Стабилизатор напряжения переменного тока Российский патент 2024 года по МПК G05F1/20 

Область техники, к которой относится изобретение

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.

Уровень техники

Известен стабилизатор напряжения переменного тока (Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 296 с., рис.5.9, с. 238), содержащий трансформатор, тиристорные ключи для бесконтактного переключения ответвлений трансформатора и систему управления стабилизатором, которая содержит блок питания, нуль-орган и формирователь импульсов

Недостатками данного устройства являются низкие надежность и КПД.

Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому техническому решению является стабилизатор напряжения переменного тока (патент RU № 2216032, МПК G05F 1/20).

Стабилизатор напряжения переменного тока содержит автотрансформатор, ключи, в качестве которых использованы оптосимисторы, для переключения ответвлений автотрансформатора, систему управления стабилизатором, которая содержит блок питания, нуль-орган, генератор пилообразного напряжения, два формирователя импульсов управления, компаратор, причем: входной и общий выводы автотрансформатора соединены с источником переменного тока; выходные выводы автотрансформатора, через оптосимисторы, соединены с первым выходным выводом стабилизатора, а общий вывод автотрансформатора - со вторым выходным выводом стабилизатора, служащими для подключения нагрузки; первый и второй входы блок питания подключены к источнику переменного тока; 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 соответственно.

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности при одновременно низкой надежности.

Ограниченные функциональные возможности обусловлены отсутствием возможности контроля величины допустимого тока.

Низкая надежность обусловлена отсутствием защиты от возможной перегрузки по току.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей при одновременном повышении надежности.

Технический результат достигается тем, что в стабилизатор напряжения переменного тока содержащий автотрансформатор, входной и общий выводы которого соединены с источником переменного тока, а выходные выводы подключены к входам оптосимисторов, систему управления стабилизатором, в состав которой входит блок питания, первый и второй входы которого подключены к источнику переменного тока, первый выход подключен к входу нуль-органа, второй выход подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, вход которого подключен к выходу нуль-органа, выходы первого и второго формирователей импульсов управления соединены с управляющими входами первого и второго оптосимисторов соответственно, второй выходной вывод стабилизатора соединен с общим выводом автотрансформатора, введены: магнитопровод с воздушным зазором; L-цепь, служащая одновитковой обмоткой магнитопровода с воздушным зазором; магнитодиод; источник постоянного напряжения; делитель напряжения; переменный резистор; компаратор; JK триггер; дифференцирующая цепь, причем первый вывод L-цепи соединен с выходными выводами оптосимисторов, а второй вывод - с первым выходным выводом стабилизатора; потенциальный выход источника постоянного напряжения, входы которого подключены параллельно входам блока питания системы управления стабилизатором, соединен с первым выводом переменного резистора, С-входом JK триггера и первыми входами делителя напряжения и дифференцирующей цепи, вторые входы которых заземлены, а выходы подключены, соответственно, к первому входу компаратора и J-входу JK триггера; второй и третий выводы переменного резистора соединены со вторым входом компаратора и анодом магнитодиода, катод которого заземлен; выход компаратора подключен к K-входу JK триггера; в систему управления стабилизатором - первый и второй логические элементы «И», вторые входы которых служат третьим входом системы управления стабилизатором, подключенным к Q-выходу JK триггера, первые входы - к выходам нуль-органа и компаратора, а выходы к входам первого и второго формирователей импульсов управления соответственно.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена функциональная схема стабилизатора напряжения переменного тока.

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

Осуществление изобретения

Стабилизатор напряжения переменного тока (фиг.1) содержит: автотрансформатор 1 с входным выводом 2, общим выводом 3, выходными выводами 4 и 5; входы 6 и 7 для подключения к источнику переменного тока; оптосимисторы 8 и 9, с входами управления 20, 19 соответственно, выполняющих функции ключей, переключающих ответвления автотрансформатора 1; выходы 10 и 11 для подключения нагрузки; систему управления 12 стабилизатором напряжения переменного тока содержащую блок питания 13, нуль-орган 14, генератор пилообразного напряжения 15, формирователи импульсов управления 16 и 18, компаратор 17, логические элемент «И» 21 и 22; L-цепь 23; магнитопровод 24 с воздушным зазором; магнитодиод 25; источник постоянного напряжения 26; переменный резистор 27; компаратор 28; делитель напряжения 29; JK триггер 30; дифференцирующую цепь 31. При этом: входной 2 и общий 3 выводы автотрансформатора 1 соединены с входами 6 и 7, а выходные выводы 4 и 5, через оптосимисторы 8 и 9, соединены с первым выводом L-цепи 23, служащей одновитковой обмоткой магнитопровода 24 с воздушным зазором, второй вывод L-цепи 23 соединен с первым выходом 10 стабилизатора, второй выход 11 которого соединен с общим выводом 3 автотрансформатора 1; по средством входов 6 и 7, первый и второй входы блока питания 13 подключены к источнику переменного тока, а первый и второй выходы подключены к входу нуль-органа 14 и первому входу компаратора 17 соответственно; выход нуль-органа 14 соединен с первым входом логического элемента «И» 21 и, через генератор пилообразного напряжения 15, со вторым входом компаратора 17, выход которого соединен с первым входом логического элемента «И» 22; выходы логических элементов «И» 21, 22 подключены, соответственно, к входам формирователей импульсов управления 16, 18, выходы которых соединены с управляющими входами 19, 20 оптосимисторов 9, 8 соответственно; вторые входы логических элементов «И» 21, 22 служат третьим входом системы управления 12 стабилизатором напряжения переменного тока, подключенным к Q-выходу JK триггера 30; выход источника постоянного напряжения 26, входы которого подключены параллельно входам блока питания 13, соединен с первым выводом переменного резистора 27, С-входом JK триггера 30 и первыми входами делителя напряжения 29 и дифференцирующей цепи 31, вторые входы которых заземлены, а выходы подключены, соответственно, к первому входу компаратора 28 и J-входу JK триггера 30; второй и третий выводы переменного резистора 27 соединены со вторым входом компаратора 28 и анодом магнитодиода 25, катод которого заземлен; выход компаратора 28 подключен к K-входу JK триггера 30.

Стабилизатор напряжения переменного тока работает следующим образом.

Блок питания 13, наряду с обеспечением электропитания системы управления 12 стабилизатором, обеспечивает электропитание компаратора 28 и JK триггера 30.

При подачи питания на входы 6, 7 стабилизатора, напряжение u_ВХ прикладывается к выводам 2, 3 автотрансформатора 1, входам блока питания 13 и источника постоянного напряжения 26. Выходное напряжение источника постоянного напряжения 26 обеспечивает установку Q-выхода JK триггера 30 в единичное состояние в следствие установления на С-входе JK триггера 30 единичного уровня входного напряжения и формирования на J-входе JK триггера 30 импульса единичной амплитуды посредством дифференцирующей цепи 31. Напряжение единичного уровня, с Q-выхода JK триггера 30, поступает на вторые входы логических элементов «И» 21, 22.

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, поступающие на первый вход логического элемента «И» 21, подаются, через формирователь импульсов 16, 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_ОС пилообразной формы (фиг.2в), который поступает на второй вход компаратора 17. На первый вход компаратора 17, со второго выхода источника питания 13, 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_ОС>u_ВС1, на выходе компаратора 17 формируются управляющие импульсы (фиг.2г) поступающие на первый вход логического элемента «И» 22, и через формирователь импульсов управления 18, на управляющий вход 20 оптосимистора 8. 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_ВС1 (фиг.2е). Угол управления оптосимистором 8 уменьшится (α₂<α₁, фиг.2г, ж), напряжение на выходных выводах 10 и 11 стабилизатора u_ВЫХ2 увеличится (фиг.2з).

Напряжение поступающее на первый вход компаратора 28 (U_вх-) с выхода делителя напряжения 29 U_ДН и напряжение падения на базе магнитодиода 25 U_МД, подаваемое на второй вход компаратора 28 (U_вх+), определяют момент срабатывания компаратора 28. При условии U_МД>U_ДН, на выходе компаратора 28 устанавливается уровень логической единицы обеспечивающей сброс JK триггера 30. Что приводит к запиранию логических элементов «И» 21, 22, оптосимисторов 8, 9.

Выходное напряжение делителя напряжения 29 U_ДН пропорционально выходному напряжению источника постоянного напряжения 26.

Напряжение падения на базе магнитодиода 25 U_МД определяется:

- величиной выходного напряжения источника постоянного напряжения 26;

- сопротивлением переменного резистора 27;

- сопротивлением базы магнитодиода 25, зависящим от величины поперечного магнитного поля.

А так как сопротивление базы магнитодиода 25 возрастает с увеличением поперечного магнитного поля, величина которого определяется величиной тока нагрузки стабилизатора протекающего в L-цепи 23, служащей одновитковой обмоткой магнитопровода 24 с воздушным зазором, момент срабатывания компаратора 28 будет определяться величиной тока нагрузки и предварительно установленной величиной сопротивления переменного резистора 27.

Что, в свою очередь, обеспечивает:

- контроль величины допустимого тока нагрузки;

- защиту от возможной перегрузки по току,

а значит расширение функциональных возможностей стабилизатора с одновременным увеличением надежности.

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. Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей при одновременном повышении надежности. Стабилизатор напряжения переменного тока содержит: автотрансформатор; два оптосимистора, выполняющих функции ключей, переключающих ответвления автотрансформатора; систему управления стабилизатором напряжения переменного тока, содержащую блок питания, нуль-орган, генератор пилообразного напряжения, два формирователя импульсов управления, компаратор, два логических элемента «И»; L-цепь; магнитопровод с воздушным зазором; магнитодиод; источник постоянного напряжения; переменный резистор; компаратор; делитель напряжения; JK триггер; дифференцирующую цепь. 2 ил.

Стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий автотрансформатор, входной и общий выводы которого соединены с источником переменного тока, а выходные выводы подключены к входам оптосимисторов, систему управления стабилизатором, в состав которой входит блок питания, первый и второй входы которого подключены к источнику переменного тока, первый выход подключен к входу нуль-органа, второй выход подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, вход которого подключен к выходу нуль-органа, выходы первого и второго формирователей импульсов управления соединены с управляющими входами первого и второго оптосимисторов соответственно, второй выходной вывод стабилизатора соединен с общим выводом автотрансформатора, отличающийся тем, что в устройство введены: магнитопровод с воздушным зазором; L-цепь, служащая одновитковой обмоткой магнитопровода с воздушным зазором; магнитодиод; источник постоянного напряжения; делитель напряжения; переменный резистор; компаратор; JK триггер; дифференцирующая цепь, причем первый вывод L-цепи соединен с выходными выводами оптосимисторов, а второй вывод - с первым выходным выводом стабилизатора; потенциальный выход источника постоянного напряжения, входы которого подключены параллельно входам блока питания системы управления стабилизатором, соединен с первым выводом переменного резистора, С-входом JK триггера и первыми входами делителя напряжения и дифференцирующей цепи, вторые входы которых заземлены, а выходы подключены, соответственно, к первому входу компаратора и J-входу JK триггера; второй и третий выводы переменного резистора соединены со вторым входом компаратора и анодом магнитодиода, катод которого заземлен; выход компаратора подключен к K-входу JK триггера; в систему управления стабилизатором - первый и второй логические элементы «И», вторые входы которых служат третьим входом системы управления стабилизатором, подключенным к Q-выходу JK триггера, первые входы - к выходам нуль-органа и компаратора, а выходы - к входам первого и второго формирователей импульсов управления соответственно.