(ВАРИАНТЫ)

Область техники

Изобретение относится к области электротехники, к автоматическим системам для преобразования переменного тока в переменный, предназначенным для преобразование входной энергии переменного тока в выходную энергию тре- буемого вида, например для изменения напряжения, частоты или числа фаз, а точнее к автоматическим системам, в которых отклонения электрической величины от одного или нескольких эталонных значений, взятые на выходе системы, передаются обратно на один из блоков системы для восстановления эталонного или эталонных значений регулируемой электрической величины, т.е. системы с обратной свя- зью и может быть для использования в электросетях или аналогичных системах энергоснабжения жилых и общественных зданий, системы электропитания электротехнической аппаратуры, осветительных сетей, систем связи, автоматики и телемеханики с целью оптимизации работы электрооборудования и энергосбережения.

Предшествующий уровень техники.

Стабилизация напряжения переменного тока требуется в электропитании, системах автоматики, электроприводах переменного тока и многих других электронных устройствах. Для этого часто применяют магнитные усилители, многообмоточные трансформаторы с тиристорной коммутацией обмоток, различные тири- сторные схемы, изменяющие действующее значение напряжения за счет искажения формы синусоиды. Указанные устройства, как правило, имеют относительно большую массу и габариты, не обеспечивают требуемые пределы регулирования напряжения или искажают форму синусоидального напряжения.

При этом важным параметром, определяющим экономичность устройств стабилизации напряжения переменного тока, является наличие рекуперации энергии при реактивном характере нагрузки. Рекуперация энергии возможна при наличии гальванической связи между источником и потребителем электроэнергии. Од- нако все трансформаторные схемы устройств регулирования напряжения переменного тока не обеспечивают рекуперацию.

Для стабилизации величины напряжения переменного тока на нагрузке также применяют автотрансформаторные устройства, управляемые двигателем. Автотрансформаторные устройства обеспечивают рекуперацию энергии при комплексном характере нагрузки, однако и эти устройства имеют сравнительно большие массу и габариты, являются дорогостоящими и имеют низкое быстродействие.

Для стабилизации и регулирования указанных вьппе параметров электроэнергии в трехфазных сетях электроснабжения приемников различного функционального назначения широко известен способ механического переключения отводов регулировочной обмотки питающего трансформатора (см. Журавин Ю.Д., Минцис M.Я., Музыченко И.И. Электроснабжение цехов электролиза алюминия. - Новокузнецк, СибТУ, 2000, c.46-47).

Стабилизационные схемы используемые для реализации этого способа имеют много недостатков, основными из которых являются быстрый электроизнос контактов, низкое быстродействие и невозможность мелкоступенчатого регулирования напряжения на выходных зажимах питающего трансформатора. Последнее не позволяет стабилизировать ток в контуре серии электролизеров алюминия с точностью ±1%, как этого требует технология производства алюминия.

Известен стабилизатор переменного напряжения [Патент РФ 34°, 2100837, кл. G05F 1/30, H02M 5/12, 1996], содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выводам для подключения входного напряжения че- рез коммутирующий блок, а вторичная обмотка трансформатора подключена между выводами для подключения входного напряжения и выводами для подключения нагрузки. Коммутирующий блок в этом устройстве включает две пары коммутирующих элементов, каждая из которых состоит из размыкающего и замыкающего контактов. Кроме того устройство содержит четыре мостовые схемы, трансформатор управления, силовой ключ, ключ управления и разделительный конденсатор, устройство сравнения и управления.

Основными недостатками такого стабилизатора являются наличие мощ- ного коммутирующего ключа, дополнительного трансформатора управления, значительные коммутационные токи в процессе работы, что отрицательно сказывается как на надежности коммутирующих элементов, так и на электромагнитную совместимость всего устройства в целом, наличие линейно-ключевого режима Кроме того, отсутствуют какие-либо защитные устройства.

Известен также стабилизатор переменного напряжениях [Патент РФ .N° 2158954, кл. G05F 1/30, H02M 5/12,1999 ], содержащий трансформатор, первичная обмотка которого через коммутирующий блок, содержащий коммутирующие элементы, подключена к выводам для подключения входного напряжения, а вторичная обмотка включена в цепь нагрузки, устройство сравнения и управления. Коммутирующий блок в этом выполнен в виде размыкающего и замыкающего контактов, первичная обмотка трансформатора подключена параллельно вторичной непосред- ственно и через размыкающий контакт, параллельно ограничительному резистору, включенному между нулевым проводом и замыкающим контактом, включен замыкающий контакт третьего промежуточного реле, параллельно первичной обмотке упомянутого трансформатора включен конденсатор, устройство сравнения и управления выполнено в виде схемы контроля и управления, контролирующей увеличение или уменьшение напряжения на нагрузке от установленного уровня.

Недостатком этого устройства является отсутствие защитных узлов и несовершенная схема управления.

Известен многоступенчатый стабилизатор переменного напряжения [Патент РФ M 2237270, кл. G05F 1/30, H02M 5/12,2003 ], выполненный в виде по- следовательно соединенных п -каскадов, каждый из которых содержит регулировочный узел, который включает трансформатор, коммутирующий блок в виде соединенных последовательно размыкающего и замыкающего контактов, шунтирующий и выходной конденсаторы и две RС-цепи а также узел управления и коммутации, при этом первичная обмотка трансформатора подключена к входу и выходу регу- лировочного узла, а вторичная - включена в цепь нагрузки таким образом, что первые одноименные выводы первичной и вторичной обмоток соединены соответственно с фазным и нейтральным проводами сети и цепью нагрузки непосредственно, а вторые выводы обмоток соединены между собой через размыкающий контакт коммутирующего блока, к точке соединения второго вывода первичной обмотки и размыкающего контакта подключён замыкающий контакт, параллельно первичной обмотке трансформатора включен шунтирующий конденсатор, а параллельно каждому контакту коммутирующего элемента включена соответствующая RC- цепь, при этом узел управления и коммутации выполнен в виде 2n схем контроля коммутации, контролирующих увеличение и уменьшение напряжение на нагрузке

100 от установленного уровня, а на выходе последнего регулировочного узла каскада включен параллельно нагрузке выходной конденсатор.

Основным недостатком такого устройства является отсутствие каких- либо сервисных функций и сложность системы управления.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство

105 стабилизации и регулирования переменного напряжения [заявка США US 20070296390, кл.G05Fl/00, G05F 1/14, 2007 ], содержащее регулировочный узел, который включает трансформатор, коммутирующий блок в виде двух коммутирующих элементов, каждый из которых выполнен в виде пары соединенных последовательно размыкающих и замыкающих контактов, шунтирующий и выходной кон-

110 денсаторы и четыре RC -цепи а также узел управления и коммутации, при этом пер-

, вичная обмотка трансформатора через коммутирующий блок подключена к входу и выходу регулировочного узла а вторичная - включена в цепь нагрузки, кроме того первичная обмотка подключена параллельно вторичной обмотке разноименными выводами через размыкающие контакты коммутирующих элементов, также парал-

115 лельно первичной обмотке трансформатора подключен шунтирующий конденсатор, а параллельно каждому контакту коммутирующих элементов включена RC- цепь, при этом выходной конденсатор включен параллельно нагрузке.

Недостатком такого устройства является отсутствие ряда сервисных функций, таких как возможность дистанционного управления, возможность включе-

120 ния нагрузки в обход стабилизатора при неисправностях в нем.

Кроме того, отсутствует защита от сверхтоков первичной обмотки регулировочного трансформатора и цепей контактов, переключающих первичную обмотку регулировочного трансформатора, например, при их приваривании. Входной автомат имеет номинальный ток в 15-20 раз больше номинального тока пер-

125 вичной обмотки регулировочного трансформатора и не обеспечивает защиту вышеуказанных цепей.

Раскрытие изобретения

Задачей заявляемого решения является повышение надежности работы ста- 130 билизатора за счет обеспечения возможности включения нагрузки в обход стабили- затора при неисправностях в нем, введения средств защиты от сверхтоков первичной обмотки трансформатор, а также усовершенствование ряда узлов.

Поставленная задача решается тем, что в известном стабилизаторе переменного напряжения с элементами защиты, содержащем регулировочный узел, кото- 135 рый включает трансформатор, коммутирующий блок в виде двух коммутирующих элементов, каждый из которых выполнен в виде пары соединенных последовательно размыкающих и замыкающих контактов, шунтирующий и выходной конденсаторы и четыре RС-цепи а также узел сравнения и управления, при этом первичная обмотка трансформатора через коммутирующий блок подключена к фазному и нейтраль- МО ному проводам сети, а вторичная обмотка включена в цепь нагрузки, кроме того первичная обмотка подключена параллельно вторичной обмотке разноименными выводами через размыкающие контакты коммутирующих элементов, также параллельно первичной обмотке трансформатора подключен шунтирующий конденсатор, а параллельно каждому контакту коммутирующих элементов включена RC- 145 цепь, при этом выходной конденсатор включен параллельно нагрузке, введен силовой двухполюсный автомат с независимым расцепителем, контакты которого включены последовательно в цепь нагрузки на входе и выходе регулировочного узла между фазным проводом сети и входом регулировочного узла, и между нагрузкой и выходом регулировочного узла, кроме того введен дополнительный узел 150 защиты, подключенный входом к точке соединения первого силового двухполюсного автомата с входом регулировочного узла, а выходом к нейтральному проводу сети, при этом дополнительный узел защиты содержит первый, второй и третий контакты трехполюсного автомата защиты, которые подключены между нейтральным проводом и точкой соединения замыкающих контактов обоих коммутирую- 155 щих элементов и между выходным выводом первичной обмотки трансформатора и точкой соединения пары замыкающего и размыкающего контактов второго коммутирующего элемента.

Поставленная задача может быть также решена если в стабилизатор переменного напряжения с элементами защиты, содержащем регулировочный узел, ко- 160 торый включает трансформатор, коммутирующий блок в виде соединенных последовательно размыкающего и замыкающего контактов, шунтирующий и выходной конденсаторы и две RС-цепи а также блок управления и коммутации, при этом пер- вичная обмотка трансформатора подключена к фазному и нейтральному проводам сети, а вторичная -включена в цепь нагрузки таким образом, что первые одноименные выводы первичной и вторичной обмоток соединены соответственно с фазным и нейтральным проводами сети и цепью нагрузки непосредственно, а вторые выво-

170 ды обмоток соединены между собой через размыкающий контакт коммутирующего блока, к точке соединения второго вывода первичной обмотки и размыкающего контакта подключён замыкающий контакт, параллельно первичной обмотке трансформатора включен шунтирующий конденсатор, а параллельно каждому контакту коммутирующего элемента включена соответствующая RС-цепь, парал-

175 лельно нагрузке подключён выходной конденсатор, введён силовой двухполюсный автомат с независимым расцепителем, первый и второй контакты которого включены последовательно в цепь нагрузки на входе и выходе регулировочного узла, между фазным приводом сети и входом, и между нагрузкой и выходом упомянутого узла, кроме того введен дополнительный узел защиты регулировочного

180 узла, подключённый входом к точке соединения первого контакта двухполюсного автомата с входом регулировочного узла, а выходом - к нейтральному проводу сети, второй и третий контакты трёхполюсного автомата дополнительного узла защиты подключены между нейтральным проводом и выводом замыкающего контакта, не связанным с размыкающим контактом и между выводом первичной обмотки

185 трансформатора и точкой соединения замыкающего и размыкающего контактов коммутирующего элемента, при этом первые одноименные выводы обмоток трансформатора соединены с выходом регулировочного узла.

Такая же задача будет решена если в стабилизатор переменного напряжения с элементами защиты, содержащем регулировочный узел, который включает

190 трансформатор, коммутирующий блок в виде соединенных последовательно размыкающего и замыкающего контактов, шунтирующий и выходной конденсаторы и две RС-цепи а также блок управления и коммутации, при этом первичная обмотка трансформатора подключена к фазному и нейтральному проводам сети, а вторичная -включена в цепь нагрузки таким образом, что первые одноименные выводы

195 первичной и вторичной обмоток соединены соответственно с фазным и нейтральным проводами сети и цепью нагрузки непосредственно, а вторые выводы обмоток соединены между собой через размыкающий контакт коммутирующего блока, к точке соединения второго вывода первичной обмотки и размыкающего контакта подключён замыкающий контакт, параллельно первичной обмотке трансформато- 200 ра включен шунтирующий конденсатор, параллельно каждому контакту коммутирующего элемента включены соответствующие RС-цепь, а параллельно нагрузке включён выходной конденсатор, ввести силовой двухполюсный автомат с независимым расцепителем, первый и второй контакты которого включены последовательно в цепь нагрузки на входе и выходе регулировочного узла, между фазным

205 приводом сети и входом и между нагрузкой и выходом упомянутого узла, кроме того введен дополнительный узел защиты регулировочного узла, подключённый входом к точке соединения первого силового контакта двухполюсного автомата с входом регулировочного узла, а выходом - к нейтральному проводу сети, второй и третий контакты трёхполюсного автомата дополнительного узла защиты подклю-

210 чены между нейтральным проводом и выводом замыкающего контакта, не связанного с размыкающим контактом и между выводом первичной обмотки трансформатора и точкой соединения замыкающего и размыкающего контактов коммутирующего блока, при этом первые одноименные выводы обмоток трансформатора соединены с входом регулировочного узла.

215 Можно решить поставленную задачу также, если в стабилизатор переменного напряжения с элементами защиты, выполненный в виде последовательно соединенных п -каскадов, каждый из которых, каждый из которой содержит регулировочный узел, включающий трансформатор, коммутирующий блок в виде двух коммутирующих элементов, каждый из которых выполнен в виде пары соединен-

220 ных последовательно размыкающих и замыкающих контактов, шунтирующий и выходной конденсаторы и четыре RС-цепи а также узел управления и коммутации, при этом первичная обмотка трансформатора через коммутирующий блок подключена к входу и выходу регулировочного узла, а вторичная обмотка включена в цепь нагрузки, кроме того первичная обмотка подключена параллельно вторичной обмотке

225 разноименными выводами через размыкающие контакты коммутирующих элементов, также параллельно первичной обмотке трансформатора включен шунтирующий конденсатор, замыкающие контакты каждого коммутирующего элемента соединены между собой, разноименные выводы обмоток соединены через размыкающие контакты каждого коммутирующего элемента, при этом узел управления и

230 коммутации выполнен в виде 2n схем контроля коммутации, контролирующих увеличение и уменьшение напряжения на нагрузке от установленного уровня, а параллельно каждому контакту коммутирующих элементов включена RС-цепь, а на выходе последнего каскада включен параллельно нагрузке выходной конденсатор, ввести в каждый каскад силовой двухполюсный автомат с независимым расцепи-

235 телем, первый и второй контакты которого включены последовательно в цепь нагрузки на входе и выходе регулировочного узла в первом каскаде между фазным проводом сети и входом упомянутого узла, а в остальных каскадах между выходом предыдущего каскада и входом регулировочного узла и между нагрузкой и выходом своего каскада, кроме того в каждый каскад введен дополнительный узел за-

240 щиты, подключенный входом к точке соединения первого силового двухполюсного автомата с входом регулировочного узла, а выходом к нейтральному проводу сети, при этом дополнительный узел защиты содержит первый, второй и третий контакты трехполюсного автомата защиты, которые подключены между нейтральным проводом и общей точкой соединения замыкающих контактов обоих коммути-

245 рующих элементов и между выходным выводом первичной обмотки трансформатора и точкой соединения пары замыкающего и размыкающего контактов второго коммутирующего элемента.

Эта же задача будет решена, если в стабилизатор переменного напряжения с элементами защиты, выполненный в виде последовательно соединенных п -

250 каскадов, каждый из которых содержит регулировочный узел, который включает трансформатор, коммутирующий блок в виде соединенных последовательно размыкающего и замыкающего контактов, шунтирующий и выходной конденсаторы и две RС-цепи а также узел управления и коммутации, при этом первичная обмотка трансформатора подключена к входу и выходу регулировочного узла, а вторичная

255 -включена в цепь нагрузки таким образом, что первые одноименные выводы первичной и вторичной обмоток соединены соответственно с фазным и нейтральным проводами сети и цепью нагрузки непосредственно, а вторые выводы обмоток соединены между собой через размыкающий контакт коммутирующего блока, к точке соединения второго вывода первичной обмотки и размыкающего контакта под-

260 ключей замыкающий контакт, параллельно первичной обмотке трансформатора включен шунтирующий конденсатор, а параллельно каждому контакту коммутирующего элемента включена соответствующая RС-цепь, при этом узел управления и коммутации выполнен в виде 2n схем контроля коммутации, контролирующих увеличение и уменьшение напряжение на нагрузке от установленного уровня,

265 а на выходе последнего регулировочного узла каскада включен параллельно нагрузке выходной конденсатор ввести в каждый каскад силовой двухполюсный автомат с независимым расцепителем, первый и второй контакты которого включены последовательно в цепь нагрузки на входе и выходе регулировочного узла в первом каскаде между фазным проводом сети и входом упомянутого узла, а в остальных

270 каскадах между выходом предыдущего каскада и входом регулировочного узла и между нагрузкой и выходом своего каскада, кроме того, в каждый каскад введен дополнительный узел защиты регулировочного узла, подключённый входом к точке соединения первого контакта двухполюсного автомата с входом регулировочного узла, а выходом - к нейтральному проводу сети, второй и третий контакты

275 трёхполюсного автомата дополнительного узла защиты подключены между нейтральным проводом и выводом замыкающего контакта, не связанным с размыкающим контактом и между выводом первичной обмотки трансформатора и точкой соединения замыкающего и размыкающего контактов коммутирующего элемента, при этом первые одноименные выводы обмоток трансформатора соединены

280 с выходом регулировочного узла.

Такая же задача будет решена, если в стабилизатор переменного напряжения с элементами защиты, выполненный в виде последовательно соединенных п - каскадов, каждый из которых содержит содержащий регулировочный узел, который включает трансформатор, коммутирующий блок в виде соединенных последо-

285 вательно размыкающего и замыкающего контактов, шунтирующий и выходной конденсаторы и две RС-цепи а также блок управления и коммутации, при этом первичная обмотка трансформатора подключена к фазному и нейтральному проводам сети, а вторичная -включена в цепь нагрузки таким образом, что первые одноименные выводы первичной и вторичной обмоток соединены соответственно с фазным и

290 нейтральным проводами сети и цепью нагрузки непосредственно, а вторые выводы обмоток соединены между собой через размыкающий контакт коммутирующего блока, к точке соединения второго вывода первичной обмотки и размыкающего контакта подключён замыкающий контакт, параллельно первичной обмотке трансформатора включен шунтирующий конденсатор, а параллельно каждому кон-

295 такту коммутирующего элемента включена соответствующая RС-цепь, при этом узел управления и коммутации выполнен в виде 2n схем контроля коммутации, контролирующих увеличение и уменьшение напряжение на нагрузке от установленного уровня, а на выходе последнего регулировочного узла каскада включен параллельно нагрузке выходной конденсатор, ввести силовой двухполюсный авто-

300 мат с независимым расцепителем, первый и второй контакты которого включены последовательно в цепь нагрузки на входе и выходе регулировочного узла, между фазным приводом сети и входом, и между нагрузкой и выходом упомянутого узла, кроме того введен дополнительный узел защиты регулировочного узла, подключённый входом к точке соединения первого контакта двухполюсного автомата с

305 входом регулировочного узла, а выходом - к нейтральному проводу сети, второй и третий контакты трёхполюсного автомата дополнительного узла защиты подключены между нейтральным проводом и выводом замыкающего контакта, не связанным с размыкающим контактом и между выводом первичной обмотки трансформатора и точкой соединения замыкающего и размыкающего контактов комму-

310 тирующего элемента, при этом первые одноименные выводы обмоток трансформатора соединены с входом регулировочного узла.

Для более плавного регулирования напряжения на нагрузке в стабилизатор по любому из вариантов введён переключатель трансформатора в состав которого входят замыкающий, размыкающий и средний контакты, а также две дополнитель-

315 ные RС-цепи, резисторы которых подключены к точке соединения размыкающего и замыкающего контактов первого коммутирующего блока и среднему контакту переключателя первичной обмоткой, конденсаторы дополнительных RС-цепей подключены объединенными первыми выводами соответственно к средней точке первичной обмотки трансформатора и замыкающему контакту переключателя

320 первичной обмотки к точке соединения шунтирующего конденсатора к выводу первичной обмотки регулировочного трансформатора и размыкающего контакта переключателя.

Для защиты первичной обмотки трансформатора и предупреждения разрушающих последствий неисправности в замыкающих и размыкающих контактах

325 коммутирующих элементов в стабилизаторе по любому из не каскадных вариантов, дополнительный узел защиты выполнен в виде диодного моста, первым входным выводом подключённого к первому выводу независимого расщепителя силового двухполюсного автомата, второй вьюод которого является входом дополнительного узла защиты, причём к выходу диодного моста подключён тиристор узла защиты, в

330 котором между анодом и управляющим электродом последовательно включены ограничительный резистор и резистор цепи управления, между точкой соединения упомянутых резисторов и катодом тиристора включён первый контакт трёхполюсного автомата защиты, а между первым выводом независимого расцепителя силового двухполюсного автомата и нейтральным проводом включена кнопка дистан-

335 ционного управления, кроме того между фазным проводом сети и нагрузкой под- ключей силовой двухполюсный автомат резервирования.

В случае вариантов стабилизаторов, выполненных в виде п-каскадов силовой двухполюсный автомат резервирования подключен в первый каскад между фазным проводом и выходом, а в остальных каскадах указанный автомат резервирова-

340 ния включен между выходом предыдущего каскада и выходом своего каскада.

В стабилизаторе целесообразно узел управления и коммутации выполнить в виде датчика напряжения, содержащего последовательно соединенные понижающий трансформатор, диодный мост датчика, резистивный разбалансированный мост, вход датчика напряжения подключен к контролируемой сети, диагональ ре-

345 зистивного разбалансированного моста, являющаяся выходом датчика напряжения, подключена к входу двухпозиционного измерителя-регулятора (программируемого микроконтроллера), состоящего из входного узла, выход которого подключён к входу цифрового фильтра, выход которого подключён к входам первого и второго логических устройств - двухпозиционных измерителей-регуляторов с программи-

350 руемыми уставками, выходы которых подключены к первому и второму релейным устройствам, управляющих коммутирующими элементами для каналов с первого по п-ый от одного до нескольких (трех) фаз.

В случае вариантов стабилизаторов, выполненных в виде п-каскадов узел управления и коммутации выполнен в виде 2n схем контроля коммутации, контро-

355 лирующих увеличение и уменьшение напряжения на нагрузке от установленного уровня.

Для снижения последствий аварий и обеспечения безопасности персонала в стабилизаторе по любому из вариантов к входу стабилизатора подключён узел контроля сопротивления изоляции для сетей с изолированной нейтралью и защи-

360 ты от перегрузок и коротких замыканий для любого вида сетей.

Для защиты от влияния факторов внешней и внутренней среды в стабилизатор по любому из вариантов между сетью и стабилизатором включён узел комбинированной защиты от аварийных режимов (короткое замыкание в стабилизаторе и нагрузке, перегрузка по току, перекос фаз, изменение уровня входного напряже-

365 ния выше допустимых пределов, увеличение внутри блочной температуры, акустическая или оптическая индикация.

Сравнение заявленного технического решения с известными решениями из уровня техники не выявило аналогичных решений, что позволяет установить его соответствие критерию новизна. 370 Все предложенные варианты стабилизатора являются промышленно применимыми и разработанные технические средствами соответствуют критерию изобретательский уровень, так как они явным образом не следуют из уровня техники.

При этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными существенными признаками, для достижения указанного 375 технического результата.

Краткое описание фигур чертежей .

Заявленное решение поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображена схема однофазного стабилизатора с ограничением по напряжению «cвepxy» и «cнизy», на

380 фиг.2 - схема однофазного стабилизатора с ограничением по напряжению «cвepxy», на фиг.З - схема однофазного стабилизатора с ограничением по напряжению «cни- зy», на фиг.4 - схема стабилизатора с узлом переключения первичной обмотки трансформатора, на фиг.5 - схема управления и коммутации 4 для трех фаз, на фиг.6 - схема 3-х фазного (многофазного стабилизатора напряжения, выполнен-

385 ного в виде п-каскадов

. Понятия «cвepxy» означает, что напряжение сети повысилось и необходимо его уменьшить на нагрузке, понятие «cнизy» - напряжение понизилось и необходимо его увеличение на нагрузке; «cнизy» и «cвepxy» - работа происходит в заданном диапазоне выходных напряжений. 390

Варианты осуществления изобретения

Стабилизатор переменного напряжения содержит регулировочный узел 2, состоящий из трансформатор с вторичной 6 и первичной 7 обмоткой, коммути-

395 рующий блок, содержащий два коммутирующих элемента, каждый из которых выполнен в виде пары соединенных последовательно размыкающих 8 и 9 и замыкающих 10 и 11 контактов.

Для однофазного стабилизатора с ограничением по напряжению «cвepxy» и «cнизy» (фиг.l) первичная обмотка 7 трансформатора через коммутирующий блок

400 подключена к входу и выходу регулировочного узла 2, а вторичная обмотка 6 включена в цепь нагрузки 3, кроме того, первичная обмотка 7 подключена параллельно вторичной обмотки 6 разноименными выводами через размыкающие контакты 8 и 9 коммутирующих элементов, также параллельно первичной обмотке трансформато- ра подключен шунтирующий конденсатор 12, а параллельно каждому контакту

405 коммутирующих элементов включена одна из 4 RC- цепей, каждая из которых содержит резисторы 13 и конденсаторы 14. Параллельно нагрузке подключён выходной конденсатор 15.

В стабилизатор введен двухполюсный автомат 21 с независимым расцепи- телем 22, контакты которого включены последовательно в цепь нагрузки 3.

410 Силовой двухполюсный автомат 21 включён таким образом, что его первый контакт установлен между входом фазного провода сети и точкой соединения входа регулировочного узла 2 с одним из выводов независимого расцепителя 22 , являющимся входом дополнительного узла защиты 16, выполненного в виде диодного моста 17, выход которого подключён к силовым электродам тиристора защиты 18, в

415 цепь управляющего электрода которого включён резистор 19, подключённый одним выводом к управляющему электроду, другим- к ограничительному резистору 20, второй вывод расцепителя 21 подключён ко входу диодного моста 17, второй контакт силового двухполюсного автомата включён между выходом регулировочного узла 2 и точкой соединения нагрузки 3 и выходным конденсатором 15, при этом первый,

420 второй и третий контакты 23, 24, 25 трёхполюсного автомата защиты включены между точкой соединения резисторов 19, 20 и катодом тиристора защиты 18, между точкой соединения контактов 10, 11 и конденсатора 14 и нейтральным проводом N и между точкой соединения размыкающих контактов 8, 10 вторым выводом первичной обмотки 7, между сетью 1 и нагрузкой 3 включён силовой двухполюсный авто-

425 мат резервирования 26, а между первым выводом независимого расцепителя силового двухполюсного автомата 22 и нейтральным проводом включена кнопка дистанционного управления 27.

Для однофазного стабилизатора с ограничением по напряжению «cвepxy» (фиг.2) первичная обмотка 7 трансформатора подключена к фазному и нейтрально-

430 му проводам сети 1, а вторичная 6 - включена в цепь нагрузки таким образом, что первые одноименные выводы первичной 7 и вторичной обмоток 6 соединены соответственно с фазным и нейтральным проводами сети 1 и цепью нагрузки 3 непосредственно, а вторые выводы обмоток соединены между собой через размыкающий контакт 9 коммутирующего блока, к точке соединения второго вьюода пер-

435 вичной обмотки и размыкающего контакта 9, подключён замыкающий контакт 11, параллельно первичной обмотке трансформатора 7 включен шунтирующий конденсатор 12, а параллельно каждому контакту коммутирующего элемента включены соответствующие RС-цепи 13, 14 параллельно нагрузке подключён выходной конденсатор 15.

440 Силовой двухполюсный автомат 21 включён в этой схеме таким образом, что его первый контакт установлен между входом фазного провода сети и точкой соединения входа регулировочного узла 2 с одним из выводов независимого расцепителя 22, являющимся входом дополнительного узла защиты 16, выполненного в виде диодного моста 17, выход которого подключён к силовым электродам тиристора за-

445 щиты 18, в цепь управляющего электрода которого включён резистор 19, подключённый одним выводом к управляющему электроду, другим- к ограничительному резистору 20, второй вывод расцепителя 21 подключён ко входу диодного моста 17, второй контакт силового двухполюсного автомата включён между выходом регулировочного узла 2 и точкой соединения нагрузки 3 и выходным конденсатором 15,

450 при этом второй 24, и третий 25 контакты трёхполюсного автомата защиты подключены между нейтральным проводом и выводом и выводом замыкающего контакта 11, не связанным с размыкающим и между выводом первичной обмотки 7 трансформатора и точкой соединения замыкающего 11 и размыкающего 10 коммутирующего элемента, одноименные выводы обмоток 7 и 6 трансформатора соединены с выходом

455 регулировочного узла.

Для однофазного стабилизатора с ограничением по напряжению «cнизy» (фиг.З), первичная обмотка 7 трансформатора подключена к фазному и нейтральному проводам сети 1, а вторичная 6 - включена в цепь нагрузки таким образом, что первые одноименные выводы первичной 7 и вторичной обмоток 6 соединены соот-

460 ветственно с фазным и нейтральным проводами сети 1 и цепью нагрузки 3 непосредственно, а вторые выводы обмоток соединены между собой через размыкающий контакт 8 коммутирующего блока, к точке соединения второго вывода первичной обмотки и размыкающего контакта 8, подключён замыкающий контакт 10, параллельно первичной обмотке трансформатора 7 включен шунтирующий

465 конденсатор 12, а параллельно каждому контакту коммутирующего элемента включены соответствующие RС-цепи 13, 14 параллельно нагрузке подключён выходной конденсатор 15.

Силовой двухполюсный автомат 21 включён в этой схеме таким образом, что его первый контакт установлен между входом фазного провода сети и точкой соеди-

470 нения входа регулировочного узла 2 с одним из выводов независимого расцепителя 22, являющимся входом дополнительного узла защиты 16, выполненного в виде да- одного моста 17, выход которого подключён к силовым электродам тиристора защиты 18, в цепь управляющего электрода которого включён резистор 19, подключённый одним выводом к управляющему электроду, другим- к ограничительному

475 резистору 20, второй вывод расщепителя 21 подключён ко входу диодного моста 17, второй контакт силового двухполюсного автомата включён между выходом регулировочного узла 2 и точкой соединения нагрузки 3 и выходным конденсатором 15, при этом второй 24, и третий 25 контакты трёхполюсного автомата защиты подключены между нейтральным проводом и выводом и выводом замыкающего контакта

480 10, не связанным с размыкающим и между выводом первичной обмотки 7 трансформатора и точкой соединения замыкающего 10 и размыкающего 8 коммутирующего элемента, одноименные выводы обмоток 7 и 6 трансформатора соединены с входом регулировочного узла 2

В цепи первичной обмотки 7 трансформатора установлен переключатель

485 первичной обмотки 28 (фиг. 4) с отпайками, где 29 - средний контакт переключателя, 30- замыкающий контакт переключателя, 31- размыкающий контакт переключателя. Средний контакт 29 подключён к точке соединения контактов 9 и 11, замыкающий контакт 30-к отпайке первичной обмотки 7, размыкающий контакт 31 - к началу первичной обмотки, параллельно контактам 29, 30 и 29, 31 включены вторые

490 RС-цепи, содержащие 32- конденсатор второй RС-цепи и 33 - резистор второй RC- цепи. Таким образом, переключатель первичной обмотки 28, подключённый к средней точке первичной обмотки 7 трансформатора обеспечивает три режима переключения 29, 30 и 31 Т.е. начало первичной обмотки 7 регулировочного трансформатора подключено к концу его вторичной обмотки 6 через узел переключения первич-

495 ной обмотки 28 и размыкающий контакт 9. Конец первичной обмотки 7 регулировочного трансформатора подключен к началу его вторичной обмотки 6 через силовой размыкающий контакт 8 к сетевому напряжению. Вторичная обмотка 6 соединена параллельно первичной обмотке 7 через коммутирующие элементы 8 и 9.

Узед управления и коммутации (фиг.5) включает в себя датчик напряжения

500 35, содержащий трансформатор 36, диодный мост 37, резистивный неравновесный мост из резисторов 38-41, и двухпозиционный измеритель-регулятор 48 (программируемый микроконтроллер).

Вход датчика 35 включается в контролируемую сеть, выход его (диагональ резистивного моста 38-41) подключается к входу узла 48. Узел 48 имеет свой

505 внутренний источник электропитания. Регулятор имеет входное устройство 42, два логических устройства 43 и 44, два релейных устройства 46 и 47, каждый из которых управляет соответствующей группой коммутирующих элементов 49-54, которые производят необходимые переключения первичных обмоток трансформаторов в зависимости от величины U сети.

510 В одну из фаз (например, в фазу А) включён автоматический выключатель

34. Напряжение контролируется в одной фазе, переключения происходят в 3-х фазах. В случае необходимости может быть выполнена по - фазная регулировка.

В вариантах каскадной схемы стабилизатора (фиг.6) устройство содержит п последовательно соединенных каскадов, каждый из которых включает трансформа-

515 тор с вторичной 6 и первичной 7 обмоткой, коммутирующий блок, содержащий два коммутирующих элемента, каждый из которых выполнен в виде пары соединенных последовательно размыкающих 8 и 9 и замыкающих 10 и 11 контактов.

Для стабилизатора с ограничением по напряжению «cвepxy» и «cнизy» в каждом каскаде первичная обмотка 7 трансформатора (см. фиг.l) через коммути-

520 рующий блок подключена к входу и выходу регулировочного узла 2, а вторичная обмотка 6 включена в цепь нагрузки 3, кроме того, первичная обмотка 7 подключена параллельно вторичной обмотки 6 разноименными выводами через размыкающие контакты 8 и 9 коммутирующих элементов, также параллельно первичной обмотке трансформатора подключен шунтирующий конденсатор 12, а параллельно

525 каждому контакту коммутирующих элементов включена одна из 4 RC- цепей, каждая из которых содержит резисторы 13 и конденсаторы 14. Параллельно нагрузке подключён выходной конденсатор 15.

Для стабилизатора с ограничением по напряжению «cвepxy» в каждом каскаде первичная обмотка 7 трансформатора (см. фиг.2) подключена к фазному и ней-

530 тральному проводам сети 1, а вторичная 6 - включена в цепь нагрузки таким образом, что первые одноименные выводы первичной 7 и вторичной обмоток 6 соединены соответственно с фазным и нейтральным проводами сети 1 и цепью нагрузки 3 непосредственно, а вторые выводы обмоток соединены между собой через размыкающий контакт 9 коммутирующего блока, к точке соединения второго вывода

535 первичной обмотки и размыкающего контакта 9, подключён замыкающий контакт И, параллельно первичной обмотке трансформатора 7 включен шунтирующий конденсатор 12, а параллельно каждому контакту коммутирующего элемента включены соответствующие RС-цепи 13, 14 параллельно нагрузке подключён выходной конденсатор 15. 540 Для однофазного стабилизатора с ограничением по напряжению «cнизy» в каждом каскаде, первичная обмотка 7 трансформатора (см. фиг.З) подключена к фазному и нейтральному проводам сети 1, а вторичная 6 - включена в цепь нагрузки таким образом, что первые одноименные выводы первичной 7 и вторичной обмоток 6 соединены соответственно с фазным и нейтральным проводами сети 1 и

545 цепью нагрузки 3 непосредственно, а вторые выводы обмоток соединены между собой через размыкающий контакт 8 коммутирующего блока, к точке соединения второго вывода первичной обмотки и размыкающего контакта 8, подключён замыкающий контакт 10, параллельно первичной обмотке трансформатора 7 включен шунтирующий конденсатор 12, а параллельно каждому контакту коммути-

550 рующего элемента включены соответствующие RС-цепи 13, 14 параллельно нагрузке подключён выходной конденсатор 15.

В каждый каскад введен силовой двухполюсный автомат 21 с независимым расцепителем 22, первый и второй контакты которого включены последовательно в цепь нагрузки на входе и выходе регулировочного узла 2 в первом каскаде между

555 фазным проводом сети и входом упомянутого узла, а в остальных каскадах между выходом предыдущего каскада и входом регулировочного узла и между нагрузкой и выходом своего каскада.

В случае варианта каскадной схемы стабилизатора (фиг.6) силовой двухполюсный автомат резервирования 26 подключен в первом каскаде между фазным

560 проводом и выходом каскада, а в остальных каскадах указанный автомат резервирования включен между выходом предыдущего каскада и выходом своего каскада, а узел управления и коммутации 4 выполнен в виде 2n схем контроля коммутации контролирующих увеличение и уменьшение напряжения на нагрузке от установленного уровня.

565 Работает устройство следующим образом.

Электрическая энергия из сети 1 передаётся через регулировочный узел 2, работающий в режиме автотрансформатора, в нагрузку 3 двумя путями: за счет электрической связи и электромагнитной связи. Причем, посредством электрической связи передаётся основная часть энергии (до 100%) и существенно меньшая (до 0%)

570 посредством электромагнитной связи. Напряжение на нагрузке 3 регулируется узлом управления и коммутации 4, подключённого к входу стабилизатора. Узел 5, подключённый к входу и выходу стабилизатора, осуществляет комплексную защиту устройства. Регулировочный узел, включенный по схеме автотрансформатора, когда вто-

575 ричная обмотка включается последовательно с нагрузкой, а первичная обмотка включается по специальной схеме, обеспечивает следующие режимы работы:

1. Нормальный режим работы. В этом режиме напряжения в сети и на нагрузке равны, обеспечивается его оптимальная величина, то есть наиболее выгодный режим работы потребителя. Первичная и вторичная обмотки трансформатора соеди-

580 нены параллельно и включены последовательно с нагрузкой. В данном режиме первичная обмотка трансформатора практически закорочена, в таком режиме в ней протекает ток за счёт ЭДС, индуктированной током вторичной обмотки. Падение напряжения во вторичной обмотке весьма мало (единицы — доли вольта), так как индуктивное сопротивление короткозамкнутого трансформатора незначительно. Режим

585 работы трансформатора близок к режиму работы короткозамкнутого трансформатора тока. В этом режиме входное и выходное напряжения фактически равны. Энергия из сети в нагрузку передаётся на 100% за счет электрической связи.

2. Режим уменьшения сетевого напряжения (ограничение сверху) .При увеличении входного напряжения выше допустимого уровня первичная обмотка транс-

590 форматора подключается к входному напряжению таким образом, что наводимая ЭДС во вторичной обмотке будет направлена встречно напряжению сети, а напряжение на нагрузке, то есть выходное напряжение уменьшится, компенсируя повышение входного напряжения, то есть выходное напряжение на нагрузке будет равно разнице входного напряжения и напряжения, индуцированного первичной обмоткой во вто-

595 ричной обмотке за счет их электромагнитной связи. Энергия из сети в нагрузку передаётся за счёт электрической связи (основная часть) и за счет электромагнитной связи обмоток (дополнительная часть)

3. Режим увеличения сетевого напряжения (ограничение снизу). При уменьшении входного напряжения ниже допустимого уровня первичная обмотка транс-

600 форматора подключается к сети, соответственно, другой полярностью, увеличивая выходное напряжение, то есть выходное напряжение будет равно сумме входного напряжения и напряжения индуктированного первичной обмоткой во вторичной обмотке трансформатора. Энергия из сети в нагрузку передаётся за счёт электрической связи (основная часть) и за счет электромагнитной связи обмоток (дополнительная

605 часть).

Для режимов (2) и (3) часть энергии из сети в нагрузку передаётся за счет электрической связи, а часть за счет электромагнитной. Соотношение этих частей зависит от коэффициента трансформации регулировочного узла К. Чем он больше, тем большая доля энергии передаётся за счет электрической связи. Пере-

610 ключение режимов трансформатора производится в цепи первичной обмотки с большим числом витков, то есть при токах, меньших токов нагрузки в К раз , где К - коэффициент трансформации и без разрыва цепи нагрузки. Соответственно, мощность трансформатора меньше мощности нагрузки в К раз. Она соответствует доли энергии, передаваемой из сети в нагрузку за счет электромагнитной связи обмоток

615 (электромагнитным путем).

Исходное состояние стабилизатора - нормальный режим (напряжение сети находится в пределах заданных норм), то есть контакты коммутирующих элементов 8 и 9 замкнуты, а 10 и 11 разомкнуты. Первичная 7 и вторичная 6 обмотки трансформатора подключены между собой параллельно и последовательно с нагрузкой 3.

620 Индуктивное сопротивление этой системы весьма мало (десятые-сотые доли Ома), напряжения на входе и выходе одинаковы. Энергия из сети в нагрузку передаётся на 100% за счёт электрической связи.

В случае повышенного сетевого напряжения стабилизатор переходит в режим понижения сетевого напряжения (ограничение сверху). Узел управления и коммута-

625 ции включает катушку управления контактами 8,10 (фиг.2). В результате контакт 8 размыкается, а замыкающий контакт 10 замыкается. Причем, сначала размыкается контакт 8 и лишь затем замыкается 10 (так конструктивно устроен коммутирующий блок). При возврате в исходное состояние переключение контактов происходит в обратном порядке. Первичная обмотка 7 трансформатора обтекается током по цепи:

630 фаза А, вторичная обмотка 6 трансформатора, контакт 8, первичная обмотка 7, контакт 10, нулевой провод сети. Первичной обмоткой 7 трансформатора наводится во вторичной обмотке ЭДС, направленная при указанной полярности обмоток встречно напряжению сети. Таким образом, напряжение на нагрузке равно разности напряжения сети и напряжения, индуктированного во вторичной обмотке первичной обмот-

635 кой. Причем, первичная обмотка подключается на стабилизированное напряжение (параллельно нагрузке), что предотвращает её аварию при повышенном напряжении сети. Энергия из сети в нагрузку передаётся как за счет электрической связи (основная часть), так и за счет электромагнитной связи (дополнительная часть).

В случае пониженного сетевого напряжения стабилизатор переходит в режим

640 повышения сетевого напряжения (ограничение сверху). Узел управления и коммутации включает катушку элемента 50. В результате размыкающий контакт 9 размыка- ется, а замыкающий 11 замыкается. Порядок переключения контактов аналогичен режиму 2. Первичная обмотка трансформатора обтекается током по цепи: фаза А цепи, контакт 9, первичная обмотка 7, контакт 11, нулевой провод сети. При указанной

645 полярности обмоток первичная обмотка 7 трансформатора коммутирует во вторичной обмотке 6 ЭДС, направленную согласно с напряжением сети. Напряжение на нагрузке равно сумме напряжения сети и напряжения, индуктированного во вторичной обмотке 6 первичной обмоткой 7 трансформатора. Энергия из сети в нагрузку передается как за счёт электрической связи (основная часть), так и за счет электромагнит-

650 ной связи (дополнительная часть).

Дополнительный переключатель с отпайками, т.е. узел переключения первичной обмотки 28, позволяет менять коэффициент трансформатора К вручную или в автоматическом режиме от узла управления и коммутации 4, что расширяет диапазон регулирования и обеспечивает более плавное регулирование.

655 Конденсатор 15 на выходе служит для компенсации (полной или частичной) реактивного тока нагрузки, и уменьшения, тем самым, номинального тока (мощности), на которые изготовлен регулятор, мощности трансформатора и, соответственно, общей его стоимости. Используется в схеме для активно-индуктивных нагрузок.

При переходе от нормального режима к режиму ограничения сверху при раз-

660 мыкании контакта 8 цепь первичной обмотки 7 регулировочного трансформатора не разрывается, а подключается к прежней точке, фазе А сети, но через RС-цепи 13, 14. По законам коммутации в первый момент конденсаторы 13 и 12 представляют из себя короткозамкнутую цепь и ток в обмотке ограничивается резистором 14. При замыкании контакта 10 первичная обмотка подключается к нулевому проводу сети. Ta-

665 ким образом, процесс переключения проходит в облегчённом режиме, без разрыва цепи первичной обмотки и искрения контактов, а также без наведения в первичной обмотке 7 опасных ЭДС самоиндукции. Таким образом основное назначение RC - цепей:- облегчение работы контактов 8-11 при переходных режимах переключения (искрогашение),- облегчение работы трансформатора в переходных режимах пере-

670 ключения (исключения разрыва цепи первичной обмотки).

Возможен трёхфазный вариант устройства с общим управлением или управлением по каждой фазе индивидyaльнo(фиг.4).

При превышении тока в цепи первичной обмотки трансформатора 7, размыкается контакт 25 трехполюсного автомата дополнительной защиты, что приводит к

675 размыканию, связанного с ним контакта 23 регулировочного блока дополнительной защиты. При этом исчезает шунтирование управляющего электрода тиристора 18, который открывается, включая через мост 17 катушку независимого расцепителя 22 двухполюсного автомата 21. Регулировочный узел отключается от фазы сети 1.

Аналогичная картина будет, если сработает контакт 24 трехполюсного авто-

680 мата защиты вследствие превышения тока через него в результате неисправности контактов 8-11.

При понижении напряжения сети ниже заданного в регулировочном узле 4 уровня , включается через соответствующее реле включает катушку коммутирующего узла 49 (фиг.5), что ведет у последующему размыканию контакта 8 и замыканию

685 контакта 10. Это приводит к подключению вторичной обмотки 6, согласно с напряжением сети, и напряжением на нагрузке 3 повышается напряжение, индуктированное во вторичной обмотке 6.

В нормальном режиме работы независимый расцепитель силового двухполюсного автомата 22 находится в отключённом состоянии, так как первый, второй и

690 третий контакты трехполюсного автомата защиты 23, 24, 25, замкнуты и не влияют на работу устройства в целом: первый контакт 23 шунтирует цепь управления тиристора узла защиты 18, ток через элемент 22 ограничен величиной резистора 20, что недостаточно для срабатывания упомянутого элемента 22, силовой двухполюсный автомат 21 включён, второй и третий контакты 24, 25 трехполюсного автомата за-

695 щиты осуществляют соединение первичной обмотки трансформатора с точкой соединения контактов 8 и 10 и контактов 10, 11 коммутирующих элементов с нейтральным проводом.

При аварии в регулировочном узле 2 (в цепи первичной обмотки 7 трансформатора, нарушении исправности контактов 8 -11 и других неисправностях), срабаты-

700 вает расцепитель 22 автомата 21, контакты 23, 24, 25 отключаются, отключается также 21- силовой двухполюсный автомат, силовой двухполюсный автомат резервирования 26 включается вручную. Используя кнопку 27, кнопку дистанционного управления, можно воздействуя на независимый расцепитель силового двухполюсного автомата 22, осуществлять дополнительно любую защитную или информационную

705 функцию (повышение внутриблочной температуры, перенапряжение в сети, сигнализацию исправного состояния и др.) осуществлять, минуя узел 5 - узел комбинированной защиты. Кроме того, используя упомянутую кнопку, можно осуществлять дистанционное yпpaвлeниe(oтключeниe) стабилизатором.

Подключение двухполюсного автомата резервирования 26 между фазным 710 проводом и нагрузкой позволяет полностью отключить изделие с двух сторон и тем самым обеспечить его полное обесточивание и тем самым обезопасить обслуживающий персонал.

Узел управления и коммутации (фиг.5) работает следующим образом. Элементы схемы показаны в исходном состоянии (когда U сети в норме. 715 Первичная 7 и вторичная 6 обмотки трансформатора подключены параллельно через размыкающие контакты 8-11, и двухпозиционный измеритель-регулятор 48 (программируемый микроконтроллер).

Контролируемое напряжение подаётся на понижающий трансформатор 36 датчика (например, 220/12 В), выпрямляется диодным мостом датчика 37. Полу- 720 ченное пониженное выпрямленное напряжение подаётся на разбалансированный резистивный мост из резисторов 38-41. Например, диапазон входного напряжения микроконтроллера - 0-1 В, поэтому резисторы подобраны так, чтобы при изменении входного напряжения от ~10 В до -250 В постоянное напряжение на выходе моста было в пределах одного вольта.

725 Если обозначить напряжение на входе диодного моста за Uвх, то ток по це- пи38, 39 будет

I,= IV(R1+R2); ток по цепи 40, 41 будет

I ₂ = U _BX /(RЗ+R4). 730 Тогда напряжение на резисторе

U ₃₈ = U _BX *R1/(R1+R2), а напряжение на резисторе

U ₄₀ = U _BX *RЗ/(RЗ+R4), где Rl - сопротивление резистора 38, R2 - сопротивление резистора 39, RЗ - 735 сопротивление на резисторе 40, R4 - сопротивление на резисторе 41

Поскольку выходное напряжение датчика равно разности напряжений на Rl и R2, то в результате имеем:

Uвых = U _вx *( R1/(R1+R2) - R3/(RЗ+R4) ) = С* U _вx , где C= R1/(R1+R2) - R3/(RЗ+R4).

740 Резисторы выбраны термостабильными, и в диапазоне -20°C - +60°C ошибка измерения укладывается в 1%. Кроме того, характеристика практически линейна.

Далее сигнал с датчика поступает на вход программируемого микрокон- троллера 48, после преобразования узлом 42 - на логические устройства 43 и 44 соответственно первого и второго каналов. В зависимости от уровня сигнала либо

745 оба они отключены, либо одно из них срабатывает.

Вход датчика 35 включается в контролируемую сеть, выход его (диагональ резистивного моста 38-41 подключается к входу узла 48. Узел 48 имеет свой внутренний источник электропитания Регулятор имеет входное устройство 42, два логических устройства 43 и 44, два релейных устройства 46 и 47, каждый из которых

750 управляет соответствующей группой коммутирующих элементов 49-54, которые производят необходимые переключения первичных обмоток регулировочных трансформаторов в зависимости от величины U сети.

Контролируемое напряжение подаётся на понижающий трансформатор 36 датчика (нaпpимep220/12 В), и выпрямляется диодным мостом датчика 37. Полу-

755 ченное пониженное выпрямленное напряжение подаётся на разбалансированный резистивный мост из резисторов 38-41. Например, диапазон входного напряжения микроконтроллера - 0-1 В, поэтому резисторы подобраны так, чтобы при изменении входного напряжения от -10 В до -250 В постоянное напряжение на выходе моста было в пределах одного вольта.

760 Далее сигнал с датчика поступает на вход программируемого микроконтроллера 48, после преобразования узлом 42 — на логические устройства 43 и 44 соответственно первого и второго каналов. В зависимости от уровня сигнала либо оба они отключены, либо одно из них срабатывает.

Управление работой стабилизатора происходит следующим образом.

765 Элементы схемы показаны в исходном состоянии (когда U сети в норме).

Первичная 7 и вторичная 6 обмотки регулировочного трансформатора подключены параллельно через размыкающие контакты управляют соответствующими 2n выходными релейными устройствами 58. Релейные устройства управляют соответствующими катушками коммутирующих элементов 8,10 и 9,11 в цепи первичных об-

770 моток 7 регулировочных трансформаторов, каждого звена, каждой фазы.

При повышении напряжения сети выше допустимого сигнал с датчика напряжения 35 поступает на вход входного устройства 42 микроконтроллера 55, после чего сигнал фильтруется от различных помех цифровым фильтром 56 и преобразуется им в цифровой код, который управляет 2n двухпозиционными измерителями-

775 регуляторами 57. В зависимости от индивидуальных уставок каждого канала (измерителя-регулятора), происходит срабатывание выходных релейных устройств 58 соответствующих каналов, что вызывает необходимые переключения в цепях первич- ных обмоток 7 регулировочных трансформаторов, и понижению напряжения на нагрузке.

780 Аналогично работает схема и при понижении напряжения в сети, повышая его на нагрузке. Если напряжение в сети в допустимых пределах, то система находится в состоянии, изображенном на фиг.5, т.е. напряжения в сети и на нагрузке равны. Особенность данной схемы в том, что управление осуществляется с помощью одного датчика за счет различных уставок измерителей-регуляторов.

785 Выключателями 34' и 34",ycтaнoвлeнными между выходом узла 58 и точкой соединения узлов 49-51 и между выходом другого аналогичного узла 58 и точкой соединения узлов 52-54, можно отключать работу любого канала управления. Защита стабилизатора осуществляется защитными устройствами узла 5. Узел комбинированной защиты может включать в себя контроль сопротивле-

790 ния изоляции для сетей с изолированной нейтралью, защиту от перегрузок и коротких замыканий для любого вида сетей., от разного рода аварийных режи- мoв(кopoткoe замыкание в стабилизаторе и нагрузке, перегрузка по току, перекос фаз, изменение уровня входного напряжения выше допустимых пределов, увеличение внутриблочной температуры, акустическая или оптическая индикация). Подклю-

795 чение таких узлов зависит от их функционального назначения и вида исполнения. Они могут быть подключены, ко входу стабилизатора, к его выходу, непосредственно к нагрузке и другим точкам устройства.

Промышленная применимость 800

Испытан макет мощностью до 50 кВА с расчетной суммарной нестабильностью напряжения ±2% и ±5%. КПД стабилизатора в зависимости от ступеней регулирования составил 99.56%. Дискретность регулировочных ступеней 6-12 В.

В качестве элементов использованы регулировочные трансформаторы для 805 трехфазной нагрузки 50 кВА - по 1 кВА для каждой фазы, напряжение 220/12 В, номинальные токи первичных обмоток трансформаторов 4.54 А, вторичных - 83.3 А. Номинальный ток коммутирующих элементов 8-11 16 А, номинальное напряжение контактов 660В. Автоматы 23-25 на 6 А, автоматы 21, 26 - 8OA. Используется микроконтроллер типа измеритель-регулятор фирмы ОВЕН 2TPM 1.

810 Видно, что номинальный ток через QFy в 15-20 раз меньше тока силового автомата QFc. Таким образом, предложены варианты стабилизатора переменного напряжения, ограничивающие его величину "сверху", "снизу"; "снизу" и "сверху" для одного стабилизатора и стабилизатора в виде каскадной схемы с расширенными защитными 815 и сервисными функциями, включая усовершенствование ряда узлов. Предложенные варианты устройств обладают рядом преимуществ по сравнению с известными стабилизаторами переменного напряжения. Приведенные сведения подтверждают возможность осуществления предлагаемого изобретения. При этом предлагаемые варианты стабилизаторов переменного напряжения работают на любой нагрузке без ис- 820 кажения формы кривой напряжения. Коммутация происходит без прерывания тока и при токах в К раз меньше тока нагрузки.

Как известно, нормативными документами на качество электроэнергии регламентируются следующие параметры: 1) отклонение напряжения от номинального, 2) несимметрия напряжения по фазам, 2) несинусодальность напряжения, 3) содер- 825 жание высших гармоник.

Заявленный стабилизатор обеспечивает возможности регулировать все указанные регламентируемые параметры и кроме того компенсирует реактивную мощность нагрузки, полностью или частично как от тока нагрузки основной частоты, так и высших гармоник, так как по сути представляет собой индуктивно-емкостный 830 фильтр для токов высших гармоник.

Исходя из выше изложенного, заявленный стабилизатор является устройством, обеспечивающим качественное электропитание потребителей, а также увеличения энергосберегающих ресурсов.

835

840

845