СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G05F1/30 

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к преобразовательной технике, и может быть использовано, например, в стабилизаторах переменного напряжения, исполнительный орган которых выполнен в виде вольтодобавочного трансформатора.

Известен стабилизатор напряжения, содержащий вольтодобавочный трансформатор с тремя первичными и одной вторичной обмотками, три тиристорных ключа и блок управления [авт.св. 652542, G 05 F 1/22, 1976 г.].

Недостатками известного устройства являются низкие массогабаритные и стоимостные показатели, вызванные применением трехобмоточного вольтодобавочного трансформатора, а также низкая надежность, вызванная изменением полярности напряжения на тиристорах в пусковых и переходных режимах.

Наиболее близким к изобретению является стабилизатор переменного напряжения, содержащий трехобмоточный вольтодобавочный трансформатор с тремя тиристорными ключами и блоком управления, вход которого соединен с выходными выводами, причем вторичная обмотка трансформатора включена между первым входным и первым выходным выводами стабилизатора, первая первичная обмотка своим концом через первый тиристорный ключ соединена с объединенными вторым выходным и вторым входным выводами стабилизатора, к которым через второй тиристорный ключ началом подключена вторая первичная обмотка трансформатора, а третий тиристорный ключ включен между концом первой и началом второй первичных обмоток [авт.св. 1065832, G 05 F 1/20, 1982 г.].

Применение указанного устройства позволяет улучшить надежность, массогабаритные и стоимостные показатели за счет применения в трансформаторе двух первичных обмоток и упрощенной схемы управления. Однако в случае применения устройства в сетях с повышенным напряжением, что наиболее характерно для сетей, работающих в период максимума нагрузки (утреннее либо вечернее время), либо для сетей, расположенных вдали от источников питания (пригородная зона крупных городов либо сельские распределительные сети), вследствие уменьшения требуемого диапазона регулирования напряжения существенно снижаются удельные стоимостные и массогабаритные показатели. Поэтому очевидной является необходимость приведения устройства в соответствии с требуемым диапазоном регулирования напряжения. Кроме того, при работе устройства в пусковых и переходных режимах возможны отказы в работе тиристоров, вызванные изменением полярности суммарного напряжения на тиристорах при переходе из одного режима работы в другой.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать стабилизатор напряжения, в котором введением новых параметров и связей обеспечивается сохранение полярности напряжения на тиристорах в пусковых и переходных режимах, изменение числа первичных обмоток и за счет этого повышается надежность работы и улучшаются массогабаритные и стоимостные показатели устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в стабилизаторе переменного напряжения, содержащем вольтодобавочный трансформатор с вторичной и первичной обмотками, тиристорные ключи, включенные в цепь первичной обмотки и блок управления, вход которого соединен с выходными выводами устройства, вторичная обмотка трансформатора включена между первым входным и первым выходным выводами, причем вывод вторичной обмотки, являющийся ее началом, присоединен к первому входному выводу устройства, а вывод вторичной обмотки, являющийся ее концом, присоединен к первому выходному выводу, вывод первичной обмотки, являющийся ее началом, через первый тиристорный ключ соединен с объединенными вторым входным выводом и вторым выходным выводом, вывод первичной обмотки, являющийся ее концом, соединен с первым выводом второго тиристорного ключа, а второй вывод первичной обмотки, являющийся ее началом, соединен со вторым выводом второго тиристорного ключа, дополнительно введено два синхронизирующих трансформатора, два защитных диода, два транзисторных ключа, два защитных резистора, два ограничительных диода и два токоограничительных резистора, а второй вывод первичной обмотки трансформатора, являющийся ее концом соединен с первым входным выводом устройства, параллельно тиристорам второго тиристорного ключа включена первичная обмотка первого синхронизирующего трансформатора, начало первичной обмотки первого синхронизирующего трансформатора соединено с началом первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, первичная обмотка второго синхронизирующего трансформатора присоединена к выходным выводам устройства, причем начало первичной обмотки второго синхронизирующего трансформатора присоединено к концу вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, а управляющие электроды каждого из тиристоров второго тиристорного ключа соединены с катодами защитных диодов, аноды которых соединены с защитными резисторами и вторичными обмотками первых синхронизирующих трансформаторов, причем к аноду защитного диода первого тиристора второго тиристорного ключа вторичная обмотка первого синхронизирующего трансформатора присоединена началом, а к аноду защитного диода второго тиристора второго тиристорного ключа вторичная обмотка первого синхронизирующего трансформатора присоединена концом, соответственно другие концы вторичных обмоток первого синхронизирующего трансформатора присоединены к коллекторам транзисторных ключей, базы которых соединены с другими концами защитных резисторов, катодами ограничительных диодов и выводами вторичных обмоток второго синхронизирующего трансформатора, причем база транзистора первого тиристора второго тиристорного ключа соединена с концом вторичной обмотки второго синхронизирующего трансформатора, а база транзистора второго тиристора второго тиристорного ключа соединена с началом вторичной обмотки второго синхронизирующего трансформатора, другие концы вторичных обмоток второго синхронизирующего трансформатора соединены через токоограничивающие резисторы с анодами ограничительных диодов, эмиттерами транзисторных ключей и катодами соответствующих тиристоров второго тиристорного ключа.

Введение новых элементов и новых связей между ними обеспечивают достижение поставленной задачи, что соответствует критерию изобретения "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники, признаки, отличающие заявленное решение от прототипа, не были обнаружены и, поэтому, они обеспечивают ему соответствие критерию "существенные отличия".

На прилагаемом чертеже приведена схема стабилизатора переменного напряжения.

Стабилизатор переменного напряжения содержит вольтодобавочный трансформатор 1 со вторичной 2 и первичной 3 обмотками, управляемыми с помощью первого и второго тиристорных ключей. Параллельно тиристорам второго тиристорного ключа 4 подключена первичная обмотка 5 первого синхронизирующего трансформатора 6, причем начало первичной обмотки 5 трансформатора 6 соединено с началом первичной обмотки 3 вольтодобавочного трансформатора 1. Управляющий электрод тиристора 7 тиристорного ключа 4 соединен с катодом защитного диода 8, анод которого соединен с началом вторичной обмотки 9 первого синхронизирующего трансформатора 6 и одним из выводов защитного резистора 10, начало вторичной обмотки 9 первого синхронизирующего трансформатора 6 присоединено к коллектору транзисторного ключа 11, другой вывод защитного резистора 10 присоединен к базе транзисторного ключа 11, катоду ограничительного диода 12 и концу вторичной обмотки 13 второго синхронизирующего трансформатора 14, начало вторичной обмотки 13 второго синхронизирующего трансформатора 14 присоединено к одному из концов токоограничивающего резистора 15, другой конец токоограничивающего резистора 15 соединен с анодом ограничительного диода 12, эмиттером транзисторного ключа 11 и катодом тиристора 7 второго тиристорного ключа 4. Управляющий электрод тиристора 15 второго тиристорного ключа 4 соединен с катодом защитного диода 17, анод которого соединен с концом вторичной обмотки 18 первого синхронзиирующего трансформатора 6, одним из выводов защитного резистора 19, начало вторичной обмотки 18 первого синхронизирующего трансформатора 6 присоединено к коллектору транзисторного ключа 20, другой вывод защитного резистора 19 присоединен к базе транзисторного ключа 20, катоду ограничительного диода 21 и началу вторичной обмотки 22 второго синхронизирующего трансформатора 14, конец вторичной обмотки 22 второго синхронизирующего трансформатора 14 присоединен к одному из концов токоограничивающего резистора 23, другой конец токоограничивающего резистора 23 соединен с анодом ограничительного диода 21, эмиттером транзисторного ключа 20 и катодом тиристора 16 второго тиристорного ключа 4. Катоды и управляющие электроды тиристоров 24, 25 первого тиристорного ключа 26 соединены с блоком управления 27, начало первичной обмотки 28 второго синхронизирующего трансформатора 14 присоединено к выходному выводу устройства, связанному с концом вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, а конец - с другим выходным выводом.

Стабилизатор переменного напряжения работает следующим образом.

В начале каждого полупериода питающего напряжения в момент, когда значение ЭДС Е₁ на зажимах первичной обмотки 3 трансформатора 1 больше U₁ на входных выводах и имеет с ним одинаковую полярность, включаются в каждую из полуволн поочередно транзисторные ключи 11 и 20, обеспечивая протекание тока через управляющие электроды тиристоров 7 и 16 второго тиристорного ключа 4 в соответствующие полупериоды. Соответственно, первичная обмотка 3 трансформатора 1 шунтируется тиристорным ключом 4, обеспечивая режим нулевой добавки. При этом обмена энергией между нагрузочной и питающей сетью не происходит, ЭДС на зажимах вторичной обмотки снижается до величины близкой к нулю и напряжение на выходных выводах устройства практически равно напряжению на его входных выводах. Момент включения тиристоров 24, 25 первого тиристорного ключа 26 определяется блоком управления 27 в зависимости от величины напряжения U₁ на входных выводах.

При подаче напряжения на управляющие электроды тиристоров 24, 25 первого тиристорного ключа 26 последние подключают первичную обмотку 3 к питающей сети, обеспечивая режим вольтодобавки. При этом ЭДС E₂ на зажимах вторичной обмотки 2 вольтодобавочного трансформатора 1 действует в фазе с напряжением сети U₁, увеличивая напряжение на нагрузке на величину E₂, и часть энергии из питающей передается в нагрузочную цепь. ЭДС E₁ на зажимах первичной обмотки в этом режиме становится меньшей напряжения сети U₁, поэтому результирующее напряжение на тиристорах тиристорного ключа 4 меняет полярность, соответственно меняется полярность напряжения на вторичных обмотках синхронизирующего трансформатора 6 и транзисторные ключи 11, 20 закрываются, ток через управляющие электроды тиристоров 7, 16 второго тиристорного ключа 4 не протекает и тиристоры 7, 16 запираются. При этом вследствие неизменности фазы напряжения на зажимах первичной обмотки, включение тиристора 24 тиристорного ключа 26 сопровождается отключением тиристора 7 тиристорного ключа 4 в одну из полуволн напряжения, а включение тиристора 25 тиристорного ключа 26 способствует отключению тиристора 16 тиристорного ключа 4 в другую полуволну. Последнее исключает режим короткого замыкания в случае включения тиристорного 24 либо 25 тиристорного ключа 26 при включенных тиристорах 7 либо 16.

При напряжении сети U₁ значительно меньшем его номинального значения (U₁=U_1min << U_1H) угол включения тиристоров 24, 25 тиристорного ключа 26 равен унлю. При напряжении сети U₁ близком к номинальному (U₁≈U_1H) угол включения тиристоров 24, 25 тиристорного ключа 26 равен 180^o. Кривая выходного напряжения U₂ на выходных выводах устройства имеет при этом синусоидальную форму. При изменении напряжения в сети U₁ от его минимального значения (U₁=U_1min) до его номинального значения (U₁=U_1H), то есть (U_1min<U₁<U_1H) тиристоры 24, 25 тиристорного ключа 26 включаются с углом α = 0-180^o, зависящим от отклонения величины напряжения в сети U₁ от его номинального значения. Кривая выходного напряжения U₂ имеет при этом ступенчато-синусоидальную форму.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет осуществлять стабилизацию напряжения на его выходных выводах при изменении напряжения на входных выводах от его минимального значения U_1min до номинального значения U_1H.

Введение новых связей и параметров позволило повысить надежность работы устройства за счет постоянства полярности напряжения на тиристорах первого тиристорного ключа в пусковых и переходных режимах, а также улучшить его массогабаритные и стоимостные показатели за счет изменения числа первичных обмоток трансформатора.

Изобретение предназначено для использования в электрических сетях 380/220 В с напряжением выше номинального. Изобретение позволяет стабилизировать напряжение на выходе устройства за счет создания регулируемой добавочной ЭДС путем чередования двух режимов: режима короткого замыкания и режима согласного включения. При этом повышается надежность, улучшаются массогабаритные показатели. 1 ил.

Стабилизатор переменного напряжения, содержащий вольтодобавочный трансформатор с вторичной и первичной обмотками, тиристорные ключи, включенные в цепь первичной обмотки, и блок управления, вход которого соединен с выходными выводами устройства, вторичная обмотка трансформатора включена между первым входным и первым выходным выводами, причем вывод вторичной обмотки, являющийся ее началом, присоединен к первому входному выводу стабилизатора, а вывод вторичной обмотки, являющийся ее концом, присоединен к первому выходному выводу, вывод первичной обмотки, являющийся ее началом, через первый тиристорный ключ соединен с объединенными вторым входным и вторым выходным выводами, вывод первичной обмотки, являющийся концом, соединен с первым выводом второго тиристорного ключа, а второй вывод первичной обмотки, являющийся ее началом, соединен с вторым выводом второго тиристорного ключа, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два синхронизирующих трансформатора, два защитных диода, два транзисторных ключа, два защитных резистора, два ограничительных диода и два токоограничительных резистора, при этом
второй вывод первичной обмотки, являющийся ее концом, соединен с первым входным выводом стабилизатора, параллельно тиристорам второго тиристорного ключа включена первичная обмотка первого синхронизирующего трансформатора, начало первичной обмотки первого синхронизирующего трансформатора соединена с началом первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, первичная обмотка второго синхронизирующего трансформатора присоединена к выходным выводам стабилизатора, причем начало первичной обмотки второго синхронизирующего трансформатора присоединено к концу вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, а управляющие электроды каждого из тиристоров второго тиристорного ключа соединены с катодами защитных диодов, аноды которых соединены с защитными резисторами и вторичными обмотками первых синхронизирующих трансформаторов, причем к аноду защитного диода первого тиристора второго тиристорного ключа вторичная обмотка первого синхронизирующего трансформатора присоединена началом, а к аноду защитного диода второго тиристора второго тиристорного ключа вторичная обмотка первого синхронизирующего трансформатора присоединена концом, соответственно другие выводы вторичных обмоток первого синхронизирующего трансформатора присоединены к коллекторам транзисторных ключей, базы которых соединены с другими выводами защитных резисторов, катодами ограничительных диодов и выводами вторичных обмоток второго синхронизирующего трансформатора, причем база транзистора, связанного с первым тиристором второго тиристорного ключа, соединена с концом вторичной обмотки второго синхронизирующего трансформатора, другие выводы вторичных обмоток второго синхронизирующего
трансформатора соединены через токоограничивающие резисторы с анодами ограничительных диодов, эмиттерами транзисторных ключей и катодами соответствующих тиристоров первого тиристорного ключа.