RU75764U1

RU75764U1 - AC VOLTAGE STABILIZER

Info

Publication number: RU75764U1
Application number: RU2008113651/22U
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Луппо; Андрей Иванович Петухов; Виктор Анатольевич Калинин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЭНЕРГИЯ"
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2008-08-20

Abstract

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

Поставленная цель достигается тем, стабилизатор переменного напряжения (далее стабилизатор), содержит автотрансформатор, коммутатор, устройство управления стабилизатором, клеммы для подключения к сети и нагрузке, автоматический выключатель и контакт защитного заземления, расположенные в корпусе, причем, указанное устройство управления стабилизатором содержит микроконтроллер, входы которого соединены с датчиком выходного напряжения, датчиком тока нагрузки и датчиком синхроимпульсов, а выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами коммутатора и устройством отображения информации о состоянии стабилизатора.This goal is achieved by the fact that the AC voltage stabilizer (hereinafter referred to as the stabilizer) contains an autotransformer, a switch, a stabilizer control device, terminals for connecting to a network and a load, a circuit breaker and a protective earth terminal located in the housing, said stabilizer control device comprising a microcontroller, the inputs of which are connected to the output voltage sensor, the load current sensor and the clock sensor, and the outputs of the microcontroller are connected to the control mi inputs of the switch and a device for displaying information about the status of the stabilizer.

Таким образом, предлагаемый регулятор позволяет упростить конструкцию стабилизатора, повысить надежность его работы и снизить стоимость по сравнению с прототипом. А 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 повышается точность измерений и объем отображаемой информации, при этом снижается стоимость регулятора напряжения переменного тока.Thus, the proposed controller allows you to simplify the design of the stabilizer, increase the reliability of its work and reduce the cost compared to the prototype. And the use of a regulator 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, while the cost of the AC voltage regulator is reduced.

Description

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели и взятом в качестве прототипа является стабилизатор напряжения переменного тока - патент на полезную модель №50691, заявка №2005123427, приоритет 25.07.2005 г., содержащий автотрансформатор, коммутатор, устройство управления стабилизатором, устройство питания устройства управления стабилизатором, расположенные в корпусе, а также клеммы для подключения к сети и нагрузке, автоматический выключатель и контакт защитного заземления.The closest analogue to the claimed utility model and taken as a prototype is an AC voltage stabilizer - utility model patent No. 50691, application No. 2005123427, priority 25.07.2005, containing an autotransformer, a switch, a stabilizer control device, a stabilizer control power supply device located in the housing, as well as terminals for connecting to the network and the load, circuit breaker and protective earth contact.

Устройство управления этим стабилизатором содержит микроконтроллер, входы которого соединены с датчиком входного напряжения, датчиком выходного напряжения, датчиком тока нагрузки и датчиком синхроимпульсов, а выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами коммутатора и устройством отображения информации о состоянии стабилизатора. Этот стабилизатор принят за прототип.The control device of this stabilizer contains a microcontroller, the inputs of which are connected to the input voltage sensor, the output voltage sensor, the load current sensor and the clock sensor, and the outputs of the microcontroller are connected to the control inputs of the switch and the device for displaying information about the status of the stabilizer. This stabilizer is taken as a prototype.

Недостатком данного стабилизатора, является: сложная конструкция стабилизатора, высокая стоимость и ненадежная работа.The disadvantage of this stabilizer is: the complex structure of the stabilizer, high cost and unreliable operation.

Цель заявленной полезной модели является достижения технического результата приводящего к - упрощению конструкции стабилизатора, повышению надежности его работы и снижение стоимости по сравнению с прототипом. Раскрытие полезной модели.The purpose of the claimed utility model is to achieve a technical result leading to - simplification of the design of the stabilizer, improving the reliability of its operation and reducing cost compared to the prototype. Disclosure of a utility model.

Технический результат достигается за счет того что, стабилизатор переменного напряжения (далее стабилизатор), содержит автотрансформатор, коммутатор, устройство управления стабилизатором, клеммы для подключения к сети и нагрузке, автоматический выключатель и контакт защитного заземления, расположенные в корпусе, причем, указанное устройство управления стабилизатором The technical result is achieved due to the fact that the AC voltage stabilizer (hereinafter referred to as the stabilizer) contains an autotransformer, a switch, a stabilizer control device, terminals for connecting to the network and the load, a circuit breaker and a protective earth terminal located in the housing, and the specified stabilizer control device

содержит микроконтроллер, входы которого соединены с датчиком выходного напряжения, датчиком тока нагрузки и датчиком синхроимпульсов, а выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами коммутатора и устройством отображения информации о состоянии стабилизатора.contains a microcontroller, the inputs of which are connected to the output voltage sensor, the load current sensor and the clock sensor, and the outputs of the microcontroller are connected to the control inputs of the switch and the device for displaying information about the status of the stabilizer.

На фиг.1 изображена функциональная схема стабилизатора переменного напряжения.Figure 1 shows a functional diagram of an AC voltage stabilizer.

На фиг.2 изображена упрощенная схема подключения автотрансформатора и коммутатора стабилизатора переменного напряжения.Figure 2 shows a simplified connection diagram of an autotransformer and an AC voltage stabilizer switch.

Стабилизатор 1 содержит автотрансформатор 13, устройство управления стабилизатором 2, коммутатор 14, устройство питания устройства управления стабилизатором 6, клеммы подключения сети и нагрузки 8, автоматический выключатель 9, клемма защитного заземления 16, датчик тока нагрузки 15, устройство индикации 7, и устройство подключения нагрузки 12, состоящее из усилителя 10 и магнитного пускателя 11. Устройство управления 2 содержит микроконтроллер 3, датчик выходного напряжения 5, датчик синхроимпульсов 4. Указанные элементы размещены в корпусе 1.The stabilizer 1 contains an autotransformer 13, a stabilizer control device 2, a switch 14, a stabilizer control device power supply device 6, power and load connection terminals 8, a circuit breaker 9, a protective earth terminal 16, a load current sensor 15, an indication device 7, and a load connection device 12, consisting of an amplifier 10 and a magnetic starter 11. The control device 2 contains a microcontroller 3, an output voltage sensor 5, a clock sensor 4. These elements are placed in the housing 1.

Стабилизатор имеет три режима работы:The stabilizer has three operating modes:

1. Режим включения.1. The inclusion mode.

2. Режим штатной работы2. Normal operation mode

3. Режим аварийных ситуаций3. Emergency mode

Режим включения.Power on mode.

После включения автоматического выключателя 9 напряжение сети с клемм 8 поступает на автотрансформатор 13, на устройство питания устройства управления стабилизатором 6, на коммутатор 14, на датчик тока нагрузки 15 и датчик выходного напряжения 5 и датчик синхроимпульсов 4. Теристорные ключи 17 коммутатора 14 (см. фиг.2) имеют емкостное сопротивление ≈0,1 МкФ, а общее сопротивление: С≈k х 0,1 МкФ., где k - количество ключей. Датчик выходного напряжения имеет сопротивление R≈300 кОм и более. Таким образом микроконтроллер производит расчет величины входного напряжения Uвх. используя для расчета величину выходного напряжения Uвых. замеряемую датчиком выходного напряжения. Учитывая то обстоятельство, что при отключенной нагрузке, (магнитный пускатель 11 выключен) величина входного напряжения равна:After turning on the circuit breaker 9, the mains voltage from terminals 8 is supplied to the autotransformer 13, to the power supply device of the stabilizer control device 6, to the switch 14, to the load current sensor 15 and the output voltage sensor 5 and the sync pulses 4. The thyristor keys 17 of the switch 14 (see figure 2) have a capacitance of ≈0.1 MKF, and the total resistance: C≈k x 0.1 MKF., where k is the number of keys. The output voltage sensor has a resistance of R≈300 kΩ or more. Thus, the microcontroller calculates the magnitude of the input voltage Uin. using for calculation the value of the output voltage Uout. measured by the output voltage sensor. Given the fact that when the load is off, (magnetic starter 11 is off), the input voltage is:

где: Uвых. - величина выходного напряжения;where: Uout. - the value of the output voltage;

Z1 - импеданс между контактом подключения Uвх. (сети 220в 50 гц.) и контактом подключения Uвых. Величина Z1 определяется токами утечки коммутатора и импедансом обмоток автотрансформатора, подключенных между контактом подключения сети и коммутатором;Z1 - impedance between the connection pin Uin. (mains 220v 50 Hz.) and the connection pin Uout. The value of Z1 is determined by the leakage currents of the switch and the impedance of the autotransformer windings connected between the network connection contact and the switch;

Z2 - импеданс между коммутатором и контактом N - общим проводом.Z2 - impedance between the switch and pin N - common wire.

С учетом того, что Z2 значительно больше Z1 (не менее чем в 100 раз) при отключенной нагрузке формула (1) приобретает вид:Given that Z2 is much larger than Z1 (not less than 100 times) with the load off, formula (1) takes the form:

Если величина входного напряжения находится в допустимых пределах устройство управления производит первичное включение с помощью устройства подключения нагрузки 12 и коммутирующих элементов выбранного отвода автотрансформатора таким образом, чтобы выходное напряжение на нагрузке соответствовало номинальному.If the magnitude of the input voltage is within acceptable limits, the control device performs the initial switching on using the load connection device 12 and the switching elements of the selected autotransformer branch in such a way that the output voltage at the load corresponds to the rated voltage.

Режим штатной работыNormal mode

Все последующие переключения отводов автотрансформатора производятся при выходе величины выходного напряжения за установленные пределы, которые определяют точность стабилизации выходного напряжения, при этом моменты этих переключений уже не связаны с величиной и формой входного напряжения.All subsequent switching of the autotransformer taps is performed when the output voltage exceeds the specified limits, which determine the accuracy of stabilization of the output voltage, while the moments of these switches are no longer associated with the magnitude and shape of the input voltage.

Режим аварийных ситуацийEmergency mode

А) Режим первичного включения. Если величина входного напряжения выходит за допустимые пределы устройство управления не производит включение автоматического выключателя 6 и коммутирующих элементов коммутатора и A) Initial inclusion mode. If the input voltage is outside the permissible limits, the control device does not turn on the circuit breaker 6 and the switching elements of the switch and

индицирует на устройстве индикации текущее состояние стабилизатора - «авария сети».indicates on the display device the current state of the stabilizer - "network failure".

В) В случае выхода величины входного напряжения за пределы рабочего диапазона, который несколько превышает номинальный диапазон, устройство управления регулятором отключает нагрузку путем выключения магнитного пускателя 11 в устройстве подключения нагрузки 12, затем коммутатор отключает все отводы автотрансформатора, участвующие в регулировании, подача выходного напряжения на клеммы прекращается. Стабилизатор переходит в режим включения, после нормализации входного напряжения, то есть при входе величины входного напряжения в рабочий диапазон, устройство управления возобновляет работу по стабилизации выходного напряжения. Кроме того, устройство управления регулятором отслеживает ряд аварийных ситуаций, при наступлении которых прекращается подача выходного напряжения на клеммы подключения нагрузки. Информацию об аварийных ситуациях микроконтроллер выводит на устройство отображения информации о состоянии регулятора.C) If the input voltage exceeds the operating range, which slightly exceeds the nominal range, the controller control device disconnects the load by turning off the magnetic starter 11 in the load connection device 12, then the switch disconnects all autotransformer taps involved in the regulation, supplying the output voltage to terminals terminated. The stabilizer goes into on mode, after normalizing the input voltage, that is, when the input voltage reaches the operating range, the control device resumes stabilizing the output voltage. In addition, the regulator control device monitors a number of emergency situations, when they occur, the output voltage to the load connection terminals is cut off. The microcontroller outputs information about emergency situations to the device displaying information about the status of the controller.

После первичного включения стабилизатор переходит в штатный режим работы под управлением микроконтроллера, который реализует следующие функции:After the initial start-up, the stabilizer goes into normal operation under the control of a microcontroller, which implements the following functions:

- измерение действующих значений выходного напряжения и тока нагрузки;- measurement of the effective values of the output voltage and load current;

- вычисление действующего значения входного напряжения по значению выходного напряжения с учетом номера включенного отвода и тока нагрузки;- calculation of the effective value of the input voltage from the value of the output voltage, taking into account the number of the tap and the load current;

- сбор и анализ сигналов поступающих на входы микроконтроллера;- collection and analysis of signals received at the inputs of the microcontroller;

- выдача информации на устройство индикации о текущем состоянии стабилизатора;- the issuance of information to the display device about the current state of the stabilizer;

- отключение нагрузки в случае аварийных ситуаций с соответствующей индикацией;- load shedding in case of emergency with the appropriate indication;

- стабилизация выходного напряжения путем переключения отводов автотрансформатора;- stabilization of the output voltage by switching the taps of the autotransformer;

- расчет момента переключения коммутирующих элементов;- calculation of the moment of switching switching elements;

- другие функции, например измерение температуры силовых элементов, включение вентилятора, контроль исправности коммутирующих элементов и пр.- other functions, such as measuring the temperature of power elements, turning on the fan, monitoring the health of switching elements, etc.

Все вышеперечисленные функции реализуются посредством соответствующего программного обеспечения, которое заносится в программную память микроконтроллера в процессе его программирования.All of the above functions are implemented through the appropriate software, which is recorded in the program memory of the microcontroller during its programming.

Переключение производится после того, как микроконтроллер определит с помощью датчика синхроимпульсов тока 4 момент перехода тока нагрузки через ноль. Точность стабилизации определяется величиной напряжения между соседними отводами автотрансформатора, а переключение при нуле тока нагрузки исключает искажения напряжения сети.Switching is performed after the microcontroller determines with the help of a current synchronization sensor 4 the moment the load current passes through zero. The stabilization accuracy is determined by the voltage between adjacent taps of the autotransformer, and switching at zero load current eliminates network voltage distortion.

Результаты измерений входного и выходного напряжений, мощности, потребляемой нагрузки, и других вспомогательных параметров микроконтроллер выводит на устройство отображения информации 7 о состоянии регулятора. Высокая скорость регулировки напряжения достигается путем высокой скорости измерения с помощью параметров дискретизации измерений, выходного напряжения и тока нагрузки за один период сетевого напряжения, и переключение автотрансформатора на другие отводы коммутаторными ключами при переходе фазы тока нагрузки через ноль, что исключает искажения напряжения сети. Уровень техники заявляемой полезной модели определяется известными техническими решениями.The results of measurements of input and output voltages, power, consumed load, and other auxiliary parameters, the microcontroller outputs to the display device 7 information about the status of the controller. A high voltage regulation speed is achieved by a high measurement speed using the parameters of measurement discretization, output voltage and load current for one period of the mains voltage, and the autotransformer is switched to other taps by switch keys when the phase of the load current passes through zero, which eliminates network voltage distortion. The prior art of the claimed utility model is determined by known technical solutions.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна, тождественная заявляемой, совокупность признаков, направленных на достижение указанного технического результата, это техническое решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии 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 specified technical result, this technical solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the criterion of "novelty" of the utility model is met.

Промышленная применимость заявляемой полезной модели стабилизатора переменного напряжения подтверждается возможностью практической реализации известными средствами с использованием известных технических решений.The industrial applicability of the claimed utility model of an AC voltage stabilizer is confirmed by the possibility of practical implementation by known means using known technical solutions.

Claims

An AC voltage stabilizer comprising an autotransformer, a switch, 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 a sensor output voltage, a load current sensor and a clock sensor, and the outputs of the microcontroller are connected to the control inputs of the switch and device Twomey display information about the state of the stabilizer.