RU36588U1

RU36588U1 - AC voltage stabilizer with comprehensive protection against overvoltage and overheating

Info

Publication number: RU36588U1
Application number: RU2003131467/20U
Authority: RU
Inventors: С.Ф. Грунин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "АТС - КОНВЕРС"
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2004-03-10

Description

Стабилизатор переменного напряжения с комплексной защитой от перенапряжений и перегрева.AC voltage stabilizer with comprehensive protection against overvoltage and overheating.

Настоящее техническое решение относится к области электротехники и предназначено для стабилизации переменного напряжения, преимущественно с дискретным регулированием выходного напряжения посредством коммутации выводов обмоток трансформатора механическими контактами электромагнитных реле, с защитой стабилизатора от перенапряжений и перегрева. Область применения - стабилизаторы переменного напряжения сети переменного тока 220 - 230 В, 50 - 60 Гц.This technical solution relates to the field of electrical engineering and is intended to stabilize an alternating voltage, mainly with discrete regulation of the output voltage by switching the terminals of the transformer windings by mechanical contacts of electromagnetic relays, with the protection of the stabilizer against overvoltage and overheating. A scope - stabilizers of alternating voltage of a network of alternating current 220 - 230 V, 50 - 60 Hz.

При отклонении переменного напряжения электрической сети на входе стабилизатора от номинального напряжения в стабилизаторе вырабатываются сигналы управления электромагнитными реле, контакты которых коммутируют выводы обмоток трансформатора с целью получения на выходе требуемого напряжения. При длительных повышенных напряжениях или при недопустимом перегреве стабилизатор отключается от сети; после прекращения их воздействий восстанавливается исходное рабочее состояние стабилизатора. При кратковременных импульсных перенапряжениях срабатывает быстродействующая защита на ограничителях напряжения, выполненных на варисторах и разрядниках не нарушая работу стабилизатора.When the alternating voltage of the electric network at the input of the stabilizer deviates from the nominal voltage in the stabilizer, control signals of electromagnetic relays are generated, the contacts of which switch the terminals of the transformer windings in order to obtain the required voltage at the output. With prolonged high voltages or with unacceptable overheating, the stabilizer is disconnected from the network; after the termination of their effects, the initial stabilizer working condition is restored. With short-term surge overvoltages, high-speed protection is activated on voltage limiters made on varistors and surge arresters without disturbing the operation of the stabilizer.

Известны устройства дискретного регулирования переменного напряжения посредством коммутации выводов обмоток трансформатора 1 - 5. В частности, регулятор переменного напряжения дискретного действия, который содержит трансформатор с секционированной обмоткой, секции которой соединеныKnown devices for discrete control of alternating voltage by switching the terminals of the windings of transformer 1 to 5. In particular, a variable voltage regulator of discrete action, which contains a transformer with a partitioned winding, the sections of which are connected

DOS131A67DOS131A67

последовательно между собой и с входными выводами, и с микропроцессорным устройством их управления 6.in series with each other and with input terminals, and with a microprocessor control device 6.

Недостатком такого устройства является низкая надежность в условиях перенапряжений в сети, риск выхода из строя как самого стабилизатора, так и подключенной на его выходе нагрузки в случае возможного перегрева регулирующего трансформатора. Это объясняется тем, что они выполнены без применения специальных конструктивных и схемотехнических решений для их защиты при длительном воздействии напряжения с превышением допустимой величины действующего значения входного напряжения в сети и возможного перегрева.The disadvantage of this device is its low reliability under conditions of overvoltage in the network, the risk of failure of both the stabilizer itself and the load connected at its output in the event of a possible overheating of the control transformer. This is due to the fact that they were made without the use of special design and circuit solutions for their protection during prolonged exposure to voltage in excess of the permissible value of the effective value of the input voltage in the network and possible overheating.

Наиболее близким аналогом является стабилизатор переменного напряжения 7.The closest analogue is an AC voltage stabilizer 7.

В нем на входе стабилизатора имеется размыкатель цепи питания при длительных повышенных напряжениях.In it, at the input of the stabilizer, there is a power circuit breaker for prolonged high voltages.

Недостатком такого устройства, наиболее близкого к предлагаемому, является опасность выхода стабилизатора из строя при кратковременных перенапряжениях, во время которых элементы электронных схем как стабилизатора, так и нагрузки, могут выйти из строя до размыкания контактов электромеханического размыкателя.The disadvantage of such a device, which is closest to the proposed one, is the danger of the stabilizer failing during short-time overvoltages, during which the elements of the electronic circuits of both the stabilizer and the load may fail before the contacts of the electromechanical circuit breaker open.

Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в устранении указанных недостатков, в защите самого стабилизатора и подключаемой к нему нагрузки от любых перенапряжений и от перегрева.The task to which this technical solution is directed is to eliminate these drawbacks, to protect the stabilizer itself and the load connected to it from any overvoltage and from overheating.

Технический результат, достигаемый при этом, заключается в повышении надежности стабилизатора и подключаемого к нему оборудования за счет предотвращения сбоев и выхода из строя в процессе эксплуатации.The technical result achieved in this case is to increase the reliability of the stabilizer and the equipment connected to it by preventing malfunctions and failure during operation.

Для решения этой задачи стабилизатор выполнен следующим образом.To solve this problem, the stabilizer is made as follows.

Стабилизатор содержит следующие известные функциональные узлы и элементы.The stabilizer contains the following known functional units and elements.

Средство контроля входного напряжения, вход которого электрически соединен с входными цепями стабилизатора.Means of controlling the input voltage, the input of which is electrically connected to the input circuits of the stabilizer.

Силовой регулировочный трансформатор с коммутируемыми выводами обмоток для регулирования выходного напряжения.Power control transformer with switched winding leads for regulating the output voltage.

Средства коммутации выводов обмоток силового регулировочного трансформатора.Means of switching the terminals of the windings of a power regulating transformer.

Микропроцессорное устройство, первый вход которого соединен с выходом средства контроля входного напряжения, а выходы соединены с цепями управления средствами коммутации выводов обмоток силового регулировочного трансформатора.A microprocessor device, the first input of which is connected to the output of the input voltage control means, and the outputs are connected to the control circuits of the switching means of the terminals of the windings of the power regulating transformer.

Узел защиты стабилизатора от кратковременных импульсных перенапряжений на входе стабилизатора, соединенный с входом стабилизатора и выводом заземления, и содержащий ограничители напряжения на варисторах и разрядниках.The stabilizer protection node against short-term surge surges at the stabilizer input, connected to the stabilizer input and ground terminal, and containing voltage limiters on varistors and arresters.

Признаки, отличающие данный стабилизатор от наиболее близкого к нему известного решения 7 (ближайший аналог), следующие.The signs that distinguish this stabilizer from the closest known solution 7 (the closest analogue) are as follows.

Дополнительно введен узел защиты стабилизатора от превышения допустимой температуры и от воздействия напряжений, действующее значение которых превышает допустимую величину.In addition, a stabilizer protection unit against exceeding the permissible temperature and from the influence of voltages, the effective value of which exceeds the permissible value, was introduced.

Вход контактной системы соединен с выходом узла защиты стабилизатора от кратковременных импульсных перенапряжений, а выход - через средства коммутации выводов обмоток силового регулировочного трансформатора имеет электрическую связь с первичной обмоткой силового регулировочного трансформатора. Цепь питания обмотки защитного электромагнитного реле соединена с выходом микропроцессорного устройства, управляющего включением и выключением этого реле.The input of the contact system is connected to the output of the stabilizer protection node against short-term surge surges, and the output, through the means of switching the terminals of the windings of the power control transformer, is in electrical communication with the primary winding of the power control transformer. The power circuit of the protective electromagnetic relay winding is connected to the output of a microprocessor device that controls the on and off of this relay.

Кроме того, узел защиты стабилизатора от превышения допустимой температуры и от длительных повышенных напряжений включает в себя дополнительный источник питания защитного электромагнитного реле и микропроцессорного устройства. Дополнительный источник питания предназначен для питания защитного электромагнитного реле и микропроцессорного устройства в следующих случаях:In addition, the node to protect the stabilizer from exceeding the permissible temperature and from prolonged high voltages includes an additional power supply of a protective electromagnetic relay and a microprocessor device. An additional power source is designed to power a protective electromagnetic relay and a microprocessor device in the following cases:

при запуске стабилизатора;when starting the stabilizer;

при разомкнутых контактах защитного электромагнитного реле при воздействии длительных повышенных напряжений;with open contacts of the protective electromagnetic relay when exposed to prolonged high voltages;

при разомкнутых контактах защитного электромагнитного реле вследствие превышения допустимой температуры силового регулировочного трансформатора.when the contacts of the protective electromagnetic relay are open due to exceeding the permissible temperature of the power control transformer.

Дополнительный источник питания включает в себя стойкий к перенапряжениям пусковой трансформатор защиты с первым термочувствительным средством защиты его от перегрева током, протекающим при воздействии длительных повышенных напряжений, и первый выпрямитель.An additional power supply includes an overvoltage-resistant starting transformer of protection with the first heat-sensitive means of protecting it from overheating by the current flowing under the influence of prolonged high voltages, and a first rectifier.

Первичная обмотка пускового трансформатора защиты через электрически соединенное последовательно с ней первое термочувствительное средство защиты его от перегреваThe primary winding of the starting protection transformer through the first heat-sensitive means of protecting it from overheating electrically connected in series with it

подсоединена к цепям, находящимся между входными выводами стабилизатора и входом контактной системы защитного электромагнитного реле.connected to circuits located between the input terminals of the stabilizer and the input of the contact system of the protective electromagnetic relay.

К вторичной обмотке пускового трансформатора защиты подсоединен вход первого выпрямителя дополнительного источника питания.The input of the first rectifier of an additional power source is connected to the secondary winding of the starting protection transformer.

Входные цепи силового регулировочного трансформатора электрически соединены с входом стабилизатора через последовательно соединенные контактную систему защитного электромагнитного реле и узел защиты от кратковременных импульсных перенапряжений.The input circuits of the power regulating transformer are electrically connected to the input of the stabilizer through a series-connected contact system of a protective electromagnetic relay and a node for protection against short-term surge surges.

Кроме того, силовой регулировочный трансформатор содержит обмотку, к которой подсоединен второй выпрямитель для питания микропроцессорного устройства и обмотки защитного электромагнитного реле в нормальном режиме работы при отсутствии перенапряжений.In addition, the power regulating transformer contains a winding to which a second rectifier is connected to power the microprocessor device and the winding of the protective electromagnetic relay in normal operation in the absence of overvoltage.

Кроме того, силовой регулировочный трансформатор содержит второе термочувствительное средство, предназначенное для защиты этого трансформатора от недопустимого перегрева, и подключенное к второму входу микропроцессорного устройства с целью управления отключением цепи питания подсоединенной к выходу микропроцессорного устройства обмотки защитного электромагнитного реле при перегреве силового регулировочного трансформатора.In addition, the power control transformer contains a second heat-sensitive means designed to protect this transformer from unacceptable overheating, and is connected to the second input of the microprocessor device in order to control the disconnection of the power circuit of the protective electromagnetic relay winding connected to the output of the microprocessor device when the power control transformer overheats.

Микропроцессорное устройство помимо схемы управления средствами коммутации выводов обмоток силового регулировочного трансформатора содержит следующие схемы:The microprocessor device in addition to the control circuit of the switching means of the terminals of the windings of the power regulating transformer contains the following circuits:

защитного электромагнитного реле при превышении допустимой величины действующего значения напряжения и включением питания после восстановления нормальной величины действующего значения напряжения;a protective electromagnetic relay when the permissible value of the effective voltage value is exceeded and the power is turned on after restoring the normal value of the effective voltage value;

схему управления выключением питания обмотки защитного электромагнитного реле по сигналам термочувствительного средства защиты от недопустимого перегрева силового регулировочного трансформатора и включением питания после восстановления нормальной температуры.a control circuit for turning off the power of the protective electromagnetic relay winding according to the signals of a thermosensitive means of protection against unacceptable overheating of the power regulating transformer and turning on the power after restoring normal temperature.

Помимо этого, введено средство автоматического переключения цепей питания микропроцессорного устройства и защитного электромагнитного реле с целью обеспечения возможности их питания либо от второго выпрямителя с силового регулировочного трансформатора, либо от первого выпрямителя с дополнительного источника питания.In addition, a means of automatically switching the power circuits of the microprocessor device and the protective electromagnetic relay was introduced in order to ensure the possibility of their power supply either from the second rectifier from the power regulating transformer or from the first rectifier from an additional power source.

Один из ее входов подсоединен к выходу первого выпрямителя дополнительного источника питания, а второй вход - к выходу второго выпрямителя силового регулировочного трансформатора. Выход схемы автоматического переключения цепей питания соединен с цепями питания микропроцессорного устройства и обмотки защитного электромагнитного реле.One of its inputs is connected to the output of the first rectifier of the additional power source, and the second input is connected to the output of the second rectifier of the power control transformer. The output of the automatic switching circuit of the power circuits is connected to the power circuits of the microprocessor device and the winding of the protective electromagnetic relay.

Причем схема автоматического переключения цепей питания выполнена с возможностью осуществления переключений таким образом, что при включении стабилизатора, или при длительных перенапряжениях на входе стабилизатора, или при перегреве силового регулировочного трансформатора питание с ее выхода на микропроцессорное устройство и обмотки защитного электромагнитного реле поступает от первого выпрямителя сMoreover, the automatic switching circuit of the power circuits is configured to switch in such a way that when the stabilizer is turned on, or during prolonged overvoltages at the stabilizer input, or when the power regulating transformer overheats, the power from its output to the microprocessor device and the protective electromagnetic relay windings comes from the first rectifier with

дополнительного источника питания, а при нормальных условиях работы - от второго выпрямителя с силового регулировочного трансформатора.additional power source, and under normal operating conditions - from the second rectifier from the power regulating transformer.

Совокупность примененных технических решений обеспечивает комплексную защиту стабилизатора от импульсных перенапряжений, от длительного превышения действующего значения входного напряжения относительно предельной допустимой величины, и от перегрева функциональных узлов стабилизатора.The set of applied technical solutions provides comprehensive protection of the stabilizer from surge surges, from prolonged exceeding of the effective value of the input voltage relative to the maximum permissible value, and from overheating of the functional components of the stabilizer.

Благодаря этому при возникновении длительного повышенного напряжения сети на входе стабилизатора обеспечивается аварийное отключение цепей питания регулировочного трансформатора. При перегреве регулировочного трансформатора также обеспечивается аварийное отключение цепей его питания. А в случае перегрева пускового трансформатора защиты вследствие длительного повышенного напряжения сети на входе стабилизатора обеспечивается аварийное отключение цепей питания и пускового трансформатора. Опасное повышенное напряжение на выход стабилизатора и на нагрузку в этих случаях не поступает. При кратковременных импульсных перенапряжениях срабатывает быстродействующая защита от импульсных перенапряжений; в этом случае процесс стабилизации не нарушается и стабилизированное напряжение поступает на выход.Due to this, when a long overvoltage occurs at the input of the stabilizer, an emergency shutdown of the supply circuits of the regulating transformer is provided. When the control transformer is overheated, an emergency shutdown of its power circuits is also provided. And in case of overheating of the starting protection transformer due to a prolonged increased voltage of the network at the input of the stabilizer, an emergency shutdown of the power supply and starting transformer is provided. Dangerous increased voltage is not supplied to the output of the stabilizer and to the load in these cases. With short-term surge surges, high-speed surge protection is activated; in this case, the stabilization process is not violated and the stabilized voltage is output.

На чертеже приведена электрическая схема стабилизатора, на которой приняты следующие обозначения.The drawing shows the electrical circuit of the stabilizer, which adopted the following notation.

1,2- выводы для подсоединения входного напряжения сети;1,2- conclusions for connecting the input voltage;

3 - вывод для подключения заземления;3 - output for grounding;

6- силовой регулировочный трансформатор;6- power regulation transformer;

7- обмотка выходного напряжения стабилизатора;7- winding of the output voltage of the stabilizer;

8- коммутируемая регулировочная обмотка;8-switched adjusting winding;

9- обмотка питания основного выпрямителя;9- power winding of the main rectifier;

10, 11 - электромагнитные реле регулирования выходного напряжения;10, 11 - electromagnetic relay control output voltage;

12- микропроцессорное устройство;12 - microprocessor device;

13- основной выпрямитель для питания микропроцессорного устройства и обмоток реле;13- main rectifier for powering a microprocessor device and relay windings;

14- средство контроля входного напряжения;14- input voltage control means;

15- узел защиты от кратковременных импульсных перенапряжений;15- node protection against short-term surge surges;

16- защитное электромагнитное реле с нормально разомкнутыми контактами16- protective electromagnetic relay with normally open contacts

17- второе термочувствительное средство17- second heat-sensitive means

18- пусковой трансформатор защиты;18- starting protection transformer;

19- первое термочувствительное средство;19 - the first heat-sensitive means;

20- первичная обмотка пускового трансформатора защиты;20- primary winding of the starting protection transformer;

21- вторичная обмотка пускового трансформатора защиты;21- secondary winding of the starting protection transformer;

22- первый выпрямитель;22 - the first rectifier;

23- средство автоматического переключения цепей питания;23- means for automatically switching power circuits;

Стабилизатор переменного напряжения с защитой от повышенных напряжений содержит 5 основных выводов для подсоединения к внешним электрическим цепям. Выводы 1,2входные, предназначены для подсоединения стабилизатора к напряжению сети; вывод 3 предназначен для подключения заземления; выводы 4, 5 - предназначены для подсоединения нагрузки к выходному напряжению стабилизатора.Overvoltage protection AC voltage stabilizer contains 5 main terminals for connection to external electrical circuits. Terminals 1,2 input, designed to connect the stabilizer to the mains voltage; pin 3 is for grounding; conclusions 4, 5 - are designed to connect the load to the output voltage of the stabilizer.

Регулировочный трансформатор 6 предназначен для дискретного регулирования выходного напряжения.Regulating transformer 6 is designed for discrete regulation of the output voltage.

Обмотка 7 соединена с выходными выводами 4, 5 выходного напряжения стабилизатора.The winding 7 is connected to the output terminals 4, 5 of the output voltage of the stabilizer.

Регулировочная обмотка 8 предназначена для регулирования выходного напряжения путем подключения ее к обмотке 7 согласно или встречно, и напряжения на них при этом синфазны или в противофазе.The adjustment winding 8 is designed to regulate the output voltage by connecting it to the winding 7 in accordance with or counterclockwise, and the voltage on them is in phase or out of phase.

Обмотка 9 предназначена для питания основного выпрямителя.The winding 9 is designed to power the main rectifier.

Выводы обмотки 8 соединены с переключающими контактами электромагнитного реле 10. Переключаемые контакты реле 10 соединены с выводом обмотки 7, подключенным к выходному выводу 4 стабилизатора, а также соединены с нормально разомкнутым переключаемым контактом реле 11. Реле 10, 11 включают в себя также средства коммутации - подключения и отключения - цепей питания их обмоток, например, транзисторные ключи. Реле 10, 11 являются средствами коммутации выводов обмоток силового регулировочного трансформатора.The conclusions of the winding 8 are connected to the switching contacts of the electromagnetic relay 10. The switched contacts of the relay 10 are connected to the output of the winding 7 connected to the output terminal 4 of the stabilizer, and are also connected to the normally open switched contact of the relay 11. Relays 10, 11 also include switching means - connecting and disconnecting - power circuits of their windings, for example, transistor switches. Relays 10, 11 are means for switching the terminals of the windings of a power regulating transformer.

Микропроцессорное устройство 12 предназначено для управления средствами коммутации выводов обмоток силового регулировочного трансформатора; его первый и второй выходы соединены с входными цепями средств коммутации выводов обмоток силового регулировочного трансформатора - реле 10, 11. Микропроцессорное устройство 12 включает в себя собственно микропроцессор или микроконтроллер с необходимыми для его функционирования деталями, согласующими входными элементами и выходными усилителями для подсоединяемой нагрузки.The microprocessor device 12 is designed to control switching means of the terminals of the windings of the power regulating transformer; its first and second outputs are connected to the input circuits of the means of switching the terminals of the windings of the power regulating transformer - relay 10, 11. The microprocessor device 12 includes the microprocessor itself or the microcontroller with the parts necessary for its functioning, matching input elements and output amplifiers for the connected load.

Основной выпрямитель 13 предназначен для питания микропроцессорного устройства 12 и обмоток реле 10, 11The main rectifier 13 is designed to power the microprocessor device 12 and the relay windings 10, 11

регулирования выходного напряжения, и соединен входом с выводами обмотки 9 силового регулировочного трансформатора 6.regulation of the output voltage, and is connected by an input to the terminals of the winding 9 of the power control transformer 6.

Первый вход микропроцессорного устройства 12 соединен с выходом средства контроля входного напряжения 14; с этого выхода на первый вход микропроцессорного устройства 12 подается нормированный сигнал, совместимый по уровню с входом микропроцессорного устройства 12. Входы средства контроля напряжения 14 электрически связаны с входными выводами 1,2 стабилизатора через электрические цепи, имеющие соединение с входными выводами стабилизатора, в частности, через узел защиты стабилизатора от кратковременных импульсных перенапряжений 15, подсоединенный к входным выводам 1, 2 и выводу заземления 3. Узел защиты от кратковременных импульсных перенапряжений 15 выполнен в виде параллельного ограничителя напряжения на варисторах и разрядниках.The first input of the microprocessor device 12 is connected to the output of the input voltage control means 14; from this output to the first input of the microprocessor device 12 a normalized signal is supplied that is compatible in level with the input of the microprocessor device 12. The inputs of the voltage control device 14 are electrically connected to the input terminals 1,2 of the stabilizer through electrical circuits connected to the input terminals of the stabilizer, in particular through the node to protect the stabilizer from short-term surge overvoltage 15, connected to the input terminals 1, 2 and the ground terminal 3. The node to protect against short-term surge overvoltage s 15 configured as a voltage limiter in parallel varistor and arresters.

Узел защиты стабилизатора от длительного превышения действующего значения входного напряжения относительно предельной допустимой величины и от превышения допустимой температуры силового регулировочного трансформатора в качестве исполнительного элемента содержит защитное электромагнитное реле 16, контактная система которого имеет нормально разомкнутые контакты. Для управления состоянием реле 16 служит микропроцессорное устройство 12, к третьему выходу которого, управляющему включением и выключением питания обмотки реле 16, подсоединена цепь питания обмотки этого реле, которая может быть подсоединена, в зависимости от параметров этого реле, либо через промежуточный усилитель, либо непосредственно, еслиThe stabilizer protection unit from prolonged exceeding of the effective value of the input voltage relative to the maximum permissible value and from exceeding the permissible temperature of the power control transformer as an actuator contains a protective electromagnetic relay 16, the contact system of which has normally open contacts. To control the state of relay 16, a microprocessor device 12 is used, to the third output of which, controlling the on and off power of the relay coil 16, a relay coil power circuit is connected, which can be connected, depending on the parameters of this relay, either through an intermediate amplifier or directly , if

микропроцессорное устройство 12 включает в себя соответствующие усилители.microprocessor device 12 includes appropriate amplifiers.

Вход контактной системы защитного электромагнитного реле 16 соединен с выходом узла защиты от кратковременных импульсных перенапряжений 15, а входные выводы последнего соединены с входными выводами 1, 2 и выводом 3 для заземления.The input of the contact system of the protective electromagnetic relay 16 is connected to the output of the node for protection against short-term surge surges 15, and the input terminals of the latter are connected to the input terminals 1, 2 and terminal 3 for grounding.

Для питания защитного электромагнитного реле 16 и микропроцессорного устройства 12 в период пуска стабилизатора и при возникновении аномальных условий (длительные перенапряжения, перегрев) введен дополнительный источник питания. Он содержит стойкий к перенапряжениям пусковой трансформатор защиты 18с первым термочувствительным средством 19, предназначенным для защиты этого трансформатора от перегрева током, протекающим при воздействии длительных повышенных напряжений. Первый вывод выхода термочувствительного средства 19 соединен с первым выходным выводом узла защиты от кратковременных импульсных перенапряжений 15. Второй вывод выхода термочувствительного средства 19 соединен с первым выводом первичной обмотки 20 пускового трансформатора защиты 18, а второй вывод первичной обмотки 20 соединен с вторым выходным выводом узла защиты от кратковременных импульсных перенапряжений 15.To power the protective electromagnetic relay 16 and the microprocessor device 12 during the start of the stabilizer and in the event of abnormal conditions (prolonged overvoltage, overheating), an additional power source is introduced. It contains an overvoltage-resistant starting protection transformer 18c with the first heat-sensitive means 19, designed to protect this transformer from overheating by the current flowing under the influence of prolonged high voltages. The first output terminal of the heat-sensitive means 19 is connected to the first output terminal of the transient protection unit 15. The second output terminal of the heat-sensitive means 19 is connected to the first terminal of the primary winding 20 of the starting protection transformer 18, and the second terminal of the primary winding 20 is connected to the second output terminal of the protection unit from short-term surge surges 15.

Таким образом, первичная обмотка 20 пускового трансформатора защиты 18 через соединенное последовательно с ней первое термочувствительное средство защиты от перегрева 19 подсоединена к цепям, находящимся между входными выводами 1, 2 стабилизатора и входом контактной системы защитного электромагнитного реле 16.Thus, the primary winding 20 of the starting protection transformer 18 is connected through a first heat-sensitive overheating protection device 19 connected in series with it and connected to the circuits located between the input terminals 1, 2 of the stabilizer and the input of the contact system of the protective electromagnetic relay 16.

Выходом трансформатора защиты 18 являются выводы вторичной обмотки 21, и к ним подсоединен вход первого выпрямителя 22 дополнительного источника питания.The output of the protection transformer 18 is the terminals of the secondary winding 21, and the input of the first rectifier 22 of the additional power source is connected to them.

Для управления защитой силового регулировочного трансформатора 6 от недопустимого перегрева использовано второе термочувствительное средство 17, подключенное к второму входу микропроцессорного устройства 12, управляющего отключением цепи питания подсоединенной к его третьему выходу обмотки защитного электромагнитного реле 16 при перегреве трансформатора 6.To control the protection of the power regulating transformer 6 from unacceptable overheating, a second heat-sensitive means 17 is used, connected to the second input of the microprocessor device 12, which controls the disconnection of the power circuit connected to its third output of the protective electromagnetic relay 16 when the transformer 6 is overheated.

Помимо этого введено средство 23 автоматического переключения цепей питания микропроцессорного устройства 12 и защитного электромагнитного реле 16с целью обеспечения возможности их питания либо от второго выпрямителя 17 силового регулировочного трансформатора 6, либо от первого выпрямителя 22 дополнительного источника питания,In addition, a means 23 for automatically switching the power circuits of the microprocessor device 12 and the protective electromagnetic relay 16c was introduced to ensure that they can be powered either from the second rectifier 17 of the power regulating transformer 6, or from the first rectifier 22 of an additional power source,

и один из ее входов подсоединен к выходу второго выпрямителя 17 силового регулировочного трансформатора 6, а второй вход подсоединен к выходу первого выпрямителя 22 дополнительного источника питания.and one of its inputs is connected to the output of the second rectifier 17 of the power regulating transformer 6, and the second input is connected to the output of the first rectifier 22 of an additional power source.

К выходу средства автоматического переключения цепей питания соединены цепи питания микропроцессорного устройства 12, цепи питания обмотки защитного электромагнитного реле 16, а также цепи питания обмоток электромагнитных реле регулирования выходного напряжения 10, 11.To the output of the means for automatically switching the power circuits are connected the power circuits of the microprocessor device 12, the power circuits of the windings of the protective electromagnetic relay 16, as well as the power circuits of the windings of the electromagnetic relay controlling the output voltage 10, 11.

Средство автоматического переключения цепей питания 23 выполнено с возможностью переключений таким образом, что при включении стабилизатора, или при длительных перенапряжениях на входе стабилизатора, или при перегреве силового регулировочногоThe means for automatically switching the power supply circuits 23 is made with the possibility of switching in such a way that when the stabilizer is turned on, or during prolonged overvoltages at the input of the stabilizer, or when the power adjustment overheats

..

трансформатора 6 питание на микропроцессорное устройство 12 и обмотку защитного электромагнитного реле 16 поступает от первого выпрямителя 22 дополнительного источника питания, а при нормальных условиях работы - от второго выпрямителя 13 силового регулировочного трансформатора. В частном случае это может быть реализовано установкой на выходе основного стабилизированного выпрямителя 13 напряжения более высокого, чем на выходе первого выпрямителя 22, и применением на входах средства автоматического переключения цепей питания 23 разделительных диодов, первые выводы которых соединены с выходами выпрямителей 13 и 22, а вторые выводы соединены, образуя выход этого автоматического переключателя.transformer 6, the power to the microprocessor device 12 and the winding of the protective electromagnetic relay 16 comes from the first rectifier 22 of the additional power source, and under normal operating conditions, from the second rectifier 13 of the power control transformer. In the particular case, this can be achieved by installing at the output of the main stabilized rectifier 13 a voltage higher than that at the output of the first rectifier 22, and using the input means of automatic switching of the power supply circuit 23 of dividing diodes, the first terminals of which are connected to the outputs of rectifiers 13 and 22, and the second leads are connected, forming the output of this automatic switch.

Стабилизатор работает следующим образом.The stabilizer works as follows.

При включении стабилизатора напряжение, поступающее на входы 1, 2, через узел защиты от кратковременных импульсных перенапряжений 15 поступает на пусковой трансформатор защиты 18. Контакты защитного электромагнитного реле 16 разомкнуты, напряжение на силовой регулировочный трансформатор 6 не поступает. Питание на микропроцессорное устройство 12 и первый вывод обмотки защитного электромагнитного реле 16 поступает через средство автоматического переключения цепей питания 23 от первого выпрямителя 22 дополнительного источника питания. На первый вход микропроцессорного устройства 12 поступает сигнал от средства контроля входного напряжения 14. По результатам обработки этого сигнала микропроцессорное устройство 12 выдает сигналы управления коммутацией реле 10 и 11. После установки контактов реле 10, 11 в состояние, соответствующее стабилизированному напряжению на выходе стабилизатора, и при отсутствии сигнала с второгоWhen the stabilizer is turned on, the voltage supplied to the inputs 1, 2, through the protection unit against short-term surge surges 15 is supplied to the starting protection transformer 18. The contacts of the protective electromagnetic relay 16 are open, the voltage to the power control transformer 6 is not supplied. The power to the microprocessor device 12 and the first output of the winding of the protective electromagnetic relay 16 is supplied through means for automatically switching the power circuits 23 from the first rectifier 22 of the additional power source. The first input of the microprocessor device 12 receives a signal from the input voltage control means 14. According to the results of processing this signal, the microprocessor device 12 generates switching control signals for relays 10 and 11. After setting the contacts of relays 10, 11 to the state corresponding to the stabilized voltage at the output of the stabilizer, and in the absence of a signal from the second

термочувствительного средства 17 о перегреве силового регулировочного трансформатора 6, а также при условии, что вычисленное микропроцессорным устройством 12 действующее значение входного напряжения сети не превышает допустимой величины, с третьего выхода микропроцессорного устройства 12 поступает сигнал включения защитного электромагнитного реле 16. Нормально разомкнутые контакты защитного электромагнитное реле 16 замыкаются и через уже установленные в требуемые состояния контактные системы электромагнитных реле регулирования выходного напряжения 10, 11 на обмотке 7 силового регулировочного трансформатора 6 и на выводах 4, 5 появляется выходное стабилизированное напряжение.thermosensitive means 17 about overheating of the power regulating transformer 6, and also provided that the effective value of the input voltage of the network calculated by the microprocessor device 12 does not exceed the permissible value, the enable signal of the protective electromagnetic relay 16 is received from the third output of the microprocessor device 12. Normally open contacts of the protective electromagnetic relay 16 are closed and through already installed in the required state contact systems of electromagnetic regulation relays exit -frequency voltage 10, 11 on the winding 7 of the transformer circuit across the terminals 6 and 4, 5 receive the output stabilized voltage.

При напряжении, поступающем на вход 1, 2 стабилизатора, не превышающем допустимого, контакты реле 16 замкнуты, и при изменениях входного напряжения регулирование выходного напряжения осуществляется коммутацией выводов обмотки 8 контактами реле 10 после замыкания в реле 11 переключающего контакта с нормально разомкнутым контактом. И при необходимости коммутацией контактами реле 9 выводов обмотки 8 осуществляется повышение или снижение напряжения на выходе стабилизатора выводах 4, 5, так как при этом обмотка 8 подключается к обмотке 7 либо встречно, и тогда напряжение на выходе уменьшается, либо согласно, и тогда напряжение на выходе увеличивается.When the voltage supplied to the input 1, 2 of the stabilizer does not exceed the permissible, the contacts of the relay 16 are closed, and when the input voltage changes, the output voltage is controlled by switching the winding terminals 8 with the relay contacts 10 after the switching contact is closed in the relay 11 with a normally open contact. And if necessary, switching the contacts of the relay 9 of the terminals of the winding 8 increases or decreases the voltage at the output of the stabilizer terminals 4, 5, since in this case the winding 8 is connected to the winding 7 either counter, and then the output voltage decreases, or according to, and then the voltage to output increases.

При номинальном напряжении сети обмотка 8 трансформатора 6 не задействована, реле 11 и 11 обесточены.At the rated voltage of the network, the winding 8 of the transformer 6 is not involved, the relays 11 and 11 are de-energized.

в микропроцессорном устройстве 12 вырабатывается сигнал управления средствами коммутации цепей питания обмоток реле 10, 11. Аналого-цифровые преобразователи микропроцессорного устройства управления 12 преобразуют сигналы, пропорциональные напряжению в цифровую форму.in the microprocessor device 12, a control signal is generated for switching the power supply circuits of the relay windings 10, 11. Analog-to-digital converters of the microprocessor control device 12 convert signals proportional to the voltage into digital form.

В микропроцессорном устройстве 12 программным путем определяются действующее значения напряжения, результат сравнивается с величиной соответствующей уставки, и вырабатываются сигналы управления электромагнитными реле.In the microprocessor device 12, the effective voltage values are determined by software, the result is compared with the corresponding setpoint value, and electromagnetic relay control signals are generated.

Далее соответствующие реле со средствами коммутации цепей питания их обмоток переключают необходимые выводы обмоток трансформатора.Further, the corresponding relays with means for switching the power circuits of their windings switch the necessary conclusions of the transformer windings.

В результате этого напряжение на выходных выводах 4, 5, соединенных с обмоткой 7 трансформатора 6, дискретно изменяется до необходимой величины, в пределах допустимых погрешностей. Переключающими контактами реле 10 обмотка 8 соединяется с обмоткой 7 согласно или встречно (синфазно или в противофазе), создавая на выходе пониженное или повышенное относительно входа напряжение.As a result, the voltage at the output terminals 4, 5 connected to the winding 7 of the transformer 6, discretely changes to the required value, within the margin of error. By the switching contacts of the relay 10, the winding 8 is connected to the winding 7 in accordance with or opposite (in phase or out of phase), creating a voltage lower or higher relative to the input.

При восстановлении номинального напряжения сети процесс повторяется и завершается обратным переключением контактов.When the nominal voltage of the network is restored, the process is repeated and completed by reverse contact switching.

В исходном состоянии, при номинальном напряжении, через нормально замкнутые контакты реле 10, 11 напряжение на выход 4, 5 поступает с входа 1, 2 без использования обмотки 8.In the initial state, at rated voltage, through normally closed relay contacts 10, 11, voltage 4, 5 is output from input 1, 2 without using winding 8.

При повышении входного напряжения микропроцессорным устройством 12 осуществляется регулирование выходного напряжения посредством замыкания в реле 11 переключающего контакта с нормально разомкнутым контактом, и через нормальноWhen the input voltage is increased by the microprocessor device 12, the output voltage is regulated by closing a switching contact with a normally open contact in the relay 11, and through normally

/r 3/3/y / r 3/3 / y

замкнутые контакты реле 10 к обмотке 7 подключается обмотка 8. При этом ток протекает с входа 1, 2 через узел защиты от кратковременных импульсных перенапряжений 15, через замкнутые контакты реле 16, и контакты реле 11 и 10 по обмоткам 7, 8, соединенным в данном случае по схеме понижающего автотрансформатора; осуществляется снижение напряжения на выходе стабилизатора 4, 5 до допустимого уровня.the closed contacts of relay 10 to the winding 7 is connected to the winding 8. In this case, the current flows from input 1, 2 through the protection node against short-term surge overvoltage 15, through the closed contacts of the relay 16, and the relay contacts 11 and 10 along the windings 7, 8 connected in this case according to the scheme of a step-down autotransformer; the voltage at the output of the stabilizer 4, 5 is reduced to an acceptable level.

При понижении входного напряжения микропроцессорным устройством 12 осуществляется регулирование выходного напряжения посредством замыкания в реле 11 переключающего контакта с нормально разомкнутым контактом, и посредством замыкания в реле 10 переключающих контактов с нормально разомкнутыми контактами, через эти контакты реле 10, к обмотке 7 подключается обмотка 8 в противоположной полярности. При этом ток протекает по обмоткам 7, 8, соединенным в данном случае по схеме понижающего автотрансформатора. Благодаря этому напряжение на выходе стабилизатора - выводах 4, 5, - повышается до необходимого уровня.When the input voltage is reduced by the microprocessor device 12, the output voltage is regulated by closing the switching contact with the normally open contact in the relay 11, and by switching the relay contacts 10 with the normally open contacts through the relay 10 contacts, winding 8 is connected to the winding 7 in the opposite polarity. In this case, the current flows through the windings 7, 8, connected in this case according to the circuit of a step-down autotransformer. Due to this, the voltage at the output of the stabilizer - conclusions 4, 5, - rises to the required level.

Количество коммутируемых ступеней регулирования, регулировочных обмоток трансформатора и, соответственно, реле, коммутирующих выводы обмоток трансформатора, а также необходимых для этого средств коммутации цепей питания обмоток этих реле, может быть любым. Дополнительные обмотки трансформатора могут быть как изолированными, так и соединенными между собой, образуя автотрансформатор с отводами.The number of switched control steps, adjusting windings of the transformer and, accordingly, relays, switching outputs of the transformer windings, as well as the necessary means for switching the power circuits of the windings of these relays, can be any. Additional transformer windings can be either insulated or interconnected, forming an autotransformer with taps.

При значительных перенапряжениях между выводами 1, 2 или выводом заземления 3 и выводами 1, 2 срабатывают соответствующие разрядники и варисторы узла защиты от кратковременных импульсных перенапряжений 15.With significant overvoltages between pins 1, 2 or ground terminal 3 and pins 1, 2, the corresponding arresters and varistors of the protection node against short-term pulse surges 15 are triggered.

При длительном превышении действующего значения входного напряжения допустимого уровня микропроцессорное устройство 12 отключает питание обмотки реле защиты от длительных повышенных напряжений 16, контакты которого размыкаются и отключают от сети регулировочный трансформатор 6. После прекращения воздействия опасных длительных повышенных напряжений микропроцессорное устройство 12 вновь включает питание обмотки реле защиты от длительных повышенных напряжений 16, контакты которого замыкаются и подключают к сети регулировочный трансформатор, автоматически восстанавливая включенное состояние регулировочного трансформатора 6.If the current value of the input voltage of the acceptable level is exceeded for a long time, the microprocessor device 12 turns off the power supply to the winding of the protection relay against prolonged high voltages 16, the contacts of which open and disconnect the control transformer 6. After the termination of the exposure to dangerous long-term high voltages, the microprocessor device 12 turns on the power to the protection relay winding from prolonged high voltages 16, the contacts of which are closed and connected to the network adjusting trans Mataram, automatically restoring the ON state of the transformer 6.

При превышении допустимой температуры силового регулировочного трансформатора 6 сигналом на выходе термочувствительного средства 17 микропроцессорное устройство 12 управляет отключением цепи питания обмотки подсоединенного к его третьему выходу защитного электромагнитного реле 16. Контакты защитного электромагнитного реле 16 размыкаются и отключают от сети регулировочный трансформатор 6. После прекращения воздействия опасных длительных повышенных напряжений микропроцессорное устройство 12 вновь включает питание обмотки реле защиты от длительных повышенных напряжений 16, контакты которого замыкаются и подключают к сети регулировочный трансформатор 6, автоматически восстанавливая включенное состояние регулировочного трансформатора 6.If the permissible temperature of the power control transformer 6 is exceeded by a signal at the output of the heat-sensitive means 17, the microprocessor device 12 controls the disconnection of the power circuit of the winding of the protective electromagnetic relay 16. The contacts of the protective electromagnetic relay 16 open and disconnect the control transformer 6. After exposure to hazardous prolonged high voltage microprocessor device 12 again turns on the power of the winding of the protection relay from prolonged high voltages 16, the contacts of which are closed and connected to the network regulating transformer 6, automatically restoring the on state of the regulating transformer 6.

При длительном воздействии повышенных напряжений возможен перегрев пускового трансформатора защиты 18 током, протекающим по его обмоткам при воздействии длительных повышенных напряжений. При этом термочувствительное средство 19 защиты его от перегрева отключает первичную обмотку 20 трансформатора 18, предохраняя его от выхода из строя. После восстановления нормальной температуры этого трансформатора термочувствительное средство 19 снова подключает первичную обмотку 20 к цепи ее питания, автоматически восстанавливая включенное состояние трансформатора 18.With prolonged exposure to high voltages, overheating of the starting protection transformer 18 is possible with current flowing through its windings when exposed to prolonged high voltages. In this case, the heat-sensitive means of protecting it from overheating disables the primary winding 20 of the transformer 18, protecting it from failure. After restoration of the normal temperature of this transformer, the heat-sensitive means 19 again connects the primary winding 20 to its power circuit, automatically restoring the on state of the transformer 18.

Достигаемый технический результат заключается в повышении надежности стабилизатора переменного напряжения за счет снижения вероятности отказов стабилизатора и подключенной к нему нагрузки при перегревах, кратковременных и длительных перенапряжениях, обусловленных грозовыми разрядами, бросками напряжения на линиях электропередачи или подстанциях, и другими причинами.The technical result achieved is to increase the reliability of the AC voltage stabilizer by reducing the likelihood of failure of the stabilizer and the load connected to it during overheating, short-term and long-term overvoltages caused by lightning discharges, voltage surges on power lines or substations, and other reasons.

Данное техническое решение может быть использовано в стабилизаторах переменного напряжения для аппаратуры связи, компьютерной техники, для бытовых и промышленных установок.This technical solution can be used in AC voltage stabilizers for communication equipment, computer equipment, for domestic and industrial installations.

с сь/:У1Ч У 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Источники информации. Патент РФ № 2119229, МПК6 Н02М 5/12, G05F 1/253. Способ регулирования напряжения под нагрузкой и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2133977, МПК6 G05F 1/20. Способ переключения ответвлений обмотки трансформатора и устройство для его осуществления. Полезная модель № 18810, МПК7 Н02М 2/22, 5/12. Устройство для ступенчатого регулирования переменного напряжения. Патент РФ № 2188496, МПК7 Н02М 5/12, G05F 1/30. Устройство для ступенчатого регулирования переменного напряжения. Полезная модель № 8847, МПК6 Н02М, 5/22. Стабилизатор переменного напряжения. Патент РФ № 31073, МПК6 Н02М, 5/22. Стабилизатор переменного напряжения с дискретным регулированием. Патент США № 5726561, МПК6 G05F, 1/16. Voltage selection apparatus and methods.with /: U1CH U 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Sources of information. RF patent No. 2119229, IPC6 Н02М 5/12, G05F 1/253. A method of regulating voltage under load and a device for its implementation. RF patent No. 2133977, IPC6 G05F 1/20. The method of switching branches of the transformer winding and a device for its implementation. Utility model No. 18810, MPK7 Н02М 2/22, 5/12. Device for stepwise regulation of alternating voltage. RF patent No. 2188496, IPC7 Н02М 5/12, G05F 1/30. Device for stepwise regulation of alternating voltage. Utility model No. 8847, MPK6 Н02М, 5/22. AC voltage stabilizer. RF patent No. 31073, IPC6 Н02М, 5/22. Discrete regulation AC voltage stabilizer. U.S. Patent No. 5726561, IPC6 G05F, 1/16. Voltage selection apparatus and methods.

Claims

An AC voltage stabilizer with comprehensive protection against overvoltages and overheating, comprising means for controlling the input voltage, the input of which is electrically connected to the input circuits of the stabilizer, a power regulating transformer with switched outputs of the windings for regulating the output voltage, means for switching the outputs of the windings of the power regulating transformer, a microprocessor device, the first the input of which is connected to the output of the input voltage control means, and the outputs are connected to the circuits control means for switching the terminals of the windings of the power regulating transformer, a node for protecting the stabilizer from short-term surge overvoltages at the input of the stabilizer, containing voltage limiters on varistors and arresters, characterized in that an additional node for protecting the stabilizer from exceeding the permissible temperature and from exposure to voltages, the actual value of which exceeds permissible value, made as follows: a protective electromagnetic relay with a contact system is introduced a circuit containing normally open contacts, and the input of the contact system is connected to the output of the stabilizer protection node against short-term surge surges, and the output, through the means of switching the terminals of the windings of the power regulating transformer, is connected to the input circuits of the power regulating transformer, the power supply circuit of the protective electromagnetic relay winding is connected to the microprocessor output the device that controls the on and off of this relay, in addition, the stabilizer protection unit from exceeding to tolerable temperature and from prolonged high voltages includes an additional power source for the said protective electromagnetic relay and a microprocessor device designed to power them in the following cases: when the stabilizer is started, when the contacts of the protective electromagnetic relay are open, when exposed to prolonged high voltages, when the protective contacts are open electromagnetic relay due to exceeding the permissible temperature of the power regulating transformer, and mentioning The additional power supply contains an overvoltage-resistant start-up protection transformer with a first heat-sensitive means of protecting it from overheating by current flowing under the influence of prolonged high voltages, and a first rectifier, the primary winding of the start-up protection transformer through which the first heat-sensitive overheating protection is connected in series circuits located between the input terminals of the stabilizer and the input of the contact system of the protective electromagnetic barely, and to the secondary winding of the starting protection transformer, the input of the first rectifier of the additional power source is connected, the input circuits of the power regulating transformer are connected to the stabilizer input through a series-connected contact system of the protective electromagnetic relay and the stabilizer protection unit against short-term surge surges, in addition, the power regulating transformer contains a winding to which a second rectifier is connected to power the microprocessor device and coils of a protective electromagnetic relay in normal operation in the absence of overvoltage, in addition, the power control transformer contains a second heat-sensitive means designed to protect this transformer from unacceptable overheating and connected to the second input of the microprocessor device in order to control the disconnection of the power circuit connected to the output of the microprocessor device windings of the protective electromagnetic relay during overheating of the power regulating transformer, while m microprocessor device in addition to the control circuit of the switching means of the terminals of the windings of the power regulating transformer contains the following schemes: a circuit for calculating the effective value of the input voltage of the network and controlling the power off of the protective electromagnetic relay winding when the permissible value of the effective voltage is exceeded and the power is turned on after restoring the normal value of the effective voltage value, protective power winding control circuit a relay according to the signals of a thermosensitive means of protection against unacceptable overheating of the power regulating transformer and turning on the power after normal temperature is restored, in addition, a means of automatically switching the power circuits of the microprocessor device and the protective electromagnetic relay is introduced to ensure the possibility of their power supply either from the second rectifier from the power regulating transformer, either from the first rectifier from an additional power source, and one of its inputs connected to the output of the first rectifier of the additional power source, and the second input to the output of the second rectifier of the power regulating transformer, and the output of the automatic switching circuit of the power circuits is connected to the power circuits of the microprocessor device and the winding of the protective electromagnetic relay, and the automatic switching circuit of the power circuits is configured to switching in such a way that when the stabilizer is turned on or during prolonged overvoltages at the stabilizer input, during overheating of the power regulating transformer, the power from its output to the microprocessor device and the windings of the protective electromagnetic relay comes from the first rectifier of the additional power source, and under normal operating conditions - from the second rectifier of the power regulating transformer, thanks to this combination, the application of the technical solution provides comprehensive protection of the stabilizer from pulse overvoltage, from prolonged excess of the effective value of the input voltage But the maximum permissible value and from overheating.