[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2829328C1 - Ac voltage stabilizer-regulator - Google Patents

Ac voltage stabilizer-regulator Download PDF

Info

Publication number
RU2829328C1
RU2829328C1 RU2024113224A RU2024113224A RU2829328C1 RU 2829328 C1 RU2829328 C1 RU 2829328C1 RU 2024113224 A RU2024113224 A RU 2024113224A RU 2024113224 A RU2024113224 A RU 2024113224A RU 2829328 C1 RU2829328 C1 RU 2829328C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
voltage
protection unit
circuit
Prior art date
Application number
RU2024113224A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Бондарь
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2829328C1 publication Critical patent/RU2829328C1/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to devices providing the required quality of electrical energy for consumers. AC voltage stabilizer-regulator comprises: autotransformer made on two cores, on each core there is one primary and one control windings, secondary winding covers both cores; two units of electronic regulators; control unit; potentiometer; protection unit. Protection unit comprises a constant voltage source, a pulse shaper element, an optotriac, an L-circuit, a magnetic conductor with an air gap, a magnet diode, a voltage divider, a variable resistor, a comparator, a JK trigger and a differentiating circuit.
EFFECT: expansion of functional capabilities with simultaneous increase of reliability.
1 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, обеспечивающим требуемое качество электрической энергии для потребителей.The invention relates to electrical engineering, in particular to devices that provide the required quality of electrical energy for consumers.

Уровень техникиState of the art

Известен стабилизатор переменного напряжения (патент RU № 2280271, МПК G05F 1/14), содержащий повышающий трансформатор, на выходе которого включен последовательно регулирующий дроссель с двумя параллельно включенными катушками различной индуктивности, намотанными на одном замкнутом ферромагнитном сердечнике, причем последовательно с катушкой с большей индуктивностью включен переменный резистор, регулируемый блоком управления, к выходу дросселя подключена нагрузка.A known AC voltage stabilizer (patent RU No. 2280271, IPC G05F 1/14) contains a step-up transformer, at the output of which a series-connected regulating choke is connected with two parallel-connected coils of different inductance, wound on one closed ferromagnetic core, wherein a variable resistor, regulated by a control unit, is connected in series with the coil with a higher inductance, and a load is connected to the output of the choke.

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности при одновременно низкой надежности.The disadvantages of this device are limited functionality and low reliability.

Ограниченные функциональные возможности обусловлены:Limited functionality is due to:

- завышенным нестабилизированным напряжением в режиме холостого хода или близком к нему, т.е. на малой нагрузке;- excessive unstabilized voltage in idle mode or close to it, i.e. at low load;

- неэффективной системой регулирования (по падению напряжения на дросселе), связанной с характером нагрузки (активно-индуктивная, активно-емкостная), не обеспечивающей стабильность напряжения на нагрузке;- an ineffective regulation system (based on the voltage drop across the choke), associated with the nature of the load (active-inductive, active-capacitive), which does not ensure voltage stability across the load;

- отсутствием возможности контроля величины допустимого тока.- lack of ability to control the value of permissible current.

Низкая надежность обусловлена отсутствием защиты от возможной перегрузки по току.Low reliability is due to the lack of protection against possible current overload.

Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому техническому решению является стабилизатор-регулятор напряжения переменного тока (патент RU № 2554712, МПК G05F 1/00).The closest analogue-prototype to the claimed technical solution is the AC voltage stabilizer-regulator (patent RU No. 2554712, IPC G05F 1/00).

Стабилизатор-регулятор напряжения переменного тока, содержит автотрансформатор, выполненный на двух сердечниках, на каждом сердечнике расположены одна первичная и одна управляющая обмотки, вторичная обмотка охватывает оба сердечника, цепь последовательно и встречно соединенных первичных обмоток присоединена одним концом к сети, а вторым к общей точке соединения вторичной обмотки и нагрузки, образуя последовательное соединение первичных и вторичной обмотки, второй конец вторичной обмотки подключен к общей точке соединения нагрузки и сети питания, к каждой управляющей обмотке присоединены блоки электронных регуляторов, регулируемых блоком управления, снабженным обратной связью по выходному напряжению через потенциометр, параллельно подключенный к выходной обмотке стабилизатора-регулятора напряжения переменного тока.The AC voltage stabilizer-regulator contains an autotransformer made on two cores, on each core there are one primary and one control winding, the secondary winding covers both cores, the circuit of series and counter-connected primary windings is connected at one end to the network, and at the other to a common connection point of the secondary winding and the load, forming a series connection of the primary and secondary windings, the second end of the secondary winding is connected to a common connection point of the load and the power supply network, to each control winding there are connected blocks of electronic regulators, regulated by a control unit equipped with feedback on the output voltage through a potentiometer, parallel connected to the output winding of the AC voltage stabilizer-regulator.

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности при одновременно низкой надежности.The disadvantages of this device are limited functionality and low reliability.

Ограниченные функциональные возможности обусловлены отсутствием возможности контроля величины допустимого тока.Limited functionality is due to the lack of ability to control the amount of permissible current.

Низкая надежность обусловлена отсутствием защиты от возможной перегрузки по току.Low reliability is due to the lack of protection against possible current overload.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей при одновременном повышении надежности.The technical result that can be achieved with the help of the proposed invention is reduced to the expansion of functional capabilities while simultaneously increasing reliability.

Технический результат достигается тем, что в стабилизатор-регулятор напряжения переменного тока содержащий автотрансформатор, выполненный на двух сердечниках, на каждом сердечнике расположены одна первичная и одна управляющая обмотки, вторичная обмотка охватывает оба сердечника, цепь последовательно и встречно соединенных первичных обмоток присоединена вторым концом к общей точке соединения первого конца вторичной обмотки, образуя последовательное соединение первичных и вторичной обмотки, второй конец вторичной обмотки подключен к общей точке соединения второго вывода нагрузки и второго провода сети питания, к каждой управляющей обмотке присоединены блоки электронных регуляторов, регулируемых блоком управления, снабженным обратной связью по выходному напряжению через потенциометр, параллельно подключенный к вторичной обмотке стабилизатора-регулятора напряжения переменного тока, введен блок защиты, при этом: первый и второй входы блока защиты подключаются, соответственно, к первому и второму проводу сети; третий вход соединен с точкой соединения второго конца первичных обмоток, первого конца вторичной обмотки и первого вывода потенциометра; первый выход соединен с первым концом первичных обмоток; второй выход соединен с первым выводом нагрузки.The technical result is achieved in that an AC voltage stabilizer-regulator containing an autotransformer made on two cores, on each core there are one primary and one control winding, the secondary winding covers both cores, a circuit of series- and counter-connected primary windings is connected by the second end to a common connection point of the first end of the secondary winding, forming a series connection of the primary and secondary windings, the second end of the secondary winding is connected to a common connection point of the second load terminal and the second wire of the power supply network, electronic regulator units are connected to each control winding, regulated by a control unit equipped with feedback on the output voltage through a potentiometer connected in parallel to the secondary winding of the AC voltage stabilizer-regulator, a protection unit is introduced, wherein: the first and second inputs of the protection unit are connected, respectively, to the first and second wire of the network; the third input is connected to the connection point of the second end of the primary windings, the first end of the secondary winding and the first terminal of the potentiometer; the first output is connected to the first end of the primary windings; the second output is connected to the first terminal of the load.

Блок защиты содержит источник постоянного напряжения, формирователь импульсов, оптосимистор, L-цепь, служащую одновитковой обмоткой магнитопровода с воздушным зазором, в котором расположен магнитодиод, делитель напряжения, переменный резистор, компаратор, JK триггер, дифференцирующую цепь, причем: первый и второй входы источника постоянного напряжения подключены к первому и второму входам блока защиты; нулевой выход источника постоянного напряжения заземлен; потенциальный выход источника постоянного напряжения, с уровнем логической единицы, 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, Q выход которого подключен ко входу формирователя импульсов, выходы которого служат управляющими входами оптосимистора, вход которого соединен с первым входом блока защиты, а выход служит первым выходом блока защиты; первый вывод L-цепи служит третьим входом блока защиты; второй вывод L-цепи служит вторым выходом блока защиты.The protection unit comprises a constant voltage source, a pulse former, an opto-simistor, an L-circuit serving as a single-turn winding of a magnetic circuit with an air gap in which a magnetodiode is located, a voltage divider, a variable resistor, a comparator, a JK trigger, a differentiating circuit, wherein: the first and second inputs of the constant voltage source are connected to the first and second inputs of the protection unit; the zero output of the constant voltage source is grounded; the potential output of the constant voltage source, with a logical one level, is connected to the first terminal of the variable resistor, the C-input of the JK trigger and the first inputs of the voltage divider and the differentiating circuit, the second inputs of which are grounded, and the outputs are connected, respectively, to the first input of the comparator and the J-input of the JK trigger; the second and third terminals of the variable resistor are connected to the second input of the comparator and the anode of the magnetodiode, the cathode of which is grounded; the output of the comparator is connected to the K input of the JK trigger, the Q output of which is connected to the input of the pulse generator, the outputs of which serve as control inputs of the opto-simistor, the input of which is connected to the first input of the protection unit, and the output serves as the first output of the protection unit; the first output of the L-circuit serves as the third input of the protection unit; the second output of the L-circuit serves as the second output of the protection unit.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг.1 представлена функциональная схема стабилизатора переменного напряжения.Fig. 1 shows the functional diagram of the AC voltage stabilizer.

На фиг.2 представлены диаграммы изменения напряжений на элементах стабилизатора. Индексы напряжений на диаграмме, фиг. 2, соответствуют номеру элемента на фиг. 1.Fig. 2 shows diagrams of voltage changes on the stabilizer elements. The voltage indices on the diagram, Fig. 2, correspond to the element number in Fig. 1.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Стабилизатор-регулятор напряжения переменного тока (фиг.1) содержит: автотрансформатор 1, включающий сердечники (магнитопроводы) 2 и 3, первичные обмотки 4 и 5, вторичную обмотку 6, управляющие обмотки 7 и 8; блоки 9 и 10 электронных регуляторов; блок управления 11; цепь обратной связи управления 12; потенциометр 13; блок защиты 15, к выходу стабилизатора-регулятора напряжения переменного тока подключается нагрузка 14.The AC voltage stabilizer-regulator (Fig. 1) contains: an autotransformer 1, including cores (magnetic cores) 2 and 3, primary windings 4 and 5, secondary winding 6, control windings 7 and 8; electronic regulator units 9 and 10; control unit 11; control feedback circuit 12; potentiometer 13; protection unit 15, and load 14 is connected to the output of the AC voltage stabilizer-regulator.

На каждом сердечнике 2, 3, автотрансформатора 1, расположены одна первичная 4, 5 и одна управляющая 8, 7 обмотки соответственно. Вторичная обмотка 6 охватывает сердечники 2 и 3.On each core 2, 3, of the autotransformer 1, one primary 4, 5 and one control 8, 7 winding are located, respectively. The secondary winding 6 covers cores 2 and 3.

Первичные обмотки 4 и 5 соединены между собой последовательно встречно. Цепь первичных обмоток 4, 5 присоединена первым концом к первому выходу блока защиты 15, а вторым концом к общей точке соединения первого вывода потенциометра 13, третьего входа блока защиты 15, первого конца вторичной обмотки 6, второй конец которой подключен к общей точке соединения первого вывода потенциометра 13, первого входа блока управления 11, второго провода сети питания, второго вывода нагрузки 14, первого входа блока защиты 15, второй вход которого соединен с третьим выводом потенциометра 13. Выводы обмотки 6 являются выходом стабилизатора-регулятора и по цепи обратной связи управления 12 через потенциометр 13 параллельно подключены к блоку управления 11. К управляющим обмоткам 7 и 8 параллельно присоединены блоки 9 и 10 электронных регуляторов, связанные с блоком управления 11.Primary windings 4 and 5 are connected to each other in series in opposite directions. The circuit of primary windings 4, 5 is connected by the first end to the first output of protection unit 15, and by the second end to the common connection point of the first terminal of potentiometer 13, the third input of protection unit 15, the first end of secondary winding 6, the second end of which is connected to the common connection point of the first terminal of potentiometer 13, the first input of control unit 11, the second wire of the power supply network, the second terminal of load 14, the first input of protection unit 15, the second input of which is connected to the third terminal of potentiometer 13. The terminals of winding 6 are the output of the stabilizer-regulator and are connected in parallel to control unit 11 via control feedback circuit 12 through potentiometer 13. Blocks 9 and 10 of electronic regulators, connected to control unit 11, are connected in parallel to control windings 7 and 8.

Первый вход блока защиты 15 соединен с первым проводом сети; второй выход блока защиты 15 соединен с первым выводом нагрузки 14.The first input of the protection unit 15 is connected to the first network wire; the second output of the protection unit 15 is connected to the first load terminal 14.

Блок защиты 15 содержит источник постоянного напряжения 16, формирователь импульсов 17, оптосимистор 18, L-цепь 19, служащую одновитковой обмоткой магнитопровода 20 с воздушным зазором, в котором расположен магнитодиод 21, переменный резистор 22, компаратор 23, делитель напряжения 24, JK триггер 25, дифференцирующую цепь 26, причем: первый и второй входы источника постоянного напряжения 16 подключены к первому и второму входам блока защиты 15; нулевой выход источника постоянного напряжения 16 заземлен; потенциальный выход источника постоянного напряжения 16, с уровнем логической единицы, соединен с первым выводом переменного резистора 22, С-входом JK триггера 25 и первыми входами делителя напряжения 24 и дифференцирующей цепи 26, вторые входы которых заземлены, а выходы подключены, соответственно, к первому входу компаратора 23 и J-входу JK триггера 25; второй и третий выводы переменного резистора 22 соединены со вторым входом компаратора 23 и анодом магнитодиода 21, катод которого заземлен; выход компаратора 23 подключен к K-входу JK триггера 25, Q выход которого подключен ко входу формирователя импульсов 17, выходы которого служат управляющими входами оптосимистора 18, вход которого соединен с первым входом блока защиты 15, а выход служит первым выходом блока защиты 15; первый вывод L-цепи 19 служит третьим входом блока защиты 15; второй вывод L-цепи 19 служит вторым выходом блока защиты 15.The protection unit 15 comprises a constant voltage source 16, a pulse generator 17, an opto-simistor 18, an L-circuit 19 serving as a single-turn winding of a magnetic circuit 20 with an air gap in which a magnetodiode 21 is located, a variable resistor 22, a comparator 23, a voltage divider 24, a JK trigger 25, a differentiating circuit 26, wherein: the first and second inputs of the constant voltage source 16 are connected to the first and second inputs of the protection unit 15; the zero output of the constant voltage source 16 is grounded; the potential output of the constant voltage source 16, with the logical one level, is connected to the first terminal of the variable resistor 22, the C-input of the JK trigger 25 and the first inputs of the voltage divider 24 and the differentiating circuit 26, the second inputs of which are grounded, and the outputs are connected, respectively, to the first input of the comparator 23 and the J-input of the JK trigger 25; the second and third terminals of the variable resistor 22 are connected to the second input of the comparator 23 and the anode of the magnetodiode 21, the cathode of which is grounded; the output of the comparator 23 is connected to the K-input of the JK trigger 25, the Q output of which is connected to the input of the pulse generator 17, the outputs of which serve as control inputs of the opto-simistor 18, the input of which is connected to the first input of the protection unit 15, and the output serves as the first output of the protection unit 15; the first terminal of L-circuit 19 serves as the third input of protection unit 15; the second terminal of L-circuit 19 serves as the second output of protection unit 15.

К входу стабилизатора прикладывается напряжение сети U1, на первичных обмотках 4 и 5 наводятся напряжения U4, U5 соответственно, на вторичной обмотке 6 создается напряжение U6 и прикладывается к нагрузке 14. Напряжение Uном - это номинальное напряжение питающей сети.The voltage of the network U 1 is applied to the input of the stabilizer, voltages U 4 , U 5 are induced on the primary windings 4 and 5 respectively, voltage U 6 is created on the secondary winding 6 and is applied to the load 14. Voltage U nom is the nominal voltage of the power supply network.

Предлагаемый стабилизатор-регулятор напряжения переменного тока работает следующим образом.The proposed AC voltage stabilizer-regulator operates as follows.

При подаче питания, так как отсутствует перегрузка по току, блок защиты 15 обеспечивает подключение первого провода сети к первому концу цепи первичных обмоток 4, 5.When power is supplied, since there is no current overload, protection unit 15 ensures the connection of the first network wire to the first end of the primary winding circuit 4, 5.

В нормальном режиме, по последовательной цепи первичных обмоток 4, 5 и вторичной обмотки 6 автотрансформатора 1 проходит электрический ток. Этот ток создает магнитные потоки в сердечниках 2 и 3. Суммарный магнитный поток сердечников 2 и 3 определяется величиной питающего напряжения U1.In normal mode, electric current flows through the series circuit of primary windings 4, 5 and secondary winding 6 of autotransformer 1. This current creates magnetic fluxes in cores 2 and 3. The total magnetic flux of cores 2 and 3 is determined by the magnitude of the supply voltage U 1 .

Магнитные потоки сердечников 2 и 3 соответственно в первичных обмотках 4, 5 наводят напряжение U4, U5. В управляющих обмотках 7, 8 также наводятся напряжения.Magnetic fluxes of cores 2 and 3 induce voltage U 4 , U 5 in primary windings 4, 5, respectively. Voltages are also induced in control windings 7, 8.

Напряжение U4 первичной обмотки 4 совпадает по направлению с питающим напряжением U1, а напряжение U5 первичной обмотки 5 противоположно по направлению. При равенстве магнитных потоков в сердечниках 2, 3 и одинаковых числах витков в первичных обмотках 4 и 5 напряжения U4 и U5 равны по величине и противоположны по направлению. Следовательно, сумма напряжений (U4+U5) на концах последовательной цепи первичных обмоток 4 и 5 равна нулю из-за встречного включения обмоток 4, 5. В результате к нагрузке 14 прикладывается напряжение вторичной обмотки U6, равное сетевому (U6=U1). Этот режим работы стабилизатора соответствует номинальному напряжению в сети (U1=Uном). Диаграмма напряжений на элементах стабилизатора напряжения для этого режима представлена на фиг. 2а. Схема управления 11, в этом режиме, дает команду блокам 9, 10 электронных регуляторов установить наибольшие сопротивления (бесконечные, т.е. обрыв цепи). Токи в управляющих обмотках 7, 8 равны нулю, следовательно, размагничивания сердечников 2, 3 не происходит.The voltage U 4 of the primary winding 4 coincides in direction with the supply voltage U 1 , and the voltage U 5 of the primary winding 5 is opposite in direction. With equality of magnetic fluxes in cores 2, 3 and the same numbers of turns in primary windings 4 and 5, the voltages U 4 and U 5 are equal in magnitude and opposite in direction. Consequently, the sum of the voltages (U 4 +U 5 ) at the ends of the series circuit of primary windings 4 and 5 is zero due to the opposite connection of windings 4, 5. As a result, the voltage of the secondary winding U 6 , equal to the network voltage (U 6 = U 1 ), is applied to load 14. This mode of operation of the stabilizer corresponds to the nominal voltage in the network (U 1 = U nom ). The voltage diagram on the elements of the voltage stabilizer for this mode is shown in Fig. 2a. Control circuit 11, in this mode, gives a command to electronic controller units 9, 10 to set the highest resistances (infinite, i.e. open circuit). Currents in control windings 7, 8 are equal to zero, therefore, demagnetization of cores 2, 3 does not occur.

Ток холостого хода в первичных обмотках 4 и 5 автотрансформатора 1 при номинальном напряжении сети U1 имеет минимальное значение, так как магнитный поток идет по двум сердечникам 2 и 3, реактивная мощность, потребляемая стабилизатором из сети, минимальна.The no-load current in the primary windings 4 and 5 of the autotransformer 1 at the nominal network voltage U 1 has a minimum value, since the magnetic flux goes through two cores 2 and 3, the reactive power consumed by the stabilizer from the network is minimal.

При уменьшении напряжения сети U1 (и, соответственно, уменьшении напряжения U6 вторичной обмотки 6 и нагрузки 14) по цепи обратной связи 12 формируется сигнал уменьшенного значения для системы управления 11. По команде блока управления 11 блок 10 электронного регулятора уменьшает величину сопротивления. Сопротивление блока 9 электронного регулятора остается неизменным большим. В управляющей обмотке 7, замкнутой на сопротивление блока 10 электронного регулятора, протекает ток, создающий встречный магнитный поток, уменьшающий магнитный поток в сердечнике 3. Вследствие условия неизменности величины суммарного потока в обоих сердечниках 2 и 3, соответственно, в сердечнике 2 магнитный поток увеличивается из-за вынужденного уменьшения магнитного потока в сердечнике 3. В первичных обмотках 4 и 5 также происходит противоположное изменение напряжений. Напряжение U4 увеличивается, а U5 уменьшается, сумма этих напряжений не равна нулю (U4+U5>0) и выделяется на концах цепи первичных обмоток 4, 5. Сумма напряжений U4 и U5 совпадает по фазе с сетевым напряжением U1 и складывается с ним, компенсируя его снижение. Так обеспечивается стабильность напряжения на вторичной обмотке 6 (U6=Uном) и нагрузке 14 (U1+(U4+U5)=U6=Uном). Этому режиму соответствует диаграмма напряжений на фиг. 2б. Переход стабилизатора на пониженное сетевое напряжение произошел плавно без коммутации в силовых цепях как питания, так и нагрузки, то есть без перерывов питания, без переключений и без искажения формы синусоидального напряжения.When the network voltage U 1 decreases (and, accordingly, the voltage U 6 of the secondary winding 6 and the load 14 decreases), a signal of a reduced value for the control system 11 is formed via the feedback circuit 12. At the command of the control unit 11, the unit 10 of the electronic regulator decreases the resistance value. The resistance of the unit 9 of the electronic regulator remains unchanged and large. In the control winding 7, closed to the resistance of the unit 10 of the electronic regulator, a current flows, creating a counter magnetic flux, decreasing the magnetic flux in the core 3. Due to the condition of the invariance of the value of the total flux in both cores 2 and 3, respectively, in the core 2 the magnetic flux increases due to the forced decrease in the magnetic flux in the core 3. In the primary windings 4 and 5, an opposite change in voltage also occurs. Voltage U 4 increases and U 5 decreases, the sum of these voltages is not equal to zero (U 4 +U 5 >0) and is released at the ends of the circuit of primary windings 4, 5. The sum of voltages U 4 and U 5 coincides in phase with the network voltage U 1 and is added to it, compensating for its decrease. This ensures voltage stability on the secondary winding 6 (U 6 =U nom ) and load 14 (U 1 +(U 4 +U 5 )=U 6 =U nom ). This mode corresponds to the voltage diagram in Fig. 2b. The transition of the stabilizer to a reduced network voltage occurred smoothly without switching in the power circuits of both the supply and the load, that is, without interruptions in power supply, without switching and without distortion of the sinusoidal voltage shape.

При предельном уменьшении напряжения сети U1 происходит уменьшение сопротивления блока 10 электронного регулятора до нуля. При этом управляющая обмотка 7 становится закороченной. Магнитный поток в сердечнике 3 становится равным нулю вследствие закороченного состояния управляющей обмотки 7. При этом напряжение U5 первичной обмотки 5 равно нулю.When the network voltage U 1 decreases to the limit, the resistance of the electronic regulator unit 10 decreases to zero. In this case, the control winding 7 becomes short-circuited. The magnetic flux in the core 3 becomes equal to zero due to the short-circuited state of the control winding 7. In this case, the voltage U 5 of the primary winding 5 is equal to zero.

Весь суммарный магнитный поток проходит по сердечнику 2, максимальное увеличение напряжения сети U1 создается только напряжением U4 первичной обмотки 4. Сумма пониженного напряжений сети U1 и напряжения первичной обмотки 4 (U1+U4=U6=Uном) обеспечивает стабильное напряжение U6=Uном на вторичной обмотке 6 и нагрузке 14, фиг. 2в.The entire total magnetic flux passes through the core 2, the maximum increase in the network voltage U 1 is created only by the voltage U 4 of the primary winding 4. The sum of the reduced network voltage U 1 and the voltage of the primary winding 4 (U 1 +U 4 =U 6 =U nom ) provides a stable voltage U 6 =U nom on the secondary winding 6 and the load 14, Fig. 2c.

При росте напряжения сети U1, соответственно, начинают увеличиваться напряжения U6 во вторичной обмотке 6 и на нагрузке 14. В этом случае процесс управления происходит следующим образом. По цепи обратной связи 12 в блок управления 11 поступает сигнал, пропорциональный начинающемуся увеличению значения напряжения U6. По команде блока управления 11 производится уменьшение величины сопротивления блока 9 электронного регулятора. В этом случае сопротивление блока 10 электронного регулятора остается неизменным и имеет наибольшее значение (бесконечность).When the network voltage U 1 increases, the voltages U 6 in the secondary winding 6 and on the load 14 begin to increase accordingly. In this case, the control process occurs as follows. A signal proportional to the beginning increase in the value of the voltage U 6 is sent to the control unit 11 via the feedback circuit 12. At the command of the control unit 11, the resistance value of the electronic regulator unit 9 decreases. In this case, the resistance of the electronic regulator unit 10 remains unchanged and has the greatest value (infinity).

В управляющей обмотке 8, замкнутой на блок 9 электронного регулятора, протекает ток, уменьшающий магнитный поток в сердечнике 2. Вследствие условия неизменности величины суммарного потока в обоих сердечниках 2 и 3, соответственно, в сердечнике 3 магнитный поток увеличивается из-за вынужденного уменьшения магнитного потока в сердечнике 2. В первичных обмотках 4 и 5 также происходит противоположное изменение напряжений. Напряжение U5 увеличивается, а U4 уменьшается, сумма этих напряжений не равна нулю и выделяется на концах цепи вторичных обмоток 4, 5. Сумма напряжений U4 и U5 находится в противофазе с сетевым напряжением U1 и является снижающим напряжением для него, компенсируя его увеличение. Так обеспечивается стабильность напряжения на вторичной обмотке 6 (U6=Uном) и нагрузке 14 (U1-(U4+U5)=U6=Uном). Этому режиму соответствует диаграмма напряжений на фиг. 2г. Переход стабилизатора на повышенное сетевое напряжение произошел плавно без коммутации в силовых цепях как питания, так и нагрузки, то есть без перерывов питания, без переключений и без искажения формы синусоидального напряжения.In the control winding 8, closed to the block 9 of the electronic regulator, a current flows, decreasing the magnetic flux in the core 2. Due to the condition of invariance of the value of the total flux in both cores 2 and 3, respectively, in the core 3 the magnetic flux increases due to the forced decrease in the magnetic flux in the core 2. In the primary windings 4 and 5, the opposite change in voltage also occurs. The voltage U 5 increases, and U 4 decreases, the sum of these voltages is not equal to zero and is released at the ends of the circuit of the secondary windings 4, 5. The sum of the voltages U 4 and U 5 is in antiphase with the network voltage U 1 and is a reducing voltage for it, compensating for its increase. This ensures voltage stability on the secondary winding 6 (U 6 = U nom ) and load 14 (U 1 - (U 4 + U 5 ) = U 6 = U nom ). This mode corresponds to the voltage diagram in Fig. 2g. The stabilizer's transition to increased network voltage occurred smoothly without switching in the power circuits of both the supply and the load, that is, without interruptions in power supply, without switching, and without distortion of the sinusoidal voltage shape.

При предельном увеличении сетевого напряжения U1 сопротивление блока 9 электронного регулятора и напряжение U4 первичной обмотки 4 уменьшаются до нуля. При этом управляющая обмотка 8 становится закороченной. Магнитный поток в сердечнике 2 становится равным нулю вследствие закороченного состояния управляющей обмотки 8. При этом напряжение U4 первичной обмотки 4 равно нулю.At the maximum increase of the network voltage U 1, the resistance of the electronic regulator unit 9 and the voltage U 4 of the primary winding 4 decrease to zero. In this case, the control winding 8 becomes short-circuited. The magnetic flux in the core 2 becomes equal to zero due to the short-circuited state of the control winding 8. In this case, the voltage U 4 of the primary winding 4 is equal to zero.

Весь суммарный магнитный поток проходит по сердечнику 3, максимальное снижение напряжений сети U1 создается только напряжением U5 первичной обмотки 5. Разность напряжений сети U1 и напряжения обмотки 5 (U1-U5=U6=Uном) обеспечивает стабильное напряжение U6=Uном на вторичной обмотке 6 и нагрузке 14. Этому режиму соответствует диаграмма напряжений фиг. 2д.The entire total magnetic flux passes through the core 3, the maximum decrease in the network voltage U 1 is created only by the voltage U 5 of the primary winding 5. The difference between the network voltage U 1 and the voltage of winding 5 (U 1 -U 5 = U 6 = U nom ) ensures a stable voltage U 6 = U nom on the secondary winding 6 and load 14. The voltage diagram in Fig. 2d corresponds to this mode.

В реальных стабилизаторах сетевого напряжения при неизменном напряжении сети питания U1, но при изменении величины сопротивления нагрузки 14 также происходит изменении величины напряжения U6 на вторичной обмотке 6 автотрансформатора 1. Это обусловлено изменением падений напряжения на активных и индуктивных сопротивлениях самого стабилизатора. Предлагаемое устройство обеспечивает также и стабилизацию напряжения на нагрузке при изменении ее величины.In real stabilizers of network voltage with constant voltage of the power supply network U 1 , but with a change in the value of the load resistance 14, a change in the value of voltage U 6 on the secondary winding 6 of the autotransformer 1 also occurs. This is due to a change in voltage drops on the active and inductive resistances of the stabilizer itself. The proposed device also ensures voltage stabilization on the load when its value changes.

Регулирование выходного напряжения на нагрузке 14, независимо от входного напряжения, осуществляется при помощи потенциометра 13. Изменением соотношения сопротивления потенциометра 13 выставляют требуемое значение выходного напряжения. По цепи обратной связи 12 в блок управления 11 поступает сигнал, пропорциональный установленному значению напряжения на сопротивлении потенциометра 13. Блок управления 11 посредством блоков 9 и 10 электронных регуляторов производит регулирование выходного напряжения.The output voltage on the load 14 is regulated, regardless of the input voltage, using the potentiometer 13. By changing the resistance ratio of the potentiometer 13, the required output voltage value is set. A signal proportional to the set voltage value on the resistance of the potentiometer 13 is sent to the control unit 11 via the feedback circuit 12. The control unit 11 regulates the output voltage using the electronic regulator units 9 and 10.

Как было показано выше, в момент подачи питания на стабилизатор, блок защиты 15 обеспечивает подключение (коммутацию) первого провода сети к первому концу цепи первичных обмоток 4, 5, а значит и электроснабжение нагрузки 14. Непосредственно коммутация обусловлена срабатыванием оптосимистора 18 по команде формирователя импульсов 17.As shown above, at the moment of supplying power to the stabilizer, protection unit 15 ensures the connection (switching) of the first network wire to the first end of the primary winding circuit 4, 5, and therefore the power supply of load 14. The switching itself is caused by the operation of opto-simistor 18 on command from pulse generator 17.

В силу установления на K-входе уровня логического нуля, а на С-входе, J-входе, а значит и на Q-выходе JK триггера 25, уровня логической единицы.Due to the establishment of a logical zero level at the K input, and a logical one level at the C input, J input, and therefore at the Q output of the JK trigger 25.

Уровень логической единицы на С-входе JK триггера 25 обусловлен потенциалом с выхода источника постоянного напряжения 16.The logical one level at the C-input of the JK trigger 25 is determined by the potential from the output of the constant voltage source 16.

Уровень логической единицы на J-входе JK триггера 25 обусловлен скачком напряжения на выходе дифференцирующей цепи 26 в момент подачи потенциала с выхода источника постоянного напряжения 16.The logical one level at the J-input of the JK trigger 25 is caused by a voltage surge at the output of the differentiating circuit 26 at the moment the potential is supplied from the output of the constant voltage source 16.

Уровень логического нуля на K-входе JK триггера 25 обусловлен не срабатыванием компаратора 23 (в следствие отсутствия перегрузки по току).The logical zero level at the K-input of the JK trigger 25 is caused by the non-operation of the comparator 23 (due to the absence of a current overload).

Срабатывание компаратора 23 осуществляется при условииThe comparator 23 is triggered under the condition

UМД>UДН (1),U MD >U DN (1),

где UМД - напряжение падения на базе магнитодиода 21, поступающее на второй вход (Uвх+) компаратора 23;where U MD is the voltage drop at the base of magnetodiode 21, supplied to the second input (U in+ ) of comparator 23;

UДН - напряжение с выхода делителя напряжения 24, поступающее на первый вход (Uвх-) компаратора 23.U DN is the voltage from the output of voltage divider 24, supplied to the first input (U in- ) of comparator 23.

Выходное напряжение делителя напряжения 24, UДН, пропорционально выходному напряжению источника постоянного напряжения 16.The output voltage of the voltage divider 24, U DN , is proportional to the output voltage of the DC voltage source 16.

Напряжение падения на базе магнитодиода 21, UМД, определяется:The voltage drop across the base of magnetodiode 21, U MD , is determined by:

- величиной выходного напряжения источника постоянного напряжения 16;- the value of the output voltage of the DC voltage source 16;

- сопротивлением переменного резистора 22;- resistance of variable resistor 22;

- сопротивлением базы магнитодиода 21, зависящим от величины поперечного магнитного поля.- the resistance of the base of the magnetodiode 21, depending on the magnitude of the transverse magnetic field.

А так как сопротивление базы магнитодиода 21 возрастает с увеличением поперечного магнитного поля, величина которого определяется величиной тока нагрузки стабилизатора протекающего в L-цепи 19, служащей одновитковой обмоткой магнитопровода 20 с воздушным зазором, момент срабатывания компаратора 23 будет определяться величиной тока нагрузки и предварительно установленной величиной сопротивления переменного резистора 22.And since the resistance of the base of the magnetodiode 21 increases with the increase of the transverse magnetic field, the value of which is determined by the value of the load current of the stabilizer flowing in the L-circuit 19, which serves as a single-turn winding of the magnetic circuit 20 with an air gap, the moment of operation of the comparator 23 will be determined by the value of the load current and the pre-set value of the resistance of the variable resistor 22.

Что, в свою очередь, обеспечивает:Which, in turn, ensures:

- контроль величины допустимого тока нагрузки;- control of the value of the permissible load current;

- защиту от возможной перегрузки по току,- protection against possible current overload,

а значит расширение функциональных возможностей стабилизатора с одновременным увеличением надежности.and therefore expansion of the stabilizer’s functional capabilities while simultaneously increasing reliability.

Claims (1)

Стабилизатор-регулятор напряжения переменного тока, содержащий автотрансформатор, выполненный на двух сердечниках, на каждом сердечнике расположены одна первичная и одна управляющая обмотки, вторичная обмотка охватывает оба сердечника, цепь последовательно и встречно соединенных первичных обмоток присоединена вторым концом к общей точке соединения первого конца вторичной обмотки, образуя последовательное соединение первичных и вторичной обмотки, второй конец вторичной обмотки подключен к общей точке соединения второго вывода нагрузки и второго провода сети питания, к каждой управляющей обмотке присоединены блоки электронных регуляторов, регулируемых блоком управления, снабженным обратной связью по выходному напряжению через потенциометр, параллельно подключенный к вторичной обмотке стабилизатора-регулятора напряжения переменного тока, отличающийся тем, что в устройство введен блок защиты, при этом: первый и второй входы блока защиты подключаются соответственно к первому и второму проводу сети; третий вход соединен с точкой соединения второго конца первичных обмоток, первого конца вторичной обмотки и первого вывода потенциометра; первый выход соединен с первым концом первичных обмоток; второй выход соединен с первым выводом нагрузки, блок защиты содержит источник постоянного напряжения, формирователь импульсов, оптосимистор, L-цепь, служащую одновитковой обмоткой магнитопровода с воздушным зазором, в котором расположен магнитодиод, делитель напряжения, переменный резистор, компаратор, JK триггер, дифференцирующую цепь, причем: первый и второй входы источника постоянного напряжения подключены к первому и второму входам блока защиты; нулевой выход источника постоянного напряжения заземлен; потенциальный выход источника постоянного напряжения с уровнем логической единицы 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, Q выход которого подключен ко входу формирователя импульсов, выходы которого служат управляющими входами оптосимистора, вход которого соединен с первым входом блока защиты, а выход служит первым выходом блока защиты; первый вывод L-цепи служит третьим входом блока защиты; второй вывод L-цепи служит вторым выходом блока защиты. An AC voltage stabilizer-regulator comprising an autotransformer made on two cores, on each core there are one primary and one control winding, the secondary winding covers both cores, a circuit of series- and counter-connected primary windings is connected by the second end to a common connection point of the first end of the secondary winding, forming a series connection of the primary and secondary windings, the second end of the secondary winding is connected to a common connection point of the second load terminal and the second wire of the power supply network, units of electronic regulators are connected to each control winding, regulated by a control unit equipped with feedback on the output voltage through a potentiometer connected in parallel to the secondary winding of the AC voltage stabilizer-regulator, characterized in that a protection unit is introduced into the device, wherein: the first and second inputs of the protection unit are connected respectively to the first and second wire of the network; the third input is connected to the connection point of the second end of the primary windings, the first end of the secondary winding and the first terminal of the potentiometer; the first output is connected to the first end of the primary windings; the second output is connected to the first terminal of the load, the protection unit comprises a constant voltage source, a pulse former, an opto-simistor, an L-circuit serving as a single-turn winding of a magnetic circuit with an air gap in which a magnetodiode is located, a voltage divider, a variable resistor, a comparator, a JK trigger, a differentiating circuit, wherein: the first and second inputs of the constant voltage source are connected to the first and second inputs of the protection unit; the zero output of the constant voltage source is grounded; the potential output of the constant voltage source with a logical one level is connected to the first terminal of the variable resistor, the C-input of the JK trigger and the first inputs of the voltage divider and the differentiating circuit, the second inputs of which are grounded, and the outputs are connected respectively to the first input of the comparator and the J-input of the JK trigger; the second and third terminals of the variable resistor are connected to the second input of the comparator and the anode of the magnetodiode, the cathode of which is grounded; the output of the comparator is connected to the K-input of the JK trigger, the Q output of which is connected to the input of the pulse generator, the outputs of which serve as control inputs of the opto-simistor, the input of which is connected to the first input of the protection unit, and the output serves as the first output of the protection unit; the first terminal of the L-circuit serves as the third input of the protection unit; the second terminal of the L - circuit serves as the second output of the protection unit.
RU2024113224A 2024-05-16 Ac voltage stabilizer-regulator RU2829328C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2829328C1 true RU2829328C1 (en) 2024-10-30

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4075548A (en) * 1975-10-27 1978-02-21 Outokumpu Oy Stabilized voltage source having a series regulator on the alternating-voltage side
US6177783B1 (en) * 1999-09-13 2001-01-23 Adc Telecommunications, Inc. Current balancing for voltage regulator having inputs from multiple power supplies
RU2280271C1 (en) * 2004-12-15 2006-07-20 Фгуп "Нии Сиис" Ac voltage regulator
RU2554712C1 (en) * 2014-05-27 2015-06-27 Акционерное общество "Электроавтоматика" Stabilising ac voltage regulator
RU2797044C1 (en) * 2023-03-03 2023-05-31 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Voltage stabilizer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4075548A (en) * 1975-10-27 1978-02-21 Outokumpu Oy Stabilized voltage source having a series regulator on the alternating-voltage side
US6177783B1 (en) * 1999-09-13 2001-01-23 Adc Telecommunications, Inc. Current balancing for voltage regulator having inputs from multiple power supplies
RU2280271C1 (en) * 2004-12-15 2006-07-20 Фгуп "Нии Сиис" Ac voltage regulator
RU2554712C1 (en) * 2014-05-27 2015-06-27 Акционерное общество "Электроавтоматика" Stabilising ac voltage regulator
RU2797044C1 (en) * 2023-03-03 2023-05-31 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Voltage stabilizer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH028549B2 (en)
KR101925182B1 (en) Inductive Power Supply based on Current Transformer
US7262521B2 (en) Variable AC voltage regulation control method and apparatus
KR101059739B1 (en) Voltage stabilization system of power line
KR100797054B1 (en) Transformation circuit for auto controlling voltage
US3818308A (en) Inverting bridge circuit
RU2829328C1 (en) Ac voltage stabilizer-regulator
CA2676497C (en) Controlling transient response of a power supply
EA007309B1 (en) System for voltage stabilization of power supply lines
WO2005076293A1 (en) Power supply control methods and devices
CN209930147U (en) Ethernet power supply device
RU2554712C1 (en) Stabilising ac voltage regulator
KR100650608B1 (en) Large capacity automatic power control system
Wijesooriya et al. Fast acting linear AC voltage regulator for consumer applications: Implementation options
JP7537957B2 (en) Voltage Regulator
JP3028213B2 (en) Voltage regulator
RU2181915C1 (en) Saturable reactor power control device
JP2002218652A (en) Automatic voltage regulator
WO2007035110A9 (en) Autotransformer device with magnetic air gap
US2745049A (en) Phase shift system utilizing saturable reactors and motor control utilizing such system
JPH07274502A (en) Current resonance type switching regulator
RU2374714C1 (en) Controlled transformer
SU219673A1 (en) DEVICE FOR POWER SUPPLY ELECTRICAL INSTALLATIONS
JP3484755B2 (en) Current resonant switching regulator
CN115662759A (en) Method for adjusting circuit characteristics by using magnetic control device and application circuit