Пристрій диференційного стабілізатора змінної напруги мережі 220-380 в

Реферат: UA 104234 U UA 104234 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до силової перетворювальної техніки і призначена для покращення роботи стабілізатора напруги змінного струму мережі 220-380 В при ручному регулюванні та автоматичній електронній стабілізації і значного зменшення його маси і габаритів. Відомий пристрій стабілізатора напруги змінного струму мережі 220-380 В на базі трансформатора з робочою частотою 50 Гц, в якому є кілька відводів від обмотки, які комутуються тиристорами для регулювання вихідної напруги. Аналогом пристрою є стабілізатор напруги змінного струму мережі 220-380 В за патентом RU 2128393. Стабілізатор дозволяє регулювати вихідну напругу за допомогою тиристорної комутації відводів обмотки трансформатора. Недоліком такого стабілізатора є стрибкоподібна зміна напруги на виході при регулюванні, а також велика маса трансформатора через низьку робочу частоту. Відомий також пристрій стабілізатора напруги змінного струму мережі 220-380 В за допомогою прямого безтрансформаторного високочастотного перетворення, описаний на сайті http://forca.ru/stati/energetika/stabilizaciya-napryazheniya.html. Найбільш близьким аналогом такого пристрою є стабілізатор напруги торгової марки LEGAT, який є у торговій мережі. Недоліками такого стабілізатора є: - невелика вихідна потужність пристрою - до 10 кВт, - незначне зниження маси такого стабілізатора через регулювання всієї потужності, яку споживає навантаження. Таким чином ці аналоги мають недоліки, що знижують ефективність їх роботи при експлуатації та мають велику масу і габарити. Пристрій, що заявляється, направлений на підвищення ефективності при роботі стабілізаторів напруги змінного струму та зниження їх маси та габаритів. На Фіг. 1 представлено пристрій диференційного стабілізатора напруги змінного струму мережі 220-380 В, на Фіг. 2 - функціональна схема такого стабілізатора, на Фіг. 3 графіки напруги в контрольних точках стабілізатора, на Фіг. 4 структурна схема пристрою для реалізації такого способу, а на Фіг. 5-7 схеми і графіки для варіанта стабілізатора із згладженою випрямленою напругою. Пристрій диференційного стабілізатора напруги змінного струму, що заявляється належить до стабілізаторів напруги змінного струму та їх автоматики, в якому за Фіг. 4 для ручного плавного регулювання вихідної напруги та її електронної стабілізації вхідна напруга випрямляється на випрямлячі 2, (графік Б за Фіг. 3) а інвертор 3 комутує з високою частотою (більше 10 кГц) цю, не згладжену випрямлену імпульсну напругу частотою 100 Гц (графік В за Фіг. 3) для перетворення її на трансформаторі 4 з коефіцієнтом трансформації 2-5 у змінну високочастотну напругу меншої амплітуди (графік Г за Фіг. 3) з огинаючою частотою 100 Гц та широтно-імпульсним регулюванням амплітуди, а високочастотну напругу, трансформовану та випрямлену випрямлячем 5 (графік Д за Фіг. 3) і відфільтровану на фільтрі 6 від високої частоти по огинаючій 100 Гц імпульсну напругу (графік Є за Фіг. 3) інвертор 7 комутує, для перетворення її в змінну напругу синусоїдальної форми з частотою 50 Гц і меншою від вхідної напруги регульованою амплітудою (графік Ж за Фіг. 3), яка векторно складається на виході стабілізатора 1 з напругою мережі 220 або 380 В (сумується або віднімається) і при коливаннях напруги в мережі в сумі є постійною величиною на виході стабілізатора 1, заданою користувачем. Пристрою диференційного стабілізатора напруги змінного струму, що належить до стабілізаторів напруги змінного струму та їх автоматики, в якому за Фіг. 7 для ручного плавного регулювання вихідної напруги та її електронної стабілізації вхідна напруга випрямляється і згладжується на випрямлячі з фільтром 2, (графік Б за Фіг. 6) а інвертор 3 комутує з високою частотою (більше 10 кГц) цю, згладжену випрямлену імпульсну напругу (графік В за Фіг. 6) для перетворення її на трансформаторі 4 з коефіцієнтом трансформації 2-5 у змінну високочастотну напругу меншої амплітуди (графік Г за Фіг. 6) з широтно-імпульсним регулюванням амплітуди, а високочастотну напругу, трансформовану та випрямлену випрямлячем 5 (графік Д за Фіг. 6) і відфільтровану на фільтрі 6 від високої частоти напругу (графік Є за Фіг. 6) інвертор 7 комутує, для перетворення її в змінну напругу форми типу меандр з частотою 50 Гц і меншою від вхідної напруги регульованою амплітудою (графік Ж за Фіг. 6), яка векторно складається на виході стабілізатора 1 з напругою мережі 220 або 380В (сумується або віднімається - на графіку 3 за Фіг. 6 показано як сумується напруга) і при коливаннях напруги в мережі в сумі є постійною величиною на виході стабілізатора 1, заданою користувачем. 1 UA 104234 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В такому пристрої диференційного стабілізатора напруги змінного струму є можливість ручного та автоматичного плавного регулювання вихідної напруги і значного зменшення маси і габаритів за рахунок використання трансформатора з високою робочою частотою. Зменшення маси такого стабілізатора може досягати до 10 разів у порівнянні з класичним стабілізатором на частоті 50 Гц. Також схема управління такого пристрою диференційного стабілізатора напруги змінного струму дозволяє реалізувати захист від перевантаження, перегріву, короткого замикання, насичення магнітного сердечника трансформатора та інше. За рахунок паралельного включення кількох каналів диференційного стабілізатора можна збільшувати його вихідну потужність, застосовуючи комплектуючі з меншою допустимою потужністю. Технічна задача: створення пристрою диференційного стабілізатора напруги змінного струму, який дозволяє плавно регулювати та безінерційно автоматично стабілізувати вихідну напругу при зміні вхідної напруги мережі в заданих межах шляхом векторного складання вхідної напруги та частотно-перетвореної і трансформованої вхідної напруги, меншої по амплітуді, шляхом застосування перетворення з частоти 50 Гц у високочастотну (більше 10 кГц) на перетворювачі інверторного типу з мікропроцесорним управлінням та з широтно-імпульсним регулюванням амплітуди і комутацією трансформованої та випрямленої імпульсної напруги, для зворотного перетворення її в змінну напругу з частотою 50 Гц. Технічний результат - створено пристрій диференційного стабілізатора напруги змінного струму, який відповідає вимогам і має характеристики кращі, ніж у аналогів: - є можливість плавно управляти вихідною напругою стабілізатора, - є можливість автоматичної стабілізації вихідної напруги стабілізатора при коливаннях вхідної напруги, - при автоматичній стабілізації вихідна напруга не змінюється стрибкоподібно, а регулюється плавно і є постійною величиною, що задана користувачем, - є можливість реалізувати захист стабілізатора від перевантажень, короткого замикання, перегріву, тощо, - є можливість до 10 разів зменшити масу та габарити стабілізатора, - є можливість паралельного включення кількох таких стабілізаторів. На Фіг. 1 показано диференційний стабілізатор напруги мережі 220-380 В, на Фіг. 2 функціональна схема, на Фіг. 3 графіки напруги в основних контрольних точках, а на Фіг. 4 структурна схема пристрою стабілізатора, на Фіг. 5-7 приведені схеми та графіки варіанту 2 стабілізатора. За Фіг. 1 диференційний стабілізатор 1 напруги мережі 220-380 В реалізується побудовою стабілізатора для вироблення напруги синусоїдальної або іншої форми з частотою 50 Гц та меншою від вхідної напруги амплітудою, яка автоматично або вручну регулюється і векторно складується з напругою мережі 220 або 380 В (сумується або віднімається) і при коливаннях напруги в мережі в сумі є постійною величиною, заданою користувачем. На Фіг. 2 приведена функціональна схема стабілізатора напруги змінного струму 220-380 В, яка складається: 1 - диференційний стабілізатор, 2 - випрямляч, 3 - інвертор, 4 - трансформатор, 5 - випрямляч, 6 - фільтр, 7 - інвертор, 8 - схема управління. На Фіг. 3 приведені графіки напруги в основних контрольних точках (які показані на Фіг. 2) диференційного стабілізатора напруги мережі 220-380 В: А - вхідна напруга, Б - після випрямляча 2, В - після інвертора 3, Г - після трансформатора 4, Д - після випрямляча 5, Є - після фільтра 6, Ж - після інвертора 7. Пристрій диференційного стабілізатора напруги змінного струму представлений на загальній структурній схемі за Фіг. 4: 2 UA 104234 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1 - стабілізатор, 2 - вхідний фільтр, 3 - випрямляч, 4 - інвертор, 5 - трансформатор, 6 - випрямляч, 7 - фільтр, 8 - інвертор, 9 - ланцюг живлення, 10 - контролер, 11 - контролер. На Фіг. 5 приведена функціональна схема побудови диференційного стабілізатора напруги змінного струму 220-380 В, яка відрізняється від Фіг. 2 тим, що випрямляч 2 включає фільтр. На Фіг. 6 приведені графіки напруги в основних контрольних точках (які показані на Фіг. 5) диференційного стабілізатора напруги мережі 220-380 В: А - вхідна напруга, Б - після випрямляча з фільтром 2, В - після інвертора 3 Г - після трансформатора 4, Д - після випрямляча 5, Є - після фільтра 6, Ж - після інвертора 7, З - після векторного складання на виході стабілізатора. Пристрій диференційного стабілізатора напруги змінного струму, при згладжуванні фільтром випрямленої вхідної напруги, представлений на загальній структурній схемі за Фіг. 7: 1 - стабілізатор, 2 - випрямляч з фільтром, 3 - інвертор, 4 - трансформатор, 5 - випрямляч, 6 - фільтр, 7 - інвертор, 8 - схема управління, 9 - ланцюг живлення, 10 - контролер, 11 - контролер. Робота пристрою диференційного стабілізатора напруги 1 мережі 220-380 В за Фіг. 4. Вхідна напруга мережі 220-380 В з частотою 50 Гц подається на вихід стабілізатора 1, а також на вхідний фільтр 2 з випрямлячем, де випрямляється в обох напівперіодах і у вигляді імпульсів з частотою 100 Гц подається на інвертор 3, який комутує цю напругу з високою частотою (більше 10 кГц) через первинну обмотку високочастотного трансформатора 4 для гальванічної розв'язки та зниження напруги в кілька разів. Вторинна обмотка трансформатора 4 навантажена на випрямляч 5 з фільтром 6 високочастотної складової, після якого формується імпульсний сигнал з частотою 100 Гц, аналогічний сигналу після випрямляча 2, тільки меншої амплітуди. Цей сигнал подається на інвертор 7, який комутує трансформовану та випрямлену з огинаючою 100 Гц імпульсну напругу, для перетворення її в змінну напругу синусоїдальної форми з частотою 50 Гц та меншою від вхідної напруги амплітудою, яка автоматично або вручну регулюється. Надалі ця напруга векторно складується з напругою мережі 220 або 380 В (сумується або віднімається) і подається на вихід диференційного стабілізатора напруги 1 мережі 220-380 В. При коливаннях напруги в мережі вихідна напруга такого диференційного стабілізатора напруги 1 мережі 220-380 В є постійною величиною, заданою користувачем. Ланцюг живлення 9 забезпечує живленням схему управління 8 інверторами 3 та 7 а також контролери управління 10 та 11. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Пристрій диференційного стабілізатора напруги змінного струму мережі 220-380 В, що працює за заданою програмою і містить за (Фіг. 4) стабілізатор (1) з випрямлячем (2), інвертором (3), ланцюгом живлення (9), контролерами (10) та (11), який відрізняється тим, що містить трансформатор високої частоти (4), випрямляч (5), фільтр (6), інвертор (7), а не 3 UA 104234 U 5 10 15 згладжена випрямлена імпульсна напруга частотою 100 Гц перетворюється на трансформаторі (4) з коефіцієнтом трансформації 2-5 у змінну напругу меншої амплітуди (частотою вище 10 кГц) з огинаючою частотою 100 Гц та широтно-імпульсним регулюванням амплітуди, яка після випрямлення випрямлячем (5) і фільтрування на фільтрі (6) від високої частоти по огинаючій 100 Гц комутується інвертором (7), для перетворення її в змінну напругу синусоїдальної форми з частотою 50 Гц, і меншою від вхідної напруги регульованою амплітудою, яка векторно складається на виході стабілізатора (1) з вхідною напругою. 2. Пристрій диференційного стабілізатора напруги змінного струму мережі 220-380 В за п. 1, який відрізняється тим, що містить випрямляч з вхідним фільтром (2), а випрямлена і згладжена постійна напруга перетворюється інвертором (3) на трансформаторі (4) з коефіцієнтом трансформації 2-5 у змінну напругу меншої амплітуди (частотою вище 10 кГц) та широтно-імпульсним регулюванням амплітуди, яка після випрямлення випрямлячем (5) і фільтрування на фільтрі (6) від високої частоти комутується інвертором (7), для перетворення її в змінну напругу форми типу меандр з частотою 50 Гц, і меншою від вхідної напруги регульованою амплітудою, яка векторно складається на виході стабілізатора (1) з вхідною напругою. 4 UA 104234 U 5 UA 104234 U 6 UA 104234 U 7 UA 104234 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8