RU2665731C1

RU2665731C1 - Alternating voltage stabilizer

Info

Publication number: RU2665731C1
Application number: RU2017128896A
Authority: RU
Inventors: Игорь Анатольевич Баховцев; Максим Николаевич Раденко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "МИОРАД СИСТЕМС"
Priority date: 2017-08-14
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2018-09-04

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: alternating current voltage stabilizer can be used for the electrical equipment, communication, automatics and telemechanics systems, lighting networks power supply. In the containing transformer AC voltage stabilizer, which primary winding is connected to the phase and neutral wires input terminals, respectively, through the switching unit including normally closed and normally open contacts, and the secondary winding is in-series connected to the load, the limiting resistor with in-parallel connected normally closed contacts, connected between the switching unit normally open contacts and the zero wire, capacitor, in-parallel connected to the transformer primary winding, and the comparison and control device, including the switching and intermediate relays, auxiliary power source and monitoring and control circuit, monitoring the load voltage increase or decrease from the set level, between the phase and neutral wires it is proposed to include the overvoltage protection device, in-parallel with the switching unit terminals, include the RC circuits, and the monitoring and control circuit is made with possibility of the relay switching delays generation for the transient responses quenching time, caused by the primary winding switching.EFFECT: increase in reliability and enabling the set voltage on the load due to the guaranteed transient responses quenching between switching, as well as due to the reliable protection against the switching unit terminals sparking and immunity to the high-frequency high-voltage over voltages in the supply network, caused by the in-parallel connected mains voltage powerful consumers switching or lightning phenomena.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для электропитания электротехнической аппаратуры, систем связи, автоматики и телемеханики, осветительных сетей.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to power electrical equipment, communication systems, automation and telemechanics, lighting networks.

Известны стабилизаторы переменного напряжения с нелинейными элементами на основе параллельного или последовательного резонансного контура, содержащего насыщенный дроссель и конденсатор, известны также тиристорные стабилизаторы напряжения, содержащие ключи, схему сравнения и управления [1].Known AC voltage stabilizers with non-linear elements based on a parallel or series resonant circuit containing a saturated inductor and capacitor, thyristor voltage stabilizers containing switches, a comparison and control circuit are also known [1].

Однако выходное напряжение таких стабилизаторов имеет искаженную форму, содержит высшие гармоники. Кроме того, такие стабилизаторы имеют низкие массогабаритные характеристики.However, the output voltage of such stabilizers has a distorted shape, contains higher harmonics. In addition, such stabilizers have low weight and size characteristics.

Известны также стабилизаторы со ступенчатой формой выходного напряжения, содержащие сетевой трансформатор, коммутирующие устройства, схему сравнения и управления [2]. В них основная часть мощности передается в нагрузку как нерегулируемая, а оставшаяся часть подвергается регулировке с помощью тиристоров. Недостатком таких стабилизаторов является искажённая форма выходного напряжения за счет фазового регулирования в течение каждого полупериода сетевого напряжения.Also known are stabilizers with a stepped form of the output voltage, containing a network transformer, switching devices, a comparison and control circuit [2]. In them, the main part of the power is transferred to the load as unregulated, and the rest is subjected to adjustment using thyristors. The disadvantage of such stabilizers is the distorted shape of the output voltage due to phase regulation during each half-cycle of the mains voltage.

Известен также стабилизатор переменного напряжения, содержащий силовые трансформаторы, включенные вторичными обмотками в одну из силовых шин, первичными, через коммутирующие элементы, ко входному напряжению, устройство сравнения и управления, мостовые устройства [3]. Основные недостатки такого устройства: наличие нескольких трансформаторов, сложность управления ими, значительные массогабаритные характеристики.Also known is an AC voltage stabilizer containing power transformers connected by secondary windings to one of the power buses, primary, through switching elements, to the input voltage, a comparison and control device, bridge devices [3]. The main disadvantages of such a device: the presence of several transformers, the difficulty of controlling them, significant weight and size characteristics.

В качестве ближайшего аналога выбран стабилизатор[4] переменного напряжения, содержащий трансформатор с коэффициентом трансформации К, первичная обмотка которого через коммутирующий блок, выполненный в виде пары нормально разомкнутых и пары нормально замкнутых контактов, подключена к выводам для подключения входного напряжения, а вторичная обмотка включена в цепь нагрузки, ограничительный резистор, включенный между нулевым проводом и нормально замкнутыми контактами, устройство сравнения и управления, причём первичная обмотка трансформатора замкнута накоротко через нормально замкнутые контакты, параллельно ограничительному резистору включен нормально замкнутый контакт третьего промежуточного реле, параллельно первичной обмотке упомянутого трансформатора включен конденсатор, устройство сравнения и управления выполнено в виде двух одинаковых схем контроля и управления, контролирующих увеличение или уменьшение напряжения на нагрузке от установленного уровня, вход которого подключен к выходу вспомогательного источника, подключенного к фазному и нулевому проводу, выходы упомянутых схем контроля и управления подключены к первому и второму коммутирующим реле, управляющим упомянутыми выше нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми контактами коммутирующего блока, к фазному и нулевому проводу подключено первое промежуточное реле, в цепи которого находятся последовательно соединенные нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты первого и второго коммутирующего реле, второе промежуточное реле, в цепи которого находятся последовательно соединенные нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакт второго и первого коммутирующего реле, третье промежуточное реле, в цепи которого находится нормально замкнутый контакт второго промежуточного реле и параллельно включенный ему контакт первого промежуточного реле.As the closest analogue, an AC voltage stabilizer [4] was selected, containing a transformer with a transformation coefficient K, the primary winding of which through a switching unit, made in the form of a pair of normally open and a pair of normally closed contacts, is connected to the terminals for connecting the input voltage, and the secondary winding is turned on in the load circuit, a limiting resistor connected between the neutral wire and normally closed contacts, a comparison and control device, and the primary winding trans the ormator is short-circuited through normally closed contacts, a normally closed contact of the third intermediate relay is connected in parallel with the limiting resistor, a capacitor is connected in parallel with the primary winding of the transformer, the comparison and control device is made in the form of two identical monitoring and control circuits that control the increase or decrease in the load voltage from the installed level, the input of which is connected to the output of the auxiliary source connected to the phase and zero wires yes, the outputs of the mentioned control and control circuits are connected to the first and second switching relays that control the normally open and normally closed contacts of the switching unit mentioned above, the first intermediate relay is connected to the phase and zero wires, the circuit of which contains normally closed and normally open contacts the first and second switching relay, the second intermediate relay, in the circuit of which are normally connected normally closed and normal open contact of the second and first switching relay, the third intermediate relay, in the circuit of which there is a normally closed contact of the second intermediate relay and a parallel contact of the first intermediate relay.

В ближайшем аналоге предложены варианты стабилизации переменного напряжения, ограничивающие его величину при повышении напряжения, т. е. "сверху" и при понижении напряжения, т.е. "снизу". Ближайший аналог обладает рядом преимуществ по сравнению с известными стабилизаторами переменного напряжения за счёт того, что работает на любой род нагрузки без искажения формы кривой напряжения, так как коммутация происходит без прерывания тока и при токах в К раз меньше тока нагрузки. Однако такой стабилизатор не обеспечивает полностью погашенных переходных процессов, вызванных коммутациями первичной обмотки. Недостатками ближайшего аналога также являются отсутствие защиты от искрогашения контактов коммутирующего блока и восприимчивость к высокочастотным высоковольтным перенапряжениям в питающей сети, вызванных коммутациями подключенных параллельно мощных потребителей сетевого напряжения или грозовыми явлениями, что в совокупности обуславливает возможность аварии в устройстве или срабатывание защитных автоматов, что в обоих случаях снижает надёжность стабилизатора переменного напряжения и приводит к обесточиванию нагрузки. In the closest analogue, alternating voltage stabilization options are proposed, limiting its value with increasing voltage, that is, "from above" and with decreasing voltage, i.e. "bottom". The closest analogue has several advantages compared to the known AC voltage stabilizers due to the fact that it works on any kind of load without distorting the shape of the voltage curve, since switching occurs without interrupting the current and at currents K times less than the load current. However, such a stabilizer does not provide fully extinguished transients caused by switching the primary winding. The disadvantages of the closest analogue are also the lack of protection against spark suppression of the contacts of the switching unit and the susceptibility to high-frequency high-voltage overvoltages in the supply network caused by switching of parallel connected high-voltage consumers or lightning events, which together leads to the possibility of an accident in the device or the operation of circuit breakers, which both cases reduces the reliability of the AC voltage stabilizer and leads to a blackout of the load.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы стабилизатора переменного напряжения и обеспечения заданного напряжения на нагрузке.The invention is aimed at solving the problem of improving the reliability of the AC voltage stabilizer and providing a given voltage at the load.

Сущность изобретения заключается в том, что в стабилизаторе переменного напряжения, содержащем трансформатор, первичная обмотка которого через коммутирующий блок, включающий в себя нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты, соединена со входными клеммами фазного и нулевого провода соответственно, а вторичная обмотка включена последовательно с нагрузкой, ограничительный резистор с параллельно подключенными нормально замкнутыми контактами, включенный между нормально разомкнутыми контактами коммутирующего блока и нулевым проводом, конденсатор, подключенный параллельно первичной обмотке трансформатора, и устройство сравнения и управления, включающее в себя коммутирующие и промежуточные реле, вспомогательный источник питания и схему контроля и управления, контролирующую увеличение или уменьшение напряжения на нагрузке от установленного уровня, предлагается между фазным и нулевым проводами включить устройство защиты от сетевых перенапряжений, параллельно контактам коммутирующего блока включить RC-цепи, а схему контроля и управления выполнить с возможностью формирования задержек переключения реле на время погашения переходных процессов, вызванных коммутациями первичной обмотки.The essence of the invention lies in the fact that in an AC voltage stabilizer containing a transformer, the primary winding of which is connected through the switching unit, including normally closed and normally open contacts, to the input terminals of the phase and neutral wires, respectively, and the secondary winding is connected in series with the load, limiting resistor with parallel connected normally closed contacts, connected between normally open contacts of the switching block and zero m wire, a capacitor connected in parallel with the primary winding of the transformer, and a comparison and control device, including switching and intermediate relays, an auxiliary power source and a control and control circuit that controls the increase or decrease in the load voltage from the set level, is offered between phase and zero with wires, turn on the surge protection device, turn on RC circuits in parallel with the contacts of the switching block, the possibility of the formation of relay switching delays at the time of transient maturity caused by switching the primary winding.

Сущность изобретения заключается также в том, что входы схемы контроля и управления подключены к выходу вспомогательного источника питания, входы которого подключены к фазному и нулевому проводам, три парных выхода упомянутой схемы контроля и управления подключены одними выводами ко вторым концам обмоток первого и второго коммутирующих реле, управляющих упомянутыми выше нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми контактами коммутирующего блока, и ко второму концу третьего коммутирующего реле, управляющего нормально замкнутыми контактами, подключенными параллельно ограничительному резистору, а вторыми выводами упомянутые парные выходы схемы контроля и управления подключены к нулевому проводу, при этом схема контроля и управления содержит стабилизатор тока и делитель напряжения, входы которых подключены к выходу упомянутого вспомогательного источника питания, выход делителя напряжения подключен к прямому и инверсному входам соответственно первого и второго компараторов, остальные входы которых подключены к первому и второму выходам формирователя пороговых напряжений, выходы компараторов подключены ко входам первого элемента «2-ИЛИ» и к информационным входам соответственно первого и второго D-триггеров, выход первого элемента «2-ИЛИ» подключен ко входам первого формирователя задержки, элемента «2-ИСКЛ.-ИЛИ», первого элемента «2-И» и элемента «НЕ», выход первого формирователя задержки соединен со вторым входом элемента «ИСКЛ.-ИЛИ», выход которого соединен со входом первого элемента «2-И» и входом второго элемента «2-И», второй вход которого подключен к выходу элемента «НЕ», выход первого элемента «2-И» подключен к входу второго формирователя задержки и к одному из входов элемента «4-ИЛИ», выход второго формирователя задержки соединен со вторым входом элемента «4-ИЛИ» и с входом второго элемента «2-ИЛИ», выход второго элемента «2-И» подключен к третьему входу элемента «4-ИЛИ», к входу третьего формирователя задержки, выход третьего формирователя задержки подключен к четвертому входу элемента «4-ИЛИ» и к второму входу второго элемента «2-ИЛИ», выход которого подключен к тактирующим входам первого и второго D-триггеров, выходы которых, а также выход элемента «4-ИЛИ» подключены соответственно к управляющим входам первого, второго и третьего каналов управления первым, вторым и третьим коммутирующими реле соответственно, причём каждый из вышеупомянутых каналов управления включает в себя делитель напряжения, вход которого является управляющим входом, а выход подключен к базе транзисторного ключа, который эмиттером подключен к нулевой шине вспомогательного источника питания схемы, а коллектором к одному концу обмотки соответствующего промежуточного реле, второй конец которой подключен к выходу стабилизатора тока, контакты же промежуточного реле подключены к соответствующим парным выходам схемы контроля и управления, связанным с соответствующим коммутирующим реле.The invention also consists in the fact that the inputs of the monitoring and control circuit are connected to the output of the auxiliary power source, the inputs of which are connected to the phase and neutral wires, three paired outputs of the said monitoring and control circuit are connected by one terminal to the second ends of the windings of the first and second switching relays, controlling the above normally open and normally closed contacts of the switching unit, and to the second end of the third switching relay controlling normally closed to by the contacts connected in parallel with the limiting resistor, and the second outputs mentioned pair outputs of the monitoring and control circuits are connected to the neutral wire, while the monitoring and control circuit contains a current stabilizer and a voltage divider, the inputs of which are connected to the output of the aforementioned auxiliary power source, the output of the voltage divider is connected to direct and inverse inputs of the first and second comparators, respectively, the remaining inputs of which are connected to the first and second outputs of the threshold driver voltages, the outputs of the comparators are connected to the inputs of the first 2-OR element and to the information inputs of the first and second D-flip-flops, the output of the first 2-OR element is connected to the inputs of the first delay driver, the 2-ISKL.-OR element , of the first 2-I element and the NOT element, the output of the first delay driver is connected to the second input of the EXCL.-OR element, the output of which is connected to the input of the first 2-I element and the input of the second 2-I element ", The second input of which is connected to the output of the element" NOT ", the output of the first element that “2-I” is connected to the input of the second delay driver and to one of the inputs of the “4-OR” element, the output of the second delay driver is connected to the second input of the “4-OR” element and to the input of the second “2-OR” element, the output the second 2-AND element is connected to the third input of the 4-OR element, to the input of the third delay driver, the output of the third delay driver is connected to the fourth input of the 4-OR element and to the second input of the second 2-OR element, the output of which is connected to the clock inputs of the first and second D-flip-flops, the outputs of which, and also the output of the 4-OR element is connected respectively to the control inputs of the first, second and third control channels of the first, second and third switching relays, respectively, with each of the above control channels including a voltage divider, the input of which is a control input, and the output connected to the base of the transistor switch, which is connected by the emitter to the zero bus of the auxiliary power supply of the circuit, and by the collector to one end of the winding of the corresponding intermediate relay, the second end otorrhea connected to the output of the current regulator, the intermediate relay contacts connected to respective outputs of the pair of control and a control circuit connected to the corresponding switching relays.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 приведена схема стабилизатора переменного напряжения, на фиг. 2 - схема контроля и управления, на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу стабилизатора.The invention is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 is a diagram of an AC voltage stabilizer; FIG. 2 is a control and management diagram, in FIG. 3 is a timing chart explaining the operation of the stabilizer.

Стабилизатор переменного напряжения, приведённый на фиг.1, содержит трансформатор 1, конденсатор 2, коммутирующий блок, включающий в себя нормально разомкнутые контакты 3, 5 и нормально замкнутые контакты 4, 6, ограничительный резистор 7, нормально замкнутый контакт 8, устройство 9 защиты от сетевых перенапряжений, четыре искрогасящих RC-цепочки с резистором 10 и конденсатором 11, устройство сравнения и управления, обозначенное на фиг. 1 пунктирной линией и содержащее вспомогательный источник 12 питания, три коммутирующих реле 13,14,15 и схему 16 контроля и управления. При этом между фазным и нулевым проводом подключено устройство 9 защиты от сетевых перенапряжений. Вторичная обмотка трансформатора 1 подключена одним концом к фазному проводу, а вторым концом - к выходу стабилизатора. Коммутирующий блок представляет собой однофазный мост, состоящий из двух плеч, каждое из которых состоит из двух последовательно включенных нормально разомкнутого и нормально замкнутого контактов 3, 4 и 5, 6 соответственно. К средним точкам плеч коммутирующего блока подключена первичная обмотка трансформатора 1, параллельно которой подключен конденсатор 2, остальные выводы нормально разомкнутых контактов 3 и 5 подключены соответственно к первому (с точкой) и ко второму концу вторичной обмотки трансформатора 1. Остальные выводы нормально замкнутых контактов 4 и 6 соединены между собой и подключены к одному из выводов ограничительного резистора 7, второй вывод которого подключен к нулевому проводу. Параллельно ограничительному резистору 7 подключен нормально разомкнутый контакт 8, параллельно контактам 3÷6 коммутирующего блока подключены последовательные RC-цепи, состоящие из резистора 10 и конденсатора 11, выполняющие функцию искрогашения. Входы схемы 16 контроля и управления подключены к выходу вспомогательного источника питания 12, вход которого подключен к фазному и нулевому проводам. Три пары выходов схемы 16 контроля и управления подключены соответственно к нулевому проводу и ко вторым концам обмоток первого, второго и третьего коммутирующих реле 13, 14, 15, первые концы обмоток которых подключены к фазному проводу.The AC voltage stabilizer shown in Fig. 1 contains a transformer 1, a capacitor 2, a switching unit including normally open contacts 3, 5 and normally closed contacts 4, 6, a terminating resistor 7, a normally closed contact 8, and a protection device 9 network overvoltages, four spark-extinguishing RC circuits with a resistor 10 and a capacitor 11, the comparison and control device indicated in FIG. 1 by a dashed line and containing an auxiliary power source 12, three switching relays 13,14,15 and a monitoring and control circuit 16. Moreover, between the phase and neutral wires connected device 9 protection against network overvoltages. The secondary winding of the transformer 1 is connected at one end to the phase wire, and the second end to the output of the stabilizer. The switching block is a single-phase bridge consisting of two arms, each of which consists of two normally open and normally closed contacts 3, 4 and 5, 6, respectively. The primary winding of the transformer 1 is connected to the midpoints of the shoulders of the switching unit, in parallel to which a capacitor 2 is connected, the remaining terminals of the normally open contacts 3 and 5 are connected respectively to the first (with a point) and to the second end of the secondary winding of the transformer 1. The remaining terminals of the normally closed contacts 4 and 6 are interconnected and connected to one of the terminals of the limiting resistor 7, the second terminal of which is connected to the neutral wire. Parallel to the limiting resistor 7, a normally open contact 8 is connected, serial RC circuits consisting of a resistor 10 and a capacitor 11, performing the spark suppression function, are connected in parallel to the contacts 3 ÷ 6 of the switching unit. The inputs of the monitoring and control circuit 16 are connected to the output of the auxiliary power source 12, the input of which is connected to the phase and neutral wires. Three pairs of outputs of the monitoring and control circuit 16 are connected respectively to the neutral wire and to the second ends of the windings of the first, second and third switching relays 13, 14, 15, the first ends of which are connected to a phase wire.

На фиг. 2 представлена схема 16 контроля и управления, содержащая стабилизатор 17 постоянного тока, делитель 18 напряжения, первый и второй компараторы 19,20, формирователь 21 порогов, первый элемент «2-ИЛИ» 22, первый формирователь 23 задержки, элемент «ИСКЛ. ИЛИ» 24, первый элемент «2-И» 25, второй формирователь 26 задержки, первый элемент «НЕ» 27, второй элемент «2-И» 28, третий формирователь 29 задержки, элемент «4-ИЛИ» 30, второй элемент «2-ИЛИ» 31, первый и второй D-триггеры 32,33, первый, второй и третий каналы 34,35,36 управления коммутирующими реле 13,14,15 соответственно. Каждый из каналов 34,35,36 управления содержит, соответственно указанному в скобках, делители напряжения на двух последовательно соединенных резисторах 37(42, 47) и 38 (43, 48), транзисторные ключи 39(44, 49), промежуточные реле с обмотками 40(45, 50) и с нормально разомкнутыми контактами 41 (46, 51). Стабилизатор 17, формирующий напряжение питания схемы 16, и делитель 18 напряжения подключены к выходу вспомогательного источника 12 питания, выход делителя 18 напряжения подключен к прямому и инверсному входам первого и второго компараторов 19,20 соответственно, остальные входы которых подключены к первому и второму выходам формирователя 21 пороговых напряжений. Выходы компараторов 19,20 поступают на входы первого элемента «2-ИЛИ» 22 и информационные входы соответственно первого и второго D-триггеров 32,33. Выход первого элемента «2-ИЛИ» 22 подключен к входам первого формирователя 23 задержки, элемента «ИСКЛ. ИЛИ»24, первого элемента «2-И» 25 и элемента «НЕ» 27. Выход первого формирователя 23 задержки соединен со вторым входом элемента «ИСКЛ.ИЛИ» 24, выход которого соединен с входом первого элемента «2-И» 25 и входом второго элемента «2-И» 28, второй вход которого подключен к выходу элемента «НЕ» 27. Выход первого элемента «2-И» 25 подключен к входу второго формирователя 26 задержки и к одному из входов элемента «4-ИЛИ» 30. Выход второго формирователя 26 задержки соединен со вторым входом элемента «4-ИЛИ» 30 и с входом второго элемента «2-ИЛИ» 31, выход второго элемента «2-И» 28 подключен к третьему входу элемента «4-ИЛИ» 30, к входу третьего формирователя 29 задержки. Выход третьего формирователя 29 задержки подключен к четвертому входу элемента «4-ИЛИ» 30 и ко второму входу второго элемента «2-ИЛИ» 31, выход которого подключен к тактирующим входам первого и второго D-триггеров 32, 3, выходы которых, а также элемента «4-ИЛИ» 30 подключены соответственно к управляющим входам каналов 34,35,36 управления коммутирующими реле, In FIG. 2, a control and control circuit 16 is presented, comprising a constant current regulator 17, a voltage divider 18, a first and second comparators 19.20, a threshold shaper 21, a first “2-OR” element 22, a first delay shaper 23, an “ISKL. OR "24, the first element" 2-AND "25, the second driver 26 delay, the first element" NOT "27, the second element" 2-AND "28, the third driver 29 delay, the element" 4-OR "30, the second element" 2-OR ”31, the first and second D-flip-flops 32,33, the first, second and third channels 34,35,36 control switching relays 13,14,15, respectively. Each of the control channels 34.35.36 contains, respectively, indicated in brackets, voltage dividers on two series-connected resistors 37 (42, 47) and 38 (43, 48), transistor switches 39 (44, 49), intermediate relays with windings 40 (45, 50) and with normally open contacts 41 (46, 51). The stabilizer 17, forming the supply voltage of the circuit 16, and the voltage divider 18 are connected to the output of the auxiliary power source 12, the output of the voltage divider 18 is connected to the direct and inverse inputs of the first and second comparators 19,20, respectively, the remaining inputs of which are connected to the first and second outputs of the shaper 21 threshold voltages. The outputs of the comparators 19.20 go to the inputs of the first 2-OR element 22 and the information inputs of the first and second D-triggers 32.33, respectively. The output of the first 2-OR element 22 is connected to the inputs of the first delay driver 23, the element “ISKL. OR ”24, of the first“ 2-AND ”element 25 and of the“ NOT ”element 27. The output of the first delay driver 23 is connected to the second input of the“ EXCL.OR ”element 24, the output of which is connected to the input of the first“ 2-I ”element 25 and the input of the second 2-I element 28, the second input of which is connected to the output of the NOT element 27. The output of the first 2-I element 25 is connected to the input of the second delay driver 26 and to one of the inputs of the 4-OR element 30 The output of the second delay driver 26 is connected to the second input of the 4-OR element 30 and to the input of the second 2-OR element 31, the output of the second nta “2-I” 28 is connected to the third input of the “4-OR” element 30, to the input of the third delay driver 29. The output of the third delay driver 29 is connected to the fourth input of the 4-OR element 30 and to the second input of the second 2-OR element 31, the output of which is connected to the clock inputs of the first and second D-triggers 32, 3, the outputs of which, as well as element "4-OR" 30 are connected respectively to the control inputs of the channels 34,35,36 control switching relays,

в каждом из которых вход делителя напряжения, выполненного на двух последовательно соединенных резисторах 37(42, 47) и 38 (43, 48) подключен к управляющему входу канала управления, а выход (средняя точка делителя) - к базе транзисторного ключа 39 (44, 49), который эмиттером подключен к нулевой шине источника питания схемы, а коллектором к одному концу обмотки реле 40 (45, 50), второй конец которой подключен к входу питания, который соединен с выходом стабилизатора 17 постоянного тока. Выводы нормально разомкнутого контакта 41(46, 51) подключены к соответствующим парным выходам схемы контроля и управления N-13, N-14, N-15.in each of which the input of the voltage divider made on two series-connected resistors 37 (42, 47) and 38 (43, 48) is connected to the control input of the control channel, and the output (midpoint of the divider) is connected to the base of the transistor switch 39 (44, 49), which is connected by the emitter to the zero bus of the circuit power source, and by the collector to one end of the relay winding 40 (45, 50), the second end of which is connected to the power input, which is connected to the output of the DC stabilizer 17. The conclusions of the normally open contact 41 (46, 51) are connected to the corresponding paired outputs of the control circuit N-13, N-14, N-15.

Вспомогательный источник 12 питания может, например, содержать не показанные на фигурах, трансформатор, мостовой диодный выпрямитель и сглаживающий С-фильтр.The auxiliary power supply 12 may, for example, comprise a transformer, a bridge diode rectifier and a smoothing C-filter, not shown in the figures.

Стабилизатор 17 может, например, быть выполнен по классической схеме с гасящим резистором, стабилитроном и фильтровой емкостью (на фигурах не показано).The stabilizer 17 can, for example, be performed according to the classical scheme with a quenching resistor, a zener diode and filter capacity (not shown in the figures).

Делитель 18 напряжения и формирователь 21 пороговых напряжений могут быть выполнены на последовательно соединенных резисторах.The voltage divider 18 and the threshold voltage generator 21 can be performed on series-connected resistors.

Формирователи 23, 26 и 29 задержки могут, например, быть выполнены на логическом элементе «2-И» с триггером Шмидта, с двумя интегрирующими RC-цепями на входе. RC-цепи имеют общий конденсатор, включенный между входом элемента «2-И» с триггером Шмидта и землей, и две параллельные цепи, содержащие последовательно включенные резистор и диод (на фигурах не показано). Диоды параллельных ценней друг по отношению к другу включены встречно-параллельно, одна общая точка параллельных цепей подключена к общему конденсатору, а вторая общая точка является входом формирователя задержки. Задержанный сигнал снимается с выхода элемента «2-И» с триггером Шмидта. Время задержки положительного и отрицательного фронтов определяется фиксированными порогами элемента «2-И» с триггером Шмидта, величиной емкости общего конденсатора и сопротивлением соответствующих резисторов. При единичном входном сигнале заряд емкости происходит по цепи с диодом, подключенным анодом к входу формирователя задержки. При нулевом входном сигнале разряд емкости происходит по цепи с резистором и диодом, подключенным катодом к входу формирователя задержки. Таким образом, такой формирователь задержки может задерживать как положительный, так и отрицательный фронт входного импульса. В частности, можно так подобрать параметры RC-цепей формирователей 23, 26, 29, чтобы обе задержки были одинаковы, т.е. так, чтобы импульс проходил без изменения своей длительности. Formers 23, 26 and 29 delays can, for example, be performed on a 2-I logic element with a Schmidt trigger, with two integrating RC circuits at the input. RC circuits have a common capacitor connected between the input of the 2-I element with a Schmidt trigger and ground, and two parallel circuits containing a resistor and a diode connected in series (not shown in the figures). Diodes of parallel value relative to each other are turned on in parallel, one common point of the parallel circuits is connected to a common capacitor, and the second common point is the input of the delay driver. The delayed signal is removed from the output of the 2-I element with a Schmidt trigger. The delay time of the positive and negative fronts is determined by the fixed thresholds of the 2-I element with a Schmidt trigger, the capacitance of the common capacitor and the resistance of the corresponding resistors. With a single input signal, the charge of the capacitance occurs along a circuit with a diode connected by an anode to the input of the delay driver. With a zero input signal, the discharge of the capacitance occurs along a circuit with a resistor and a diode connected by a cathode to the input of the delay driver. Thus, such a delay driver can delay both the positive and negative edges of the input pulse. In particular, it is possible to choose the parameters of the RC circuits of the shapers 23, 26, 29 so that both delays are the same, i.e. so that the pulse passes without changing its duration.

Заявляемое устройство может работать в трех режимах: транзит, повышение напряжения, понижение напряжения. Уровень сетевого напряжения определяется схемой 16 контроля и управления. При выходе сетевого напряжения из допустимых порогов в заданной последовательности начинают формироваться сигналы управления промежуточными реле 40, 45 и 50, которые в свою очередь включают соответственно коммутирующие реле 13, 14, 15, что приводит к коммутациям контактов 3÷6 в силовой схеме стабилизатора переменного напряжения. При этом реле 13 управляет контактами 3, 4, реле 14 управляет контактами 5, 6 и реле 15 управляет нормально замкнутым контактом 8. The inventive device can operate in three modes: transit, increase voltage, lower voltage. The voltage level is determined by the circuit 16 monitoring and control. When the mains voltage exits the acceptable thresholds in a predetermined sequence, control signals of intermediate relays 40, 45 and 50 begin to form, which in turn include switching relays 13, 14, 15, respectively, which leads to switching contacts 3 ÷ 6 in the power circuit of the AC voltage regulator . In this case, the relay 13 controls the contacts 3, 4, the relay 14 controls the contacts 5, 6 and the relay 15 controls the normally closed contact 8.

В исходном состоянии, а также в случае, когда сетевое напряжение находится в заданном интервале, т.е. между верхним и нижним порогами, схема контроля и управления16 не формирует никаких сигналов. Соответственно, в этом случае первичная обмотка трансформатора 1 закорочена нормально замкнутыми контактами 4, 6 и к сетевому напряжению не подключена. При этом сетевое напряжение через вторичную обмотку практически без изменения подается в нагрузку. Т.к. первичная обмотка трансформатора 1 замкнута накоротко, то во вторичной обмотке напряжение не индуцируется. Она работает как дроссель с небольшой индуктивностью.In the initial state, as well as in the case when the mains voltage is in a predetermined interval, i.e. between the upper and lower thresholds, the monitoring and control circuit 16 does not generate any signals. Accordingly, in this case, the primary winding of the transformer 1 is shorted by normally closed contacts 4, 6 and is not connected to the mains voltage. In this case, the mains voltage through the secondary winding is supplied to the load almost unchanged. Because Since the primary winding of transformer 1 is short-circuited, voltage is not induced in the secondary winding. It works like a choke with a small inductance.

Стабилизация напряжения на нагрузке происходит следующим образом. Если напряжение сети становится больше верхнего порога, то замыкается контакт 3 и размыкается контакт 4. При этом первичная обмотка трансформатора 1 подключается к сети началом (обозначено точкой) к фазному проводу, концом к нулевому проводу. При этом напряжение на нагрузке становится равной напряжению сети минус напряжение, индуцированное во вторичную обмотку, т.к. оно находится в противофазе к сетевому напряжению. Когда напряжение сети возвращается в заданный нормальный диапазон, схема возвращается в исходное состояние: размыкается контакт 3, замыкается контакт 4, первичная обмотка отключается от сети.The voltage stabilization on the load is as follows. If the mains voltage becomes higher than the upper threshold, then contact 3 closes and contact 4 opens. In this case, the primary winding of the transformer 1 is connected to the mains by the beginning (indicated by a dot) to the phase wire, and the end to the neutral wire. In this case, the voltage at the load becomes equal to the mains voltage minus the voltage induced in the secondary winding, because it is in antiphase to the mains voltage. When the mains voltage returns to the specified normal range, the circuit returns to its initial state: contact 3 opens, contact 4 closes, the primary winding is disconnected from the network.

Если напряжение сети становится меньше нижнего порога, то замыкается контакт 5 и размыкается контакт 6. При этом первичная обмотка трансформатора 1 подключается к сети концом к фазному проводу, а началом (обозначено точкой) к нулевому проводу. При этом напряжение на нагрузке становится равно напряжению сети плюс напряжение, индуцированное во вторичную обмотку, т.к. оно находится в фазе к сетевому напряжению. Когда напряжение сети возвращается в заданный нормальный диапазон, схема возвращается в исходное состояние: размыкается контакт 5, замыкается контакт 6, первичная обмотка отключается от сети.If the mains voltage becomes less than the lower threshold, then contact 5 closes and contact 6 opens. In this case, the primary winding of the transformer 1 is connected to the mains by the end to the phase wire, and the beginning (indicated by a dot) to the neutral wire. In this case, the voltage at the load becomes equal to the mains voltage plus the voltage induced in the secondary winding, because it is in phase to the mains voltage. When the mains voltage returns to the specified normal range, the circuit returns to its initial state: contact 5 opens, contact 6 closes, the primary winding is disconnected from the network.

Однако замыкание-размыкание контактов в плече коммутирующего блока происходит не мгновенно: в силу инерционности срабатывания и/или в силу возникновения при размыкании дуги. При этом возникают интервалы времени, когда оба контакта (и нормально замкнутый и нормально разомкнутый) замкнуты и проводят ток. Соответственно возникает контур глухого короткого замыкания сетевого напряжения. С целью исключения короткого замыкания при возникновении необходимости какой-либо коммутации в коммутирующем блоке, последовательно с плечом, в котором будут переключаться контакты, включают ограничительный резистор 7 путем размыкания контакта 8. However, the closing-opening of contacts in the arm of the switching unit does not occur instantly: due to the inertia of the operation and / or due to the occurrence of an arc when opening. In this case, time intervals arise when both contacts (both normally closed and normally open) are closed and conduct current. Accordingly, a dull short circuit occurs in the mains voltage. In order to exclude a short circuit, when there is a need for any switching in the switching unit, a limiting resistor 7 is connected in series with the arm in which the contacts will be switched by opening contact 8.

В соответствии с вышесказанным последовательность операций, задаваемая схемой контроля и управления, следующая. Когда напряжение сети становится больше верхнего порога, включается третье промежуточное реле 50, его контакт 51 замыкается и включает третье коммутирующее реле 15. При этом его нормально замкнутый контакт 8 размыкается и ограничительный резистор 7 становится включенным между нулевым проводом и общей точкой нормально замкнутых контактов 4 и 6. Через промежуток времени

, который определяется первым формирователем задержки 23 и в течение которого завершаются переходные процессы в схеме, включается промежуточное реле 40. Его контакт 41 замыкается и включает первое коммутирующее реле 13. При этом его контакты 3 и 4 соответственно замыкаются и размыкаются, подключая первичную обмотку трансформатора 1 надлежащим образом к сети. Через промежуток времени

, который определяется вторым формирователем задержки 26 и в течение которого завершаются переходные процессы в схеме, выключается третье промежуточное реле 50. Его контакт 51 размыкается и выключает третье коммутирующее реле 15. При этом его нормально замкнутый контакт 8 замыкается и шунтирует ограничительный резистор 7, исключая его из электрических процессов в схеме стабилизатора переменного напряжения.In accordance with the foregoing, the sequence of operations specified by the control and management circuit is as follows. When the mains voltage becomes higher than the upper threshold, the third intermediate relay 50 is turned on, its contact 51 closes and turns on the third switching relay 15. In this case, its normally closed contact 8 opens and the limiting resistor 7 becomes connected between the neutral wire and the common point of the normally closed contacts 4 and 6. After a period of time

, which is determined by the first delay driver 23 and during which the transients in the circuit are completed, the intermediate relay 40 is turned on. Its contact 41 closes and turns on the first switching relay 13. At the same time, its contacts 3 and 4 respectively are closed and opened, connecting the primary winding of the transformer 1 properly to the network. After a period of time

, which is determined by the second delay driver 26 and during which the transients in the circuit are completed, the third intermediate relay 50 is turned off. Its contact 51 opens and turns off the third switching relay 15. At the same time, its normally closed contact 8 closes and shunts the terminating resistor 7, excluding it from electrical processes in an AC voltage stabilizer circuit.

Когда напряжение сети возвращается в заданный нормальный диапазон, схема возвращается в исходное состояние в следующей последовательности. Включается третье промежуточное реле 50, его контакт 51 замыкается и включает третье коммутирующее реле 15. При этом его нормально замкнутый контакт 8 размыкается, включая ограничительный резистор 7 между нулевым проводом и общей точкой нормально замкнутых контактов 4 и 6. Через промежуток времени, который определяется первым формирователем задержки 23 и в течение которого завершаются переходные процессы в схеме, выключается промежуточное реле 40. Его контакт 41 размыкается и выключает первое коммутирующее реле 13. При этом его контакты 3 и 4 соответственно размыкаются и замыкаются, отключая первичную обмотку трансформатора 1 от сети. Через промежуток времени

, который определяется третьим формирователем задержки 29 и в течение которого завершаются переходные процессы в схеме, выключается третье промежуточное реле 50. Его контакт 51 размыкается и выключает третье коммутирующее реле 15. При этом его нормально замкнутый контакт 8 замыкается и шунтирует ограничительный резистор 7, исключая его из электрических процессов в схеме стабилизатора переменного напряжения.When the mains voltage returns to the specified normal range, the circuit returns to its original state in the following sequence. The third intermediate relay 50 is turned on, its contact 51 closes and turns on the third switching relay 15. At the same time, its normally closed contact 8 opens, including the terminating resistor 7 between the neutral wire and the common point of the normally closed contacts 4 and 6. After a period of time, which is determined by the first the delay driver 23 and during which the transients in the circuit are completed, the intermediate relay 40 is turned off. Its contact 41 opens and turns off the first switching relay 13. Moreover, its contacts 3 and 4, respectively they open and close, disconnecting the primary winding of transformer 1 from the mains. After a period of time

, which is determined by the third delay driver 29 and during which the transients in the circuit are completed, the third intermediate relay 50 is turned off. Its contact 51 opens and turns off the third switching relay 15. At the same time, its normally closed contact 8 closes and shunts the terminating resistor 7, excluding it from electrical processes in an AC voltage stabilizer circuit.

Если напряжение сети становится меньше нижнего порога и возвращается в нормальный диапазон, то в схеме происходят те же процессы, что было описаны в предыдущих абзацах, только вместо первого промежуточного реле 40 и первого коммутирующего реле 13 с соответствующими контактами в процессах участвуют второе промежуточного реле 45 со своим контактом 46 и второе коммутирующего реле 14 со своими контактами 5 и 6.If the mains voltage becomes lower than the lower threshold and returns to the normal range, then the same processes occur in the circuit as described in the previous paragraphs, only instead of the first intermediate relay 40 and the first switching relay 13 with the corresponding contacts, the second intermediate relay 45 with its contact 46 and the second switching relay 14 with its contacts 5 and 6.

Включение тех или иных реле и, соответственно, замыкание коммутация контактов определяется работой схемы контроля и управления 16, которая работает следующим образом (фиг. 2).При включении схема контроля и управления 16 не формирует управляющих сигналов, и заявляемое устройство находится в режиме транзит, который показан на фиг. 1. При этом происходит оценка напряжения сети, сигнал пропорциональный которому от вспомогательного источника 12 поступает на вход схемы контроля и управления и далее на его компоненты – стабилизатор напряжения 17, формирующий напряжение питания схемы контроля и управления, а также на делитель напряжения 18. С его выхода пропорциональный сигнал поступает на прямой и инверсный входы соответственно компараторов 19 и 20, на остальные входы которых поступает соответственно уровень верхнего и нижнего порогов со схемы формирователя пороговых напряжений 21. При выходе напряжение сети из зоны нормальной работу, ограниченной верхним и нижним упомянутыми порогами, на одном из компараторов 19 и 20 появляется единичный уровень. The inclusion of certain relays and, accordingly, the closure of switching contacts is determined by the operation of the monitoring and control circuit 16, which operates as follows (Fig. 2). When turned on, the monitoring and control circuit 16 does not generate control signals, and the claimed device is in transit mode, which is shown in FIG. 1. At the same time, the network voltage is estimated, the signal proportional to which from the auxiliary source 12 is fed to the input of the control and control circuit and then to its components - voltage stabilizer 17, which generates the supply voltage of the control and control circuit, as well as to the voltage divider 18. With it the output, the proportional signal is fed to the direct and inverse inputs of the comparators 19 and 20, respectively, to the other inputs of which the level of the upper and lower thresholds from the threshold driver circuit to arresters 21. When the output voltage of the network from the normal work area limited by said upper and lower thresholds, one of the comparators 19 and 20 receive a single level.

Пусть напряжение сети стало выше верхнего порогового напряжения. В этом случае единичный сигнал появляется на выходе компаратора 19. Далее он через схему «2-ИЛИ» 22 поступает на первый формирователь задержки 23, а также на первый вход элемента «ИСКЛ.ИЛИ» 24 и на один из входов первой схемы «2-И» 25, а также на вход элемента «НЕ» 27. С выхода формирователя 23 задержанный на время

единичный сигнал поступает на второй вход элемента «ИСКЛ. ИЛИ» 24, в результате чего на выходе последнего формируется единичный импульс длительностью

. Далее этот сигнал через элемент «2-И» 25 благодаря единичному сигналу на его первом входе проходит на второй формирователь 26 задержки и на первый вход элемента «4-ИЛИ» 30, в то время как упомянутый единичный импульс через элемент «2-И» 28 благодаря нулевому сигналу на его первом входе дальше не проходит. Второй формирователь 26 задержки задерживает входной импульс на величину

, которая должна быть не больше

, и подает его на второй вход элемента «4-ИЛИ». В данном случае

=

., в результате этого на выходе элемента «4-ИЛИ» 30 сформируется импульс управления, поступающий на вход третьего канала 36 управления коммутирующим реле длительностью

+

. Единичный импульс с выхода второго формирователя задержки через второй элемент «2-ИЛИ» 31 также поступает на тактирующий вход первого D-триггера 32 и второго D-триггера 33, на информационные входы которых поступают сигналы соответственно с первого компаратора 19 и второго компаратора 20. Т.к. на информационном входе первого D-триггера 32 присутствует единичный уровень с первого компаратора 19, а на информационном входе второго D-триггера 33 присутствует нулевой уровень со второго компаратора 20, то на выходе первого D-триггера 32 по фронту сигнала на тактирующем входе появится единичный уровень, поступающий на управляющий вход первого канала 34 управления коммутирующим реле. При этом на выходе второго D-триггера 33 останется нулевой уровень. Таким образом, положительный фронт единичного сигнала с выхода первого компаратора 19 приводит к формированию импульса

длительностью

+

, который управляет третьим каналом 36 управления коммутирующим реле 40 и к формированию единичного сигнала управления первого канала управления коммутирующим реле 34, который сдвинут относительно исходного сигнала на величину

.Let the mains voltage become higher than the upper threshold voltage. In this case, a single signal appears at the output of the comparator 19. Then it goes through the “2-OR” circuit 22 to the first delay driver 23, as well as to the first input of the “EXCL.OR” 24 element and to one of the inputs of the first “2- OR” circuit And "25, as well as the input of the element" NOT "27. From the output of the shaper 23 delayed for a while

a single signal is fed to the second input of the element "ISKL. OR ”24, as a result of which a single pulse of duration

. Further, this signal through the “2-I” element 25 due to a single signal at its first input passes to the second delay driver 26 and to the first input of the “4-OR” element 30, while the aforementioned unit pulse passes through the “2-I” element 28 due to the zero signal at its first input does not go further. The second delay driver 26 delays the input pulse by

which should be no more

, and feeds it to the second input of the 4-OR element. In this case

=

., as a result of this, at the output of the “4-OR” element 30, a control pulse is generated that is input to the third channel 36 of the control of a switching relay with a duration

+

. A single pulse from the output of the second delay driver through the second 2-OR element 31 also arrives at the clock input of the first D-trigger 32 and the second D-trigger 33, the information inputs of which receive signals from the first comparator 19 and the second comparator 20. T .to. at the information input of the first D-flip-flop 32 there is a unit level from the first comparator 19, and at the information input of the second D-flip-flop 33 there is a zero level from the second comparator 20, then at the output of the first D-flip-flop 32 a unit level will appear at the clock input coming to the control input of the first channel 34 control switching relay. In this case, the output of the second D-flip-flop 33 will remain at zero level. Thus, the positive front of a single signal from the output of the first comparator 19 leads to the formation of a pulse

duration

+

which controls the third control channel 36 of the switching relay 40 and to generate a single control signal of the first control channel of the switching relay 34, which is shifted relative to the original signal by

.

При возвращении сетевого напряжения в нормальный диапазон на выход первого компаратора 19 формируется нулевой уровень, который через элемент «2-ИЛИ» 22 передастся на вход первого формирователя 23 задержки, а также на первый вход элемента «ИСКЛ. ИЛИ» 24 и на один из входов первой схемы «2-И» 25, а также на вход элемента «НЕ» 27. Задержанный на время

. Сформированный импульс через элемент «2-И» 25 благодаря нулевому сигналу на его первом входе далее не проходит. В то же время упомянутый единичный импульс через элемент «2-И» 28 благодаря единичному сигналу на его первом входе поступает на вход третьего формирователя 29 задержки и третий вход элемента «4-ИЛИ». Третий формирователь 29 задержки задерживает входной импульс на величину

, которая должна быть не больше

, и подает его на второй вход элемента «4-ИЛИ» 30. В результате на выходе элемента «4-ИЛИ» 30 сформируется сигнал

- импульс управления, поступающий на вход третьего канала 36 управления коммутирующим реле 50, длительностью сигнала

составляет

+

. Единичный импульс с выхода третьего формирователя 29 задержки через второй элемент «2-ИЛИ» 31 также поступает на тактирующий вход первого D-триггера 32 и второго D-триггера 33, на информационные входы которых поступают сигналы соответственно с компараторов 19, 20. Т.к. на информационном входе первого D-триггера 32 присутствует нулевой уровень с первого компаратора 19, а на информационном входе второго D-триггера 33 присутствует нулевой уровень со второго компаратора 20, то на выходе первого D-триггера 32 по фронту сигнала на тактирующем входе появится нулевой уровень, поступающий на управляющий вход первого канала 34 управления коммутирующим реле 40. При этом на выходе второго D-триггера 33 останется нулевой уровень. Таким образом, отрицательный фронт сигнала с выхода первого компаратора 19 приводит к формированию импульса управления третьим каналом 34 управления коммутирующим реле 40 длительностью

+

и к формированию нулевого сигнала управления канала 34 управления коммутирующим реле 40, отрицательный фронт которого сдвинут относительно отрицательного фронта сигнала с выхода первого компаратора на величину

.When the mains voltage returns to the normal range, the output of the first comparator 19 forms a zero level, which is transmitted through the “2-OR” element 22 to the input of the first delay driver 23, as well as to the first input of the “ISKL. OR ”24 and to one of the inputs of the first“ 2-I ”circuit 25, as well as to the input of the“ NOT ”element 27. Time-delayed

. The generated pulse through the element "2-I" 25 due to the zero signal at its first input does not pass further. At the same time, the aforementioned single pulse through the “2-I” element 28 due to a single signal at its first input is fed to the input of the third delay driver 29 and the third input of the “4-OR” element. The third delay driver 29 delays the input pulse by

which should be no more

, and feeds it to the second input of the 4-OR element 30. As a result, a signal is generated at the output of the 4-OR element 30

- the control pulse received at the input of the third channel 36 control switching relay 50, the duration of the signal

makes up

+

. A single pulse from the output of the third delay driver 29 through the second 2-OR element 31 also arrives at the clock input of the first D-trigger 32 and the second D-trigger 33, the information inputs of which receive signals from the

comparators

19, 20, respectively. . at the information input of the first D-flip-flop 32, there is a zero level from the first comparator 19, and at the information input of the second D-flip-flop 33 there is a zero level from the second comparator 20, then at the output of the first D-flip-flop 32, a zero level will appear at the clock input received at the control input of the first channel 34 control switching relay 40. In this case, the output of the second D-trigger 33 will remain at zero level. Thus, the negative edge of the signal from the output of the first comparator 19 leads to the formation of a control pulse of the third control channel 34 of a switching relay 40 of duration

+

and to the formation of a zero control signal of the control channel 34 of the switching relay 40, the negative edge of which is shifted relative to the negative edge of the signal from the output of the first comparator by

.

Когда сетевое напряжение становится меньше нижнего порога, на выходе второго компаратора 20 появляется единичный уровень, который через первый элемент «2-ИЛИ» 22 поступает на вход первого формирователя задержки. И далее все происходит так же, как и при появлении и сбросе единичного уровня на выходе первого компаратора 19. Только в этом случае, соответственно, формируется и сбрасывается в ноль на выходе второго D-триггера 33 сигнал

, который управляет каналом 35 управления коммутирующим реле 45. When the mains voltage becomes lower than the lower threshold, a single level appears at the output of the second comparator 20, which, through the first 2-OR element 22, enters the input of the first delay driver. And then everything happens the same way as when the unit level appeared and was reset at the output of the first comparator 19. Only in this case, accordingly, is the signal generated and reset to zero at the output of the second D-trigger 33

which controls the control channel 35 of the switching relay 45.

Длительности временных задержек

,

и

определяются уровнем мощности нагрузки и, соответственно, параметрами силовой схемы стабилизатора переменного тока, что в целом определяет скорость протекания переходных процессов при коммутациях. При настройке данного стабилизатора оценивается время переходных процессов и (с некоторым запасом) устанавливаются величины временных задержек. В схеме контроля и управления 16 временные задержки

,

и

реализуются формирователями задержки, соответственно 23, 26 и 29. Time delays

,

and

are determined by the load power level and, accordingly, the parameters of the power circuit of the AC stabilizer, which generally determines the speed of transient processes during switching. When setting up this stabilizer, the time of transients is estimated and (with some margin) the time delays are set. In the control and management circuit 16 time delays

,

and

implemented by delay formers, 23, 26 and 29, respectively.

Все выше сказанное иллюстрируется временными диаграммами на фиг. 3. На первой диаграмме показаны U_c - действующее значение напряжения сети, а также верхнее пороговое напряжение U_hи нижнее пороговое напряжение U_l, задаваемые формирователем пороговых напряжений 21. Напряжение сети U_c представлено в виде изменяющегося во времени треугольного (пилообразного) сигнала, пересекающего оба пороговых напряжения. В данном примере пороговые напряжения U_hи U_lравны некоторым относительным значениям соответственно 5 и 4.All of the above is illustrated by timing diagrams in FIG. 3. The first diagram shows U _c - the effective value of the mains voltage, as well as the upper threshold voltage U _h and the lower threshold voltage U _l specified by the threshold voltage generator 21. The network voltage U _c is presented in the form of a time-varying triangular (sawtooth) signal, crossing both threshold voltage. In this example, the threshold voltages U _h and U _l are equal to some relative values of 5 and 4, respectively.

На второй диаграмме показаны сигналы с выхода компаратора 19 (на фиг. 3 сигнал К1) и с выхода компаратора 20 (на фиг. 3 сигнал К2). Сигнал К2 выделен утолщенной линией. В зависимости от соотношения величины напряжения сети по отношению к пороговым напряжениям на данной временной диаграмме выделены интервалы:

– понижение напряжения (U_c>U_h),

–транзит (U_l<U_c<U_h),

- повышение напряжения (U_c<U_l),

- транзит (U_l<U_c<U_h).The second diagram shows the signals from the output of the comparator 19 (Fig. 3 signal K1) and from the output of the comparator 20 (in Fig. 3 signal K2). Signal K2 is highlighted by a thickened line. Depending on the ratio of the voltage value of the network with respect to the threshold voltages, the following intervals are allocated in this time diagram:

- voltage reduction (U _c > U _h ),

- transit (U _l <U _c <U _h ),

- voltage increase (U _c <U _l ),

- transit (U _l <U _c <U _h ).

На третьей, четвертой и пятой диаграммах показаны соответственно входной сигнал

третьего канала управления коммутирующим реле 50, формируемый элементом «4-ИЛИ» 30, входной сигнал первого канала управления коммутирующим реле

, формируемый первым D-триггером 32, входной сигнал

второго канала управления коммутирующим реле 45, формируемый вторым D-триггером 33. На третьей временной диаграмме также показаны временные интервалы, обусловленные работой первым, вторым и третьим формирователями задержек, соответственно

,

и

. В частности из рисунков видно, что после любого изменения сигналов К1 и К2 начинает формироваться сигнал управления

, в конечном итоге обеспечивающий подключение в силовой схеме устройства ограничительного резистора 7. После фронта сигнала

с задержкой, равной

, формируется соответствующий фронт (нарастающий или спадающий) сигналов

и

, что в конечном итоге приводит к требуемым переключениям контактов в коммутирующем блоке, переводящим устройство в режим транзита, т.е. соответствия напряжению сети. После каждого фронта сигналов

и

с задержкой формируется спадающий фронт сигнала

, в конечном итоге обеспечивающий отключение ограничительного резистора 7. Как показали эксперименты, переходные процессы, происходящие при переходе из режима транзит в режимы повышения или понижения, происходят одинаково, но несколько дольше, чем при обратном переходе в режим транзит. Поэтому

, а

, что качественно и отражено на третьей временной диаграмме, сигнал

. Неодинаковость временных задержек усложняет схему контроля и управления, но обеспечивает быстродействие всего устройства при выполнении требования окончания переходных процессов между коммутациями и, соответственно, обеспечивает надежность работы устройства и беспрерывное электроснабжение нагрузки. The third, fourth, and fifth diagrams show the input signal, respectively.

the third control channel of the switching relay 50, formed by the element "4-OR" 30, the input signal of the first control channel of the switching relay

generated by the first D-trigger 32, the input signal

the second control channel of the switching relay 45, formed by the second D-flip-flop 33. The third time diagram also shows the time intervals due to the operation of the first, second and third delay drivers, respectively

,

and

. In particular, it can be seen from the figures that, after any change in the signals K1 and K2, a control signal begins to form

, ultimately providing the connection in the power circuit of the device of the limiting resistor 7. After the signal front

with a delay equal to

, the corresponding front (rising or falling) of the signals is formed

and

, which ultimately leads to the required switching contacts in the switching unit, putting the device into transit mode, i.e. match voltage. After each edge of the signals

and

a falling edge of the signal is formed with a delay

, ultimately ensuring the disconnection of the limiting resistor 7. As shown by experiments, the transient processes that occur during the transition from the transit mode to the increase or decrease modes occur the same, but slightly longer than when the transition to the transit mode is reversed. therefore

, but

, which is qualitatively and reflected in the third time diagram, the signal

. The unequal time delays complicates the monitoring and control scheme, but ensures the speed of the entire device when fulfilling the requirements for the end of transients between switching and, accordingly, ensures the reliability of the device and uninterrupted power supply to the load.

Цифровая часть устройства контроля и управления (т.е. за вычетом каналов управления коммутирующими реле) может быть выполнена на микропроцессорной элементной базе.The digital part of the monitoring and control device (i.e., minus the control channels of the switching relays) can be performed on a microprocessor-based element base.

Устройство защиты от сетевых перенапряжений выполняет функцию защиты от сетевых перенапряжений, вызванных приходом волны перенапряжения по питающей сети в случае далекого удара молнии, или коммутациями, происходившими в соседних мощных нагрузках.The surge protection device performs the function of protecting against network surges caused by the arrival of a surge wave over the supply network in the event of a distant lightning strike, or by switching occurring in neighboring powerful loads.

Так как настоящее устройство предназначено для работы в четырехпроводных электрических сетях, то в качестве устройства защиты могут быть использованы нелинейные полупроводниковые элементы - варисторы [см. 5, стр. 15, рис. 12] с напряжением пробоя порядка 750 В. Since this device is designed to operate in four-wire electrical networks, non-linear semiconductor elements - varistors can be used as a protection device [see 5, p. 15, fig. 12] with a breakdown voltage of the order of 750 V.

Авторами испытан макет стабилизатора переменного напряжения мощностью 66 кВт. Для устройства контроля и управления использовался микроконтроллер ATxmega128-A1, транзисторы IRLML2402. В силовой части стабилизатора переменного напряжения использовались трансформатор ОСМ Т220/12 с Ктр=18, автоматические выключатели IK-22-11. Величины временных задержек были следующие

=0.8 c,

=0.2 c.The authors tested the model of an AC voltage regulator with a capacity of 66 kW. The ATxmega128-A1 microcontroller and IRLML2402 transistors were used for the control and management device. In the power part of the AC voltage stabilizer, an OSM T220 / 12 transformer with Ktr = 18 was used, IK-22-11 circuit breakers. The values of time delays were as follows

= 0.8 s,

= 0.2 s.

КПД стабилизатора составил 98 %. При использовании предлагаемого устройства экономия электроэнергии за счет стабилизации составляет 10-15 % в зависимости от уровня сетевого напряжения. При этом устройство работало стабильно, без сбоев и остановок в течение полугода на одном из предприятий г. Новосибирска, что обусловлено гарантированным завершением переходных процессов между коммутациями, а также надежной защитой от искрогашения контактов коммутирующего блока и невосприимчивостью к высокочастотным высоковольтным перенапряжениям в питающей сети, вызванных коммутациями подключенных параллельно мощных потребителей сетевого напряжения или грозовыми явлениями. The efficiency of the stabilizer was 98%. When using the proposed device, energy savings due to stabilization is 10-15%, depending on the level of mains voltage. At the same time, the device worked stably, without failures and stops for six months at one of the enterprises in Novosibirsk, which is due to the guaranteed completion of transient processes between switching, as well as reliable protection against spark suppression of the contacts of the switching unit and immunity to high-frequency high-voltage overvoltages in the supply network caused by commutations of parallel connected powerful consumers of mains voltage or thunderstorms.

Таким образом, предложен стабилизатор переменного напряжения, ограничивающий его величину и "сверху" и "снизу". Предложенное устройство обладает рядом преимуществ по сравнению с известными стабилизаторами переменного напряжения - обеспечивает стабилизацию переменного напряжения на любой род нагрузки без искажения формы кривой напряжения. При этом не только коммутация происходит без прерывания тока и при токах в Ктр раз меньше тока нагрузки, но и гарантируется завершение переходных процессов между коммутациями. Thus, an AC voltage stabilizer is proposed that limits its magnitude both from above and below. The proposed device has several advantages compared with the known AC voltage stabilizers - it provides stabilization of AC voltage for any kind of load without distorting the shape of the voltage curve. At the same time, not only switching occurs without interruption of the current and at currents a factor of one time less than the load current, but also the completion of transient processes between switching is guaranteed.

Источники информацииInformation sources

1. Источники электропитания РЭА. Справочник. Под ред. Г.С. Найвельта. М.: Радио и связь, 1986, с.254, рис. 7.4.1. Power sources CEA. Directory. Ed. G.S. Naivelt. M .: Radio and communication, 1986, p. 254, fig. 7.4.

2. Источники электропитания РЭА. Справочник. Под ред. Г.С. Найвельта. М.: Радио и связь, 1986, с. 264, рис. 7.9.2. Power sources CEA. Directory. Ed. G.S. Naivelt. M .: Radio and communication, 1986, p. 264, fig. 7.9.

3. Авт. свид. СССР N 534742, G 05 F 1/30. Стабилизатор переменного напряжения. / М.Б. Лозин, В. В. Петров, О.З. Сейфуллин и др. Опубл. 1976, Бюл. № 41.3. Auth. testimonial. USSR N 534742, G 05 F 1/30. AC voltage stabilizer. / M.B. Lozin, V.V. Petrov, O.Z. Seyfullin and other publ. 1976, Bull. Number 41.

4. Патент РФ N 2158954 G 05 F 1/30, Н 02 M 5/12. Стабилизатор переменного напряжения (варианты). / Л.З. Фейгин, С.В. Левинзон, С.И. Михалев. Опубл. 1999, Бюл. № 31.4. RF patent N 2158954 G 05 F 1/30, H 02 M 5/12. AC voltage stabilizer (options). / L.Z. Feigin, S.V. Levinson, S.I. Mikhalev. Publ. 1999, Bull. Number 31.

5. Зоричев А.Л. Защита электроустановок от импульсных грозовых и коммутационных перенапряжений. – Электронный ресурс [www.hakel.ruarticle1.pdf].5. Zorichev A.L. Protection of electrical installations against pulsed lightning and switching overvoltages. - Electronic resource [www.hakel.ruarticle1.pdf].

Claims

1. An AC voltage stabilizer containing a transformer, the primary winding of which through a switching unit, which includes normally closed and normally open contacts, is connected to the input terminals of the phase and neutral wires, respectively, and the secondary winding is connected in series with the load, the limiting resistor with the parallel connected is normal closed contacts, connected between normally open contacts of the switching unit and the neutral wire, capacitor connected in parallel but the primary winding of the transformer, and a comparison and control device, including switching and intermediate relays, an auxiliary power source and a control and control circuit that controls the increase or decrease in the load voltage from the set level, characterized in that the device is turned on between the phase and neutral wires surge protection, RC circuits are connected in parallel with the contacts of the switching unit, and the control and control circuit is configured to form delay delays eniya relay on time repayment of transients caused by switching a primary winding.

2. The AC voltage stabilizer according to claim 1, characterized in that the inputs of the monitoring and control circuit are connected to the output of the auxiliary power supply, the inputs of which are connected to the phase and neutral wires, three paired outputs of the said monitoring and control circuit are connected by one terminal to the second ends of the windings the first and second switching relays controlling the above-mentioned normally open and normally closed contacts of the switching block, and to the second end of the third switching relay controlling the norm with closed contacts connected in parallel with the limiting resistor, and the second outputs of the aforementioned paired outputs of the control and control circuits are connected to the neutral wire, while the control and control circuit contains a current stabilizer and a voltage divider, the inputs of which are connected to the output of the aforementioned auxiliary power supply, the output of the voltage divider connected to direct and inverse inputs of the first and second comparators, respectively, the remaining inputs of which are connected to the first and second outputs of the form threshold voltage, the comparator outputs are connected to the inputs of the first 2-OR element and to the information inputs of the first and second D-triggers, the output of the first 2-OR element is connected to the inputs of the first delay driver of the 2-OR-OR-OR element ", The first 2-I element and the NOT element, the output of the first delay driver is connected to the second input of the EXCL.-OR element, the output of which is connected to the input of the first 2-I element and the input of the second 2-I element AND ", the second input of which is connected to the output of the element" NOT ", the output of the first 2-AND element is connected to the input of the second delay driver and to one of the inputs of the 4-OR element, the output of the second delay driver is connected to the second input of the 4-OR element and to the input of the second 2-OR element, the output of the second 2-AND element is connected to the third input of the 4-OR element, to the input of the third delay driver, the output of the third delay driver is connected to the fourth input of the 4-OR element, and to the second input of the second 2-OR element whose output is connected to the clock inputs of the first and second D-flip-flops, the outputs of which, as well as the output of the 4-OR element, are connected respectively to the control inputs of the first, second, and third control channels of the first, second, and third switching relays, respectively, with each of the above control channels including a voltage divider, the input of which is a control input and the output is connected to the base of the transistor switch, which is connected by the emitter to the zero bus of the auxiliary power supply of the circuit, and by the collector to one end of the winding of the corresponding intermediate relay e, the second end of which is connected to the output of the current stabilizer, the contacts of the intermediate relay are connected to the corresponding pair outputs of the monitoring and control circuits associated with the corresponding switching relay.