RU2216032C1

RU2216032C1 - Stabilizer of a c voltage

Info

Publication number: RU2216032C1
Application number: RU2002103757/09A
Authority: RU
Inventors: Н.И. Богатырев; О.В. Григораш; О.В. Вронский; Ю.М. Стрелков; В.Н. Темников; Е.А. Зайцев
Original assignee: Кубанский государственный аграрный университет
Priority date: 2002-02-11
Filing date: 2002-02-11
Publication date: 2003-11-10

Abstract

FIELD: electrical engineering, power supply systems employing stabilizers of A C voltage for stabilization of single-phase voltage of A C power supply source. SUBSTANCE: novelty of proposed design is attributed to usage in circuit of autotransformer and two optotriacs instead of transformer and four thyristors. Stabilizer of A C voltage includes transformer, keys to switch over branches of transformer and system controlling stabilizer that incorporates power supply unit, null detector and pulse formers. Autotransformer is used in the capacity of transformer and optotriacs are utilized instead of keys. System controlling stabilizer has in addition sawtooth voltage generator and comparator. EFFECT: raised operational reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации однофазного напряжения источника электроэнергии переменного тока. The invention relates to electrical engineering, namely to AC voltage stabilizers, and is intended for use in power supply systems to stabilize a single-phase voltage of an alternating current electric power source.

Известные стабилизаторы напряжения переменного тока осуществляют стабилизацию напряжения за счет механического переключения ответвлений обмоток трансформатора (ступенчатое регулирование) (см. Рогожкин Г.М. и дp. Автоматизация систем электроснабжения. Учебник для вузов. - Харьков.: МО СССР, 1985, с.458, рис.8.9). К недостаткам таких стабилизаторов относятся: низкое быстродействие системы управления, относительно большая масса и габариты и малый срок службы. Known AC voltage stabilizers carry out voltage stabilization due to mechanical switching of branches of transformer windings (step regulation) (see Rogozhkin G.M. and others. Automation of power supply systems. Textbook for high schools. - Kharkov .: Moscow USSR, 1985, p. 458 , fig. 8.9). The disadvantages of such stabilizers include: low speed control system, relatively large mass and dimensions, and short life.

Наиболее близким по техническому решению является стабилизатор напряжения переменного типа, содержащий трансформатор, тиристорные ключи для бесконтактного переключения ответвлений трансформатора и систему управления стабилизатором, которая содержит блок питания, нуль-орган и формирователь импульсов (Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 296 с., рис.5.9, с.238). Недостатками стабилизатора являются низкая надежность и КПД. The closest in technical solution is an AC type voltage stabilizer containing a transformer, thyristor switches for non-contact switching of transformer branches and a stabilizer control system that contains a power supply, a zero-organ and a pulse shaper (Rozanov Yu.K. Basics of power electronics. - M. : Energoatomizdat, 1992 .-- 296 p., Fig. 5.9, p. 238). The disadvantages of the stabilizer are low reliability and efficiency.

Техническим решением поставленной задачи является повышение надежности работы и увеличение КПД стабилизатора напряжения неременного тока. The technical solution to the problem is to increase the reliability and increase the efficiency of the voltage regulator of the continuous current.

Поставленная задача достигается тем, что стабилизатор напряжения переменного тока содержит трансформатор, ключи для переключения ответвлений трансформатора и систему управления стабилизатором, которая содержит блок питания, нуль-орган и формирователи импульсов, в качестве трансформатора использован автотрансформатор, а в качестве ключей соответственно - оптосимисторы, причем к входу и общему выводу автотрансформатора подключен источник питания, а его первый и второй выводы через первый и второй оптосимисторы подключены к первому выходу стабилизатора, вторым выходом которого является общий вывод автотрансформатора, система управления стабилизатором дополнительно содержит генератор пилообразною напряжения, компаратор, где первый и второй входы блока питания подключены к входу и общему выводу автотрансформатора соответственно, первый выход блока питания соединен с входом нуль-органа, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения и входом первого формирователя импульсов управления, второй выход блока питания соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, выход компаратора соединен с входом второго формирователя импульсов управления, при этом выходы первого и второго формирователей импульсов управления соединены с управляющими входами первого и второго оптосимисторов. The task is achieved in that the AC voltage stabilizer contains a transformer, keys for switching branches of the transformer and the stabilizer control system, which contains a power supply, a zero-organ and pulse shapers, an autotransformer is used as a transformer, and opto-simistors are used as keys, respectively a power source is connected to the input and the general output of the autotransformer, and its first and second terminals are connected to the first through the first and second optocouplers the stabilizer, the second output of which is the common output of the autotransformer, the stabilizer control system further comprises a sawtooth generator, a comparator, where the first and second inputs of the power supply are connected to the input and the general output of the autotransformer, respectively, the first output of the power supply is connected to the input of the zero-organ, output which is connected to the input of the sawtooth voltage generator and the input of the first control pulse shaper, the second output of the power supply is connected to the first input of the computer Rathore, a second input coupled to an output of the sawtooth generator, the output of the comparator is connected to the input of the second control pulse generator, wherein the outputs of the first and second control pulse shapers are connected to control inputs of the first and second optosimistorov.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что в схеме вместо трансформатора и четырех тиристоров применяются автотрансформатор и два оптосимистора со схемой управления. The novelty of the claimed technical solution is due to the fact that instead of a transformer and four thyristors, an autotransformer and two opto-sims with a control circuit are used in the circuit.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна аналогичная заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения. According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of a similar claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.

На фиг.1 представлена функциональная схема стабилизатора напряжения переменного тока. Стабилизатор напряжения переменного тока содержит автотрансформатор 1 с входным выводом 2 и общим выводом 3, соединенными с источником переменного тока 6 и 7, выходные выводы 4 и 5 через оптосимисторы 8 и 9 соединены с выходным зажимом 10, а общий вывод 3 - с зажимом 11 для подключения нагрузки, система управления 12 стабилизатором напряжения переменного тока содержит блок питания 13, который первым и вторым входами подключен к источнику переменного тока 6, 7, первый вывод блока питания 13 соединен с входом нуль-органа 14, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения 15 и входом первого формирователя импульсов управления 16, второй выход блока питания 13 соединен с первым входом компаратора 17, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения 15, выход компаратора 17 соединен с входом второго формирователя импульсов управления 18, при этом выходы первого 16 и второго 18 формирователей импульсов управления соединены с управляющими входами первого 19 и второго 20 оптосимисторов 9 и 8 соответственно. Figure 1 presents a functional diagram of an AC voltage stabilizer. The AC voltage stabilizer contains an autotransformer 1 with an input terminal 2 and a common terminal 3 connected to an alternating current source 6 and 7, output terminals 4 and 5 are connected via output opto-resistors 8 and 9 to output terminal 10, and common terminal 3 is connected to terminal 11 for load connection, the control system 12 of the AC voltage stabilizer contains a power supply 13, which is connected to the AC source 6, 7 by the first and second inputs, the first output of the power supply 13 is connected to the input of the zero-organ 14, the output of which is connected to the input m of the sawtooth voltage generator 15 and the input of the first control pulse shaper 16, the second output of the power supply 13 is connected to the first input of the comparator 17, the second input of which is connected to the output of the sawtooth voltage generator 15, the output of the comparator 17 is connected to the input of the second control pulse shaper 18, the outputs of the first 16 and second 18 shapers of control pulses are connected to the control inputs of the first 19 and second 20 optosymistors 9 and 8, respectively.

На фиг. 2 показаны диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы стабилизатора напряжения переменного тока. In FIG. 2 shows voltage diagrams explaining the principle of operation of an AC voltage stabilizer.

Стабилизатор напряжения переменного тока работает следующим образом. В номинальном режиме работы напряжение источника питания u_ВХ подключается к входу автотрансформатора 1 к выводам 2 и 3 и входу блока питания 13 системы управления 12 (фиг. 1). С первого выхода блока питания 13 сигнал синусоидальной формы (фиг.2а) поступает на вход нуль-органа 14, на выходе которого формируются импульсы, синхронные с нулевыми значениями напряжения источника питания u_ВХ (фиг.2б). Синхронизирующие импульсы через первый формирователь импульсов 16 поступают на управляющий вход 19 оптосимистора 9. На выходных выводах 10 и 11 стабилизатора формируется напряжение u₁ (фиг.2д). Синхронизирующие импульсы поступают также на вход генератора пилообразного напряжения 15, на выходе которого формируется опорный сигнал u_ОС1 пилообразной формы (фиг.2в), который поступает на первый вход компаратора 17 (фиг.1). На второй вход компаратора 17 поступает ведущий сигнал u_ВС1 напряжения постоянного тока (фиг. 2в), который пропорционален напряжению источника питания переменного тока. Когда величина опорного сигнала больше чем ведущего, т.е. когда u_ОС1>u_ВС1, на выходе компаратора 17 формируются управляющие импульсы (фиг.2г) и через формирователь импульсов управления 18 поступают на управляющий вход 16 оптосимистора 8 (фиг.1). Оптосимистор 8 включается, это приводит к естественной коммутации (закрытию) оптосимистора 9 и на выходных выводах стабилизатора 10 и 11 формируется напряжение u₂ (фиг.2д). В результате при поочередной работе оптосимисторов 9 и 8 на выходе стабилизатора будет формироваться выходное напряжение u_ВЫХ1 (фиг.2д). Если, к примеру, напряжение источника питания уменьшится, тогда уменьшится величина напряжения источника ведущего сигнала, т.е. u_ВС2<u_ВС1 (фиг.2е). Угол управления оптосимистором 8 уменьшится (α₂<α₁, фиг.2г, ж), напряжение на выходных выводах 10 и 11 стабилизатора u_ВЫХ2 увеличится (фиг.2з).The AC voltage stabilizer operates as follows. In the nominal mode of operation, the voltage of the power supply u _{BX is} connected to the input of the autotransformer 1 to the terminals 2 and 3 and the input of the power supply 13 of the control system 12 (Fig. 1). From the first output of the power supply 13, the sinusoidal waveform (Fig.2a) is fed to the input of the zero-organ 14, the output of which is generated pulses synchronous with zero values of the voltage of the power source u _BX (Fig.2B). The synchronizing pulses through the first pulse shaper 16 are fed to the control input 19 of the optosymistor 9. A voltage u ₁ is generated at the output terminals 10 and 11 of the stabilizer (Fig.2d). The clock pulses are also applied to the input of the sawtooth generator 15, the output of which forms the reference signal u _OC1 sawtooth shape (2c) which is supplied to a first input of the comparator 17 (Figure 1). The second input of the comparator 17 receives the leading signal u _BC1 DC voltage (Fig. 2B), which is proportional to the voltage of the AC power source. When the value of the reference signal is greater than the leading, i.e. when u _OS1 > u _BC1 , control pulses are generated at the output of the comparator 17 (Fig. 2d) and through the pulse shaper control 18 are fed to the control input 16 of the opto-simistor 8 (Fig. 1). The opto-simistor 8 is turned on, this leads to natural switching (closing) of the opto-simistor 9 and a voltage u ₂ is formed at the output terminals of the stabilizer 10 and 11 (Fig. 2e). As a result, during the alternate operation of the optosymistors 9 and 8, the output voltage u _OUT1 will be formed at the output of the stabilizer (Fig.2d). If, for example, the voltage of the power source decreases, then the voltage of the source of the leading signal decreases, i.e. u _BC2 <u _BC1 (fig.2e). The control angle of the opto-simistor 8 will decrease (α ₂ <α ₁ , FIG. 2d, g), the voltage at the output terminals 10 and 11 of the stabilizer u _{OUT 2} will increase (FIG. 2z).

Использование автотрансформатора и оптосимисторов выгодно отличает предлагаемый стабилизатор напряжения переменного тока от известною, так как упрощается схема системы управления и повышаются надежность работы и КПД стабилизатора. The use of an autotransformer and optosimistor compares favorably with the proposed AC voltage stabilizer from the known one, since the control system circuit is simplified and the reliability and efficiency of the stabilizer are increased.

Claims

An AC voltage stabilizer containing a transformer, keys for switching branches of the transformer and a stabilizer control system that contains a power supply, a zero-organ and pulse shapers, characterized in that an autotransformer is used as a transformer, and optocymistors are used as keys, and to the input and a power source is connected to the general output of the autotransformer, and its first and second terminals are connected to the first output through the first and second optocouplers a, the second output of which is the common output of the autotransformer, the stabilizer control system further comprises a sawtooth voltage generator, a comparator, where the first and second inputs of the power supply are connected to the input and the general output of the autotransformer, respectively, the first output of the power supply is connected to the input of the zero-organ, the output of which connected to the input of the sawtooth generator and the input of the first control pulse shaper, the second output of the power supply is connected to the first input of the comparator, the second od coupled to an output of the sawtooth generator, the output of the comparator is connected to the input of the second control pulse generator, wherein the outputs of the first and second control pulse shapers are connected to control inputs of the first and second optosimistorov.