RU74224U1 - Электронный регулятор напряжения переменного тока - Google Patents

Abstract

Полезная модель электронный регулятор напряжения переменного тока относится к электротехнике, а именно к регулятором (стабилизаторам) напряжения переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации напряжения сети переменного тока 380/220 В, 50 Гц для питания переменным током синусоидальной формы сложных электронных устройств, таких как компьютеры и оргтехника, измерительные приборы, мед-техника, кассовые аппараты, аудио- и видеотехника, бытовая техника, а также систем электроснабжения коттеджей, дачных домов в сетях с заземленной нейтралью. Обеспечивает качественное электропитание подключенных приборов в пределах рабочих отклонений и напряжения сети.

Техническим результатом и поставленной задачей является расширение диапазона регулирования, устранение искажений напряжения сети, повышение надежности работы регулятора напряжения переменного тока, снижение его стоимости.

Электронный регулятор напряжения переменного тока, содержащий автотрансформатор, коммутатор, устройство правления регулятором, автоматический выключатель расположенные в корпусе, а также клеммы для подключения к сети и нагрузке, отличающийся тем, что указанное устройство управления регулятором содержит микроконтроллер, входы которого соединены с датчиком входною напряжения, датчиком выходного напряжения, датчиками фаз тока и напряжения, а выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами коммутатора и устройством отображения информации о состоянии регулятора.

Использование устройства управления регулятором, содержащего микроконтроллер позволяет повысить надежность работы за счет значительного уменьшения количества дискретных электронных элементов и обработки значительного числа аварийных ситуаций, также снижается стоимость регулятора напряжения переменного тока. Регулятор напряжения переменного тока позволяет осуществить:

- непрерывный контроль напряжения на входе и выходе;

- непрерывный контроль тока нагрузки;

- автоматическое отключение при аварии;

- непрерывный контроль силовых элементов;

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к регуляторам (стабилизаторам) напряжения переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации однофазного напряжения источника электроэнергии переменного тока.

Известные регуляторы (стабилизаторы) напряжения переменного 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.

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, (см. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 296 с., рис.59, с.238). Недостатками стабилизатора являются низкие надежность и КПД, что препятствует получению технического результата который обеспечивается предлагаемой полезной моделью.

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.

Стабилизатор также содержит транзисторные усилители, электромагнитные реле с переключающими контактами (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2187834, 7 кл. G05F 1 20, 2001). Недостатками стабилизатора являются низкие надежность и КПД, что препятствует получению технического результат., который обеспечивается предлагаемой полезной моделью.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемой полезной модели и является стабилизатор напряжения переменного тока, содержащий трансформатор, коммутатор, выполненный в виде ключей для переключения ответлений 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 к входу и общему выводу автотрансформатора подключен источник литания, а его первый и второй выводы через первый и второй оптосимисторы подключены к первому выходу стабилизатора, вторым выходом которого является общий вывод автотрансформатора.

Устройство управления стабилизатором дополнительно содержит генератор пилообразного напряжения, компаратор, 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 напрежения и входом первого формирователя импульсов управления, второй вход блока питания соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, выход компаратора 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, кп.7 G05F 1/20, 2002).

Недостатками стабилизатора, не позволяющими достигнуть технического результата предлагаемой полезной модели, являются небольшой диапазон

регулирования импульсно - фазовое управление оптосимисторами, приводящее к неизбежным искажениям напряжения сети, что не приемлемо. Этот стабилизатор принят за прототип.

Техническим результатом и поставленной задачей предлагаемой полезной модели является расширение диапазона регулирования, устранение искажений напряжен сети, повышение скорости отработки изменений входного напряжения peгулятором напряжения переменного тока, повышение надежности и снижение его стоимости. Это достигнуто новыми техническими решениями, находящимися причинно-следственной связи с техническими результатом заявленной полезной модели выражается в совокупности нижеследующих существенных признаков.

В уже известном регуляторе напряжения переменного тока, содержащем автотрансформатора, коммутатор, устройство управления регулятором, расположенные в корпусе, так же клеммы для подключения к сети и нагрузке, автоматический выключатель, отличительными от прототипа признаками являются следующие: указанное устройство управления регулятором содержит микроконтроллер входы которого соединены с датчиком входного напряжения, датчиком выходного напряжения, датчиком тока нагрузки и датчиками фаз тока и напряжения, а выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами коммутатора и устройством отображения информации о состоянии регулятора.

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.

Функциональная схема регулятора напряжения переменного тока представлена на фигуре. Регулятор содержит автотрансформатор 1, коммутатор 2, блок токоограничительных резисторов 16, устройство управления регулятором 3, клеммы для подключения к сети и нагрузке 5, автоматический выключатель 6,. Устройство управления регулятором 3 содержит микронтроллер 8, входы которого соединены с датчиком входного напряжения 9, датчиком выходного напряжения 10, датчиком тока нагрузки 11, датчиком синхроимпульсов напряжения 12, датчиком синхроимпульсов тока 13, а выходы микроконтроллера 8 соединены с управляющими

входами коммутатора 2 и устройством отображения информации о состоянии стабилизатора 14. Указанные элементы размещены в корпусе 15.

Коммутатор выполнен как электронный тиристорный блок, состоящий из пар встречно параллельно включенных тиристоров, соединенных через блок ограничительных резисторов с отводами автотрансформатора.

Регулятор напряжения переменного работает следующим образом: входное напряжение с клемм 5 после включения автоматического выключателя 6 поступает на автотрансформатор 1,. Микроконтроллер 8 с помощью датчика входного напряжения 9 производит измерение величины входного напряжения и определяет отвод автотрансформатора, который необходимо подключить к выходной клемме, чтобы напряжение на нагрузке соответствовало номинальному диапазону выходного напряжения. Коммутатор подключает выбранный отвод к выходной клемме, так производится первоначальное включение стабилизатора. Дальнейшая работа стабилизатора происходит следующим образом: при изменении входного напряжения с помощью датчика входного напряжения 9 в номинальном диапазоне устройство управления

регулятором 8 подает команды на управляющие входы коммутатора 2, который переключает отвод автотрансформатора 1, обеспечивая на нагрузке напряжения соответствующее номинальному диапазону выходного напряжения. Точность стабилизации определяется величиной напряжения между соседними отводами автотрансформатора, высокая скорость измерения параметров достигается путем дискретизации измерения входного \tabнапряжения, выходного напряжения, тока нагрузки один период сетевого напряжения, а переключение при переходе фазы тока нагрузки через ноль исключает искажения напряжения сети, что является техническим результатом предлагаемой полезной модели.

Результаты измерений входного и выходного напряжений, мощность, потребляемая нагрузкой, и других вспомогательных параметров микроконтроллер выходит устройство 14 отображения информации о состоянии регулятора. При измерении входного напряжения в номинальном диапазоне устройство управления регулятора 3 подает команды на управляющие входы коммутатора, который отвод автотрансформатора, обеспечивающий на нагрузке напряжение,

соответствующее номинальному диапазону выходного напряжения. Переключение производится после того, как микропроцессор определит с помощью датчика синхроимпульсов тока 13 момент перехода тока нагрузки через ноль. Точность стабилизации определяется величиной напряжения между соседними отводами автотрансформатора, так при 12 отводах автотрансформатора номинальный диапазон входного напряжения составляет от 120 В до 250 В при точности стабилизации ±3%, а переключение при нуле тока нагрузке исключает искажения напряжения сети, что является техническим результатом предлагаемой полезной модели.

В случае выхода величины входного напряжения за пределы рабочего диапазона, который несколько превышает номинальный диапазон, устройство управления регулятором коммутатора отключает все отводы автотрансформатора, участвующие в регулировании, подача выходного напряжения на клеммы прекращается. После нормализации входного напряжения, то есть при входе величины входного напряжения в поминальным, диапозон, устройство управления регулятором возобновляет работу по стабилизированию выходного напряжения. Кроме того, устройства управления регулятором отслеживается ряд аварийных ситуаций, при наступлении которых прекращается подача выходного напряжения на клеммы. Информации об аварийных ситуациях микроконтроллер выводит на устройство отображения информации о состоянии регулятора.

Таким образом, использование устройства управления регулятором, содержащего микроконтроллер, технический результат, позволяет повысить надежность работы за счет значительного уменьшения количества дискретных электронных элементов и обработки значительного числа аварийных ситуаций, также повышает точность измерений и объем отображаемой информации, снижается стоимость регулятором напряжения переменного тока.

Регулятор напряжения переменного тока осуществить:

- непрерывный контроль напряжения на входе и выходе;

- непрерывный контроль тока нагрузки;

- автоматическое отключение при аварии;

- непрерывный контроль исправности силовых элементов;

- цифровую индикацию режимов работы.

Claims (1)

1. Электронный регулятор напряжения переменного тока, содержащий автотрансформатор, коммутатор, устройство управления регулятором, автоматический выключатель, расположенный в корпусе, а также клеммы для подключения к сети и нагрузке, отличающийся тем, что указанное устройство управления регулятором содержит микроконтроль, входы которого соединены с датчиком входного напряжения выходного напряжения, датчиками фаз тока и напряжения, а выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами коммутатора и устройством отображения информации о состоянии регулятора.