СТУПЕНЧАТЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
STEPPED AC VOLTAGE STABILIZER

Исследуемое техническое решение относится к электротехнике и предназначено для снабжения потребителей электроэнергии внутренней электросети предприятий трехфазным, а также однофазным стабилизированным напряжением синусоидальной формы в условиях несоответствия напряжения питающей сети требованиям ГОСТ 32144-2013, и может быть использовано для регулирования напряжения, в частности, в стабилизаторах переменного напряжения.
Известен СТАБИЛИЗАТОР ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (см. Патент на изобретение RU 2281542, МПК МПК G05F 1/20, Опубл.: 10.08.2006 Бюл. №22). Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации трехфазного напряжения источника энергии переменного тока. Техническим результатом является повышение надежности работы и КПД стабилизатора трехфазного напряжения. Стабилизатор трехфазного напряжения содержит трехфазный трансформатор (1), выводы (1), (2) и (3) для подключения первичных обмоток трансформатора к источнику трехфазного напряжения переменного тока, каждая из вторичных обмоток трансформатора содержит по три ответвления (5), (8), (11) начала обмоток, (6), (9), (12) средние выводы и (7), (10), (13) концы вторичных обмоток, причем начала вторичных обмоток (5), (8), (11) объединены и соединены с первым входом блока питания (17), средние выводы (6), (9), (12) и концы вторичных обмоток (7), (10), (13) через блоки стабилизации напряжения (14), (15) и (16) подключены к выводам для подключения нагрузки стабилизатора (18), (19) и (20), выходы блока питания (17) соединены с блоками стабилизации напряжения (14), (15) и (16), каждый из которых содержит первый и второй оптосимисторы (21) и (22) соответственно, нуль-орган (23), генератор пилообразного напряжения (24), компаратор (25), первый и второй формирователи импульсов (26) и (27) соответственно.
Недостатком известного устройства является необходимость применения мощных ключей, вызванная коммутацией полного тока нагрузки.
Известен СТАБИЛИЗАТОР СИММЕТРИЧНОГО ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (см. Патент на изобретение RU 2249895, МПК H02J 3/00, Н02М 5/00, Опубл.: 10.04.2005 Бюл. №10). Использование: в преобразовательной технике. Технический результат: уменьшение количества транзисторных ключей, предназначенных для периодического подключения первичных обмоток к сетевому источнику. Используется существующая в симметричных режимах работы возможность одновременного и одинакового регулирования напряжения во всех трех фазах с помощью одного - в схемах с однополярной вольтодобавкой или двух - в схемах с двухполярной вольтодобавкой коммутирующего элемента в виде транзисторного ключа на выходе трехфазного диодного моста, зажимами переменного тока, соединенного со свободными выводами первичных обмоток. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.
Недостатками данного устройства является необходимость применения мощных высокочастотных транзисторов, а также повышенный уровень помех на нагрузке.
Наиболее близким по техническому решению можно отнести УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (см. Патент на изобретение RU 2188496, МПК Н02М 5/12, G05F 1/30, Опубл.: 27.08.2002 Бюл. №24). Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения, в частности, в точных, быстродействующих стабилизаторах переменного напряжения. Устройство для регулирования переменного напряжения 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 группы коммутаторов, управляемые коммутаторы второй группы коммутаторов, входы которых подключены к соответствующим отпайкам секционированной обмотки первого трансформатора, суммирующий делитель, первый и второй входы 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 подключена к выходу суммирующего делителя. Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность устройства за счет исключения неблагоприятных последствий от переключения коммутаторов под нагрузкой, позволяет использовать менее быстродействующие реле-коммутаторы или использовать устройство - регулятор при более высоких частотах регулируемого переменного напряжения, что является техническим результатом.
Недостатками известного устройства является наличие двух трансформаторов, недостаточная надежность, а также высокая себестоимость устройства и повышенное напряжение на неиспользуемых выводах повышающей части обмотки автотрансформатора.
Задачей изобретения является обеспечение широкого диапазона регулирования при увеличении надежности и снижении себестоимости устройства.
На решение поставленной задачи направлено создание ступенчатого стабилизатора переменного напряжения, где с целью повышения точности и диапазона регулирования за счет увеличения количества ступеней для набора необходимого коэффициента трансформации используется трансформатор с количеством обмоток, превосходящее количество ступеней регулирования, при этом одна из обмоток является вольтодобавочной и включена последовательно с нагрузкой, а остальные обмотки включены так, чтобы вывод начала первой обмотки использовался как начало суммарной сборки обмоток, выводы концов всех обмоток кроме последней соединены с перекидным контактом переключающего силового реле, выводы нормально замкнутых контактов и вывод конца последней обмотки соединены и используются как конец суммарной сборки обмоток, а нормально разомкнутые контакты реле соединены с выводами начал всех обмоток кроме первой, что исключает суммирование напряжений на неиспользуемых обмотках и позволяет снизить максимальное напряжение на ключах при широком диапазоне регулирования, а также дает возможность использовать один трансформатор.
1
2
N-1
N
При этом, реле K задает режим увеличения или уменьшения напряжения, K…K задают величину увеличения или уменьшения, K закорачивая суммарную обмотку обеспечивает исключение влияния трансформатора и напряжение на выходе устройства остается без изменений.
Данная схема исключает суммирование напряжений на неиспользуемых обмотках, что позволяет снизить максимальное напряжение на ключах при широком диапазоне регулирования и дает возможность использовать один трансформатор.
Заявляемое изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства.
1
N
Ступенчатый стабилизатор переменного напряжения (фиг. 1) включает вольтодобавочную обмотку 1, секционные обмотки набора необходимого коэффициента трансформации 2…N, реле K…K и блок управления (БУ).
1
N
Ступенчатый стабилизатор переменного напряжения включает входной и выходной выводы, трансформатор, имеющий основную вольтодобавочную обмотку 1, подключенную к входному выводу устройства, и набор обмоток изменения напряжения, служащих для набора необходимого коэффициента трансформации 2…N, выводы которых подключены к соответствующим контактам управляемых реле-коммутаторов K…K.
Основным узлом Ступенчатого стабилизатора переменного напряжения является многообмоточный трансформатор, одна из обмоток 1 которого включена последовательно с нагрузкой и является вольтодобавочной, что обуславливает протекание через нее полного тока нагрузки. Остальные обмотки 2…N предназначены для обеспечения индуцирования на ней корректирующего напряжения (вольтодобавки), необходимого для обеспечения напряжения на нагрузке в заданных пределах. С учетом коэффициента трансформации протекающий через них ток значительно меньше полного тока нагрузки, а схема включения такова, что напряжение на ключах не превышает предельно допустимых значений для низковольтных переключателей.
Заявляемое изобретение работает следующим образом
3
N
После включения напряжения блок управления непрерывно измеряет напряжение на выходе стабилизатора и в случае нахождения его в заданных пределах никаких изменений не происходит. Если выходное напряжение выходит за установленные пределы, то имеющийся в составе блока управления, вычислитель определяет необходимую величину и знак приращения напряжения, а также соответственно необходимое изменение комбинации включенных реле относительно текущей комбинации. При этом каждое реле в цепочке K…K может быть включено только при условии включенного предыдущего реле.
Таким образом, предлагаемый Ступенчатый стабилизатор переменного напряжения позволяет обеспечить широкий диапазон регулирования при увеличении количества ступеней регулирования для уменьшения их величины в соответствии с требованиями необходимой точности, а также повышения надежности и снижения себестоимости устройства.