RU50691U1

RU50691U1 - AC VOLTAGE STABILIZER

Info

Publication number: RU50691U1
Application number: RU2005123427/22U
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Чернов; Валерий Николаевич Сандаркин; Игорь Васильевич Чернов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие ИНТЕПС"
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2006-01-20

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации напряжения сети переменого тока 380/220 В, 50 Гц для питания переменным током синусоидальной формы сложных электронных устройств, таких как компьютеры и оргтехника, измерительные приборы, медтехника, кассовые аппараты, аудио- и видеотехника, бытовой техники, а также систем электроснабжения коттеджей, дачных домов в сетях с заземленной нейтралью. Обеспечивает качественное электропитание подключенных приборов в пределах рабочих отклонений напряжения сети. Техническим результатом и поставленной задачей является расширение диапазона регулирования, устранение искажений напряжения сети, повышение надежности работы стабилизатора напряжения переменного тока, снижение его стоимости. Стабилизатор содержит автотрансформатор, коммутатор, устройство управления стабилизатором, устройство питания устройства управления стабилизатором, клеммы для подключения к сети и нагрузке, автоматический выключатель, контакт защитного заземления. Устройство управления стабилизатором содержит микроконтроллер, входы которого соединены с датчиком входного напряжения, датчиком выходного напряжения, датчиком тока нагрузки и датчиком синхроимпульсов, а The utility model relates to electrical engineering, namely to AC voltage stabilizers, and is intended for use in power supply systems to stabilize the voltage of an alternating current network 380/220 V, 50 Hz for supplying alternating sinusoidal shape to complex electronic devices, such as computers and office equipment, measuring instruments, medical equipment, cash registers, audio and video equipment, household appliances, as well as power supply systems for cottages, country houses in networks with a grounded neutral. It provides high-quality power supply for connected devices within the limits of operating voltage deviations. The technical result and the task is to expand the control range, eliminate distortion of the mains voltage, increase the reliability of the AC voltage stabilizer, reduce its cost. The stabilizer contains an autotransformer, a switch, a stabilizer control device, a power device for the stabilizer control device, terminals for connecting to the network and the load, a circuit breaker, and a protective earth terminal. The stabilizer control device comprises a microcontroller, the inputs of which are connected to an input voltage sensor, an output voltage sensor, a load current sensor, and a clock sensor, and

выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами коммутатора и устройством отображения информации о состоянии стабилизатора. Использование устройства управления стабилизатором, содержащего микроконтроллер, позволяет повысить надежность работы за счет значительного уменьшения количества дискретных электронных элементов и обработки значительного числа аварийных ситуаций, также повышается точность измерений и объем отображаемой информации, снижается стоимость стабилизатора напряжения переменного тока.the outputs of the microcontroller are connected to the control inputs of the switch and a device for displaying information about the status of the stabilizer. The use of a stabilizer control device containing a microcontroller improves the reliability due to a significant reduction in the number of discrete electronic elements and the processing of a significant number of emergency situations, the measurement accuracy and the amount of displayed information are also increased, and the cost of an AC voltage stabilizer is reduced.

Стабилизатор напряжения переменного тока позволяет осуществить:The AC voltage stabilizer allows you to:

- непрерывный контроль напряжения на входе и выходе;- continuous monitoring of voltage at the input and output;

- непрерывный контроль тока нагрузки;- continuous monitoring of the load current;

- автоматическое отключение при аварии;- automatic shutdown in case of an accident;

- непрерывный контроль силовых элементов;- continuous monitoring of power elements;

- цифровую индикацию режимов работы.- digital indication of operating modes.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам напряжения переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации однофазного напряжения источника электроэнергии переменного тока.The utility model relates to electrical engineering, namely to AC voltage stabilizers, and is intended for use in power supply systems to stabilize a single-phase voltage of an AC electric power source.

Известные стабилизаторы напряжения переменого тока осуществляют стабилизацию за счет механического переключения ответвлений обмоток трансформатора (ступенчатое регулирование) (см. Рогожкин Г.М. и др. Автоматизация систем электроснабжения. Учебник для вузов. - Харьков.: МО СССР, 1985, с.458, рис.8.9). К недостаткам таких стабилизаторов относятся: низкое быстродействие системы управления, относительно большая масса и габариты, малый срок службы.Known AC voltage stabilizers carry out stabilization due to mechanical switching of branches of transformer windings (step regulation) (see Rogozhkin G.M. et al. Automation of power supply systems. Textbook for high schools. - Kharkov .: Moscow USSR, 1985, p. 458, fig.8.9). The disadvantages of such stabilizers include: low speed control system, relatively large mass and dimensions, short life.

Известен стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий автоматический выключатель, а также трансформатор, тиристорные ключи как коммутатор для бесконтактного переключения ответвлений трансформатора и устройство управления стабилизатором, которое содержит блок питания, нуль-орган и формирователь импульсов, размещенные в корпусе, имеющим контакт защитного заземления (см. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 296 с., рис.5.9, с.238). Недостатками стабилизатора являются низкие надежность и КПД, что препятствует получению технического результата, который обеспечивается предлагаемой полезной моделью.A known AC voltage stabilizer containing a circuit breaker, as well as a transformer, thyristor switches as a switch for non-contact switching of transformer branches and a stabilizer control device that contains a power supply, a zero-organ and a pulse shaper placed in a housing having a protective earth contact (see Rozanov, Yu.K. Fundamentals of Power Electronics. - M.: Energoatomizdat, 1992. - 296 p., Fig. 5.9, p. 238). The disadvantages of the stabilizer are low reliability and efficiency, which prevents the technical result, which is provided by the proposed utility model.

Известен стабилизатор переменного напряжения, содержащий трансформатор с основной, дополнительными и измерительной обмотками. Начало основной обмотки является входным и выходным зажимами стабилизатора. Стабилизатор также содержит источники питания и эталонного напряжения, двухполупериодный выпрямитель с RC-фильтром на выходе, компораторы напряжения, инвертирующие входы которых через резисторы соединены с источником эталонного напряжения, а неинвертирующие входы также через резисторы подключены к выходу RC-фильтра. По меньшей мере один из компораторов имеет положительную обратную связь. Стабилизатор также содержит транзисторные усилители, электромагнитные реле с переключающими контактами (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2187834, 7 кл. G 05 F 1/20, 2001). Недостатками стабилизатора являются низкие надежность и КПД, что препятствует получению технического результата, который обеспечивается предлагаемой полезной моделью.Known AC voltage stabilizer containing a transformer with a main, additional and measuring windings. The beginning of the main winding is the input and output terminals of the stabilizer. The stabilizer also contains power sources and a reference voltage, a half-wave rectifier with an RC filter at the output, voltage compilers whose inverting inputs are connected to a reference voltage source through resistors, and non-inverting inputs are also connected to the RC filter output through resistors. At least one of the composers has positive feedback. The stabilizer also contains transistor amplifiers, electromagnetic relays with switching contacts (see the patent of the Russian Federation for the invention RU 2187834, 7 cl. G 05 F 1/20, 2001). The disadvantages of the stabilizer are low reliability and efficiency, which prevents the technical result, which is provided by the proposed utility model.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемой полезной модели является стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий трансформатор, коммутатор, выполненый в виде ключей для переключения ответвлений трансформатора, и устройство управления стабилизатором, которое содержит блок питания, нуль-орган и формирователи импульсов, в качестве трансформатора использован автотрансформатор, а в качестве ключей соответственно - оптосимисторы, причем ко входу и общему выводу автотрансформатора подключен источник питания, а его первый и второй выводы через первый и второй оптосимисторы подключены к первому выходу стабилизатора, вторым выходом которого является общий вывод автотрансформатора, устройство The closest device of the same purpose to the claimed utility model is an AC voltage stabilizer containing a transformer, a switch made in the form of keys for switching branches of the transformer, and a stabilizer control device that contains a power supply, a zero-organ and pulse shapers, as a transformer an autotransformer is used, and optosymistors as keys, respectively, and a power source is connected to the input and the general output of the autotransformer, and e of the first and second terminals through the first and second optosimistory connected to the first output of the stabilizer, the second output of which is the total output of the autotransformer, the device

управления стабилизатором дополнительно содержит генератор пилообразного напряжения, компоратор, где первый и второй входы блока питания подключены к входу и общему выводу автотрансформатора соответственно, первый выход блока питания соединен с входом нуль-органа, выход которого соединен с входом генератора пилообразного напряжения и входом первого формирователя импульсов управления, второй выход блока питания соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, выход компоратора соединен с входом второго формирователя импульсов управления, при этом выходы первого и второго формирователей управления соединены с управляющими входами первого и второго оптосимисторов. Стабилизатор содержит клеммы (входные зажимы 6 и 7, выходные зажимы 10 и 11), автоматический выключатель и контакт защитного заземления (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2216032, кл. 7 G 05 F 1/20, 2002). Недостатками стабилизатора, не позволяющими достигнуть технического результата предлагаемой полезной модели, являются небольшой диапазон регулирования и импульсно-фазовое управление оптосимисторами, приводящее к неизбежным искажениям напряжения сети, что не приемлемо. Этот стабилизатор принят за прототип.the stabilizer control further comprises a sawtooth voltage generator, a compiler, where the first and second inputs of the power supply are connected to the input and the general output of the autotransformer, respectively, the first output of the power supply is connected to the input of the zero-organ, the output of which is connected to the input of the sawtooth voltage generator and the input of the first pulse shaper control, the second output of the power supply is connected to the first input of the comparator, the second input of which is connected to the output of the sawtooth generator, the output to the comporator is connected to the input of the second control pulse shaper, while the outputs of the first and second control shapers are connected to the control inputs of the first and second opto-sims. The stabilizer contains terminals (input terminals 6 and 7, output terminals 10 and 11), a circuit breaker and a protective earth terminal (see patent of the Russian Federation for invention RU 2216032, class 7 G 05 F 1/20, 2002). The disadvantages of the stabilizer, which do not allow to achieve the technical result of the proposed utility model, are a small range of regulation and pulse-phase control of opto-sims, which leads to inevitable distortion of the mains voltage, which is not acceptable. This stabilizer is taken as a prototype.

Техническим результатом и поставленной задачей является расширение диапазона регулирования, устранение искажений напряжения сети, повышение надежности работы стабилизатора напряжения переменного тока, снижение его стоимости.The technical result and the task is to expand the control range, eliminate distortion of the mains voltage, increase the reliability of the AC voltage stabilizer, reduce its cost.

Это достигнуто новыми техническими решениями, находящимися в причинно-следственной связи с техническим результатом. Сущность This has been achieved by new technical solutions that are in a causal relationship with the technical result. Essence

заявленной полезной модели выражается в совокупности нижеследующих существенных признаков.The claimed utility model is expressed in the aggregate of the following essential features.

В уже известном стабилизаторе напряжения переменного тока, содержащем автотрансформатор, коммутатор, устройство управления стабилизатором, устройство питания устройства управления стабилизатором, расположенные в корпусе, так же клеммы для подключения к сети и нагрузке, автоматический выключатель и контакт защитного заземления, отличительными от прототипа признаками являются следующие:In the already known AC voltage stabilizer comprising an autotransformer, a switch, a stabilizer control device, a power supply device of the stabilizer control device located in the housing, also terminals for connecting to the network and the load, a circuit breaker and a protective earth contact, the following features are distinguishing from the prototype: :

- указанное устройство управления содержит микроконтроллер;- the specified control device contains a microcontroller;

- входы микроконтролера соединены с датчиком входного напряжения, датчиком выходного напряжения, датчиком тока нагрузки и датчиком синхроимпульсов;- the inputs of the microcontroller are connected to an input voltage sensor, an output voltage sensor, a load current sensor and a clock sensor;

- выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами коммутатора и устройством отображения информации о состоянии стабилизатора.- the outputs of the microcontroller are connected to the control inputs of the switch and a device for displaying information about the status of the stabilizer.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна тождественная заявляемой совокупность признаков, направленных на достижение поставленной задачи и технического результата, это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию "новизна" полезной модели.According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the identity of the claimed combination of features aimed at achieving the task and technical result, this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution meets the criterion of "novelty" of the utility model.

Функциональная схема стабилизатора напряжения переменного тока представлена на фигуре. Стабилизатор содержит автотрансформатор 1, коммутатор 2, устройство управления 3 стабилизатором, устройство питания 4 устройства управления стабилизатором, клеммы 5 для Functional diagram of an AC voltage stabilizer is shown in the figure. The stabilizer contains an autotransformer 1, a switch 2, a control device 3 stabilizer, a power device 4 control device stabilizer, terminal 5 for

подключения к сети и нагрузке, автоматический выключатель 6, контакт 7 защитного заземления. Устройство управления 3 стабилизатором содержит микроконтроллер 8, входы которого соединены с датчиком 9 входного напряжения, датчиком 10 выходного напряжения, датчиком 11 тока нагрузки и датчиком 12 синхроимпульсов, а выходы микроконтроллера 8 соединены с управляющими входами коммутатора 2 и устройством 13 отображения информации о состоянии стабилизатора. Указанные элементы размещены в корпусе 14. Коммутатор может быть выполнен как электронным, так и электромеханическим, содержащим ламели, соединенные с отводами автотрансформатора, щетки, шаговый двигатель.mains and load connections, circuit breaker 6, terminal 7 of protective earth. The stabilizer control device 3 contains a microcontroller 8, the inputs of which are connected to the input voltage sensor 9, the output voltage sensor 10, the load current sensor 11 and the clock sensor 12, and the outputs of the microcontroller 8 are connected to the control inputs of the switch 2 and the stabilizer status information display device 13. These elements are placed in the housing 14. The switch can be made both electronic and electromechanical, containing lamellas connected to the taps of the autotransformer, brushes, and a stepper motor.

Стабилизатор напряжения переменного тока работает следующим образом. В номинальном режиме работы входное напряжение с клемм 5 после включения автоматического выключателя 6 поступает на автотрансформатор 1, на устройство пититания 4 устройства управления стабилизатором, на датчик 9 входного напряжения и на датчик 12 синхроимпульсов. Микроконтроллер 8 с помощью датчика 9 входного напряжения производит измерение величины входного напряжения и определяет отвод автотрансформатора, который необходимо подключить к выходной клемме, чтобы напряжение на нагрузке соотвествовало номинальному диапазону выходного напряжения. С помощью датчика 12 синхроимпульсов микроконтроллер определяет момент перехода входного напряжения через ноль и подает команду на управляющий вход коммутатора 2. Коммутатор подключает выбранный отвод к выходной клемме. Так производится первоначальное включение стабилизатора напряжения переменного тока. Дальнейшая работа стабилизатора The AC voltage stabilizer operates as follows. In the nominal operating mode, the input voltage from terminals 5 after turning on the circuit breaker 6 is supplied to the autotransformer 1, to the power supply device 4 of the stabilizer control device, to the input voltage sensor 9 and to the sync pulse sensor 12. The microcontroller 8, using the input voltage sensor 9, measures the input voltage and determines the autotransformer tap, which must be connected to the output terminal so that the load voltage corresponds to the rated output voltage range. Using the sensor 12 clock pulses, the microcontroller determines the moment of transition of the input voltage through zero and sends a command to the control input of switch 2. The switch connects the selected tap to the output terminal. This is the initial activation of the AC voltage stabilizer. Further work of the stabilizer

происходит при постоянном контроле микроконтроллера за входным и выходным напряжениями, синхроимпульсами напряжения и тока, током нагрузки с помощью соответствующих датчиков. Результаты измерений вхдного и выходного напряжений, мощность, потребляемая нагрузкой, и ряд других вспомогательных параметров микроконтроллер выводит на устройство 13 отображения информации о состоянии стабилизатора.occurs with constant monitoring of the microcontroller for input and output voltages, voltage and current clock pulses, load current using appropriate sensors. The measurement results of the input and output voltages, the power consumed by the load, and a number of other auxiliary parameters, the microcontroller outputs to the device 13 display information about the status of the stabilizer.

При изменении входного напряжения в номинальном диапазоне устройство управления 3 стабилизатором подает команды на управляющие входы коммутатора, который подключает отвод автотрансформатора, обеспечивающий на нагрузке напряжение, соотвествующее номинальному диапазону выходного напряжения. Переключение производится после того, как микропроцессор определит с помощью датчика 11 тока нагрузки и датчика 12 синхроимпульсов момент перехода тока нагрузки через ноль. Точность стабилизации определяется величиной напряжения между соседними отводами автотрасформатора. Оптимальное количество отводов определяется требуемой точностью стабилизации, номинальным диапазоном входного напряжения, номинальным диапазоном выходного напряжения и масса-габаритными показателями автотрансформатора. Даже при 5-8 отводах автотрансформатора может быть получен номинальный диапазон входного напряжения от 150 В до 260 В при точности стабилизации ±5%, а переключение при нуле тока нагрузки исключает искажения напряжения сети, что яввпяется техническим результатом предлагаемой полезной модели.When the input voltage changes in the nominal range, the stabilizer control device 3 sends commands to the control inputs of the switch, which connects the autotransformer tap, providing a load voltage corresponding to the nominal output voltage range. Switching is performed after the microprocessor determines with the help of the load current sensor 11 and the clock sensor 12 the moment the load current passes through zero. The stabilization accuracy is determined by the magnitude of the voltage between adjacent taps of the autotransformer. The optimal number of taps is determined by the required stabilization accuracy, the nominal range of the input voltage, the nominal range of the output voltage and the mass-dimensional characteristics of the autotransformer. Even with 5-8 autotransformer taps, a nominal input voltage range of 150 V to 260 V can be obtained with a stabilization accuracy of ± 5%, and switching at zero load current eliminates network voltage distortion, which is a technical result of the proposed utility model.

В случае выхода величины входного напряжения за пределы рабочего диапазона, который несколько превышает номинальный диапазон, устройство управления стабилизатором отключает с помощью If the input voltage exceeds the operating range, which slightly exceeds the nominal range, the stabilizer control device turns off with

коммутатора все отводы автотрансформатора, участвующие в регулировании, подача выходного напряжения на клеммы прекращается. После нормализации входного напряжения, то есть при входе величины входного напряжения в номинальный диапазон, устройство управления возобновляет работу по стабилизированию выходного напряжения. Кроме того устройство управления стабилизатором отслеживает ряд аврийных ситуаций, при наступлении которых прекращается подача выходного напряжения на клеммы. Информация о аварийных ситуациях микроконтроллер выводит на устройство отображения информации о состоянии стабилизатора.switch all autotransformer taps involved in the regulation, the output voltage to the terminals is stopped. After normalizing the input voltage, that is, when the input voltage reaches the nominal range, the control device resumes the work on stabilizing the output voltage. In addition, the stabilizer control device monitors a number of emergency situations, when they occur, the output voltage to the terminals stops. Information about emergency situations the microcontroller outputs to the display device information about the status of the stabilizer.

Контакт 7 защитного заземления служит для подключения стабилизатора к заземляющему устройству, что обеспечивает защиту пользователей и обслуживающего персонала от поражения электрическим током при повреждении изоляции.Contact 7 of the protective earth is used to connect the stabilizer to the grounding device, which protects users and maintenance personnel from electric shock if the insulation is damaged.

Таким образом использование устройства управления стабилизатором, содержащего микроконтроллер, как технический результат, позволяет повысить надежность работы за счет значительного уменьшения количества дискретных электронных элементов и обработки значительного числа аварийных ситуаций, также повышается точность измерений и объем отображаемой информации, снижается стоимость стабилизатора напряжения переменного тока.Thus, the use of a stabilizer control device containing a microcontroller, as a technical result, can improve reliability by significantly reducing the number of discrete electronic elements and processing a significant number of emergency situations, the measurement accuracy and the amount of displayed information are also increased, and the cost of an AC voltage stabilizer is reduced.

- непрерывный контроль исправности силовых элементов;- continuous monitoring of the health of power elements;

Claims

An AC voltage stabilizer comprising an autotransformer, a switch, a stabilizer control device, a power device of a stabilizer control device located in the housing, as well as terminals for connecting to a network and a load, a circuit breaker and a protective earth terminal, characterized in that said stabilizer control device comprises a microcontroller whose inputs are connected to an input voltage sensor, an output voltage sensor, a load current sensor, and a sync sensor oimpulsov and microcontroller outputs connected to control inputs of the switch and the device information display state stabilizer.