устройство для ступенчатого регулирования переменного напряжения

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования переменного напряжения, включающее 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, отличающееся тем, что в него введены 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 - к выходу суммирующего делителя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый трансформатор выполнен в виде автотрансформатора.

3. Устройство по любому из п.1 или 2, отличающееся тем, что суммирующий делитель выполнен в виде автотрансформатора.

4. Устройство по любому из пп.1, 2, или 3, отличающееся тем, что управляемые коммутаторы выполнены на основе реле.

5. Устройство по любому из пп.1 - 3 или 4, отличающееся тем, что первый и второй ключи выполнены на основе бесконтактных полупроводниковых элементов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения, в частности, в точных, быстродействующих стабилизаторах переменного напряжения.

Известно устройство для ступенчатого регулирования переменного напряжения (дискретный исполнительный орган регуляторов переменного напряжения), содержащее входной и выходной выводы, трансформатор, имеющий основную обмотку, подключенную к входному выводу, и секционированную обмотку понижения и/или повышения напряжения, отпайки которой подключены к соответствующим входам управляемых коммутаторов, выходы которых объединены и подключены к выходному выводу (см. Миловзоров В.П. Дискретные стабилизаторы и формирователи напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 14, рис. 1.6).

Недостатком известного устройства является его невысокая надежность, обусловленная тем, что управляемые коммутаторы, ввиду конечности времени переключения, особенно при высоких значениях коммутируемых токов и напряжений, когда необходимо использовать мощные коммутаторы с большим временем переключения, не могут обеспечить коммутацию в точках перехода тока через ноль, т. е. при низких мгновенных значениях тока, а осуществляют коммутацию при высоких мгновенных значениях тока. В результате происходит обгорание и залипание рабочих контактов реле, обычно используемых в качестве коммутаторов, что приводит к нештатным режимам регулирования и выходу из строя устройства в целом.

Задачей изобретения является повышение надежности устройства.

Техническим результатом является снижение нагрузки на управляемые коммутаторы и повышение их срока работы.

Указанный результат достигается тем, что в устройство для регулирования переменного напряжения, включающее 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, введены 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 группы коммутаторов соответственно, и второй трансформатор, одна из обмоток которого включена между входным и выходным выводами устройства, а другая обмотка подключена к выходу суммирующего делителя.

Кроме того:

- первый трансформатор выполнен в виде автотрансформатора;

- суммирующий делитель выполнен в виде автотрансформатора;

- управляемые коммутаторы выполнены на основе реле;

- первый и второй ключи выполнены на основе бесконтактных полупроводниковых элементов.

Изобретение поясняется с помощью чертежей, где на фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - суммирующий делитель, выполненный в виде автотрансформатора; на фиг.3 - вариант выполнения группы коммутаторов.

Устройство для регулирования переменного напряжения (фиг.1) включает входной 1 и выходной 2 выводы, первый 3 трансформатор с основной 4 обмоткой, подключенной к входному 1 выводу устройства, секционированную обмотку 5 понижения и/или повышения напряжения с отпайками 6, которые подключены к входам управляемых коммутаторов 7 первой группы 8 коммутаторов, выходы которых объединены, управляемые коммутаторы 9 второй группы 10 коммутаторов, входы которых подключены к отпайкам 6 секционированной обмотки первого трансформатора, а выходы объединены, суммирующий делитель 11, первый и второй входы которого подключены через первый 12 и второй 13 ключи к выходам управляемых коммутаторов первой 8 и второй 10 группы коммутаторов соответственно, и второй 14 трансформатор, одна из обмоток 15 которого включена между входным 1 и выходным 2 выводами устройства, а другая обмотка 16 трансформатора 14 подключена к выходу суммирующего делителя 11.

Устройство для регулирования переменного напряжения работает следующим образом. Входное напряжение с вывода 1 подается на вход основной 4 обмотки первого трансформатора 3. На отпайках 6 обмотки 5 формируется ряд значений переменного напряжения. Одно или два значения из сформированных на отпайках 6 подаются через ключи 12 и 13 на входы суммирующего делителя 11, на выходе которого формируется среднее значение между напряжениями, снятыми с соответствующих отпаек. Коммутаторы 7 и 9 представляют собой ключи или двух- и более входовые переключатели (фиг.3), которые соединены и управляются таким образом, что в любой момент времени к выходам соответствующей группы 8 или 10 подключена только одна из отпаек, т.е. секции обмотки 5 не шунтируются, а на первый и второй входы суммирующего делителя 11 подаются либо два значения с соседних отпаек (во время коммутаций напряжения), либо одно значение с одной и той же отпайки. С выхода суммирующего делителя 11 переменное напряжение подается на обмотку 16 трансформатора 14. Таким образом, переменное напряжение, формируемое на обмотке 15 трансформатора 14, добавляется или вычитается с входным напряжением и подается на выходной вывод 2 устройства.

В устоявшемся режиме первый и второй входы суммирующего делителя 11 подключены к одной и той же отпайке. Для изменения выходного напряжения, осуществляемого в процессе регулирования, устройство переходит в режим коммутации, для чего подается соответствующее управляющее воздействие (например, в виде цифрового сигнала или кода) на управляющие входы коммутаторов 7 или 9. При этом перед изменением управляющего кода размыкается соответствующий данной группе коммутаторов ключ 12 или 13. Размыкание осуществляется на полупериод переменного напряжения, т.е. для сети частотой переменного тока 50 Гц ключ 12 или 13 будет оставаться разомкнутым в течение 10 мс с момента перехода тока через ноль до следующего перехода. За это время осуществляется изменение состояния управляемых коммутаторов соответствующей группы коммутаторов в соответствии с изменившимся управляющим кодом так, что переключение коммутаторов осуществляется в разомкнутой цепи, что значительно облегчает режим работы коммутаторов. Затем таким же образом происходит изменение другой группы коммутаторов.

При выполнении суммирующего делителя в виде автотрансформатора (фиг.2) на отводе средней точки последнего формируется среднеарифметическое значение напряжений на его входах, так, если U_ВХ1 и U_ВХ2 - напряжения на первом и втором входах суммирующего делителя, то напряжение на его выходе U_ВЫХ будет равно U_ВЫХ = (U_ВХ1+U_ВХ2)/2.

Максимальное напряжение между входами суммирующего делителя 11 ограничено разностью значений напряжений соседних отпаек, а коммутация по цепи первого и второго входов суммирующего делителя происходит последовательно во времени. Таким образом, максимальное изменение выходного напряжения во время коммутации возможно лишь в пределах половины разности напряжения между отпайками.

Первый трансформатор может либо обеспечивать гальваническую развязку входа и выхода устройства, либо быть выполненным в виде автотрансформатора.

Использование в качестве ключей 12 и 13 бесконтактных полупроводниковых элементов, например транзисторов, тиристоров или симисторов, обеспечивает оперативное выключение нужной цепи на заданном полупериоде синусоидального колебания регулируемого напряжения.

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.