стабилизатор напряжения переменного тока

Формула изобретения

Стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий трансформатор, ключи для переключения ответвлений трансформатора и систему управления стабилизатором, которая содержит блок питания, нуль-орган и формирователи импульсов, отличающийся тем, что в качестве трансформатора использован автотрансформатор, а в качестве ключей соответственно оптосимисторы, причем к входу и общему выводу автотрансформатора подключен источник питания, а его первый и второй выводы через первый и второй оптосимисторы подключены к первому выходу стабилизатора, вторым выходом которого является общий вывод автотрансформатора, система управления стабилизатором дополнительно содержит генератор пилообразного напряжения, компаратор, где первый и второй входы блока питания подключены к входу и общему выводу автотрансформатора соответственно, первый выход блока питания соединен с входом нуль-органа, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения и входом первого формирователя импульсов управления, второй выход блока питания соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, выход компаратора соединен с входом второго формирователя импульсов управления, при этом выходы первого и второго формирователей импульсов управления соединены с управляющими входами первого и второго оптосимисторов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации однофазного напряжения источника электроэнергии переменного тока.

Известные стабилизаторы напряжения переменного тока осуществляют стабилизацию напряжения за счет механического переключения ответвлений обмоток трансформатора (ступенчатое регулирование) (см. Рогожкин Г.М. и дp. Автоматизация систем электроснабжения. Учебник для вузов. - Харьков.: МО СССР, 1985, с.458, рис.8.9). К недостаткам таких стабилизаторов относятся: низкое быстродействие системы управления, относительно большая масса и габариты и малый срок службы.

Наиболее близким по техническому решению является стабилизатор напряжения переменного типа, содержащий трансформатор, тиристорные ключи для бесконтактного переключения ответвлений трансформатора и систему управления стабилизатором, которая содержит блок питания, нуль-орган и формирователь импульсов (Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 296 с., рис.5.9, с.238). Недостатками стабилизатора являются низкая надежность и КПД.

Техническим решением поставленной задачи является повышение надежности работы и увеличение КПД стабилизатора напряжения неременного тока.

Поставленная задача достигается тем, что стабилизатор напряжения переменного тока содержит трансформатор, ключи для переключения ответвлений трансформатора и систему управления стабилизатором, которая содержит блок питания, нуль-орган и формирователи импульсов, в качестве трансформатора использован автотрансформатор, а в качестве ключей соответственно - оптосимисторы, причем к входу и общему выводу автотрансформатора подключен источник питания, а его первый и второй выводы через первый и второй оптосимисторы подключены к первому выходу стабилизатора, вторым выходом которого является общий вывод автотрансформатора, система управления стабилизатором дополнительно содержит генератор пилообразною напряжения, компаратор, где первый и второй входы блока питания подключены к входу и общему выводу автотрансформатора соответственно, первый выход блока питания соединен с входом нуль-органа, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения и входом первого формирователя импульсов управления, второй выход блока питания соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, выход компаратора соединен с входом второго формирователя импульсов управления, при этом выходы первого и второго формирователей импульсов управления соединены с управляющими входами первого и второго оптосимисторов.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что в схеме вместо трансформатора и четырех тиристоров применяются автотрансформатор и два оптосимистора со схемой управления.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна аналогичная заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

На фиг.1 представлена функциональная схема стабилизатора напряжения переменного тока. Стабилизатор напряжения переменного тока содержит автотрансформатор 1 с входным выводом 2 и общим выводом 3, соединенными с источником переменного тока 6 и 7, выходные выводы 4 и 5 через оптосимисторы 8 и 9 соединены с выходным зажимом 10, а общий вывод 3 - с зажимом 11 для подключения нагрузки, система управления 12 стабилизатором напряжения переменного тока содержит блок питания 13, который первым и вторым входами подключен к источнику переменного тока 6, 7, первый вывод блока питания 13 соединен с входом нуль-органа 14, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения 15 и входом первого формирователя импульсов управления 16, второй выход блока питания 13 соединен с первым входом компаратора 17, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения 15, выход компаратора 17 соединен с входом второго формирователя импульсов управления 18, при этом выходы первого 16 и второго 18 формирователей импульсов управления соединены с управляющими входами первого 19 и второго 20 оптосимисторов 9 и 8 соответственно.

На фиг. 2 показаны диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы стабилизатора напряжения переменного тока.

Стабилизатор напряжения переменного тока работает следующим образом. В номинальном режиме работы напряжение источника питания u_ВХ подключается к входу автотрансформатора 1 к выводам 2 и 3 и входу блока питания 13 системы управления 12 (фиг. 1). С первого выхода блока питания 13 сигнал синусоидальной формы (фиг.2а) поступает на вход нуль-органа 14, на выходе которого формируются импульсы, синхронные с нулевыми значениями напряжения источника питания u_ВХ (фиг.2б). Синхронизирующие импульсы через первый формирователь импульсов 16 поступают на управляющий вход 19 оптосимистора 9. На выходных выводах 10 и 11 стабилизатора формируется напряжение u₁ (фиг.2д). Синхронизирующие импульсы поступают также на вход генератора пилообразного напряжения 15, на выходе которого формируется опорный сигнал u_ОС1 пилообразной формы (фиг.2в), который поступает на первый вход компаратора 17 (фиг.1). На второй вход компаратора 17 поступает ведущий сигнал u_ВС1 напряжения постоянного тока (фиг. 2в), который пропорционален напряжению источника питания переменного тока. Когда величина опорного сигнала больше чем ведущего, т.е. когда u_ОС1>u_ВС1, на выходе компаратора 17 формируются управляющие импульсы (фиг.2г) и через формирователь импульсов управления 18 поступают на управляющий вход 16 оптосимистора 8 (фиг.1). Оптосимистор 8 включается, это приводит к естественной коммутации (закрытию) оптосимистора 9 и на выходных выводах стабилизатора 10 и 11 формируется напряжение u₂ (фиг.2д). В результате при поочередной работе оптосимисторов 9 и 8 на выходе стабилизатора будет формироваться выходное напряжение u_ВЫХ1 (фиг.2д). Если, к примеру, напряжение источника питания уменьшится, тогда уменьшится величина напряжения источника ведущего сигнала, т.е. u_ВС2<u (фиг.2е). Угол управления оптосимистором 8 уменьшится (₂<₁, фиг.2г, ж), напряжение на выходных выводах 10 и 11 стабилизатора u_ВЫХ2 увеличится (фиг.2з).

Использование автотрансформатора и оптосимисторов выгодно отличает предлагаемый стабилизатор напряжения переменного тока от известною, так как упрощается схема системы управления и повышаются надежность работы и КПД стабилизатора.