквивалентами.