Стабілізатор змінної напруги

Винахід стосується електротехніки, зокрема до техніки стабілізації напруги і може бути використанним в електротехнічних та радіоелектронних приладах різного призначення, а також побутових електроприладах. Відомий стабілізатор змінної напруги (Авт. св. СРСР №1350650, G05F1/28, 1987), який містить автотрансформатор, що має чотири обмотки, дев'ять напівпровідникових ключів та систему управління. Недоліками цього стабілізатора є складна схема управління, що зменшує її надійність, наявність додаткового трансформатора для схеми управління, послідовне включення напівпровідникових ключів веде до зниження коефіцієнту корисної дії, а також при комутації обмоток в момент відключення ключа 5 вся вхідна напруга припадає на вихід, так як нема примусової комутації ключів. Відомий стабілізатор змінної напруги (Авт. св. СРСР №1403853, кл. G05F1/4, 1986), який містить силовий трансформатор, нерегульовану первинну обмотку, групу n-регульованих обмоток, вторинну обмотку, n-реле, систему управління. Недоліком цього стабілізатора є складна схема управління, регулювання по вхідній напрузі, на кожну ступінь регулювання потрібен комутаційний елемент, а також неможливість відключення стабілізатора від навантаження при відхиленні напруги електричної мережи вище допустимої, що призводить до зниження техніки безпеки та зниження пожежебезпеки при використанні, схема управління складається з великої кількості дискретних елементів, що призводить до зниження надійності, збільшення маси і ціни. Відомий стабілізатор змінної напруги (Авт. св. СРСР №1340412, кл. G05F1/20, 1985), прийнятий за прототип, який містить трансформатор, що має первинну обмотку, чотири вольтдодаткових обмоток, вимірювальну обмотку, 17 ключевих елементів, систему управління. Недоліком цього стабілізатора є складність схеми, низька надійність, великі габарити та маса, встановлення вихідної напруги по рівню вхідної, що веде до впливу опору навантаження на рівень вихідної напруги. В основу винаходу поставлена задача удосконалення стабілізатора змінної напруги в якому шляхом виконання частини первинної обмотки як вольтдодаткової зменшується кількість вторинних обмоток з одночасним збільшенням кількості ступенів регулювання та застосування програмованого процесорного прилада як блока управління, що забезпечує зменшення кількості елементів схеми та використання більш ускладненного алгоритма управління і за рахунок чого забезпечується спрощення схеми, збільшення ступенів регулювання, зменшення габаритів та маси стабілізатора, підвищення стабільності вихідної напруги, отже підвищення надійності. Поставлена задача вирішується тим, що у стабілізатора змінної напруги який містить трансформатор, ключеві елементи та блок управління згідно з винаходом частина первинної обмотки виконана вольтдодатковою, а вторинна обмотка має один відвід, при цьому за допомогою блока управління, який виконаний у вигляді програмованого процесорного прилада, та ключевих елементів в залежності від відхилення мережи первинна обмотка підключена цілком або через вольт-додаткову частину, а вторинна обмотка - кожним із своїх відводів до первинної обмотки відповідно з встановленим алгоритмом. Ключеві елементи виконані у вигляді малогабаритних потужних реле. Причинно-наслідковий зв'язок міститься у тому, що вся вищезгадана сукупність суттєвих ознак, як кожний окремо так і усі разом забезпечують виконання поставленої задачі - спрощення схеми, збільшення ступенів регулювання, зменшення габаритів та маси, підвищення стабільності вихідної напруги. Характер виявлення нових властивостей винаходу: - за рахунок виконання частини первинної обмотки як вольтдодаткової зменшується число обмоток та одночасно збільшується кількість ступенів регулювання; - за рахунок того, що блок управління виконаний у вигляді програмованого процесорного прилада зменшується кількість елементів схеми та одночасно ускладнюється алгоритм управління, внаслідок цього спрощується схема стабілізатора. На кресленні (фіг.) наведена принципова схема стабілізатора змінної напруги. Схема стабілізатора змінної напруги включає в себе трансформатор 1, який складається з первинної обмотки 2, частина якої з вольтдодатковою 3 та вторинних обмоток 4, 5, обмотки мають відводи 6, 7, 8, 9, 10, 11. Первинна обмотка 2 трансформатора 1 підключена до вхідних, виводів 12 та 13, до того вхідний вивід 12 з'єднано з перемикаючим контактом ключевого елемента 14, нормально розімкнений контакт якого з'єднаний з відводом 7 первинної обмотки 2 трансформатора 1, з нормально замкнений контакт ключевого елемента 14 з'єднаний через відвід 8 з початком вольтдодаткової частини 3 та перемикаючим контактом ключевого елемента 15, нормально розімкнений контакт якого з'єднаний через відвід 11 з вторинною обмоткою 5 та нормально розімкненим контактом ключевого елемента 16, а нормально замкнений контакт ключевого елемента 15 з'єднаний через відвід 9 з вторинною обмоткою 4 та нормально замкненим контактом ключевого елемента 17, нормально розімкнений контакт якого з'єднаний з відводом 10, а перемикаючий контакт ключевого елемента 17 з'єднаний з нормально замкненим контактом ключевого елемента 16, перемикаючий контакт якого з'єднаний з нормально розімкненим контактом ключевого елемента 8 і з входом блока управління 19, причому перемикаючий контакт ключевого елемента 18 з'єднаний з виходом 20 стабілізатора, а кожний з п'яти виходів блока управління підключений до ключевих елементів 14 - 18, при цьому вхід 13 з'єднаний через відвід 6 з первинною обмоткою 2 трансформатора 1 та виходом 21 стабілізатора. Стабілізатор працює таким чином. При поданні напруги на вхід стабілізатора блок управління 19 аналізує його рівень через нормально замкнені контакти ключевих елементів 14 - 17, визначає необхідну комутацію ключевих елементів в залежності від рівня вхідної напруги, комутує необхідні ключеві елементи 14 - 17 та підключає навантаження до виходу стабілізатора ввімкненням ключевого елемента 18. Комутація ключевих елементів 14 - 18 синхронізована з моментом переходу струму навантаження через нуль. Блок управління контролює вихідну напругу стабілізатора, так як вхід блока управління після ввімкнення ключевого елемента 18 стає підключеним до виходу стабілізатора. При номінальній напрузі електричної мережи ключеві елементи 14 - 17 вимкнені, ключевий елемент 18 ввімкнений. При підвищенні вихідної напруги стабілізатора до 229В замикається ключевий елемент 17, який вмикає обмотку 4 назустріч по відношенню до первинної обмотки 2 та вольтдодаткової частини 3. Це досягається тим, що початок обмотки 4 через нормально замкнені контакти ключевого елемента 15 підключен до початку вольтдодаткової частини 3. Таким чином це забезпечує віднімання напруги, а на виході встановлюється напруга 214В. При подальшому підвищенні вихідної напруги стабілізатора до 249В вимикається ключевий елемент 17 та вмикається ключевий елемент 16, що забезпечує віднімання напруги на 30В. На виході стабілізатора встановлюється напруга 214В. При подальшому підвищенні вихідної напруги стабілізатора до 242В вимикається ключевий елемент 18, що забезпечує аварійне відключення навантаження від стабілізатора. При цьому вхідна напруга стабілізатора складає 280В. При зниженні вихідної напруги стабілізатора відносно номінального до 211В вимикаються ключеві елементи 15 та 17, що забезпечує підключення до початку (відвод 10) обмотки 3 кінець (відвод 11) обмотки 5 при цьому вихідна напруга знімається з початку обмотки 5, отже, відбувається складання напруги, при цьому на вході стабілізатора встановлюється напруга 226В. При подальшому зниженні вихідної напруги стабілізатора до 211В вимикається ключевий елемент 17. На виході стабілізатора встановлюється напруга 226В. При подальшому зниженні вихідної напруги стабілізатора до 211В вимикається ключевий елемент 15 і вмикається 14. При цьому вхідна напруга стабілізатора складає 180В, а вихідна 220В. При подальшому зниженні вихідної напруги стабілізатора до 211В вмикаються ключеві елементи 15 та 17, підключая обмотку 5 послідовно з обмотками 3 і 2. При цьому на виході стабілізатора встановлюється напруга 225В, а вхідна напруга складає 170В. При подальшому зниженні вихідної напруги стабілізатора до 211В вимикається ключевий елемент 17, що забезпечує послідовне підключення обмоток 4.і 5 до обмоток 3 і 2. При подальшому зниженні вихідної напруги стабілізатора до 195В вимикається ключевий елемент 18, що забезпечує аварійне відключення навантаження від стабілізатора. При цьому вхідна напруга складає 140В. Таким чином стабілізатор забезпечує напругу на навантаженні незалежно від опору в межах 220В ± 4% при зміні вхідної напруги від 150В до 270В та аварійне відключення навантаження при Uвх = 140В та 280В. Післяаварійне підключення навантаження до стабілізатора блок управління забезпечує після підвищення (зниження) вхідної напруги з таким розрахунком, щоб на навантаженні напруга була 220 ± 4%.