RU2483343C1

RU2483343C1 - Ac voltage stabiliser

Info

Publication number: RU2483343C1
Application number: RU2012111908/08A
Authority: RU
Inventors: Леонид Фимович Файда; Сергей Алексеевич Соболев; Евгений Леонидович Файда; Виталий Викторович Варганов; Алексей Юрьевич Усков; Татьяна Юрьевна Никонова
Original assignee: Леонид Фимович Файда; Сергей Алексеевич Соболев
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-05-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: AC voltage stabiliser comprises a switching unit, which consists of switching relays, a current-limiting resistor and a transformer, in parallel to the primary winding of which a capacitor is connected, the secondary winding of the transformer is connected into a loading circuit, the switching unit is made in the form of three switching relays, normally open and normally closed contacts of the first relay are connected to outputs of the secondary winding of the transformer, and the switching contact is connected with the first output of the primary winding of the transformer, to which the normally closed contact of the second relay is connected, the switching contact of which is connected with the second output of the primary winding of the transformer and with the normally open contact of the third relay, the normally open contact of the second relay and the switching contact of the third relay are connected to the second output of the current-limiting resistor, the normally closed contact of the third relay is connected to a neutral wire of the network.

EFFECT: increased reliability and simplified device due to transfer of a transformer from a current transformer mode into a voltage transformer mode and back without rupture of current of a primary winding with connection of a current-limiting resistor for period of transformer saturation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах электропитания, в частности, в стабилизаторах переменного напряжения.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in power supply devices, in particular, in AC voltage stabilizers.

Известен стабилизатор переменного напряжения (см. патент РФ №2237270, G05F 1/30, Н02М 5/12), содержащий трансформатор, первичная обмотка которого через коммутирующий блок, содержащий коммутирующие элементы, подключена к выводам для подключения входного напряжения, а вторичная обмотка включена в цепь нагрузки. Параллельно первичной обмотке упомянутого трансформатора включен конденсатор, а параллельно коммутирующим элементам включены RC-цепи.Known AC voltage stabilizer (see RF patent No. 2237270, G05F 1/30, H02M 5/12), containing a transformer, the primary winding of which through a switching unit containing switching elements is connected to the terminals for connecting the input voltage, and the secondary winding is included in load circuit. A capacitor is connected in parallel with the primary winding of the said transformer, and RC circuits are connected in parallel with the switching elements.

Недостатком известного стабилизатора являются большие потери мощности в RC-цепях, так как их параметры должны быть рассчитаны исходя из того, чтобы в переходных режимах не происходило насыщения трансформатора.A disadvantage of the known stabilizer is the large power loss in the RC circuits, since their parameters must be calculated on the basis that the transformer does not saturate in transient conditions.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является стабилизатор переменного напряжения (см. патент РФ №2158954, МПК⁷ G05F 1/30, Н02М 5/12), содержащий трансформатор, первичная обмотка которого через коммутирующий блок, содержащий коммутирующие элементы, подключена к выводам для подключения входного напряжения. Коммутирующий блок выполнен в виде двух замыкающих и двух размыкающих контактов. Первичная обмотка трансформатора подключена параллельно вторичной через размыкающие контакты, последовательно с которыми включены замыкающие контакты, одноименные выводы которых соединены между собой. Параллельно ограничительному резистору, включенному между нулевым проводом и замыкающими контактами, включен замыкающий контакт третьего промежуточного реле. Параллельно первичной обмотке упомянутого трансформатора включен конденсатор.The closest technical solution adopted for the prototype is an AC voltage stabilizer (see RF patent No. 2158954, IPC ⁷ G05F 1/30, H02M 5/12) containing a transformer, the primary winding of which is connected through a switching unit containing switching elements to terminals for connecting the input voltage. The switching unit is made in the form of two make and two make contacts. The primary winding of the transformer is connected in parallel with the secondary through the opening contacts, in series with which the closing contacts are connected, the terminals of the same name are interconnected. In parallel with the limiting resistor connected between the neutral wire and the make contacts, the make contact of the third intermediate relay is connected. A capacitor is connected in parallel with the primary winding of said transformer.

Недостатками данного устройства являются его сложность из-за большого числа коммутирующих элементов и низкая надежность, обусловленная большими коммутирующими токами и большой длительностью переходных процессов, вызванных глубоким насыщением трансформатора при параллельном включении его первичной и вторичной обмоток.The disadvantages of this device are its complexity due to the large number of switching elements and low reliability due to the large switching currents and the long duration of transients caused by the deep saturation of the transformer when its primary and secondary windings are turned on in parallel.

Техническим результатом изобретения являются повышение надежности и упрощение устройства.The technical result of the invention is to increase reliability and simplify the device.

Указанный результат достигается тем, что в стабилизаторе переменного напряжения, содержащем коммутирующий блок, состоящий из коммутирующих реле, токоограничительный резистор и трансформатор, параллельно первичной обмотке которого включен конденсатор, вторичная обмотка трансформатора включена в цепь нагрузки, первый вывод токоограничительного резистора подключен к нейтральному проводу электросети, коммутирующий блок выполнен в виде трех переключающих реле, нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты первого реле подключены к выводам вторичной обмотки трансформатора, а переключающий контакт соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора, к которой подключен нормально замкнутый контакт второго реле, переключающий контакт которого соединен со вторым выводом первичной обмотки трансформатора и с нормально разомкнутым контактом третьего реле, нормально разомкнутый контакт второго реле и переключающий контакт третьего реле подключены ко второму выводу токоограничительного резистора, нормально замкнутый контакт третьего реле присоединен к нейтральному проводу электросети.This result is achieved by the fact that in an AC voltage stabilizer containing a switching unit consisting of switching relays, a current-limiting resistor and a transformer, a capacitor is connected in parallel with the primary winding of the transformer, the secondary winding of the transformer is included in the load circuit, the first output of the current-limiting resistor is connected to the neutral wire of the mains, the switching unit is made in the form of three switching relays, normally open and normally closed contacts of the first relay are connected They are connected to the terminals of the secondary winding of the transformer, and the switching contact is connected to the first terminal of the primary winding of the transformer, to which a normally closed contact of the second relay is connected, the switching contact of which is connected to the second terminal of the primary winding of the transformer and with the normally open contact of the third relay, the normally open contact of the second relay and the switching contact of the third relay is connected to the second output of the current-limiting resistor, the normally closed contact of the third relay is connected to neutral power cord.

За счет оригинальной схемы включения второго и третьего реле удалось с помощью всего лишь двух реле переводить трансформатор из режима трансформатора тока в режим трансформатора напряжения и обратно без разрыва тока первичной обмотки с включением токоограничивающего резистора на период насыщения трансформатора. Это существенно упрощает устройство и повышает его надежность.Due to the original switching circuit of the second and third relays, it was possible with just two relays to transfer the transformer from the current transformer mode to the voltage transformer mode and vice versa without breaking the primary winding current with the inclusion of a current-limiting resistor for the transformer saturation period. This greatly simplifies the device and increases its reliability.

Сущность изобретения поясняется структурной схемой стабилизатора, показанной на фиг.1.The invention is illustrated by the structural diagram of the stabilizer shown in figure 1.

Стабилизатор переменного напряжения (фиг.1), содержит коммутирующий блок 1, состоящий из коммутирующих реле, токоограничительный резистор 2 и трансформатор 3, параллельно первичной обмотке которого включен конденсатор 4, вторичная обмотка трансформатора 3 включена в цепь нагрузки, первый вывод токоограничительного резистора 2 подключен к нейтральному проводу электросети, коммутирующий блок 1 выполнен в виде трех переключающих реле, нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакты первого реле 5 подключены к выводам вторичной обмотки трансформатора 3, а переключающий контакт соединен с первым выводом первичной обмотки трансформатора 3, к которой подключен нормально замкнутый контакт второго реле 6, переключающий контакт которого соединен со вторым выводом первичной обмотки трансформатора 3 и с нормально разомкнутым контактом третьего реле 7, нормально разомкнутый контакт второго реле 6 и переключающий контакт третьего реле 7 подключены ко второму выводу токоограничительного резистора 2, нормально замкнутый контакт третьего реле 7 присоединен к нейтральному проводу электросети.The AC voltage stabilizer (Fig. 1) contains a switching unit 1, consisting of switching relays, a current-limiting resistor 2 and a transformer 3, in parallel with the primary winding of which a capacitor 4 is connected, the secondary winding of the transformer 3 is included in the load circuit, the first output of the current-limiting resistor 2 is connected to the neutral wire of the mains, the switching unit 1 is made in the form of three switching relays, the normally open and normally closed contacts of the first relay 5 are connected to the terminals of the secondary winding transformer 3, and the switching contact is connected to the first terminal of the primary winding of the transformer 3, to which a normally closed contact of the second relay 6 is connected, the switching contact of which is connected to the second terminal of the primary winding of the transformer 3 and with the normally open contact of the third relay 7, the normally open contact of the second relay 6 and the switching contact of the third relay 7 are connected to the second output of the current-limiting resistor 2, the normally closed contact of the third relay 7 is connected to the neutral wire power networks.

Стабилизатор переменного напряжения работает следующим образом.The AC voltage stabilizer operates as follows.

В исходном состоянии положения контактов переключающих реле 5, 6 и 7 коммутирующего блока 1 такое, как изображено на фиг.1, и соответствует допустимому для нагрузки уровню напряжения на входе U_вx стабилизатора. Выводы первичной обмотки трансформатора 3 через нормально замкнутый контакт второго реле 6 закорочены. При этом ЭДС и индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора 3 весьма малы, и напряжение на выходе U_вых, практически равно напряжению на входе U_вx стабилизатора.In the initial state, the position of the contacts of the switching relays 5, 6 and 7 of the switching unit 1 is as shown in Fig. 1, and corresponds to the voltage level at the input of the stabilizer input U _inx permissible for the load. The conclusions of the primary winding of the transformer 3 through a normally closed contact of the second relay 6 are shorted. In this case, the EMF and the inductive resistance of the secondary winding of the transformer 3 are very small, and the voltage at the output U _o is almost equal to the voltage at the input U in _{x of the} stabilizer.

Если напряжение на входе U_вx стабилизатора становится больше допустимого уровня, то коммутация контактов реле коммутирующего блока 1 осуществляется в следующей последовательности: нормально разомкнутый контакт третьего реле 7 замыкается, после чего замыкается нормально разомкнутый контакт второго реле 6, и затем контакты третьего реле 7 возвращаются в исходное состояние. Напряжение на выходе U_вых стабилизатора становится равным разности напряжения на входе U_вx и ЭДС вторичной обмотки трансформатора 3. В коротком промежутке времени, когда нормально разомкнутые контакты второго 6 и третьего 7 реле замкнуты, первичная обмотка трансформатора 3 подключается к напряжению на входе U_вx через токоограничительный резистор 2. Резистор 2 ограничивает ток в первичной обмотке трансформатора 3 в режиме насыщения, вызванного переходом трансформатора 3 из режима трансформатора тока в режим трансформатора напряжения. Правильно выбранные номинал токоограничительного резистора 2 и моменты коммутации контактов реле позволяют получить незначительные токи насыщения трансформатора и быстрое затухание переходных процессов. Для предотвращения дуги при переключениях контактов реле параллельно первичной обмотке трансформатора 3 включен конденсатор 4. Если напряжение на входе U_вx стабилизатора возвращается в исходное состояние, то коммутация контактов реле коммутирующего блока 1 осуществляется в следующей последовательности: нормально разомкнутый контакт третьего реле 7 замыкается, после чего контакты второго реле 6 и затем контакты третьего реле 7 возвращаются в исходные состояния.If the voltage U inlet _Bx stabilizer becomes larger than the permissible level, the switching contacts of the relay switching unit 1 in the following sequence: a normally open contact of the third relay 7 is closed, and then closes a normally open contact of the second relay 6, and then the contacts of the third relay 7 are returned to the the initial state. The output voltage U _O of the stabilizer becomes equal to the voltage difference U _Bx inlet and EMF transformer secondary winding 3. In the short period of time when the normally open contacts of the second 6 and third 7 relays are closed, the primary winding of the transformer 3 is connected to the voltage U at the inlet through _Bx current-limiting resistor 2. Resistor 2 limits the current in the primary winding of transformer 3 in saturation mode caused by the transition of transformer 3 from current transformer mode to voltage transformer mode. Correctly selected value of the current-limiting resistor 2 and the moments of switching of the relay contacts allow to obtain insignificant saturation currents of the transformer and fast attenuation of transients. To prevent an arc when switching the relay contacts parallel to the primary winding of the transformer 3, a capacitor 4 is turned on. If the voltage at the input of the stabilizer input U _Vx returns to its original state, then the relay contacts of the switching unit 1 are switched in the following sequence: the normally open contact of the third relay 7 closes, after which the contacts of the second relay 6 and then the contacts of the third relay 7 return to their original state.

Если напряжение на входе U_вx стабилизатора становится меньше допустимого уровня, то нормально разомкнутые контакты первого реле 5 замыкаются, после чего коммутация контактов второго 6 и третьего 7 реле осуществляется в вышеизложенной последовательности, соответствующей случаю, когда напряжение на входе U_вx стабилизатора становится больше допустимого уровня. После завершения коммутации напряжение на выходе U_вых стабилизатора становится равным сумме напряжения на входе U_вх и ЭДС вторичной обмотки трансформатора 3. Коммутация контактов первого реле 5 всегда осуществляется в бестоковом режиме, когда трансформатор 3 работает с короткозамкнутой первичной обмоткой, отключенной от нейтрального провода электросети. Безразрывное синхронизированное с фазой напряжения сети переключение первичной обмотки трансформатора 3 контактами второго и третьего реле позволяет избежать возникновение значительных перенапряжений и резко сократить длительность переходных процессов в трансформаторе, что существенно повышает надежность устройства.If the voltage U inlet _Bx stabilizer becomes smaller than the allowable level, the normally open contacts of the first switch 5 are closed, after which the switching contacts of the second 6 and third 7 relays performed in the above sequence corresponding to the case where the voltage at the U _Bx stabilizer input becomes greater than the permissible level . After the completion of the switching, the voltage at the output of the U _output stabilizer becomes equal to the sum of the voltage at the input U _I and the EMF of the secondary winding of the transformer 3. The contacts of the first relay 5 are always switched on without current, when the transformer 3 operates with a short-circuited primary winding disconnected from the neutral wire of the power supply network. The continuous switching of the transformer primary winding by the contacts of the second and third relays, synchronized with the phase of the mains voltage, avoids the occurrence of significant overvoltages and drastically reduces the duration of transients in the transformer, which significantly increases the reliability of the device.

Claims

An AC voltage stabilizer comprising a switching unit consisting of switching relays, a current limiting resistor and a transformer, a capacitor connected in parallel with the primary winding of the transformer, the secondary winding of the transformer connected to the load circuit, the first output of the current limiting resistor connected to a neutral wire, characterized in that the switching unit is made in the form of three switching relays, normally open and normally closed contacts of the first relay are connected to the terminals again transformer windings, and the switching contact is connected to the first terminal of the transformer primary winding, to which a normally closed contact of the second relay is connected, the switching contact of which is connected to the second terminal of the transformer primary winding and with the normally open contact of the third relay, the normally open contact of the second relay and the switching contact of the third the relays are connected to the second terminal of the current-limiting resistor, the normally closed contact of the third relay is connected to the neutral wire ektroseti.