Способ регулирования синусоидального напряжения на нагрузке и устройство для его реализации Российский патент 2023 года по МПК G05F1/253 

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано в электрических сетях для гибкого регулирования и стабилизации напряжения в электрической сети за счет изменения величины напряжения, вводимого последовательно в линию электропередачи.

Известен способ регулирования синусоидального напряжения на нагрузке с помощью управления напряжением вольтодобавки регулятора переменного напряжения, содержащего многообмоточный

вольтодобавочный трансформатор с сетевой обмоткой и вторичными обмотками, ключевой преобразователь, входы которого подключены к источнику питания, дополнительный управляемый ключ, включенный последовательно с сетевой обмоткой многообмоточного вольтодобавочного трансформатора, датчик напряжения нагрузки и блок управления, причем сетевая обмотка многообмоточного вольтодобавочного трансформатора подключена последовательно с источником питания, вторичные обмотки многообмоточного вольтодобавочного трансформатора подключены к выходам ключевого преобразователя. (Патент №2671829 от 27.12.2017 «Регулятор вольтодобавочного переменного напряжения»). Согласно способу регулирования, описанному в прототипе, процесс изменения напряжения на выходе регулятора напряжения сопровождается снятием импульсов управления со всех управляемых ключей преобразователя и формированием временной паузы, в течение которой нагрузка полностью отключается от питающей сети. Недостатком способа и устройства его реализации является наличие кратковременных промежутков отсутствия напряжения на нагрузке, связанных с регулированием напряжения вольтодобавки.

Известно также устройство для регулирования синусоидального напряжения на нагрузке с помощью управления напряжением вольтодобавки регулятора переменного напряжения, содержащего многообмоточный вольтодобавочный трансформатор с сетевой обмоткой и вторичными обмотками, ключевой преобразователь, входы которого подключены к источнику питания, последовательный и дополнительный управляемый ключи, датчик напряжения нагрузки и блок управления, причем последовательный ключ включен последовательно с сетевой обмоткой многообмоточного вольтодобавочного трансформатора и нагрузкой, а дополнительный управляемый ключ включен параллельно ветви из последовательного соединения последовательного управляемого ключа и сетевой обмотки многообмоточного вольтодобавочного трансформатора, а вторичные обмотки многообмоточного вольтодобавочного трансформатора подключены к выходам ключевого преобразователя. (Патент №2733650 от 15.08.2019 «Регулятор вольтодобавочного переменного напряжения»). В отличие от упомянутого ранее способа и устройства, в данном устройстве нагрузка не отключается от питающей сети в процессе изменения напряжения на выходе регулятора напряжения. В процессе изменения напряжения нагрузка подключается к питающей сети через дополнительный управляемый ключ. Однако, данный способ также подразумевает использование двунаправленного управляемого ключа, подключенного последовательно с нагрузкой, и рассчитанного на максимально-допустимый ток регулятора вольтодобавочного переменного напряжения.

К одним из основных недостатков описанных способов и устройств их реализующих следует отнести наличие потерь мощности в установившемся режиме работы, обусловленные протеканием всего тока нагрузки через последовательный управляемый ключ в установившемся режиме работы устройства. Причем применение в качестве последовательного управляемого ключа полупроводниковых приборов, например, тиристоров, дополнительно ухудшает массо-габаритные показатели устройства из-за необходимости установки дополнительного охладителя.

Реализация способа управления, описанном в прототипе, требует отслеживания системой управления очередности переключения последовательного и дополнительного управляемых ключей, что усложняет его реализацию в системе управления.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является упрощение устройства и снижение потерь.

Техническим результатом, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, является уменьшение массо-габаритных характеристик и повышение КПД за счет исключения последовательного ключа из контура протекания тока нагрузки в установившемся режиме работы.

Технический результат достигается тем, что в способе регулирования синусоидального напряжения на нагрузке с помощью управления напряжением вольтодобавки регулятора переменного напряжения, входные зажимы которого подключены к источнику питания, а выходные зажимы к нагрузке и имеющего одну общую точку соединения входных и выходных зажимов, содержащего многообмоточный вольтодобавочный трансформатор с сетевой обмоткой, включенной в ветвь, соединяющую входной и выходной зажим регулятора переменного напряжения, дополнительный управляемый ключ, включенный между входным и выходным зажимом регулятора переменного напряжения, последовательный управляемый ключ, ключевой преобразователь напряжения, входные зажимы которого подключены к источнику питания, а к выходным зажимам подключены вторичные обмотки многообмоточного вольтодобавочного трансформатора, как минимум один датчик напряжения, выход которого подключен к блоку управления ключами регулятора переменного напряжения, реализующего управление ключевым преобразователем, дополнительным и последовательным управляемыми ключами синхронизировано с напряжением источника питания, при этом подключение входных зажимов ключевого преобразователя к источнику питания осуществляют с помощью управления последовательным управляемым ключом, а изменение взаимно противоположных состояний дополнительного и последовательного управляемых ключей осуществляют одновременно в фиксированные моменты времени относительно напряжения источника питания, а управление ключевым преобразователем реализуют на интервале выключенного состояния последовательного управляемого ключа, а в устройстве регулирования синусоидального напряжения, подключенном своими входными зажимами к зажимам источника питания, а выходными зажимами к нагрузке, и имеющем одну общую точку соединения его входных и выходных зажимов, содержащем многообмоточный вольтодобавочный трансформатор с сетевой обмоткой, включенной в ветвь, соединяющую входной и выходной зажимы устройства, дополнительный управляемый ключ, включенный между входным и выходным зажимом регулятора переменного напряжения, ключевой преобразователь, к соответствующим выходным зажимам которого подключены вторичные обмотки многообмоточного вольтодобавочного трансформатора, последовательный управляемый ключ, блок управления, вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а выходы блока управления соединены с управляющими входами ключевого преобразователя, дополнительного и последовательного управляемых ключей, входные зажимы ключевого преобразователя подключены к входным зажимам источника питания через последовательный управляемый ключ.

Сущность предлагаемого способа регулирования синусоидального напряжения на нагрузке поясняется чертежом фиг. 1, где приведена блок схема, поясняющая заявляемый способ регулирования.

Сущность предлагаемого устройства регулирования синусоидального напряжения на нагрузке поясняется чертежом фиг. 2, на котором приведена схема устройства регулирования синусоидального напряжения на нагрузке.

На фиг. 3 представлены временные диаграммы, поясняющие алгоритм работы устройства фиг. 2.

В соответствии с фиг. 1, устройство регулирования синусоидального напряжения 1 подключено своими входными зажимами к зажимам источника питания 2, а выходными зажимами к нагрузке 3, и имеет одну общую точку соединения его входных и выходных зажимов. Устройство 1 регулирования синусоидального напряжения на нагрузке 3 содержит многообмоточный вольтодобавочный трансформатор 4 с вторичной сетевой обмоткой W2, включенной в ветвь, соединяющую входной и выходной зажимы устройства регулирования синусоидального напряжения 1. Дополнительный управляемый ключ 5 подключен параллельно вторичной сетевой обмотке W2 многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 4. Выходные зажимы ключевого преобразователя 6 подключены к соответствующим первичным обмоткам W11 - W1n многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 4, а входные зажимы ключевого преобразователя 6 подключены к входным зажимам источника питания 2 через последовательный управляемый ключ 7. Входы датчика напряжения 8, подключаются к нагрузке 3, либо к источнику питания 2 (на фиг. 1 показаны пунктиром), а выходы к блоку управления 9. При этом выходы блока управления 9 соединены с управляющими входами ключевого преобразователя 6, дополнительного управляемого ключа 5 и последовательного управляемого ключа 7.

Блок управления 9 включает в себя блок задания уставки по выходному напряжению 10, блок формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения 11, блок фиксации момента времени достижения напряжением источника питания нулевого уровня 12, блок формирования временной задержки 13 и блок формирования состояния управляемых ключей 14, причем к первому входу блока формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения 11 подключен выход датчика напряжения 8, а ко второму входу блока формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения 11 подключен выход блока задания уставки по выходному напряжению 10. К первому входу блока фиксации момента времени достижения напряжением источника питания нулевого уровня 12 подключен выход датчика напряжения 8, а ко второму входу этого блока подключен первый выход блока формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения И. Выход блока фиксации момента времени достижения напряжением источника питания нулевого уровня 12 подключен ко входу блока формирования временной задержки 13, первый и второй выходы которого подключены к одноименным входам блока формирования состояния управляемых ключей 14. К третьему входу блока формирования состояния управляемых ключей 14 подключен второй выход блока формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения 11. Первый выход блока формирования состояния управляемых ключей 14 подключен к управляющими входам ключевого преобразователя 6, а второй выход блока формирования состояния управляемых ключей 14 подключен к управляющими входам последовательного управляемого ключа 7 и дополнительного управляемого ключа 5.

Устройство регулирования синусоидального напряжения на нагрузке, реализующее предложенный способ управления, приведено на фиг. 2, где устройство регулирования синусоидального напряжения 1 построено на основе многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 4 с двумя первичными обмотками W11 и W12, дополнительного управляемого ключа 5, ключевого преобразователя 6, реализованного на базе трех параллельно соединенных ветвей с управляемыми переключателями RL1, RL2; RL3, RL4; RL5, RL6, последовательного управляемого ключа 7, датчика напряжения 8, блока управления 9. Начало трех параллельно соединенных ветвей ключевого преобразователя 6 образовано общей точкой соединения выводов управляемых переключателей RL1, RL2, RL3, а конец ветвей образует общая точка соединений выводов управляемых выключателей RL4, RL5, RL6. Между общими точками соединения выводов управляемых переключателей первой ветви RL1 и RL4 и общими точками соединения выводов управляемых переключателей второй параллельной ветви RL2 и RL5 подключены выводы первичной обмотки W11 многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 4. Между общими точками соединения выводов управляемых переключателей RL2 и RL5 второй параллельной ветви и общими точками соединения выводов управляемых переключателей RL3 и RL6 третьей параллельной ветви подключены выводы первичной обмотки W12 многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 4. Общие точки соединения параллельных ветвей образуют входные зажимы ключевого преобразователя 6. Дополнительный управляемый ключ 5 и последовательный управляемый ключ 7, реализованы каждый на базе двух однооперационных тиристоров, включенных встречно-параллельно. Датчик напряжения 8 может быть подключен параллельно нагрузке или параллельно источнику питания 2 (на фиг. 2 показан пунктиром). Выход датчика напряжения 8 подключен на вход блока управления 9. Выходы блока управления 9 соединены с управляющими входами блока кючевого преобразователя 6, дополнительного и последовательного управляемых ключей 5 и 7 соответсвенно.

Блок управления 9 на фиг. 2 включает в себя блок задания уставки по выходному напряжению 10, блок формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения 11, блок фиксации момента времени достижения напряжением источника питания нулевого уровня 12, блок формирования временной задержки 13 и блок формирования состояния управляемых ключей 14, причем к первому входу блока формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения 11 подключен выход датчика напряжения 8, а ко второму входу блока формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения 11 подключен выход блока задания уставки по выходному напряжению 10. К первому входу блока фиксации момента времени достижения напряжением источника питания нулевого уровня 12 подключен выход датчика напряжения 8, а ко второму входу этого блока подключен первый выход блока формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения 11. Выход блока фиксации момента времени достижения напряжением источника питания нулевого уровня 12 подключен ко входу блока формирования временной задержки 13, первый и второй выходы которого подключены к одноименным входам блока формирования состояния управляемых ключей 14. К третьему входу блока формирования состояния управляемых ключей 14 подключен второй выход блока формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения 11. Первый выход блока формирования состояния управляемых ключей 14 подключен к управляющими входам ключевого преобразователя 6, а второй выход блока формирования состояния управляемых ключей 14 подключен к управляющими входам последовательного управляемого ключа 7 и дополнительного управляемого ключа 5.

Заявляемый способ регулирования синусоидального напряжения осуществляется следующим образом. В установившемся режиме устройства регулирования синусоидального напряжения 1 последовательный управляемый ключ 7 находится в проводящем состоянии, а дополнительный управляемый ключ 5 находится в выключенном, непроводящем состоянии. Ключевой преобразователь 6, обеспечивает различные комбинации подключения первичных секционированных обмоток W11 - W1n вольтодобавочного трансформатора 4 к источнику питания 2, что в свою очередь позволяет дискретно изменять полярность и величину напряжения на вторичной сетевой обмотке W2 вольтодобавочного трансформатора 4 (вольтодобавку), регулируя тем самым напряжение на нагрузке 3.

В установившемся режиме работы устройства регулирования синусоидального напряжения 1 блок управления 9 устанавливает в ключевом преобразователе 6 такую комбинацию ключевых элементов, что подключенные к источнику питания 2 первичные секционированные обмотки вольтодобавочного трансформатора 4 обеспечивают формирование на вторичной сетевой обмотке W2 вольтодобавочного трансформатора 4 вольтодобавки требуемой величины и знака, обеспечивая тем самым требуемое напряжение на нагрузке 3.

Способ использует измерение напряжения источника питания 2 или напряжения нагрузки 3 с помощью датчика напряжения 8. Результаты измерения поступают в блок управления 9. Несовпадение текущего диапазона уставки по напряжению на нагрузке 3, поступающего в блок формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения 11 с блока задания уставки по выходному напряжению 10, и измеренного текущего напряжения с помощью датчика напряжения 8, является основанием для формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения. Для этого блок формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения 11 формирует на своем первом выходе сигнал, информирующий о необходимости одновременного изменения взаимопротивоположных состояний включенного последовательного управляемого ключа 7 и выключенного дополнительного управляемого ключа 5 (момент времени t1 на фиг. 3). После обнаружения подобного сигнала, активируется блок фиксации момента времени достижения напряжением питающей сети нулевого уровня 12, который с помощью сигнала с датчика напряжения 8 определяет и фиксирует момент времени достижения напряжения источника питания 2 нулевого уровня. Далее, после обнаружения момента времени достижения напряжения источника питания 2 нулевого уровня (момент времени t2 на фиг. 3), блок фиксации момента времени достижения напряжением источника питания нулевого уровня 12 передает сигнал на блок формирования временной задержки 13, который в свою очередь формирует временную задержку (таймаут 1, интервал времени от t2 до t3 на фиг. 3), в течение которой не предпринимаются никакие действия по изменению состояния ни управляемых ключей 5 и 7, ни ключевых элементов ключевого преобразователя 6. После окончания длительности задержки таймаут 1 (момент времени t3 на фиг. З) блок формирования временной задержки 13 формирует на своем первом выходе сигнал, поступающий на первый вход блока формирования состояния управляемых ключей 14, который в свою очередь по принятому сигналу формирует на своем втором выходе сигнал для одновременного изменения взаимопротивоположных состояний последовательного управляемого ключа 7 и дополнительного управляемого ключа 5, а именно осуществляет выключение последовательного управляемого ключа 7 и включение дополнительного управляемого ключа 5. При этом, после включения дополнительного управляемого ключа 5 (момент времени t3 на фиг. 3) напряжение на нагрузке 3 становится равным напряжению источника питания 2, обеспечивая тем самым нулевое напряжение на сетевой обмотке вольтодобавочного трансформатора 4, а, следовательно, на всех его секционированных обмотках также будет обеспечиваться нулевое напряжение.

Стоит отметить, что несмотря на то, что в момент времени t3 путем подачи импульсов управления блоком управления 9 был открыт дополнительный управляемый ключ 5, последовательный управляемый ключ 7 при этом может еще не закрыться, и также находятся в проводящем состоянии (например, в случае реализации ключа 7 на базе тиристоров). После момента времени t3, до момента времени t5, в управляемых ключах 5 и 7, а также во всех обмотках вольтодобавочного трансформатора 4 может протекать ток переходного процесса, амплитуда которого достигается в момент времени t4 - в момент достижения напряжения источника питания 2 нулевого уровня. Амплитуда тока переходного процесса определяется выражением:

где U_max и со - амплитуда и частота напряжения источника питания 2, L_s и R - эквивалентные индуктивность рассеянья и активное сопротивления обмоток вольтодобавочного трансформатора 4, t* - длительность интервала времени от t3 до t4. Стоит отметить, что длительность упомянутой задержки, в течение которой не предпринимаются никакие мероприятия по переключению (интервал времени от t2 до t3 на фиг. З) не является строго фиксированной для всех устройств регулирования синусоидального напряжения. Требуемое значение длительности задержки для конкретного устройства регулирования синусоидального напряжения 1 определяется исходя из допустимой амплитуды тока переходного процесса (выражение (1)), которую в свою очередь следует ограничить допустимым максимальным током дополнительного управляемого ключа 5 и допустимым максимальным током секционированных обмоток вольтодобавочного трансформатора 4.

К моменту времени t5 переходные процессы переключения управляемых ключей 5 и 7 заканчиваются. После момента времени t5 через дополнительный управляемый ключ 5 протекает только ток нагрузки 3. Кроме этого, после момента времени t5 последовательный управляемый ключ 7 находится в закрытом, непроводящем состоянии, обеспечивая тем самым отсутствие тока как в секционированных обмотках вольтодобавочного трансформатора 4, так и во всех управляемых ключах ключевого преобразователя 6.

После момента времени t5, по прошествии временной задержки (таймаут 2, интервал от t4 до t6), блок формирования временной задержки 13 по второму выходу передает сигнал на второй вход блока формирования состояния управляемых ключей 14, который в свою очередь по принятому сигналу на втором входе осуществляет формирование на своем первом выходе сигнала для изменения состояний ключевых элементов ключевого преобразователя 6. Информацию о конкретных состояниях ключевых элементов ключевого преобразователя 6 блок формирования состояния управляемых ключей 14 получает из третьего своего входа, которая в свою очередь была сформирована на втором выходе блока формирования запроса на изменение уровня выходного напряжения 11. Блок формирования состояния управляемых ключей 14 выключит те ключевые элементы ключевого преобразователя 6, которые обеспечивали предыдущую величину вольтодобавки, и включит те его ключевые элементы, которые обеспечат новую величину вольтодобавки (например, элементы, обеспечивающие повышение уровня выходного напряжения по сравнению с предыдущим уровнем, фиг. 3).

После момента времени t6, когда ключевой преобразователь 6 был переведен в новое состояние, блок формирования временной задержки 13 ожидает от блока фиксации момента времени достижения напряжением источника питания нулевого уровня 12 соответствующего сигнала, чтобы блок формирования состояния управляемых ключей 14 смог вернуть управляемые ключи 5 и 7 в исходное состояние. Далее, алгоритм переключения на интервале времени от t7 до t9 аналогичен алгоритму на интервале времени от t2 до t5, характерным признаком которых является формирование временной задержки (таймаут 1, интервал времени от t7 до t8 на фиг. 3), в течение которой не предпринимаются никакие действия по изменению состояния ни управляемых ключей 5 и 7, ни ключевых элементов ключевого преобразователя 6. После окончания длительности задержки длительностью таймаут 1 (момент времени t8 на фиг. З) блок формирования временной задержки 13 формирует на своем первом выходе сигнал, поступающий на первый вход блока формирования состояния управляемых ключей 14, который в свою очередь по принятому сигналу формирует на своем втором выходе сигнал для одновременного изменения взаимопротивоположных состояний последовательного управляемого ключа 7 и дополнительного управляемого ключа 5, а именно осуществляет включение последовательного управляемого ключа 7 и выключение дополнительного управляемого ключа 5.

После завершения переходных процессов переключения управляемых ключей 5 и 7 (момент времени t9 на фиг. 3) на сетевой обмотке вольтодобавочного трансформатора 4 сформируется новая величина вольтодобавки, и напряжение на нагрузке 3 будет соответствовать требуемой уставке. На этом алгоритм изменения величины вольтодобавки завершается.

Стоит отметить, что в качестве ключевых элементов ключевого преобразователя 6 в заявляемом устройстве могут быть применены механические переключатели - реле. Применение реле в качестве переключателей ключевого преобразователя 6 обеспечит уменьшение потерь в проводящем состоянии каждого из ключевого элемента в установившемся режиме. При этом, как дополнительный управляемый ключ 5, так и последовательный управляемый ключ 7, могут быть реализованы на базе двух однооперационных тиристоров, включенных встречно-параллельно (фиг. 2), обеспечивая тем самым двунаправленную проводимость. Реализация управляемых ключей 5 и 7 на базе полупроводниковых приборов позволяет увеличить ресурс переключений устройства регулирования синусоидального напряжения 1, а также увеличить надежность и быстродействие функционирования устройства регулирования синусоидального напряжения 1 при изменении величины вводимой вольтодобавки.

Датчик напряжения 8 используется блоком управления 9 для переключения первичных секционированных обмоток многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 4 с помощью ключевых элементов RL1-RL6 на базе реле ключевого преобразователя 6 синхронизовано с синусоидальным напряжением источника питания 2. При этом, расположение датчика 8 - на входе или на выходе устройства регулирования синусоидального напряжения 1, не влияет ни на алгоритм функционирования заявляемого способа регулирования, ни на функционирование устройства регулирования синусоидального напряжения 1, так как, во-первых, напряжение на нагрузке 3 и напряжение источника питания 2 будут всегда синфазны и связаны с друг другом. Во-вторых, зная величину напряжения одной из величин (на входе, либо на выходе устройства регулирования вольтодобавочного синусоидального напряжения 1), можно однозначно определить величину второй, так как они если и будут отличаться, то это отличие будет определяться величиной вводимой вольтодобавки многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 4, информацией о которой всегда располагает блок управления 9.

В устройстве фиг. 2 величина и полярность формируемой на вторичной обмотке W2 многообмоточного вольтодобавочного трансформатора 4 определяется состоянием ключевых элементов RL1-RL6 на базе реле. Так, например, если блок управления 9 сформирует импульсы управления на реле RL1 и RL5 ключевого преобразователя 6, то на сетевой обмотке вольтодобавочного трансформатора 4 сформируется положительная вольтодобавка величина которой будет определяться соотношением количества витков первичной и вторичной обмоток вольтодобавочного трансформатора 4 (коэффициентом трансформации) W11/W2 и величиной напряжения источника питания 2. Напряжение на нагрузке 3 в данном случае увеличится на указанную величину вольтодобавки. Если, например, блок управления 9 сформирует импульсы управления на реле RL3 и RL4 ключевого преобразователя 6, то на сетевой обмотке вольтодобавочного трансформатора 4 сформируется отрицательная вольтодобавка величина которой будет определяться коэффициентом трансформации (W11+W12)/W2 и величиной напряжения источника питания 2. Напряжение на нагрузке 3 в данном случае уменьшится на указанную величину вольтодобавки. В рассматриваемой схеме устройства регулирования синусоидального напряжения 1 можно реализовать по три уровня регулирования напряжения в положительную и отрицательную сторону, а также нулевую вольтодобавку, например, с помощью включения реле RL4 и RL6 ключевого преобразователя 6.

Следует подчеркнуть, что в заявляемом устройстве регулирования синусоидального напряжения 1 отсутствует управляемый ключ в контуре протекания тока нагрузки 3 в установившемся режиме работы, что существенно повышает КПД устройства и улучшает его массо-габаритные показатели. Ток нагрузки протекает через дополнительный управляемый ключ 5 только на коротком промежутке времени (интервал времени от t3 до t9), величина которого не превышает 1,5-2 периодов напряжения источника питания 2, и определяется длительностью переключения управляемых ключей 5 и 7, а также длительностью переключения применяемых механических реле в составе ключевого преобразователя 6. При этом стоит также отметить, что изменение состояния ключевого преобразователя 6 осуществляется при нулевом напряжении на его ключевых элементах и нулем токе в них, что значительно повышает коммутационный ресурс механических переключателей RL1-RL6. Кроме этого, в заявляемом устройстве в установившемся режиме работы через последовательный управляемый ключ 7 протекает ток, который меньше тока нагрузки как минимум в коэффициент трансформации раз, что также способствует повышению КПД устройства и улучшает его массо-габаритные характеристики. Вместе с тем, заявляемый способ регулирования справедлив и работоспособен для любого типа и характера выходной нагрузки устройств регулирования синусоидального напряжения - RL, RC и R. Способ регулирования использует синхронизацию только с моментами времени достижения напряжения питающей сети нулевого уровня и формирование относительно этих уровней соответствующих временных задержек для изменения состояния управляемых ключей в фиксированные моменты времени.

Таким образом, осуществление совокупности признаков заявляемого способа регулирования синусоидального напряжения и устройства для его реализации обеспечивает достижение указанного технического результата.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано в электрических сетях для гибкого регулирования и стабилизации напряжения в электрической сети за счет изменения величины напряжения, вводимого последовательно в линию электропередачи. Технический результат заключается в улучшении массогабаритных показателей, повышении КПД устройства за счет исключения последовательного ключа из контура протекания тока нагрузки и уменьшении потерь в ключевом преобразователе в установившемся режиме работ. Технический результат достигается тем, что в способе регулирования синусоидального напряжения на нагрузке с помощью управления напряжением вольтодобавки регулятора переменного напряжения, содержащего многообмоточный вольтодобавочный трансформатор с сетевой обмоткой, включенной в ветвь, соединяющую входной и выходной зажимы, дополнительный управляемый ключ, включенный между входным и выходным зажимами, последовательный управляемый ключ, ключевой преобразователь напряжения, входные зажимы которого подключены к источнику питания, а к выходным зажимам подключены вторичные обмотки многообмоточного вольтодобавочного трансформатора, управление ключевым преобразователем, дополнительным и последовательным управляемыми ключами синхронизировано с напряжением источника питания, подключение входных зажимов ключевого преобразователя к источнику питания осуществляют с помощью управления последовательным управляемым ключом, а изменение взаимно противоположных состояний дополнительного и последовательного управляемых ключей осуществляют одновременно в фиксированные моменты времени относительно напряжения источника питания, при этом управление ключевым преобразователем реализуют на интервале выключенного состояния последовательного управляемого ключа. В устройстве регулирования синусоидального напряжения входные зажимы ключевого преобразователя подключены к входным зажимам источника питания через последовательный управляемый ключ. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ регулирования синусоидального напряжения на нагрузке с помощью управления напряжением вольтодобавки регулятора переменного напряжения, входные зажимы которого подключены к источнику питания, а выходные зажимы к нагрузке и имеющего одну общую точку соединения входных и выходных зажимов, содержащего многообмоточный вольтодобавочный трансформатор с сетевой обмоткой, включенной в ветвь, соединяющую входной и выходной зажим регулятора переменного напряжения, дополнительный управляемый ключ, включенный между входным и выходным зажимом регулятора переменного напряжения, последовательный управляемый ключ, ключевой преобразователь напряжения, входные зажимы которого подключены к источнику питания, а к выходным зажимам подключены вторичные обмотки многообмоточного вольтодобавочного трансформатора, как минимум один датчик напряжения для вычисления напряжения на нагрузке, выход которого подключен к блоку управления ключами регулятора переменного напряжения, реализующего управление ключевым преобразователем, дополнительным и последовательным управляемыми ключами синхронизированно с напряжением источника питания, отличающийся тем, что подключение входных зажимов ключевого преобразователя к источнику питания осуществляют с помощью управления последовательным управляемым ключом, а изменение взаимно противоположных состояний дополнительного и последовательного управляемых ключей осуществляют одновременно в фиксированные моменты времени относительно напряжения источника питания, при этом управление ключевым преобразователем реализуют на интервале выключенного состояния последовательного управляемого ключа.

2. Устройство регулирования синусоидального напряжения, подключенное своими входными зажимами к зажимам источника питания, а выходными зажимами к нагрузке и имеющее одну общую точку соединения его входных и выходных зажимов, содержащее многообмоточный вольтодобавочный трансформатор с сетевой обмоткой, включенной в ветвь, соединяющую входной и выходной зажимы устройства, дополнительный управляемый ключ, включенный между входным и выходным зажимом регулятора переменного напряжения, ключевой преобразователь, к соответствующим выходным зажимам которого подключены вторичные обмотки многообмоточного вольтодобавочного трансформатора, последовательный управляемый ключ, блок управления, вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а выходы блока управления соединены с управляющими входами ключевого преобразователя, дополнительного и последовательного управляемых ключей, отличающийся тем, что входные зажимы ключевого преобразователя подключены к входным зажимам источника питания через последовательный управляемый ключ.