Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного напряжения в регулируемое по значению переменное напряжение, например, при создании систем плавного пуска, в различных установках использующих электропривод переменного тока, а также как компенсатор реактивной мощности.The present invention relates to the field of electrical engineering and can be used to convert alternating voltage into variable voltage, for example, when creating soft start systems in various installations using an alternating current electric drive, and also as a reactive power compensator.
Известен регулятор переменного напряжения (описанный в патенте RU 2368937 C1, регулятор переменного напряжения, автор: Зиновьев Геннадий Степанович. Опубликовано: 27.09.2009 Бюл. № 27), который, содержит группу из управляемых двунаправленных ключей (тиристоров или транзисторов) и трансформатор, у которого разделяют на секций вторичную обмотку, группу из управляемых двунаправленных ключей подключают к вторичной обмотке трансформатора, и разделяют на две подгруппы управляемых однонаправленных ключей, также вводят дополнительно две группы диодов, причем одна подгруппа управляемых однонаправленных ключей, соединяют последовательно, подключают катодом крайнего управляемого однонаправленного ключа к началу вторичной обмотки трансформатора, а анодом другого крайнего управляемого однонаправленного ключа подгруппы - к одному выводу нагрузки, вторую группу управляемых однонаправленных ключей включают последовательно, затем подключают анодом крайнего ключа к началу вторичной обмотки трансформатора, а катодом – к тому же выводу нагрузки, при этом между анодами последовательно включенных управляемых однонаправленных ключей первой подгруппы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора включают диоды первой дополнительной группы, катодами к отводам, аналогично, между катодами последовательно включенных управляемых однонаправленных ключей второй подгруппы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора также включают диоды второй дополнительной группы, анодами к отводам обмотки.An AC voltage regulator is known (described in patent RU 2368937 C1, AC voltage regulator, author: Zinoviev Gennady Stepanovich. Published: 09.27.2009 Bulletin No. 27), which contains a group of controlled bidirectional switches (thyristors or transistors) and a transformer, which is divided into sections secondary winding, group of controlled bidirectional switches are connected to the secondary winding of the transformer, and divided into two subgroups of controlled unidirectional switches, and additionally two groups of diodes are introduced, with one subgroup controlled unidirectional switches are connected in series, connected with the cathode of the outermost controlled unidirectional switch to the beginning of the secondary winding of the transformer, and with the anode of the other outermost controlled unidirectional switch of the subgroup to one load terminal, the second group of controlled unidirectional switches is connected in series, then connected with the anode of the outermost key to the beginning of the secondary winding transformer, and the cathode to the same load terminal, while between the anodes of the series-connected controlled unidirectional switches of the first subgroup and the taps of the sections of the secondary winding of the transformer, diodes of the first additional group are connected, the cathodes to the taps, similarly, between the cathodes of the series-connected controlled unidirectional switches of the second subgroup and The taps of the sections of the secondary winding of the transformer also include diodes of the second additional group, with anodes to the winding taps.
В указанном регуляторе переменного напряжения существенным недостатком является то, что отсутствует возможность повышения напряжения в пределах зоны регулирования в случае просадки сети, что существенно снижает качество регулируемого напряжения.A significant drawback of this AC voltage regulator is that there is no possibility of increasing the voltage within the regulation zone in the event of a network sag, which significantly reduces the quality of the regulated voltage.
Кроме того, известен регулятор переменного напряжения (описанный в патенте RU 2726946 C1, регулятор переменного напряжения, авторы: Гришанов Евгений Валерьевич, Удовиченко Алексей Вячеславович. Опубликовано: 17.07.2020 Бюл. № 20), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, который содержит группу из управляемых двунаправленных ключей (тиристоров или транзисторов) конденсаторов, группу из управляемых двунаправленных ключей подключают к данным конденсаторам, так, что конденсаторов соединены последовательно, группы управляемых двунаправленных ключей разделены на две подгруппы управляемых однонаправленных ключей, причем одна подгруппа управляемых однонаправленных ключей соединена катодами между собой и подключена к одному выводу нагрузки, а анодами поочередно подключена к выводам конденсаторов, начиная с первого, оставшийся вывод конденсаторов подключен к другому выводу нагрузки, вторая подгруппа управляемых однонаправленных ключей соединена анодами между собой и подключена к выводу нагрузки, к которому подключен узел соединения катодов первой группы, а катодами поочередно подключена к выводам конденсаторов, начиная с первого, один управляемый однонаправленный ключ одним вывод подключен к нагрузке в узле соединения обоих подгрупп управляемых однонаправленных ключей, а вторым выводом к последнему конденсатору.In addition, an alternating voltage regulator is known (described in patent RU 2726946 C1, alternating voltage regulator, authors: Grishanov Evgeniy Valerievich, Udovichenko Alexey Vyacheslavovich. Published: 07.17.2020 Bulletin No. 20), which is a prototype of the proposed invention, which contains a group of controlled bidirectional switches (thyristors or transistors) capacitors, a group of controlled bidirectional switches are connected to these capacitors, so that capacitors are connected in series, the groups of controlled bidirectional switches are divided into two subgroups of controlled unidirectional switches, with one subgroup controlled unidirectional switches are connected by cathodes to each other and connected to one load terminal, and by anodes alternately connected to the capacitor terminals, starting with the first, the remaining capacitor terminal is connected to another load terminal, the second subgroup controlled unidirectional switches are connected by anodes to each other and connected to the load terminal to which the connection node for the cathodes of the first group is connected, and the cathodes are alternately connected to the terminals of the capacitors, starting from the first, one controlled unidirectional switch with one output connected to the load in the connection node of both subgroups of controlled unidirectional switches keys, and the second output to the last capacitor.
В указанном регуляторе переменного напряжения существенным недостатком является то, что отсутствует возможность повышения напряжения в пределах зоны регулирования в случае просадки сети, что существенно снижает показатели качества регулируемого напряжения.A significant drawback of this AC voltage regulator is that there is no possibility of increasing the voltage within the regulation zone in the event of a network sag, which significantly reduces the quality indicators of the regulated voltage.
Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является повышение напряжения в пределах зоны регулирования в случае просадки сети на входе регулятора переменного напряжения, за счет введения дополнительных конденсаторов подключенных с помощью управляемых двунаправленных ключей параллельно, которые обеспечивают возможность повышение напряжения в пределах зоны регулирования.The objective (technical result) of the proposed invention is to increase the voltage within the regulation zone in the event of a network sag at the input of the AC voltage regulator, by introducing additional capacitors connected in parallel using controlled bidirectional switches, which provide the ability to increase the voltage within the regulation zone.
Поставленная задача достигается тем, что регулятор переменного напряжения, содержит конденсаторов соединённых последовательно и конденсаторов соединенных с помощью управляемых двунаправленных ключей, группу управляемых двунаправленных ключей, которая состоит из управляемых двунаправленных ключей для зонного регулирования и управляемых двунаправленных ключей для уровневого регулирования. Группа управляемых двунаправленных ключей разделена на две подгруппы управляемых однонаправленных ключей. Два управляемых двунаправленных ключа из группы соединены последовательно и установлены последовательно между двумя крайними конденсаторами из группы , крайним выводом один ключ соединен с последним конденсатором, и крайним выводом второй ключ соединен с предыдущим конденсатором. К узлу соединения первых двух конденсаторов из группы между собой, а также к узлу соединения предпоследнего конденсатора из группы и первого ключа из группы соединенных последовательно одним выводом подключены управляемые однонаправленные ключи. К оставшимся выводам управляемых однонаправленных ключей подключен одним выводом управляемый двунаправленный ключ из группы . Оставшимся выводом управляемый двунаправленный ключ подключен к крайнему конденсатору из группы . Последний конденсатор из группы оставшимся выводом подключен к узлу соединения конденсатора предпоследнего конденсатора из группы и управляемого двунаправленного ключа из группы соединенных последовательно. Управляемые двунаправленные ключи из группы из группы , также соединены последовательно. Управляемый двунаправленный ключ оставшимся выводом подключен к последнему конденсатору из группы , второй управляемый двунаправленный ключ из группы подключен к узлу соединения крайнего конденсатора и управляемого двунаправленного ключа 11. К узлу соединения управляемых двунаправленных ключей из группы подключен предпоследний конденсатор из группы . Управляемый двунаправленный ключ из группы одним выводом подключен к узлу соединения управляемого двунаправленного ключа из группы и последнего конденсатора из группы , а другим выводом к оставшемуся выводу предпоследнего конденсатора из группы и узлу соединения управляемых двунаправленных ключей установленных перед крайним конденсатором из группы . Управляемый двунаправленный ключ из группы одним выводом подключен к узлу соединения управляемых двунаправленных ключей соединенных последовательно из группы и предпоследнего конденсатора из группы , а другим выводом к оставшемуся выводу крайнего конденсатора из группы и узлу соединения этого конденсатора и управляемого двунаправленного ключа. Нагрузка одним выводом подключена к узлу соединения первого конденсатора из группы и к сети, а вторым выводом к узлу соединения управляемых однонаправленных ключей и управляемого двунаправленного ключа из группы .The goal is achieved by the fact that the AC voltage regulator, contains capacitors connected in series and capacitors connected using controlled bidirectional switches, a group of controlled bidirectional switches, which consists of managed bidirectional keys for zone regulation and managed bidirectional keys for level regulation. Group managed bidirectional keys is divided into two subgroups of managed unidirectional keys. Two managed bidirectional keys from a group connected in series and installed in series between the two outer capacitors of the group , the extreme output of one switch is connected to the last capacitor, and the extreme output of the second key is connected to the previous capacitor. To the connection point of the first two capacitors from the group among themselves, as well as to the connection node of the penultimate capacitor from the group and the first key from the group connected in series with one output, controlled unidirectional switches are connected. A controlled bidirectional key from the group is connected to the remaining pins of the controlled unidirectional keys . The remaining pin connects the controlled bidirectional switch to the outermost capacitor from the group . The last capacitor of the group the remaining pin is connected to the capacitor connection node of the penultimate capacitor from the group and a managed bidirectional key from the group connected in series. Managed bidirectional keys from group from group , are also connected in series. A controlled bidirectional switch with the remaining pin is connected to the last capacitor in the group , the second managed bidirectional key from the group connected to the connection node of the extreme capacitor and the controlled bidirectional switch 11. To the connection node of the controlled bidirectional keys from the group the penultimate capacitor from the group is connected . Managed bidirectional key from group one pin is connected to the connection node of a managed bidirectional key from the group and the last capacitor from the group , and the other terminal to the remaining terminal of the penultimate capacitor from the group and a connection unit for controlled bidirectional switches installed in front of the outermost capacitor from the group . Managed bidirectional key from group one output is connected to the connection node of controlled bidirectional keys connected in series from the group and the penultimate capacitor from the group , and the other terminal to the remaining terminal of the outermost capacitor from the group and the connection point between this capacitor and the controlled bidirectional switch. The load with one terminal is connected to the connection node of the first capacitor from the group and to the network, and the second output to the connection node of managed unidirectional keys and managed bidirectional key from the group .
На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для случая с тремя конденсаторами. На фиг. 2 приведена эпюра напряжения на нагрузке при включении одного конденсатора. На фиг. 3 приведена эпюра напряжения на нагрузке при включении двух конденсаторов. На фиг. 4 приведена эпюра напряжения на нагрузке при включении всех трех конденсаторов.In fig. Figure 1 shows a block diagram of the proposed device for the case with three capacitors. In fig. Figure 2 shows a diagram of the voltage across the load when one capacitor is turned on. In fig. Figure 3 shows a diagram of the voltage across the load when two capacitors are turned on. In fig. Figure 4 shows a diagram of the voltage across the load when all three capacitors are turned on.
Устройство – регулятор переменного напряжения (фиг. 1) содержит конденсаторов, соединённых последовательно и конденсаторов соединенных с помощью управляемых двунаправленных ключей. На фиг. 1 представлен случай с двумя конденсаторами, соединенными последовательно 1, 2 и тремя конденсаторами 3, 4, 5 соединенных с помощью управляемых двунаправленных ключей и последовательно с конденсаторами 1 и 2. Крайними выводами конденсаторов 1 и 5 подключены к питающей сети 6. Также содержит группу управляемых двунаправленных ключей для зонного регулирования и управляемых двунаправленных ключей для уровневого регулирования, в данном случае и . Группа управляемых двунаправленных ключей разбита на две подгруппы управляемых однонаправленных ключей: 7, 8, 9, 10 и оставшийся один управляемый двунаправленный ключ 11. Два управляемых двунаправленных ключа 12 и 13 из группы соединены последовательно и установлены последовательно между конденсаторами 2 и 3, крайним выводом ключ 13 соединен с конденсатором 3, а крайним выводом ключ 12 соединен с конденсатором 2. К узлу соединения конденсаторов 1 и 2 между собой и узлу соединения конденсатора 2 и ключа 12 одним выводом подключены управляемые однонаправленные ключи 7, 8, 9, 10. К оставшимся выводам управляемых однонаправленных ключей 7, 8, 9, 10 подключен одним управляемый двунаправленный ключ 11. Оставшимся выводом управляемый двунаправленный ключ 11 подключен к конденсатору 3. Конденсатор 5 оставшимся выводом подключен к узлу соединения конденсатора 2 и управляемого двунаправленного ключа 12. Управляемые двунаправленные ключи 14 и 15 соединены последовательно. Управляемый двунаправленный ключ 14 оставшимся выводом подключен к конденсатору 5, управляемый двунаправленный ключ 15 подключен к узлу соединения конденсатора 3 и управляемого двунаправленного ключа 11. К узлу соединения управляемых двунаправленных ключей 14 и 15 подключен конденсатор 4. Управляемый двунаправленный ключ 16 одним выводом подключен к узлу соединения управляемого двунаправленного ключа 14 и конденсатора 5, а другим выводом к оставшемуся выводу конденсатора 4 и узлу соединения управляемых двунаправленных ключей 12 и 13. Управляемый двунаправленный ключ 17 одним выводом подключен к узлу соединения управляемых двунаправленных ключей 14 и 15 и конденсатора 4, а другим выводом к оставшемуся выводу конденсатора 3 и узлу соединения конденсатора 3 и управляемого двунаправленного ключа 13. Нагрузка 18 одним выводом подключена к узлу соединения конденсатора 1 и сети 6, а вторым выводом к узлу соединения управляемых однонаправленных ключей 7,8,9,10 и управляемого двунаправленного ключа 11.The device - AC voltage regulator (Fig. 1) contains capacitors connected in series and capacitors connected using controlled bidirectional switches. In fig. 1 shows a case with two capacitors connected in series 1, 2 and three capacitors 3, 4, 5 connected using controlled bidirectional switches and in series with capacitors 1 and 2. The extreme terminals of capacitors 1 and 5 are connected to the supply network 6. Also contains a group managed bidirectional keys for zone regulation and managed bidirectional keys for level regulation, in this case And . Group managed bidirectional keys is divided into two subgroups of managed unidirectional keys: 7, 8, 9, 10 and the remaining one managed bidirectional key 11. Two managed bidirectional keys 12 and 13 from the group connected in series and installed in series between capacitors 2 and 3, the extreme terminal of key 13 is connected to capacitor 3, and the extreme terminal of key 12 is connected to capacitor 2. To the junction of capacitors 1 and 2 with each other and to the junction of capacitor 2 and key 12 are connected with one terminal controlled unidirectional switches 7, 8, 9, 10. One controlled bidirectional switch 11 is connected to the remaining pins of controlled unidirectional keys 7, 8, 9, 10. The controlled bidirectional switch 11 is connected to the capacitor 3 with the remaining pin. Capacitor 5 is connected to the connection node with the remaining pin capacitor 2 and a controlled bidirectional switch 12. Controlled bidirectional switches 14 and 15 are connected in series. The controlled bidirectional switch 14 is connected with the remaining pin to capacitor 5, the controlled bidirectional switch 15 is connected to the connection node of capacitor 3 and the controlled bidirectional key 11. Capacitor 4 is connected to the connection node of the controlled bidirectional keys 14 and 15. The controlled bidirectional key 16 is connected to the connection node with one output controlled bidirectional switch 14 and capacitor 5, and the other output to the remaining output of capacitor 4 and the connection node of controlled bidirectional switches 12 and 13. The controlled bidirectional key 17 is connected with one output to the connection node of controlled bidirectional keys 14 and 15 and capacitor 4, and the other output to the remaining terminal of the capacitor 3 and the connection node of the capacitor 3 and the controlled bidirectional switch 13. The load 18 is connected with one terminal to the connection node of the capacitor 1 and the network 6, and with the second terminal to the connection node of the controlled unidirectional keys 7,8,9,10 and the controlled bidirectional key 11 .
Устройство – регулятор переменного напряжения (Фиг. 1) работает следующим образом. Первоначально рассмотрим случай использования транзисторов в качестве управляемых двунаправленных ключей. В случае использования транзисторов и тиристоров или симисторов конфигурация регулятора та же. При работе с одним конденсатором 1, включается управляемые однонаправленные ключи 9 и 10 остальные выключаются, нагрузка 18, таким образом, подсоединяется к данному конденсатору (Фиг. 2). При работе с двумя конденсаторами 1 и 2, включается управляемые однонаправленные ключи 7 и 8 остальные выключаются, нагрузка 18, таким образом, подсоединяется к данному конденсатору (Фиг. 3). При работе с конденсаторами 1, 2, 3, 4 и 5, включается управляемые двунаправленные ключи 11, 12, 13, 14 и 15 остальные выключаются, нагрузка 18, таким образом, подсоединяется к данным конденсаторам (Фиг. 4). Для поднятия напряжения на максимальный уровень в данном случае на , необходимо отключить управляемые двунаправленные ключи 13 и 15 и включить 17 (Фиг. 5). Для поднятия напряжения на максимальный уровень в данном случае на , необходимо отключить управляемые двунаправленные ключи 12, 13, 14 и 15 и включить 16 и 17 (Фиг. 6). Таким образом, можно заметить, что во время включения зоны регулирования, возможно, осуществить переключение конденсаторов. Следовательно, возможно осуществить баланс напряжения. Это дает возможность резервирования используемых конденсаторов, что повышает надежность работы регулятора.The device - an alternating voltage regulator (Fig. 1) works as follows. First, let's consider the case of using transistors as controlled bidirectional switches. In the case of using transistors and thyristors or triacs, the controller configuration is the same. When working with one capacitor 1, the controlled unidirectional switches 9 and 10 are turned on, the rest are turned off, the load 18 is thus connected to this capacitor (Fig. 2). When working with two capacitors 1 and 2, the controlled unidirectional switches 7 and 8 are turned on, the rest are turned off, the load 18 is thus connected to this capacitor (Fig. 3). When working with capacitors 1, 2, 3, 4 and 5, controlled bidirectional switches 11, 12, 13, 14 and 15 are turned on, the rest are turned off, load 18 is thus connected to these capacitors (Fig. 4). To raise the voltage to the maximum level in this case on , it is necessary to disable managed bidirectional keys 13 and 15 and enable 17 (Fig. 5). To raise the voltage to the maximum level in this case on , you need to disable managed bidirectional keys 12, 13, 14 and 15 and enable 16 and 17 (Fig. 6). Thus, it can be seen that while switching on the control zone, it is possible to switch capacitors. Therefore, it is possible to realize voltage balance. This makes it possible to reserve the used capacitors, which increases the reliability of the regulator.
Рассмотрим случай использования тиристоров в качестве управляемых двунаправленных ключей. При работе с одним конденсатором 1, при положительной полуволне тока при переходе через ноль включается тиристор управляемого однонаправленного ключа 9, который управляются с варьируемым углом остальные выключаются, нагрузка 18, таким образом, подсоединяется к данному конденсатору (Фиг. 2). При отрицательной полуволне тока при переходе через ноль включается тиристор управляемого однонаправленного ключа 10, который управляются с варьируемым углом остальные выключаются, нагрузка 18, таким образом, подсоединяется к данному конденсатору (Фиг. 2). При работе с двумя конденсаторами 1 и 2, при положительной полуволне тока при переходе через ноль включается тиристор управляемого однонаправленного ключа 7, который управляются с варьируемым углом остальные выключаются, нагрузка 18, таким образом, подсоединяется к данному конденсатору (Фиг. 3). При отрицательной полуволне тока при переходе через ноль включается тиристор управляемого однонаправленного ключа 8, который управляются с варьируемым углом остальные выключаются, нагрузка 18, таким образом, подсоединяется к данному конденсатору (Фиг. 3). Let's consider the case of using thyristors as controlled bidirectional switches. When working with one capacitor 1, with a positive half-wave of the current when crossing zero, the thyristor of the controlled unidirectional switch 9 is turned on, which is controlled with a variable angle the rest are turned off, the load 18 is thus connected to this capacitor (Fig. 2). With a negative half-wave of the current when crossing zero, the thyristor of the controlled unidirectional switch 10 is turned on, which is controlled with a variable angle the rest are turned off, the load 18 is thus connected to this capacitor (Fig. 2). When working with two capacitors 1 and 2, with a positive half-wave of current when crossing zero, the thyristor of the controlled unidirectional switch 7 is turned on, which is controlled with a variable angle the rest are turned off, the load 18 is thus connected to this capacitor (Fig. 3). With a negative half-wave of the current when crossing zero, the thyristor of the controlled unidirectional switch 8 is turned on, which is controlled with a variable angle the rest are turned off, the load 18 is thus connected to this capacitor (Fig. 3).
При работе с конденсаторами 1, 2, 3, 4 и 5, включается управляемые двунаправленные ключи 11, 12, 13, 14 и 15 остальные выключаются, нагрузка 18, таким образом, подсоединяется к данным конденсаторам (Фиг. 4). Для поднятия напряжения на максимальный уровень в данном случае на , необходимо отключить управляемые двунаправленные ключи 13 и 15 и включить 17 (Фиг. 5). Для поднятия напряжения на максимальный уровень в данном случае на , необходимо отключить управляемые двунаправленные ключи 12, 13, 14 и 15 и включить 16 и 17 (Фиг. 6). Таким образом, можно заметить, что во время включения зоны регулирования, возможно, осуществить переключение конденсаторов. Следовательно, возможно осуществить баланс напряжения. Это дает возможность резервирования используемых конденсаторов, что повышает надежность работы регулятора.When working with capacitors 1, 2, 3, 4 and 5, controlled bidirectional switches 11, 12, 13, 14 and 15 are turned on, the rest are turned off, load 18 is thus connected to these capacitors (Fig. 4). To raise the voltage to the maximum level in this case on , it is necessary to disable managed bidirectional keys 13 and 15 and enable 17 (Fig. 5). To raise the voltage to the maximum level in this case on , you need to disable managed bidirectional keys 12, 13, 14 and 15 and enable 16 and 17 (Fig. 6). Thus, it can be seen that while switching on the control zone, it is possible to switch capacitors. Therefore, it is possible to realize voltage balance. This makes it possible to reserve the used capacitors, which increases the reliability of the regulator.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение напряжения в пределах зоны регулирования в случае просадки сети на входе регулятора переменного напряжения, за счет введения дополнительных конденсаторов подключенных с помощью управляемых двунаправленных ключей параллельно, которые обеспечивают возможность повышение напряжения в пределах зоны регулирования.The technical result of the proposed invention is to increase the voltage within the regulation zone in the event of a network sag at the input of the AC voltage regulator, due to the introduction of additional capacitors connected in parallel using controlled bidirectional switches, which provide the ability to increase the voltage within the regulation zone.