RU2245574C1 - Variable voltage stabilizer with protection from overloading - Google Patents
Variable voltage stabilizer with protection from overloading Download PDFInfo
- Publication number
- RU2245574C1 RU2245574C1 RU2003122093/09A RU2003122093A RU2245574C1 RU 2245574 C1 RU2245574 C1 RU 2245574C1 RU 2003122093/09 A RU2003122093/09 A RU 2003122093/09A RU 2003122093 A RU2003122093 A RU 2003122093A RU 2245574 C1 RU2245574 C1 RU 2245574C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power
- stabilizer
- input
- voltage
- transformer
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Настоящее техническое решение относится к области электротехники и предназначено для стабилизации переменного напряжения, преимущественно с дискретным регулированием выходного напряжения посредством коммутации выводов обмоток трансформатора механическими контактами электромагнитных реле, и защите оборудования от превышения напряжения. Область применения - стабилизаторы переменного напряжения сети переменного тока 220 В, 50-60 Гц.This technical solution relates to the field of electrical engineering and is intended to stabilize an alternating voltage, mainly with discrete regulation of the output voltage by switching the terminals of the transformer windings by mechanical contacts of electromagnetic relays, and to protect the equipment from overvoltage. A scope - stabilizers of alternating voltage of a network of alternating current 220 V, 50-60 Hz.
При отклонении переменного напряжения электрической сети на входе стабилизатора от номинального напряжения в стабилизаторе вырабатываются сигналы управления электромагнитными реле, контакты которых коммутируют выводы обмоток трансформатора с целью получения на выходе требуемого напряжения. При длительных повышенных напряжениях на входе стабилизатора нагрузка отключается от сети переменного тока, а после прекращения их воздействий восстанавливается исходное рабочее состояние стабилизатора и нагрузка вновь подключается. При кратковременных импульсных перенапряжениях срабатывает быстродействующая защита путем ограничения напряжения на варисторах и разрядниках, при этом нагрузка не отключается.When the alternating voltage of the electric network at the input of the stabilizer deviates from the nominal voltage in the stabilizer, control signals of electromagnetic relays are generated, the contacts of which switch the terminals of the transformer windings in order to obtain the required voltage at the output. With long-term increased voltages at the input of the stabilizer, the load is disconnected from the AC network, and after the termination of their effects, the initial stabilizer is restored and the load is reconnected. With short-term surge overvoltages, a high-speed protection is triggered by limiting the voltage across the varistors and arresters, while the load does not turn off.
Известны устройства дискретного регулирования переменного напряжения посредством коммутации выводов обмоток трансформатора [1-6]. В частности, регулятор переменного напряжения дискретного действия, который содержит трансформатор с секционированной обмоткой, секции которой соединены последовательно между собой и с входными выводами, и микропроцессорное устройство управления коммутацией выводов.Known devices for discrete control of AC voltage by switching the terminals of the transformer windings [1-6]. In particular, a variable voltage regulator of discrete action, which contains a transformer with a partitioned winding, the sections of which are connected in series with each other and with the input terminals, and a microprocessor-based device for switching terminals.
Недостатком такого устройства является низкая надежность в условиях перенапряжений в сети, риск выхода из строя как самого стабилизатора, так и подключенной на его выходе нагрузки. Это объясняется тем, что они выполнены без применения специальных схемотехнических решений для их защиты при больших значениях амплитуды сетевого напряжения.The disadvantage of such a device is its low reliability under conditions of overvoltage in the network, the risk of failure of both the stabilizer itself and the load connected to its output. This is due to the fact that they are made without the use of special circuitry solutions for their protection at high values of the amplitude of the mains voltage.
Наиболее близким аналогом является стабилизатор переменного напряжения [7].The closest analogue is an AC voltage stabilizer [7].
В нем на входе стабилизатора имеется размыкатель цепи питания при длительных повышенных напряжениях.In it, at the input of the stabilizer, there is a power circuit breaker for prolonged high voltages.
Недостатком такого устройства, наиболее близкого к предлагаемому, является опасность выхода стабилизатора из строя при кратковременных перенапряжениях, во время которых электронные схемы как стабилизатора, так и нагрузки, могут выйти из строя до размыкания контактов электромеханического размыкателя. Кроме того, средства питания микропроцессорного устройства и элементов коммутации выводов регулирующего трансформатора в таком стабилизаторе имеют неудовлетворительные массогабаритные показатели, так как необходимо обеспечивать непрерывный режим работы с полной нагрузкой и при нормальных условиях, и при перегрузках; следовательно, необходим повышенный запас устойчивости трансформатора к перегрузкам.The disadvantage of such a device, which is closest to the proposed one, is the danger of the stabilizer failing during short-time overvoltages, during which the electronic circuits of both the stabilizer and the load can fail before the contacts of the electromechanical circuit breaker open. In addition, the power supply of the microprocessor device and the switching elements of the terminals of the regulating transformer in such a stabilizer have unsatisfactory weight and size indicators, since it is necessary to ensure continuous operation at full load under normal conditions and under overloads; therefore, an increased margin of transformer overload resistance is needed.
Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в устранении указанных недостатков, в защите самого стабилизатора и подключаемой к нему нагрузки от любых перенапряжений и оптимизации массогабаритных показателей стабилизатора.The task to which this technical solution is directed is to eliminate the indicated drawbacks, to protect the stabilizer itself and the load connected to it from any overvoltages, and to optimize the overall dimensions of the stabilizer.
Технический результат, достигаемый при этом, заключается в повышении надежности стабилизатора и подключаемого к нему оборудования за счет предотвращения сбоев и выхода из строя в процессе эксплуатации.The technical result achieved in this case is to increase the reliability of the stabilizer and the equipment connected to it by preventing malfunctions and failure during operation.
Для решения этой задачи стабилизатор переменного напряжения с защитой от перенапряжений выполнен следующим образом.To solve this problem, an AC voltage stabilizer with surge protection is made as follows.
Он содержит элементы следующих известных технических решений.It contains elements of the following known technical solutions.
Входные выводы для подсоединения стабилизатора к источнику нестабилизированного напряжения.Input pins for connecting the stabilizer to an unstabilized voltage source.
Выходные выводы стабилизированного напряжения для подсоединения нагрузки.Stabilized voltage output terminals for load connection.
Средство контроля входного напряжения.Means of controlling the input voltage.
Силовой регулировочный трансформатор, имеющий несколько обмоток с коммутируемыми выводами для регулирования выходного напряжения. Электромагнитные реле регулирования выходного напряжения посредством коммутации выводов обмоток силового регулировочного трансформатора, контактные системы этих реле подсоединены к коммутируемым выводам обмоток регулировочного трансформатора.Power regulating transformer having several windings with switched terminals for regulating the output voltage. Electromagnetic relays for regulating the output voltage by switching the terminals of the windings of the power regulating transformer, the contact systems of these relays are connected to the switched terminals of the windings of the regulating transformer.
Микропроцессорное устройство управления коммутацией цепей питания обмоток упомянутых реле регулирования выходного напряжения, вход которого соединен с выходом средства контроля входного напряжения, подключенного к входным цепям стабилизатора, а выходы микропроцессорного устройства соединены с цепями управления коммутацией питания обмоток электромагнитными реле регулирования выходного напряжения.A microprocessor control device for switching the power circuits of the windings of the said output voltage control relays, the input of which is connected to the output of the input voltage control means connected to the input circuits of the stabilizer, and the outputs of the microprocessor device are connected to the control circuits of the power supply for the windings with electromagnetic output voltage control relays.
Признаки, отличающие данный стабилизатор от наиболее близкого к нему известного решения [7], следующие.The signs that distinguish this stabilizer from the closest known solution to it [7] are as follows.
Дополнительно введены два узла защиты стабилизатора от повышенных напряжений на его входе:In addition, two nodes of the stabilizer protection against increased voltages at its input were introduced:
узел защиты от кратковременных импульсных перенапряжений;node protection against short-term surge surges;
узел защиты от длительных повышенных напряжений, у которых действующее значение входного напряжения сети превышает установленную предельно допустимую величину.node protection against prolonged high voltages, in which the effective value of the input voltage of the network exceeds the set maximum permissible value.
При этом узел защиты от кратковременных импульсных перенапряжений содержит элементы ограничения напряжения, выполненные на варисторах и разрядниках.The node protection against short-term surge surges contains voltage limiting elements made on varistors and arresters.
А узел защиты от длительных повышенных напряжений содержит:A node protection against prolonged high voltages contains:
электромагнитное реле защиты от длительных повышенных напряжений с нормально разомкнутыми контактами для отключения входных цепей регулировочного трансформатора от сети при недопустимых длительных повышенных напряжениях;electromagnetic relay of protection against long-term increased voltages with normally open contacts for disconnecting the input circuits of the regulating transformer from the network at unacceptable long-term increased voltages;
а также отдельный маломощный источник аварийного питания упомянутого электромагнитного реле защиты от длительных повышенных напряжений и микропроцессорного устройства управления коммутацией цепей питания обмоток реле при воздействии на вход стабилизатора длительных повышенных напряжений.as well as a separate low-power emergency power source of the said electromagnetic relay for protection against prolonged high voltages and a microprocessor-based device for controlling the switching of power circuits of relay windings when the stabilizer is exposed to prolonged high voltages.
Источник аварийного питания включает в себя дополнительный маломощный понижающий трансформатор с выпрямителем, предназначенный для питания микропроцессора и упомянутого электромагнитного реле защиты от длительных повышенных напряжений при наличии длительных повышенных напряжений.The emergency power supply includes an additional low-power step-down transformer with a rectifier, designed to power the microprocessor and the mentioned electromagnetic protection relay against prolonged high voltages in the presence of long-term high voltages.
Цепь питания обмотки реле защиты от длительных повышенных напряжений подсоединена к выходу упомянутого микропроцессорного устройства, которое формирует сигнал выключения этого реле при превышении действующим значением входного напряжения сети допустимого уровня. При этом входные цепи регулировочного трансформатора стабилизатора через последовательно соединенные узел защиты от импульсных перенапряжений и контактную систему электромагнитного реле защиты от длительных повышенных напряжений, превышающих допустимый уровень действующего значения напряжения сети, электрически соединены с входными выводами стабилизатора.The power circuit of the winding of the relay for protection against prolonged high voltages is connected to the output of the aforementioned microprocessor device, which generates a signal to turn off this relay when the current value of the input voltage of the network exceeds the permissible level. At the same time, the input circuits of the regulating transformer of the stabilizer are connected through the series-connected node of protection against surge surges and the contact system of the electromagnetic relay of protection against prolonged high voltages exceeding the permissible level of the effective value of the mains voltage, and are electrically connected to the input terminals of the stabilizer.
А входные цепи дополнительного маломощного понижающего трансформатора узла защиты электрически связаны с входными выводами стабилизатора при помощи подключения к электрическим цепям, находящимся между входными выводами стабилизатора и входом контактной системы электромагнитного реле защиты от длительных повышенных напряжений.And the input circuits of the additional low-power step-down transformer of the protection unit are electrically connected to the input terminals of the stabilizer by connecting to electric circuits between the input terminals of the stabilizer and the input of the contact system of the electromagnetic relay for protection against prolonged high voltages.
При этом микропроцессорное устройство кроме схемы управления коммутацией цепей питания обмоток реле, предназначенных для регулирования выходного напряжения, содержит следующие схемы:In this case, the microprocessor device, in addition to the control circuit switching power circuits of the relay windings, designed to regulate the output voltage, contains the following circuits:
схему вычисления действующего значения входного напряжения сети;a circuit for calculating the effective value of the input voltage;
схему обнаружения превышения входным напряжением сети заданной предельно допустимой величины действующего значения напряжения;a detection circuit for exceeding the input voltage of the network with a predetermined maximum allowable value of the effective voltage value;
схему управления выключением питания обмотки реле защиты от длительных повышенных напряжений при обнаружении микропроцессорным устройством превышения входным напряжением сети заданной предельно допустимой величины действующего значения напряжения.control circuit for turning off the power of the winding of the protection relay against prolonged high voltages when a microprocessor device detects that the input voltage exceeds the specified maximum permissible value of the effective voltage value.
Благодаря этому при опасном длительном повышении напряжения сети на входных выводах стабилизатора обеспечивается аварийное отключение от входного напряжения цепей питания регулировочного трансформатора. И, кроме того, силовой регулировочный трансформатор содержит понижающую обмотку, к которой подсоединен выпрямитель, образующий источник питания микропроцессорного устройства и электромагнитных реле от силового регулировочного трансформатора в нормальном режиме работы при отсутствии перенапряжений.Due to this, with a dangerous long-term increase in the network voltage at the input terminals of the stabilizer, an emergency shutdown of the regulating transformer power circuits from the input voltage is provided. And, in addition, the power control transformer contains a step-down winding, to which a rectifier is connected, forming a power source for the microprocessor device and electromagnetic relays from the power control transformer in normal operation in the absence of overvoltage.
Кроме того, дополнительно введена схема автоматического переключения цепей питания микропроцессорного устройства и электромагнитных реле, входы которой подсоединены к выходам выпрямителя отдельного маломощного источника аварийного питания и к выходам выпрямителя источника питания микропроцессорного устройства и электромагнитных реле от силового регулировочного трансформатора.In addition, an automatic switching circuit for the power circuits of the microprocessor device and electromagnetic relays has been introduced, the inputs of which are connected to the outputs of the rectifier of a separate low-power emergency power source and to the outputs of the rectifier of the power source of the microprocessor device and electromagnetic relays from a power control transformer.
А к выходам этой схемы автоматического переключения цепей питания подсоединены цепи питания микропроцессорного устройства и электромагнитных реле.And to the outputs of this circuit for automatically switching power circuits are connected the power circuits of the microprocessor device and electromagnetic relays.
Схема автоматического переключения цепей питания микропроцессорного устройства и электромагнитных реле выполнена с возможностью быстродействующего автоматического переключения питания их следующим образом: при длительных перенапряжениях на входе стабилизатора - от источника аварийного питания, а при нормальных условиях работы - от источника питания от силового регулировочного трансформатора.The automatic switching circuit of the power circuits of the microprocessor device and electromagnetic relays is made with the possibility of high-speed automatic switching of the power supply as follows: for prolonged overvoltages at the input of the stabilizer - from the emergency power source, and under normal operating conditions - from the power source from the power control transformer.
При этом первый вход дополнительно введенной схемы автоматического переключения питания соединен с выходом источника аварийного питания, второй вход схемы автоматического переключения питания соединен с выходом источника питания от силового регулировочного трансформатора, а выходы схемы автоматического переключения питания соединены с цепями питания микропроцессорного устройства и электромагнитных реле.In this case, the first input of the additionally introduced automatic power switching circuit is connected to the output of the emergency power source, the second input of the automatic power switching circuit is connected to the output of the power source from the power control transformer, and the outputs of the automatic power switching circuit are connected to the power circuits of the microprocessor device and electromagnetic relays.
На чертеже приведена электрическая схема стабилизатора, на которой приняты следующие обозначения.The drawing shows the electrical circuit of the stabilizer, which adopted the following notation.
1, 2 - выводы для подсоединения входного напряжения сети;1, 2 - conclusions for connecting the input voltage;
3 - вывод для подключения заземления;3 - output for grounding;
4, 5 - выводы выходного напряжения стабилизатора для подсоединения нагрузки;4, 5 - terminals of the output voltage of the stabilizer for connecting the load;
6 - силовой регулировочный трансформатор стабилизатора;6 - power regulating stabilizer transformer;
7 - обмотка выходного напряжения стабилизатора;7 - winding of the output voltage of the stabilizer;
8 - коммутируемая регулировочная обмотка;8 - switched adjustment winding;
9, 10 - электромагнитные реле регулирования выходного напряжения со средствами коммутации цепей питания их обмоток;9, 10 - electromagnetic relays for regulating the output voltage with means for switching the power circuits of their windings;
11 - микропроцессорное устройство управления средствами коммутации цепей питания обмоток реле;11 - microprocessor control device for switching the power circuits of the relay windings;
12 - средство контроля входного напряжения и формирования нормированного сигнала;12 - means for monitoring the input voltage and generating a normalized signal;
13 - узел защиты от длительных повышенных напряжений на входе стабилизатора;13 - node protection against prolonged high voltages at the input of the stabilizer;
14 - электромагнитное реле защиты от длительных повышенных напряжений с нормально разомкнутыми контактами;14 - electromagnetic relay protection against prolonged high voltages with normally open contacts;
15 - понижающий трансформатор узла защиты для питания микропроцессора и электромагнитного реле защиты от длительных повышенных напряжений;15 - step-down transformer of the protection unit for powering the microprocessor and electromagnetic relay of protection against prolonged high voltages;
16 - первый выпрямитель со стабилизатором для питания от источника аварийного питания микропроцессора 11 и электромагнитного реле 14 защиты от длительных повышенных напряжений;16 - the first rectifier with a stabilizer for power from the emergency power source of the microprocessor 11 and the electromagnetic relay 14 protection against prolonged high voltages;
17 - средство защиты трансформатора 15 от перегрева;17 - means of protection of the transformer 15 from overheating;
18 - узел защиты от кратковременных импульсных перенапряжений;18 - node protection against short-term surge surges;
19 - вторичная обмотка регулировочного трансформатора 6 для питания микропроцессора 11, электромагнитных реле 9, 10 регулирования выходного напряжения и реле 14 защиты от длительных повышенных напряжений;19 - secondary winding of the control transformer 6 for powering the microprocessor 11, electromagnetic relay 9, 10 regulation of the output voltage and relay 14 protection against prolonged high voltages;
20 - второй стабилизированный выпрямитель источника питания от силового регулировочного трансформатора для питания микропроцессора и электромагнитных реле;20 - the second stabilized rectifier of the power source from the power control transformer to power the microprocessor and electromagnetic relays;
21 - схема автоматического переключения питания микропроцессорного устройства и электромагнитных реле от одного из двух выпрямителей со стабилизатором - 16 или 20.21 is a diagram of an automatic switching power supply of a microprocessor device and electromagnetic relays from one of two rectifiers with a stabilizer - 16 or 20.
Стабилизатор переменного напряжения с защитой от перенапряжений содержит 5 выводов для подсоединения к внешним электрическим цепям. Выводы 1, 2 - входные, предназначены для подсоединения стабилизатора к напряжению сети; вывод 3 предназначен для подключения заземления; выводы 4, 5 предназначены для подсоединения нагрузки к выходному напряжению стабилизатора.The surge protector contains 5 leads for connection to external electrical circuits. Conclusions 1, 2 - input, designed to connect the stabilizer to the mains voltage; pin 3 is for grounding; conclusions 4, 5 are designed to connect the load to the output voltage of the stabilizer.
Регулировочный трансформатор 6 предназначен для дискретного регулирования выходного напряжения. Обмотка 7 соединена с выходными выводами 4, 5 выходного напряжения стабилизатора. Регулировочная обмотка 8 соединена с переключающими контактами электромагнитного реле 9. Переключаемые контакты реле 9 соединены с выводом обмотки 7, подключенным к выходному выводу 4 стабилизатора, а также соединены с нормально разомкнутым переключаемым контактом реле 10. Реле 9, 10 включают в себя также средства коммутации - подключения и отключения - цепей питания их обмоток, например, транзисторные ключи, управляющие входы которых подсоединены к выходу микропроцессорного устройства 11, предназначенного для управления средствами коммутации цепей питания обмоток всех реле. Вход микропроцессорного устройства 11 соединен с выходом средства контроля входного напряжения и формирования нормированного сигнала 12, совместимого по уровню с входом устройства 11. Входы средства контроля напряжения 12 электрически связаны с входными выводами стабилизатора через электрические цепи, имеющие соединение с входными выводами стабилизатора, и расположенные до входных выводов контактной системы электромагнитного реле защиты от длительных повышенных напряжений.Regulating transformer 6 is designed for discrete regulation of the output voltage. The winding 7 is connected to the output terminals 4, 5 of the output voltage of the stabilizer. The adjustment winding 8 is connected to the switching contacts of the electromagnetic relay 9. The switched contacts of the relay 9 are connected to the output of the winding 7 connected to the output terminal 4 of the stabilizer, and are also connected to the normally open switched contact of the relay 10. Relays 9, 10 also include switching means - connecting and disconnecting - power circuits of their windings, for example, transistor switches, the control inputs of which are connected to the output of a microprocessor device 11, designed to control the means of switching and power circuits for the windings of all relays. The input of the microprocessor device 11 is connected to the output of the means for controlling the input voltage and generating a normalized signal 12, compatible in level with the input of the device 11. The inputs of the means for controlling the voltage 12 are electrically connected to the input terminals of the stabilizer through electric circuits connected to the input terminals of the stabilizer, and located input terminals of the contact system of the electromagnetic relay of protection against prolonged high voltages.
Узел защиты от длительных повышенных напряжений 13 содержит электромагнитное реле защиты от длительных повышенных напряжений 14 с нормально разомкнутыми контактами для отключения входных цепей регулировочного трансформатора от сети при недопустимых длительных повышенных напряжениях. Вход контактной системы реле защиты от длительных повышенных напряжений 14 является и входом узла защиты от длительных повышенных напряжений 13 и соединен с входом стабилизатора - выводами 1, 2 через узел защиты от кратковременных импульсных перенапряжений 18.The node for protection against prolonged high voltages 13 contains an electromagnetic relay for protection against long-term increased voltages 14 with normally open contacts to disconnect the input circuits of the regulating transformer from the network at unacceptable long-term increased voltages. The input of the contact system of the relay for protection against long-term increased voltages 14 is also the input of the node for protection against long-term increased voltages 13 and is connected to the input of the stabilizer - terminals 1, 2 through the node for protection against short-term surge surges 18.
Узел защиты от кратковременных импульсных перенапряжений выполнен в виде параллельного ограничителя напряжения на варисторах и разрядниках, соединенных с выводами 1, 2 и выводом для подключения заземления 3.The node for protection against short-term surge surges is made in the form of a parallel voltage limiter on varistors and arresters connected to pins 1, 2 and a pin for connecting ground 3.
Источник питания электромагнитного реле защиты от длительных повышенных напряжений и микропроцессорного устройства управления коммутацией цепей питания обмоток реле содержит дополнительный понижающий трансформатор 15, выпрямитель со стабилизацией напряжения 16 для питания микропроцессора и упомянутого электромагнитного реле защиты от длительных повышенных напряжений.The power source of the electromagnetic relay for protection against prolonged high voltages and a microprocessor-based device for controlling the switching of power circuits of relay windings contains an additional step-down transformer 15, a rectifier with voltage stabilization 16 for powering the microprocessor and the said electromagnetic relay of protection against long-term increased voltages.
Цепь питания обмотки реле защиты от длительных повышенных напряжений 14 соединена с выходом упомянутого микропроцессорного устройства, которое формирует сигнал выключения этого реле при превышении действующим значением входного напряжения сети допустимого уровня.The power circuit of the winding of the relay for protection against prolonged high voltages 14 is connected to the output of the aforementioned microprocessor device, which generates a signal to turn off this relay when the current value of the input voltage of the network exceeds the permissible level.
Вход понижающего трансформатора 15 узла защиты через средство защиты 17 трансформатора 15 от перегрева соединен с выходом узла защиты от кратковременных импульсных перенапряжений 18, а вход последнего соединен с входными выводами 1, 2 для подсоединения стабилизатора к электрической сети.The input of the step-down transformer 15 of the protection unit through the protection means 17 of the transformer 15 against overheating is connected to the output of the unit of protection against short-term surge surges 18, and the input of the latter is connected to the input terminals 1, 2 for connecting the stabilizer to the electric network.
Средство защиты 17 трансформатора 15 от перегрева имеет тепловой контакт с элементами трансформатора 15 и выполнено с возможностью предотвращения протекания избыточного тока через первичную обмотку трансформатора 15 при его перегреве.The means of protection 17 of the transformer 15 from overheating has thermal contact with the elements of the transformer 15 and is configured to prevent the flow of excess current through the primary winding of the transformer 15 when it is overheated.
Схема автоматического переключения питания микропроцессорного устройства и электромагнитных реле от одного из двух выпрямителей со стабилизацией выходного напряжения - 16 или 20 выполнена с возможностью переключения питания их либо от источника аварийного питания при длительных перенапряжениях на входе стабилизатора, либо от источника питания от силового регулировочного трансформатора при нормальных условиях работы.The circuit for automatically switching the power of the microprocessor device and electromagnetic relays from one of the two rectifiers with stabilization of the output voltage - 16 or 20 is made with the possibility of switching their power either from the emergency power source during prolonged overvoltages at the stabilizer input, or from the power source from the power regulating transformer under normal working conditions.
При этом первый вход дополнительно введенной схемы автоматического переключения питания 21 соединен с выходом выпрямителя 16 источника аварийного питания, второй вход схемы автоматического переключения питания 21 соединен с выходом выпрямителя 20 источника питания от силового регулировочного трансформатора, а выход схемы автоматического переключения питания 21 соединен с цепями питания микропроцессорного устройства 11 и электромагнитных реле 9, 10 и 14.In this case, the first input of the additionally introduced automatic power switching circuit 21 is connected to the output of the emergency power supply rectifier 16, the second input of the automatic power switching circuit 21 is connected to the output of the power supply rectifier 20 from the power control transformer, and the output of the automatic power switching circuit 21 is connected to the power circuits microprocessor device 11 and electromagnetic relays 9, 10 and 14.
Эта схема, обеспечивающая передачу на выход тока или от выпрямителя 20, или от выпрямителя 16, может быть выполнена на диодах или на электронных ключах, управляемых микропроцессорным устройством 11. Схема, предназначенная для питания микропроцессорного устройства 11, при необходимости может содержать дополнительные средства стабилизации напряжения.This circuit, which provides a current output either from the rectifier 20 or from the rectifier 16, can be performed on diodes or on electronic keys controlled by the microprocessor device 11. The circuit designed to power the microprocessor device 11 may, if necessary, contain additional voltage stabilization means .
Схема автоматического переключения питания 21 при необходимости может содержать средства управления, обеспечивающие отдельное питание реле защиты 14, не связанное с цепями электромагнитных реле 9, 10, и иметь по несколько входов и выходов для раздельного питания соответствующих реле. Аналогично и понижающий трансформатор 15 узла защиты, предназначенный для питания микропроцессора и электромагнитного реле защиты от длительных повышенных напряжений, а также и силовой регулировочный трансформатор 6 могут иметь по несколько обмоток и стабилизированных выпрямителей для раздельного питания соответствующих электромагнитных реле.The automatic power switching circuit 21 may, if necessary, contain controls that provide separate power to the protection relay 14, which is not connected to the electromagnetic relay circuits 9, 10, and have several inputs and outputs for separate power supply to the corresponding relays. Similarly, the step-down transformer 15 of the protection node, designed to power the microprocessor and the electromagnetic relay of protection against prolonged high voltages, as well as the power regulation transformer 6 can have several windings and stabilized rectifiers for separate power supply of the corresponding electromagnetic relays.
Стабилизатор работает следующим образом.The stabilizer works as follows.
В начале работы стабилизатора электромагнитное реле 14 защиты от длительных повышенных напряжений с нормально разомкнутыми контактами обесточено. Питание на реле 14, 9, 10 и микропроцессорное устройство 11 через схему автоматического переключения питания 21 обеспечивается от источника аварийного питания, образованного понижающим трансформатором 15 узла защиты от длительных повышенных напряжений, и первым стабилизированным выпрямителем 16. При этом силовой регулировочный трансформатор 6 стабилизатора не соединен с входными выводами 1, 2, так как контакты электромагнитного реле 14 разомкнуты до тех пор, пока с микропроцессорного устройства 11 не поступит управляющий сигнал на включение этого реле после установки требуемого состояния электромагнитных реле 9, 10. Поэтому на схему автоматического переключения питания 21 не поступает никакого напряжения со второго стабилизированного выпрямителя 20 источника питания от силового регулировочного трансформатора 6.At the beginning of the stabilizer, the electromagnetic relay 14 protection against prolonged high voltages with normally open contacts is de-energized. The power supply to the relays 14, 9, 10 and the microprocessor device 11 through the automatic power switching circuit 21 is provided from the emergency power source formed by the step-down transformer 15 of the protection unit against prolonged high voltages, and the first stabilized rectifier 16. At the same time, the regulator stabilizing power transformer 6 is not connected with input pins 1, 2, since the contacts of the electromagnetic relay 14 are open until a control signal for switching on this is received from the microprocessor device 11 th relay after setting the desired state of electromagnetic relays 9, 10. Therefore, in the automatic switching circuit 21 does not supply any voltage supplied from the second rectifier 20, a stabilized power supply from a power regulating transformer 6.
В этот период микропроцессорное устройство 11 управления коммутацией цепей питания обмоток реле устанавливает такие состояния реле 10, 11, какие необходимы для получения заданного стабильного напряжение на выходе стабилизатора.During this period, the microprocessor-based device 11 for controlling the switching power supply circuits of the relay windings sets such relay states 10, 11 as are necessary to obtain a given stable voltage at the output of the stabilizer.
Далее, при напряжении, поступающем на вход 1, 2 стабилизатора, не превышающем допустимого, по команде с микропроцессорного устройства 11 замыкаются контакты реле 14. Входное напряжение поступает на регулировочный трансформатор 6 и элементы контроля и управления 9-13. Узел защиты от кратковременных импульсных перенапряжений 18 имеет незначительное падение напряжения и практически никак не влияет на работу стабилизатора. Начинает работать второй стабилизированный выпрямитель 20, подсоединенный к вторичной обмотке 19 силового регулировочного трансформатора 6 стабилизатора. Затем схема автоматического переключения питания 21 переключает подачу питания на реле 14, 9, 10 и микропроцессорное устройство 11 от второго выпрямителя 20 и вторичной обмотки 19 силового регулировочного трансформатора 6, вместо бывшего до этого питания от аварийного источника питания - понижающего трансформатора 15 и первого выпрямителя 16. Понижающий трансформатор 15 после этого работает практически в режиме холостого хода, так как этот источник питания не подключен к нагрузкам - цепям питания электромагнитных реле и микропроцессорного устройства 11.Further, when the voltage supplied to the input 1, 2 of the stabilizer does not exceed the permissible, on the command from the microprocessor device 11, the contacts of the relay 14 are closed. The input voltage is supplied to the control transformer 6 and the control and control elements 9-13. The node protection against short-term surge overvoltage 18 has a slight voltage drop and practically does not affect the operation of the stabilizer. The second stabilized rectifier 20 connected to the secondary winding 19 of the power regulating transformer 6 of the stabilizer begins to work. Then, the automatic power switching circuit 21 switches the power supply to the relays 14, 9, 10 and the microprocessor device 11 from the second rectifier 20 and the secondary winding 19 of the power regulating transformer 6, instead of the previous power supply from the emergency power supply - step-down transformer 15 and the first rectifier 16 The step-down transformer 15 then works almost in idle mode, since this power source is not connected to the loads - the power circuits of electromagnetic relays and microprocessor devices CTBA 11.
Регулирование выходного напряжения осуществляется коммутацией выводов обмотки 8 контактами реле 9 после замыкания в реле 10 переключающего контакта с нормально разомкнутым контактом, и при необходимости осуществляется повышение или снижение выходного напряжения на выходе стабилизатора - выводах 4, 5.The regulation of the output voltage is carried out by switching the terminals of the winding 8 by the contacts of the relay 9 after closing the switching contact with the normally open contact in the relay 10, and, if necessary, the output voltage is increased or decreased at the output of the stabilizer - terminals 4, 5.
При номинальном напряжении сети обмотка 8 трансформатора 6 не задействована, реле 9, 10 обесточены.At the rated voltage of the network, the winding 8 of the transformer 6 is not involved, the relays 9, 10 are de-energized.
При отклонении напряжения сети от номинального по аналоговым сигналам со средства контроля входного напряжения 12 в микропроцессорном устройстве 11 вырабатывается сигнал управления средствами коммутации цепей питания обмоток реле 9, 10. Аналого-цифровые преобразователи микропроцессорного устройства управления 11 преобразуют сигналы, пропорциональные напряжению в цифровую форму. В микропроцессорном устройстве 11 программным путем определяются действующие значения напряжения, результат сравнивается с величиной соответствующей уставки и вырабатываются сигналы управления электромагнитными реле.When the voltage of the network deviates from the nominal voltage by analog signals from the input voltage control means 12 in the microprocessor device 11, a control signal is generated for switching the power supply circuits of the relay windings 9, 10. Analog-to-digital converters of the microprocessor control device 11 convert signals proportional to the voltage into digital form. In the microprocessor device 11, the effective voltage values are determined by software, the result is compared with the value of the corresponding set point, and electromagnetic relay control signals are generated.
Далее соответствующие реле со средствами коммутации цепей питания их обмоток переключают необходимые выводы обмоток трансформатора. В результате этого напряжение на выходных выводах 4, 5, соединенных с обмоткой 7 трансформатора 6, дискретно изменяется до необходимой величины, в пределах допустимых погрешностей. Переключающими контактами реле 9 обмотка 8 соединяется с обмоткой 6 синфазно или в противофазе, создавая на выходе пониженное или повышенное относительно входа напряжение.Further, the corresponding relays with means for switching the power circuits of their windings switch the necessary conclusions of the transformer windings. As a result, the voltage at the output terminals 4, 5 connected to the winding 7 of the transformer 6, discretely changes to the required value, within the margin of error. By switching contacts of the relay 9, the winding 8 is connected to the winding 6 in phase or out of phase, creating a voltage lower or higher relative to the input.
При восстановлении номинального напряжения сети процесс повторяется и завершается обратным переключением контактов.When the nominal voltage of the network is restored, the process is repeated and completed by reverse contact switching.
В исходном состоянии, при номинальном напряжении, через нормально замкнутые контакты реле 9, 10 напряжение на выход 4, 5 поступает с входа 1, 2 без использования обмотки 8.In the initial state, at rated voltage, through normally closed relay contacts 9, 10, voltage 4, 5 is output from input 1, 2 without using winding 8.
При повышении входного напряжения микропроцессорным устройством 11 осуществляется регулирование выходного напряжения посредством замыкания в реле 10 переключающего контакта с нормально разомкнутым контактом, и через нормально замкнутые контакты реле 9, к обмотке 7 подключается обмотка 8. При этом ток протекает с входа 1, 2 через узел защиты от кратковременных импульсных перенапряжений 18, через замкнутые контакты реле 14, и контакты реле 10 по обмоткам 7, 8, соединенным в данном случае по схеме понижающего автотрансформатора; осуществляется снижение напряжения на выходе стабилизатора 4, 5 до допустимого уровня.When the input voltage is increased by the microprocessor device 11, the output voltage is regulated by closing the switching contact with the normally open contact in relay 10, and through the normally closed contacts of relay 9, winding 8 is connected to winding 7. In this case, current flows from input 1, 2 through the protection unit from short-term surge overvoltage 18, through the closed contacts of the relay 14, and the contacts of the relay 10 along the windings 7, 8, connected in this case according to the circuit of a step-down autotransformer; the voltage at the output of the stabilizer 4, 5 is reduced to an acceptable level.
При понижении входного напряжения микропроцессорным устройством 11 осуществляется регулирование выходного напряжения посредством замыкания в реле 10 переключающего контакта с нормально разомкнутым контактом, и посредством замыкания в реле 9 переключающих контактов с нормально разомкнутыми контактами, через эти контакты реле 9, к обмотке 7 подключается обмотка 8 в противоположной полярности. При этом ток протекает по обмоткам 7, 8, соединенным в данном случае по схеме понижающего автотрансформатора. Благодаря этому напряжение на выходе стабилизатора - выводах 4, 5 - повышается до необходимого уровня.When the input voltage is reduced by the microprocessor device 11, the output voltage is regulated by closing the switching contact with the normally open contact in the relay 10, and by switching the switching contacts with the normally open contacts to the relay 9, through these contacts of the relay 9, the winding 8 is connected to the winding 7 in the opposite polarity. In this case, the current flows through the windings 7, 8, connected in this case according to the circuit of a step-down autotransformer. Due to this, the voltage at the output of the stabilizer - pins 4, 5 - rises to the required level.
Количество коммутируемых ступеней регулирования, регулировочных обмоток трансформатора и, соответственно, реле, коммутирующих выводы обмоток трансформатора, а также необходимых для этого средств коммутации цепей питания обмоток этих реле, может быть любым. Дополнительные обмотки трансформатора могут быть как изолированными, так и соединенными между собой, образуя автотрансформатор с отводами.The number of switched control steps, adjusting windings of the transformer and, accordingly, relays, switching outputs of the transformer windings, as well as the necessary means for switching the power circuits of the windings of these relays, can be any. Additional transformer windings can be either insulated or interconnected, forming an autotransformer with taps.
При значительных кратковременных перенапряжениях между выводами 1, 2 или выводом заземления 3 и выводами 1, 2, срабатывают соответствующие разрядники и варисторы узла защиты от кратковременных импульсных перенапряжений 18.With significant short-term overvoltages between terminals 1, 2 or ground terminal 3 and terminals 1, 2, the corresponding arresters and varistors of the protection unit against short-term pulse surges 18 are triggered.
При длительном превышении действующего значения входного напряжения допустимого уровня микропроцессорное устройство 11 отключает питание обмотки реле защиты от длительных повышенных напряжений 14, контакты которого размыкаются и отключают от сети регулировочный трансформатор.If the current value of the input voltage of the acceptable level is exceeded for a long time, the microprocessor device 11 cuts off the power supply to the winding of the protection relay against prolonged high voltages 14, the contacts of which open and the control transformer is disconnected from the network.
В случае перегрева трансформатора 15 срабатывает средство защиты от перегрева 17, имеющее тепловой контакт с элементами трансформатора 15, предотвращает протекание избыточного тока через первичную обмотку трансформатора 15 при его перегреве. В качестве средства защиты может быть использован позистор, включенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора 15 и существенно увеличивающий свое сопротивление при нагреве, или элемент, разрывающий цепь питания первичной обмотки при перегреве и автоматически восстанавливающий исходное состояние после охлаждения трансформатора, например, термобиметаллический предохранитель.In case of overheating of the transformer 15, the overheating protection device 17, which has thermal contact with the elements of the transformer 15, is activated, prevents the flow of excess current through the primary winding of the transformer 15 when it overheats. As a means of protection, a posistor connected in series with the primary winding of the transformer 15 and significantly increasing its resistance when heated, or an element that breaks the power supply circuit of the primary winding during overheating and automatically restores the initial state after cooling the transformer, for example, a thermo-bimetal fuse, can be used.
Питание всех цепей управления и регулирования осуществляется через схему автоматического переключения питания 21 с источника питания с понижающим трансформатором 15 и выпрямителем со стабилизацией напряжения 16; они подключены к цепям питания от выпрямителя 20.The power of all control and regulation circuits is carried out through an automatic power switching circuit 21 from a power source with a step-down transformer 15 and a rectifier with voltage stabilization 16; they are connected to power circuits from rectifier 20.
После прекращения воздействия опасных длительных повышенных напряжений микропроцессорное устройство 11 вновь включает питание обмотки реле защиты от длительных повышенных напряжений 14, контакты которого замыкаются и подключают к сети питания силовой регулировочный трансформатор 6, автоматически восстанавливая включенное состояние регулировочного трансформатора и возобновляя подачу стабилизированного напряжения на выходные выводы 4, 5 для подсоединения нагрузки.After the termination of the effects of dangerous long-term increased voltages, the microprocessor device 11 again turns on the power of the winding of the protection relay against long-term increased voltages 14, the contacts of which are closed and connected to the power supply network, the power regulating transformer 6, automatically restoring the on state of the regulating transformer and resuming the supply of stabilized voltage to the output terminals 4 , 5 to connect the load.
Достигаемый технический результат заключается в повышении надежности стабилизатора переменного напряжения за счет снижения вероятности отказов стабилизатора и подключенной к нему нагрузки при перенапряжениях, обусловленных следующими причинами: грозовыми разрядами, бросками напряжения на линиях электропередачи или подстанциях, электрическим транспортом и другими причинами. Применение дополнительного маломощного трансформатора, работающего под нагрузкой только при перенапряжениях, позволяет улучшить его массогабаритные показатели и снизить требования по устойчивости к перегрузкам. Одновременно снижаются и требования по защите от перенапряжений регулирующего трансформатора, что упрощает его конструкцию.The technical result achieved is to increase the reliability of the AC voltage stabilizer by reducing the likelihood of failure of the stabilizer and the load connected to it during overvoltages caused by the following reasons: lightning discharges, power surges on power lines or substations, electric vehicles and other reasons. The use of an additional low-power transformer operating under load only at overvoltages improves its overall dimensions and reduces the requirements for resistance to overloads. At the same time, the requirements for surge protection of the control transformer are also reduced, which simplifies its design.
Повышена надежность и улучшены массогабаритные показатели стабилизатора.Improved reliability and improved overall dimensions of the stabilizer.
Данное техническое решение может быть использовано в стабилизаторах переменного напряжения для аппаратуры связи, компьютерной техники, для бытовых и промышленных установок.This technical solution can be used in AC voltage stabilizers for communication equipment, computer equipment, for domestic and industrial installations.
Источники информацииSources of information
1. Патент РФ № 2119229, МПК 6 Н 02 М 5/12, G 05 F 1/253. Способ регулирования напряжения под нагрузкой и устройство для его осуществления.1. RF patent No. 2119229, IPC 6 N 02 M 5/12, G 05 F 1/253. A method of regulating voltage under load and a device for its implementation.
2. Патент РФ № 2133977, МПК 6 G 05 F 1/20. Способ переключения ответвлений обмотки трансформатора и устройство для его осуществления.2. RF patent No. 2133977, IPC 6 G 05 F 1/20. The method of switching branches of the transformer winding and a device for its implementation.
3. Полезная модель № 18810, МПК 7 Н 02 М 2/22, 5/12. Устройство для ступенчатого регулирования переменного напряжения.3. Utility model No. 18810, IPC 7 N 02 M 2/22, 5/12. Device for stepwise regulation of alternating voltage.
4. Патент РФ № 2188496, МПК 7 Н 02 М 5/12, G 05 F 1/30. Устройство для ступенчатого регулирования переменного напряжения.4. RF patent No. 2188496, IPC 7 N 02 M 5/12, G 05 F 1/30. Device for stepwise regulation of alternating voltage.
5. Полезная модель № 8847, МПК 6 Н 02 М, 5/22. Стабилизатор переменного напряжения.5. Utility model No. 8847, IPC 6 H 02 M, 5/22. AC voltage stabilizer.
6. Патент США № 4429269, МПК G 05 F, 5/00. Feed forward AC voltage regulator employing step-up, step-down transformer and analog and digital control circuitry.6. US patent No. 4429269, IPC G 05 F, 5/00. Feed forward AC voltage regulator employing step-up, step-down transformer and analog and digital control circuitry.
7. Патент США № 5726561, МПК G 05 F, 1/16. Voltage selection apparatus and methods.7. US patent No. 5726561, IPC G 05 F, 1/16. Voltage selection apparatus and methods.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003122093/09A RU2245574C1 (en) | 2003-07-15 | 2003-07-15 | Variable voltage stabilizer with protection from overloading |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003122093/09A RU2245574C1 (en) | 2003-07-15 | 2003-07-15 | Variable voltage stabilizer with protection from overloading |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003122093A RU2003122093A (en) | 2005-01-10 |
| RU2245574C1 true RU2245574C1 (en) | 2005-01-27 |
Family
ID=34881759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003122093/09A RU2245574C1 (en) | 2003-07-15 | 2003-07-15 | Variable voltage stabilizer with protection from overloading |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2245574C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2466487C1 (en) * | 2008-12-09 | 2012-11-10 | Энерджетикс Волтидж Контрол Лимитед | Overload protection of voltage-reducing device |
| RU2766061C1 (en) * | 2021-05-21 | 2022-02-07 | Александр Николаевич Полушин | Pulse ac voltage stabilizer |
-
2003
- 2003-07-15 RU RU2003122093/09A patent/RU2245574C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2466487C1 (en) * | 2008-12-09 | 2012-11-10 | Энерджетикс Волтидж Контрол Лимитед | Overload protection of voltage-reducing device |
| RU2766061C1 (en) * | 2021-05-21 | 2022-02-07 | Александр Николаевич Полушин | Pulse ac voltage stabilizer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003122093A (en) | 2005-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2833384C (en) | Voltage sag corrector using a variable duty cycle boost converter | |
| US6118676A (en) | Dynamic voltage sag correction | |
| US8614866B2 (en) | Hybrid switch circuit | |
| US8482885B2 (en) | Hybrid switch circuit | |
| RU2510092C2 (en) | Device and method to interrupt current in transmission line or to distribute energy and current limitation layout | |
| US9979312B2 (en) | Energy saving high frequency series buck AC voltage regulator system | |
| EP3152825B1 (en) | Energy saving high frequency series buck ac voltage regulator system | |
| US4646219A (en) | Intrinsically safe power supply with a current regulator | |
| CN110854865B (en) | Control method for dynamic reactive power compensation device of converter station | |
| EP1701424B1 (en) | Combined device of electric protection at low voltage against transient and extended over-voltage with automatic reconnection | |
| KR100501694B1 (en) | The power supply apparatus and the method which equips fully a sparc prevention function | |
| RU2245574C1 (en) | Variable voltage stabilizer with protection from overloading | |
| CN113474997A (en) | Electronic switch with current regulation | |
| CN109643909B (en) | Method for controlling uninterruptible power supply and device for uninterruptible power supply | |
| JPH09269842A (en) | Control circuit in power saving device | |
| RU36588U1 (en) | AC voltage stabilizer with comprehensive protection against overvoltage and overheating | |
| Bhardwaj et al. | Installation of Automatically Controlled Compensation Banks | |
| US4224662A (en) | Power supply unit for a plasma plant | |
| RU33676U1 (en) | Surge Protector | |
| KR20170042070A (en) | Apparatus and method for preventing disaster caused by short-circuit in electric power systems | |
| RU33275U1 (en) | Surge Protector with Surge and Surge Protection | |
| KR102655598B1 (en) | Device providing lagging reactive power and method for controlling temperature correction thereof | |
| CN114243886B (en) | Alternating current input redundancy control device | |
| EP4211770B1 (en) | A phase voltage regulator and a method for regulating phase voltage | |
| RU2375779C1 (en) | Method for direct current interruption by direct current hybrid switching device and direct current hybrid switching device for implementation of this method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110716 |