RU74720U1

RU74720U1 - HIGH PRECISION ELECTRONIC AC VOLTAGE REGULATOR

Info

Publication number: RU74720U1
Application number: RU2008110151/22U
Authority: RU
Inventors: Андрей Иванович Петухов (RU); Андрей Иванович Петухов; Андрей Михайлович Парамонов (RU); Андрей Михайлович Парамонов; Татьяна Михайловна Новикова (RU); Татьяна Михайловна Новикова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью ООО "Энергия"
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2008-07-10

Abstract

Высокоточный электронный регулятор напряжения, содержащий регулировочный блок, устройство управления регулятором, автоматический выключатель, расположенные в корпусе, устройство отображения информации о состоянии регулятора, клеммы для подключения к сети и нагрузке, отличающийся тем, что входы микроконтроллера соединены с датчиком входного напряжения, датчиком выходного напряжения, датчиками фаз тока и напряжения, а выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами коммутаторов точной и грубой регулировки, которые через группы токоограничительных резисторов точной и грубой регулировки переключают отводы автотрансформатора таким образом, чтобы получить на вольтодобавочной обмотке суммирующего трансформатора токи такой величины, которые обеспечивают на основной обмотке суммирующего трансформатора и на нагрузке соответствующее выходное напряжение.A high-precision electronic voltage regulator containing a control unit, a regulator control device, a circuit breaker located in the housing, a device for displaying information about the status of the regulator, terminals for connecting to the network and the load, characterized in that the inputs of the microcontroller are connected to an input voltage sensor, an output voltage sensor , current and voltage phase sensors, and the outputs of the microcontroller are connected to the control inputs of the switches of fine and coarse adjustment, which through Pn current-limiting resistors of fine and coarse adjustment switch the autotransformer taps in such a way as to obtain currents on the voltage boost winding of the summing transformer that provide the corresponding output voltage on the main winding of the summing transformer and on the load.

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.The utility model relates to electrical engineering, namely to regulators (stabilizers) of AC voltage, and is intended for use in power supply systems to stabilize a single-phase voltage of an AC electric power source.

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.Well-known AC voltage regulators (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, (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, (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 that 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.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.

Стабилизатор также содержит транзисторные усилители, электромагнитные реле с переключающими контактами (см. патент Российской Федерации на The stabilizer also contains transistor amplifiers, electromagnetic relays with switching contacts (see the patent of the Russian Federation for

изобретение RU 2187834, 7 кл. G05F 1 20, 2001). Недостатками стабилизатора являются низкие надежность и КПД, что препятствует получению технического результата, который обеспечивается предлагаемой полезной моделью.invention RU 2187834, 7 cells G05F 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, выполненный 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 к 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.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.

Устройство 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, кп.7 G05F 1/20, 2002).The stabilizer control device further comprises a sawtooth voltage generator, a comporator, 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 driver control pulses, 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 of 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, item 7 G05F 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 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.

В уже известном регуляторе напряжения переменного тока, содержащем автотрансформатор, коммутатор, устройство управления регулятором, автоматический выключатель, расположенные в корпусе, так же клеммы для подключения к сети и нагрузке, указанное устройство управления 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 коммутаторов и устройством отображения информации о состоянии регулятора. Отличительными от прототипа признаками являются следующие: автотрансформатор входит в регулировочный блок, состоящий из двух трасформаторов: суммирующего и автотрансформатора, суммирующий трасформатор имеет основную обмотку, подключенную к входу сети и выходу на нагрузку, и вольтодобавочную обмотку, подключенную одним концом через коммутатор грубой регулировки, через группу токоограничительных резисторов грубой регулировки к группе отводов грубой регулировки автотрансформатора,In the already known AC voltage regulator containing an autotransformer, a switch, a regulator control device, a circuit breaker located in the housing, also terminals for connecting to the network and the load, said control device contains a microcontroller, the inputs of which are connected to an input voltage sensor, an output sensor voltage, load current sensor and phase and voltage phase sensors, and the outputs of the microcontroller are connected to the control inputs of the switches and the display device information on the status of the regulator. Distinctive features from the prototype are the following: an autotransformer is included in the control unit, which consists of two transformers: a summing transformer and an autotransformer, the summing transformer has a main winding connected to the network input and output to the load, and a boost winding connected at one end via a coarse adjustment switch, through a group of current-limiting resistors of coarse adjustment to a group of taps of coarse adjustment of an autotransformer,

а другим концом подключенную через коммутатор точной регулировки, через группу токоограничительных резисторов точной регулировки к группе отводов точной регулировки автотрансформатора, а указанное устройство управления 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 коммутаторов точной и грубой регулировки и устройством отображения информации о состоянии регулятора.and the other end is connected through a fine adjustment switch, through a group of fine-tuning current-limiting resistors to a group of fine-tuning autotransformer taps, and the specified control device contains a microcontroller whose inputs are connected to an input voltage sensor, an output voltage sensor, a load current sensor, and current and voltage phase sensors, and the outputs of the microcontroller are connected to the control inputs of the switches of fine and coarse adjustment and a device for displaying status information yanii regulator.

Функциональная схема высокоточного регулятора напряжения переменного тока (далее регулятор) представлена на фигуре.The functional diagram of a high-precision AC voltage regulator (hereinafter the regulator) is shown in the figure.

Регулятор 1 содержит регулировочный блок 2, в который входит автотрансформатор 13, с двумя группами отводов: - грубой регулировки B1---BN - и точной регулировки - А1---AN, которые подключены через группу токоограничительных резисторов грубой регулировки 17 и группу токоограничительных резисторов точной регулировки 15 к соответствующим коммутаторам точной и грубой регулировки 14 и 16 и к вольтдобавочной обмотке суммирующего трансформатора 12, а основная обмотка суммирующего Controller 1 contains an adjustment unit 2, which includes an autotransformer 13, with two groups of taps: - coarse adjustment B1 --- BN - and fine adjustment - A1 --- AN, which are connected through a group of current-limiting resistors of coarse adjustment 17 and a group of current-limiting resistors fine adjustment 15 to the respective switches fine and coarse adjustment 14 and 16 and to the voltage boost winding of the summing transformer 12, and the main winding of the summing

трансформатора, подключена к входу сети и выходу на нагрузку. Устройство управления регулятором 2, содержит: микроконтроллер 3, входы которого соединены с датчиком входного напряжения 4, датчиком синхроимпульсов напряжения 5, датчиком выходного напряжения 6, датчиком тока нагрузки 18, датчиком синхроимпульсов тока 10, а выходы микроконтроллера 3 соединены с управляющими входами коммутатора грубой регулировки напряжения 16 и управляющими входами коммутатора точной регулировки напряжения 14, и устройством отображения информации о состоянии стабилизатора 11. Коммутаторы выполнены как электронно тиристорные блоки, состоящие из пар встречно параллельно включенных тиристоров, соединенных через блок ограничительных резисторов с отводами автотрансформатора.transformer, connected to the input of the network and output to the load. The controller control device 2 contains: a microcontroller 3, the inputs of which are connected to an input voltage sensor 4, a voltage sync sensor 5, an output voltage sensor 6, a load current sensor 18, a current sync pulse sensor 10, and the outputs of the microcontroller 3 are connected to the control inputs of the coarse adjustment switch voltage 16 and the control inputs of the switch fine adjustment of voltage 14, and a device for displaying information about the status of the stabilizer 11. The switches are designed as an electronic thyristor blocks consisting of pairs of countercurrently connected thyristors connected through a block of limiting resistors to the taps of the autotransformer.

Регулятор работает следующим образом: входное напряжение с клемм 7 после включения автоматического выключателя 8 поступает на суммирующий трасформатор 12. Микроконтроллер 3 с помощью датчика входного напряжения 4 производит измерение величины входного напряжения и определяет, какие отводы грубой и точной групп автотрансформатора необходимо подключить к вольтодобавочной обмотке силового трасформатора так, чтобы напряжение на нагрузке соответствовало номинальному диапазону выходного напряжения, так производится первоначальное включение стабилизатора. Дальнейшая работа стабилизатора происходит следующим образом: при изменении входного напряжения с помощью датчика входного напряжения 4 в номинальном диапазоне напряжения сети устройство управления регулятором 2 подает команды на управляющие входы коммутаторов точной и грубой регулировки 14 и 16, которые через группы токоограничительных резисторов точной и грубой регулировки 15 и 17 переключает отводы - B1---BN и - Al---AN автотрансформатора 13 таким образом, чтобы обеспечить на вольтодобавочной обмотке суммирующего трансформатора 12 токи такой величины, которые с учетом коэффициента трансформации обеспечивают на основной обмотке суммирующего трансформатора напряжение, соответствующее номинальному диапазону выходного напряжения в пределах допустимой погрешности.The regulator works as follows: the input voltage from terminals 7 after turning on the circuit breaker 8 is supplied to the summing transformer 12. The microcontroller 3, using the input voltage sensor 4, measures the input voltage and determines which taps of the coarse and accurate groups of the autotransformer must be connected to the boost winding of the power transformer so that the voltage on the load corresponds to the nominal range of the output voltage, so the initial stabilizer. Further operation of the stabilizer occurs as follows: when the input voltage is changed using the input voltage sensor 4 in the nominal voltage range of the network, the controller control device 2 sends commands to the control inputs of the switches of fine and coarse regulation 14 and 16, which through groups of current-limiting resistors of fine and coarse regulation 15 and 17 switches the taps - B1 --- BN and - Al --- AN of the autotransformer 13 in such a way as to provide currents in the boost coil of the summing transformer 12 values that, taking into account the transformation coefficient, provide a voltage on the main winding of the summing transformer that corresponds to the nominal range of the output voltage within the permissible error.

Точность стабилизации определяется величиной напряжения между соседними отводами точной группы автотрансформатора, высокая скорость измерения The stabilization accuracy is determined by the voltage between adjacent taps of the exact autotransformer group, high measurement speed

параметров достигается путем дискретизации измерения входного напряжения, выходного напряжения, тока нагрузки за один период сетевого напряжения, а переключение при переходе фазы тока нагрузки через ноль исключает искажения напряжения сети, что является техническим результатом предлагаемой полезной модели.parameters is achieved by sampling the measurement of the input voltage, output voltage, load current for one period of the mains voltage, and switching when the phase of the load current passes through zero eliminates distortion of the mains voltage, which is a technical result of the proposed utility model.

Результаты измерений входного и выходного напряжений, мощности, потребляемой нагрузки, и других вспомогательных параметров микроконтроллер выводит на устройство 14 отображения информации о состоянии регулятора. При изменении входного напряжения в номинальном диапазоне устройство управления регулятора 2 подает команды на управляющие входы коммутатора, который подключает один из грубых и один из точных отводов автотрансформатора таким образом, чтобы обеспечить на вольтодобавочной обмотке суммирующего трансформатора 12 токи такой величины, которые с учетом коэффициента трансформации обеспечивают на нагрузке напряжение, соответствующее номинальному диапазону выходного напряжения в пределах допустимой погрешности.The results of measurements of input and output voltages, power, consumed load, and other auxiliary parameters, the microcontroller outputs to the device 14 display information about the status of the controller. When changing the input voltage in the nominal range, the control device of controller 2 sends commands to the control inputs of the switch, which connects one of the coarse and one of the exact taps of the autotransformer in such a way as to provide currents of such magnitude on the voltage boost winding of the summing transformer 12 that, taking into account the transformation coefficient, provide the load voltage corresponding to the nominal range of the output voltage within the permissible error.

Переключение производится после того, как микропроцессор определит с помощью датчика синхроимпульсов тока 5 момент перехода тока нагрузки через ноль. Точность стабилизации определяется величиной напряжения между соседними отводами точной регулировки автотрансформатора, так при 6 грубых и 6 точных отводах автотрансформатора номинальный диапазон входного напряжения составляет от 130 В до 260 В при точности стабилизации ±1,5%, а переключение при нуле тока нагрузки исключает искажения напряжения сети, что является техническим результатом предлагаемой полезной модели.Switching is performed after the microprocessor determines, with the help of a current synchronization sensor 5, the moment the load current passes through zero. The stabilization accuracy is determined by the voltage between adjacent taps of accurate autotransformer adjustment, so with 6 coarse and 6 accurate autotransformer taps, the nominal input voltage range is from 130 V to 260 V with stabilization accuracy of ± 1.5%, and switching at zero load current eliminates voltage distortion network, which is the technical result of the proposed utility model.

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 номинальный диапазон, устройство управления возобновляет работу по стабилизации выходного напряжения. Кроме того, устройство управления регулятором отслеживает ряд аварийных ситуаций, при наступлении которых If the input voltage exceeds the operating range, which slightly exceeds the nominal range, the control device of the controller regulator switches off all autotransformer taps involved in the regulation, the output voltage to the terminals is stopped. After normalization of the input voltage, that is, when the input voltage reaches the nominal range, the control device resumes work on stabilizing the output voltage. In addition, the regulator control device monitors a number of emergencies during which

прекращается подача выходного напряжения на клеммы подключения нагрузки. Информацию об аварийных ситуациях микроконтроллер выводит на устройство отображения информации о состоянии регулятора. Таким образом, предлагаемый регулятор позволяет повысить надежность за счет уменьшения тока в цепи электронных коммутаторов, повысить быстродействие регулятора, получить высокую точность регулятора при минимальном количестве ключей в коммутаторах, что является техническим результатом. А использование устройства управления регулятором, 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. Регулятор напряжения переменного тока позволяет осуществить:The output voltage to the load connection terminals is stopped. The microcontroller outputs information about emergency situations to the device displaying information about the status of the regulator. Thus, the proposed controller can improve reliability by reducing the current in the circuit of electronic switches, increase the speed of the controller, to obtain high accuracy of the controller with a minimum number of keys in the switches, which is a technical result. And the use of a regulator 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. AC voltage regulator 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 исправности силовых элементов;- continuous monitoring of the health of power elements;

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

Claims

A high-precision electronic voltage regulator containing a control unit, a regulator control device, a circuit breaker located in the housing, a device for displaying information about the status of the regulator, terminals for connecting to the network and the load, characterized in that the inputs of the microcontroller are connected to an input voltage sensor, an output voltage sensor , current and voltage phase sensors, and the outputs of the microcontroller are connected to the control inputs of the switches of fine and coarse adjustment, which through PP current-limiting resistors of fine and coarse adjustment switch the autotransformer taps in such a way as to obtain currents on the voltage boost winding of the summing transformer that provide the corresponding output voltage on the main winding of the summing transformer and on the load.