Стабілізатор змінної напруги з елементами захисту (варіанти)

Реферат: Винахід стосується електричних автоматичних систем, у яких відновлюються еталонні значення регульованої напруги змінного струму. Захист стабілізатора здійснює система силових автоматів. Двополюсний автомат 21 включено таким чином, що його перший контакт установлений між входом фазного проводу мережі й точкою з'єднання входу регулювального вузла 2 з одним з виводів незалежного роз'єднувача 22, що є входом додаткового вузла захисту 16, виконаного у вигляді діодного моста 17, вихід якого підключений до силових електродів тиристора захисту 18. Другий вивід роз'єднувача 21 підключений до входу діодного моста 17, другий контакт силового двополюсного автомата включений між виходом регулювального вузла 2 і точкою з'єднання навантаження 3 і вихідним конденсатором 15, утворюючи в такий спосіб триполюсний автомат захисту, контакти якого за певною схемою включені між другим виводом первинної обмотки трансформатора й мережею 1. Між мережею й навантаженням включено силовий двополюсний автомат резервування 26, а між першим виводом незалежного роз'єднувача силового двополюсного автомата 22 і нейтральним проводом включена кнопка дистанційного керування 27. Запропоновано варіанти стабілізатора змінної напруги, що обмежують його величину "зверху", "знизу"; "знизу" і "зверху" для одного стабілізатора й стабілізатора у вигляді каскадної схеми з розширеними захисними й сервісними функціями, включаючи вдосконалення ряду вузлів. UA 103498 C2 (12) UA 103498 C2 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки Винахід відноситься до галузі електротехніки, автоматичних систем для перетворення змінного струму в змінний, призначених для перетворення вхідної енергії змінного струму у вихідну енергію необхідного виду, наприклад для зміни напруги, частоти або числа фаз, а точніше до автоматичних систем, у яких відхилення електричної величини від одного або декількох еталонних значень, узяті на виході системи, передаються назад на один із блоків системи для відновлення еталонного або еталонних значень регульованої електричної величини, тобто системи зі зворотним зв'язком і може бути використано в електромережах або аналогічних системах енергопостачання житлових і громадських будинків, системи електроживлення електротехнічної апаратури, освітлювальних мереж, систем зв'язку, автоматики й телемеханіки з метою оптимізації роботи електроустаткування й енергозбереження. Попередній рівень техніки. Стабілізація напруги змінного струму потрібно в електроживленні, системах автоматики, електроприводах змінного струму й багатьох інших електронних пристроях. Для цього часто застосовують магнітні підсилювачі, багатообмотувальні трансформатори з тиристорною комутацією обмоток, різні тиристорні схеми, що змінюють діюче значення напруги за рахунок викривлення форми синусоїди. Зазначені пристрої, як правило, мають відносно більшу масу й габарити, не забезпечують необхідні межі регулювання напруги або викривляють форму синусоїдальної напруги. При цьому важливим параметром, що визначає економічність пристроїв стабілізації напруги змінного струму, є наявність рекуперації енергії при реактивному характері навантаження. Рекуперація енергії можлива при наявності гальванічного зв'язку між джерелом і споживачем електроенергії. Однак всі трансформаторні схеми пристроїв регулювання напруги змінного струму не забезпечують рекуперацію. Для стабілізації величини напруги змінного струму на навантаженні також застосовують автотрансформаторні пристрої, керовані двигуном. Автотрансформаторні пристрої забезпечують рекуперацію енергії при комплексному характері навантаження, однак і ці пристрої мають порівняно більші масу й габарити, є коштовними й мають низьку швидкодію. Для стабілізації й регулювання зазначених вище параметрів електроенергії в трифазних мережах електропостачання приймачів різного функціонального призначення широко відомо спосіб механічного перемикання відводів регулювальної обмотки живильного трансформатора (див. Журавін Ю.Д., Мінцис М.Я., Музиченко И.И. Електропостачання цехів електролізу алюмінію. - Новокузнецьк, СибГУ, 2000, с.46-47). Стабілізаційні схеми, використовувані для реалізації цього способу мають багато недоліків, основними з яких є швидкий електричний знос контактів, низька швидкодія й неможливість дрібноступінчастого регулювання напруги на вихідних затискачах живильного трансформатора. Останнє не дозволяє стабілізувати струм у контурі серії електролізерів алюмінію з точністю ±1 %, як цього вимагає технологія виробництва алюмінію. Відомо стабілізатор змінної напруги [Патент РФ № 2100837, кл. G05F1/30, Н02М5/12, 1996], що містить трансформатор, первинна обмотка якого підключена до виводів для підключення вхідної напруги через комутуючий блок, а вторинна обмотка трансформатора підключена між виводами для підключення вхідної напруги й виводами для підключення навантаження. Комутуючий блок у цьому пристрої включає дві пари комутуючих елементів, кожна з яких складається з розмикального й замикаючого контактів. Крім того, пристрій містить чотири мостові схеми, трансформатор керування, силовий ключ, ключ керування й розділовий конденсатор, пристрій порівняння й керування. Основними недоліками такого стабілізатора є наявність потужного комутуючого ключа, додаткового трансформатора керування, значні комутаційні струми в процесі роботи, що негативно відбивається як на надійності комутуючих елементів, так і на електромагнітній сумісності усього пристрою в цілому, а також наявність лінійно-ключового режиму. Крім того, відсутні які-небудь захисні пристрої. Відомий також стабілізатор змінної напруги [Патент РФ № 2158954, кл. G05F1/30, Н02М5/12, 1999], що містить трансформатор, первинна обмотка якого через комутуючий блок, що містить комутуючі елементи, підключена до виводів для підключення вхідної напруги, а вторинна обмотка включена в ланцюг навантаження, пристрій порівняння й керування. Комутуючий блок у цьому виконаний у вигляді розмикального й замикаючого контактів, первинна обмотка трансформатора підключена паралельно вторинній безпосередньо й через розмикальний контакт, паралельно обмежувальному резистору, включеному між нульовим проводом і замикаючим контактом, включений замикаючий контакт третього проміжного реле, паралельно 1 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 первинній обмотці згаданого трансформатора включений конденсатор, пристрій порівняння й керування виконано у вигляді схеми контролю й керування, що контролює збільшення або зменшення напруги на навантаженні від установленого рівня. Недоліком цього пристрою є відсутність захисних вузлів і недосконала схема керування. Відомий багатоступінчастий стабілізатор змінної напруги [Патент РФ № 2237270, кл. G05F1/30, Н02М5/12, 2003], виконаний у вигляді послідовно з'єднаних n-каскадів, кожний з яких містить регулювальний вузол, що включає трансформатор, комутуючий блок у вигляді з'єднаних послідовно розмикального й замикаючого контактів, шунтувальний і вихідний конденсатори й два RC-Ланцюга а також вузол керування й комутації, при цьому первинна обмотка трансформатора підключена до входу й виходу регулювального вузла, а вторинна - включена в ланцюг навантаження таким чином, що перші однойменні виводи первинної й вторинної обмоток з'єднані відповідно з фазним і нейтральним проводами мережі й ланцюгом навантаження безпосередньо, а другі виводи обмоток з'єднані між собою через розмикальний контакт комутуючого блоку, до крапки з'єднання другого виводу первинної обмотки й розмикального контакту підключений замикаючий контакт, паралельно первинній обмотці трансформатора включений шунтувальний конденсатор, а паралельно кожному контакту комутуючого елемента включено відповідний RC-ланцюг, при цьому вузол керування й комутації виконаний у вигляді 2n схем контролю комутації, що контролюють збільшення й зменшення напруги на навантаженні від установленого рівня, а на виході останнього регулювального вузла каскаду включений паралельно навантаженню вихідний конденсатор. Основним недоліком такого пристрою є відсутність яких-небудь сервісних функцій і складність системи керування. Найбільш близьким до пропонованого пристрою є пристрій стабілізації й регулювання змінної напруги [заявка США US 20070296390, mi. G05F1/00, G05F1/14, 2007], що містить регулювальний вузол, що включає трансформатор, комутуючий блок у вигляді двох комутуючих елементів, кожний з яких виконаний у вигляді пари з'єднаних послідовно розмикальних і замикаючих контактів, шунтувальний і вихідний конденсатори й чотири RC-ланцюги а також вузол керування й комутації, при цьому первинна обмотка трансформатора через комутуючий блок підключена до входу й виходу регулювального вузла а вторинна - включена в ланцюг навантаження, крім того первинна обмотка підключена паралельно вторинній обмотці різнойменними виводами через розмикальні контакти комутуючих елементів, також паралельно первинній обмотці трансформатора підключений шунтувальний конденсатор, а паралельно кожному контакту комутуючих елементів включений RC-ланцюг, при цьому вихідний конденсатор включений паралельно навантаженню. Недоліком такого пристрою є відсутність ряду сервісних функцій, таких як можливість дистанційного керування, можливість включення навантаження в обхід стабілізатора при несправностях у ньому. Крім того, відсутній захист від надструмів первинної обмотки регулювального трансформатора й ланцюгів контактів, що перемикають первинну обмотку регулювального трансформатора, наприклад, при їхньому приварюванні. Вхідний автомат має номінальний струм в 15-20 разів більше номінального струму первинної обмотки регулювального трансформатора й не забезпечує захист вищевказаних ланцюгів. Розкриття винаходу Задачею рішення, що заявляється, є підвищення надійності роботи стабілізатора за рахунок забезпечення можливості включення навантаження в обхід стабілізатора при несправностях у ньому, введення засобів захисту від надструмів первинної обмотки трансформатора, а також удосконалення ряду вузлів. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому стабілізаторі змінної напруги з елементами захисту, що містить регулювальний вузол, що включає трансформатор, комутуючий блок у вигляді двох комутуючих елементів, кожний з яких виконаний у вигляді пари з'єднаних послідовно роз'єднувальних і замикаючих контактів, шунтувальний і вихідний конденсатори й чотири RC-ланцюги, а також вузол керування й комутації, при цьому первинна обмотка трансформатора через комутуючий блок підключена до входу й виходу регулювального вузла, а вторинна - включена в ланцюг навантаження, крім того, первинна обмотка підключена паралельно вторинній обмотці різнойменними виводами через роз'єднувальні контакти комутуючих елементів, також паралельно первинній обмотці трансформатора підключено шунтувальний конденсатор, а паралельно кожному контакту комутуючих елементів включено RC-ланцюг, при цьому вихідний конденсатор включений паралельно навантаженню, введено силовий двохполюсний автомат з незалежним роз'єднувачем, контакти якого включені послідовно в ланцюг навантаження на вході й виході регулювального вузла між фазним проводом мережі й входом регулювального вузла і між 2 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 навантаженням і виходом регулювального вузла, крім того введено додатковий вузол захисту, підключений входом до крапки з'єднання першого силового двохполюсного автомата із входом регулювального вузла, а виходом до нейтрального проводу мережі, при цьому додатковий вузол захисту містить перший, другий і третій контакти триполюсного автомата захисту, які підключені між нейтральним проводом і крапкою з'єднання замикаючих контактів обох комутуючих елементів і між виводом первинної обмотки трансформатора й крапкою з'єднання пари замикаючого й розмикального контактів другого комутуючого елемента. Поставлена задача може бути також вирішена, якщо в стабілізатор змінної напруги з елементами захисту, що містить регулювальний вузол, що включає трансформатор, комутуючий блок у вигляді з'єднаних послідовно розмикального й замикаючого контактів, шунтувальний і вихідний конденсатори й два RC-ланцюги а також блок керування й комутації, при цьому первинна обмотка трансформатора підключена до фазного й нейтрального проведень мережі, а вторинна - включена в ланцюг навантаження таким чином, що перші однойменні виводи первинної й вторинної обмоток з'єднані відповідно з фазним і нейтральним проводами мережі й ланцюгом навантаження безпосередньо, а другі виводи обмоток з'єднані між собою через роз'єднувальний контакт комутуючого блоку, до крапки з'єднання другого виводу первинної обмотки й розмикального контакту підключений замикаючий контакт, паралельно первинній обмотці трансформатора включений шунтувальний конденсатор, а паралельно кожному контакту комутуючого елемента включено відповідний RC-Ланцюг, паралельно навантаженню підключене вихідний конденсатор, введено силовий двохполюсний автомат з незалежним роз'єднувачем, перший і другий контакти якого включені послідовно в ланцюг навантаження на вході й виході регулювального вузла, між фазним проводом мережі й входом, і між навантаженням і виходом згаданого вузла, крім того уведений додатковий вузол захисту регулювального вузла, підключений входом до крапки з'єднання першого контакту двохполюсного автомата із входом регулювального вузла, а виходом - до нейтрального проводу мережі, другий і третій контакти триполюсного автомата додаткового вузла захисту підключені між нейтральним проводом і виводом замикаючого контакту, не пов'язаним зі роз'єднувальним контактом і між виводом первинної обмотки трансформатора й крапкою з'єднання замикаючого й розмикального контактів комутуючого елемента, при цьому перші однойменні виводи обмоток трансформатора з'єднані з виходом регулювального вузла. Така ж задача буде вирішена якщо в стабілізатор змінної напруги з елементами захисту, що містить регулювальний вузол, що включає трансформатор, комутуючий блок у вигляді з'єднаних послідовно розмикального й замикаючого контактів, шунтувальний і вихідний конденсатори й два RC-ланцюги а також блок керування й комутації, при цьому первинна обмотка трансформатора підключена до фазного й нейтрального проводів мережі, а вторинна включена в ланцюг навантаження таким чином, що перші однойменні виводи первинної й вторинної обмоток з'єднані відповідно з фазним і нейтральним проводами мережі й ланцюгом навантаження безпосередньо, а другі виводи обмоток з'єднані між собою через роз'єднувальний контакт комутуючого блоку, до крапки з'єднання другого виводу первинної обмотки й розмикального контакту підключений замикаючий контакт, паралельно первинній обмотці трансформатора включений шунтувальний конденсатор, паралельно кожному контакту комутуючого елемента включені відповідні RC-ланцюги, а паралельно навантаженню включено вихідний конденсатор, ввести силовий двохполюсний автомат з незалежним роз'єднувачем, перший і другий контакти якого включені послідовно в ланцюг навантаження на вході й виході регулювального вузла, між фазним проводом мережі й входом і між навантаженням і виходом згаданого вузла, крім того введено додатковий вузол захисту регулювального вузла, підключений входом до крапки з'єднання першого силового контакту двохполюсного автомата із входом регулювального вузла, а виходом - до нейтрального провода мережі, другий і третій контакти триполюсного автомата додаткового вузла захисту підключені між нейтральним проводом і виводом замикаючого контакту, не пов'язаного роз'єднувальним контактом, і між виводом первинної обмотки трансформатора й крапкою з'єднання замикаючого й розмикального контактів комутуючого блоку, при цьому перші однойменні виводи обмоток трансформатора з'єднані із входом регулювального вузла. Можна вирішити поставлену задачу також, якщо в стабілізатор змінної напруги з елементами захисту, виконаний у вигляді послідовно з'єднаних n-каскадів, кожний з яких містить регулювальний вузол, що включає трансформатор, комутуючий блок у вигляді двох комутуючих елементів, кожний з яких виконаний у вигляді пари з'єднаних послідовно роз'єднувальних і замикаючих контактів, шунтувальний і вихідний конденсатори й чотири RCланцюги а також вузол керування й комутації, при цьому первинна обмотка трансформатора через комутуючий блок підключена до входу й виходу регулювального вузла, а вторинна 3 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 обмотка включена в ланцюг навантаження, крім того первинна обмотка підключена паралельно вторинній обмотці різнойменними виводами через роз'єднувальні контакти комутуючих елементів, також паралельно первинній обмотці трансформатора включений шунтувальний конденсатор, замикаючі контакти кожного комутуючого елемента з'єднані між собою, різнойменні виводи обмоток з'єднані через роз'єднувальні контакти кожного комутуючого елемента, при цьому вузол керування й комутації виконаний у вигляді 2n схем контролю комутації, що контролюють збільшення й зменшення напруги на навантаженні від установленого рівня, а паралельно кожному контакту комутуючих елементів включено RCланцюг, а на виході останнього каскаду включено паралельно навантаженню вихідний конденсатор, ввести в кожний каскад силовий двохполюсний автомат з незалежним роз'єднувачем, перший і другий контакти якого включені послідовно в ланцюг навантаження на вході й виході регулювального вузла в першому каскаді між фазним проводом мережі й входом згаданого вузла, а в інших каскадах між виходом попереднього каскаду й входом регулювального вузла й між навантаженням і виходом свого каскаду, крім того в кожний каскад введено додатковий вузол захисту, підключений входом до крапки з'єднання першого силового двохполюсного автомата із входом регулювального вузла, а виходом до нейтрального проводу мережі, при цьому додатковий вузол захисту містить перший, другий і третій контакти триполюсного автомата захисту, які підключені між нейтральним поводом і спільною крапкою з'єднання замикаючих контактів обох комутуючих елементів і між вихідним виводом первинної обмотки трансформатора й крапкою з'єднання пари замикаючого і розмикального контактів другого комутуючого елемента. Ця ж задача буде вирішена, якщо в стабілізатор змінної напруги з елементами захисту, виконаний у вигляді послідовно з'єднаних n-каскадів, кожний з яких містить регулювальний вузол, що включає трансформатор, комутуючий блок у вигляді з'єднаних послідовно розмикального й замикаючого контактів, шунтувальний і вихідний конденсатори й два RCланцюги а також вузол керування й комутації, при цьому первинна обмотка трансформатора підключена до входу й виходу регулювального вузла, а вторинна - включена в ланцюг навантаження таким чином, що перші однойменні виводи первинної й вторинної обмоток з'єднані відповідно з фазним і нейтральним проводами мережі й ланцюгом навантаження безпосередньо, а другі виводи обмоток з'єднані між собою через роз'єднувальний контакт комутуючого блоку, до крапки з'єднання другого виводу первинної обмотки й розмикального контакту підключений замикаючий контакт, паралельно первинній обмотці трансформатора включений шунтувальний конденсатор, а паралельно кожному контакту комутуючого елемента включено відповідний RC-ланцюг, при цьому вузол керування й комутації виконаний у вигляді 2n схем контролю комутації, що контролюють збільшення й зменшення напруги на навантаженні від установленого рівня, а на виході останнього регулювального вузла каскаду включений паралельно навантаженню вихідний конденсатор ввести в кожний каскад силовий двохполюсний автомат з незалежним роз'єднувачем, перший і другий контакти якого включені послідовно в ланцюг навантаження на вході й виході регулювального вузла в першому каскаді між фазним проводом мережі й входом згаданого вузла, а в інших каскадах між виходом попереднього каскаду й входом регулювального вузла й між навантаженням і виходом свого каскаду, крім того, у кожний каскад уведений додатковий вузол захисту регулювального вузла, підключений входом до крапки з'єднання першого контакту двохполюсного автомата із входом регулювального вузла, а виходом - до нейтрального проводу мережі, другий і третій контакти триполюсного автомата додаткового вузла захисту підключені між нейтральним проводом і виводом замикаючого контакту, не пов'язаним зі роз'єднувальним контактом і між виводом первинної обмотки трансформатора й крапкою з'єднання замикаючого й розмикального контактів комутуючого елемента, при цьому перші однойменні виводи обмоток трансформатора з'єднані з виходом регулювального вузла. Така ж задача буде вирішена, якщо в стабілізатор змінної напруги з елементами захисту, виконаний у вигляді послідовно з'єднаних п -каскадів, кожний з яких містить утримуючий регулювальний вузол, що включає трансформатор, комутуючий блок у вигляді з'єднаних послідовно розмикального й замикаючого контактів, шунтувальний і вихідний конденсатори й два RC-Ланцюги а також блок керування й комутації, при цьому первинна обмотка трансформатора підключена до фазного й нейтрального проведень мережі, а вториннавключена в ланцюг навантаження таким чином, що перші однойменні виводи первинної й вторинної обмоток з'єднані відповідно з фазним і нейтральним проводами мережі й ланцюгом навантаження безпосередньо, а другі виводи обмоток з'єднані між собою через роз'єднувальний контакт комутуючого блоку, до крапки з'єднання другого виводу первинної обмотки й розмикального контакту підключений замикаючий контакт, паралельно первинній 4 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 обмотці трансформатора включений шунтувальний конденсатор, а паралельно кожному контакту комутуючого елемента включена відповідний RC-ланцюг, при цьому вузол керування й комутації виконаний у вигляді 2n схем контролю комутації, що контролюють збільшення й зменшення напруги на навантаженні від установленого рівня, а на виході останнього регулювального вузла каскаду включений паралельно навантаженню вихідний конденсатор, ввести силовий двохполюсний автомат з незалежним роз'єднувачем, перший і другий контакти якого включені послідовно в ланцюг навантаження на вході й виході регулювального вузла, між фазним проводом мережі й входом, і між навантаженням і виходом згаданого вузла, крім того уведений додатковий вузол захисту регулювального вузла, підключений входом до крапці з'єднання першого контакту двохполюсного автомата із входом регулювального вузла, а виходом - до нейтрального проводу мережі, другий і третій контакти триполюсного автомата додаткового вузла захисту підключені між нейтральним проводом і виводом замикаючого контакту, не пов'язаним зі роз'єднувальним контактом і між виводом первинної обмотки трансформатора й крапкою з'єднання замикаючого й розмикального контактів комутуючого елемента, при цьому перші однойменні виводи обмоток трансформатора з'єднані із входом регулювального вузла. Для більш плавного регулювання напруги на навантаженні в стабілізатор по кожному з варіантів введено перемикач трансформатора до складу якого входять замикаючий, роз'єднувальний і середній контакти, а також два додаткові RC-ланцюги, резистори яких підключені до крапки з'єднання розмикального й замикаючого контактів першого комутуючого блоку й середньому контакту перемикача первинної обмотки, конденсатори додаткових RCланцюгів підключені об'єднаними першими виводами відповідно до середньої крапки первинної обмотки трансформатора й замикаючого контакту перемикача первинної обмотки й до крапки з'єднання шунтувального конденсатора с виводом первинної обмотки регулювального трансформатора й роз'єднувальним контактом перемикача. Для захисту первинної обмотки трансформатора й попередження руйнуючих наслідків несправності в замикаючих і роз'єднувальних контактах комутуючих елементів у стабілізаторі по кожному з не каскадних варіантів, додатковий вузол захисту виконаний у вигляді діодного моста, першим вхідним виводом підключеного до першого виводу незалежного роз'єднувача силового двохполюсного автомата, другий вивід якого є входом додаткового вузла захисту, причому до виходу діодного моста підключений тиристор вузла захисту, у якому між анодом і керуючим електродом послідовно включені обмежувальний резистор і резистор ланцюга керування, між крапкою з'єднання згаданих резисторів і катодом тиристора включений перший контакт триполюсного автомата захисту, а між першим виводом незалежного роз'єднувача силового двохполюсного автомата й нейтральним проводом включена кнопка дистанційного керування, крім того між фазним проводом мережі й навантаженням підключено силовий двохполюсний автомат резервування. У випадку варіантів стабілізаторів, виконаних у вигляді n-каскадів силовий двохполюсний автомат резервування підключений у перший каскад між фазним проводом і виходом, а в інших каскадах зазначений автомат резервування включений між виходом попереднього каскаду й виходом свого каскаду. У стабілізаторі доцільно вузол керування й комутації виконати у вигляді датчика напруги, що містить послідовно з'єднані понижувальний трансформатор, діодний міст датчика, резистивний розбалансований міст, вхід датчика напруги підключена до контрольованої мережі, діагональ резистивного розбалансованого моста, що є виходом датчика напруги, підключена до входу двохпозиційного вимірника-регулятора (програмувального мікроконтролера), що складається із вхідного вузла, вихід якого підключений до входу цифрового фільтра, вихід якого підключений до входів першого і другого логічних пристроїв - двохпозиційних вимірників-регуляторів із програмувальними уставками, виходи яких підключені до першого і другого релейних пристроїв, керуючих комутуючими елементами для каналів з першого по n-ий від одного до декількох (трьох) фаз. У випадку варіантів стабілізаторів, виконаних у вигляді n-каскадів вузол керування й комутації виконана у вигляді 2n схем контролю комутації, що контролюють збільшення й зменшення напруги на навантаженні від установленого рівня. Для зниження наслідків аварій і забезпечення безпеки персоналу в стабілізаторі за кожним з варіантів до входу стабілізатора підключено вузол контролю опору ізоляції для мереж з ізольованою нейтраллю й захисту від перевантажень і коротких замикань для будь-якого виду мереж. Для захисту від впливу факторів зовнішнього й внутрішнього середовища в стабілізатор по кожному з варіантів між мережею й стабілізатором включено вузол комбінованого захисту від 5 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 аварійних режимів (коротке замикання в стабілізаторі й навантаженні, перевантаження по струму, перекіс фаз, зміна рівня вхідної напруги вище припустимих меж, збільшення усередині блокової температури, акустична або оптична індикація). Порівняння заявленого технічного рішення з відомими рішеннями з рівня техніки не виявило аналогічних рішень, що дозволяє встановити його відповідність критерію "новизна". Всі запропоновані варіанти стабілізатора є промислово застосовними й розроблені технічні засоби відповідають критерію винахідницький рівень, тому що вони явно не випливають із рівня техніки. При цьому з останнього не виявлено яких-небудь перетворень, що характеризуються відмітними істотними ознаками, для досягнення зазначеного технічного результату. Короткий опис фігур. Заявлене рішення пояснюється фігурами, де на фіг. 1 зображена схема однофазного стабілізатора з обмеженням по напрузі "зверху" і "знизу", на фіг. 2 - схема однофазного стабілізатора з обмеженням по напрузі "зверху", на фіг. 3 - схема однофазного стабілізатора з обмеженням по напрузі "знизу", на фіг. 4 - схема стабілізатора з вузлом перемикання первинної обмотки трансформатора, на фіг. 5 - схема керування й комутації 4 для трьох фаз, на фіг. 6 схема 3-х фазного (багатофазного) стабілізатора напруги, виконаного у вигляді n-каскадів. Поняття "зверху" означає, що напруга мережі підвищилася й необхідно її зменшити на навантаженні, поняття "знизу" - напруга понизилася й необхідно її збільшення на навантаженні; "знизу" і "зверху" - робота відбувається в заданому діапазоні вихідних напруг. Варіанти здійснення винаходу Стабілізатор змінної напруги містить регулювальний вузол 2, що складається із трансформатора із вторинної 6 і первинної 7 обмоткою, комутуючого блока, що містить два комутуючих елементи, кожний з яких виконаний у вигляді пари з'єднаних послідовно роз'єднувальних 8 і 9 і замикаючих 10 і 11 контактів. Для однофазного стабілізатора з обмеженням по напрузі "зверху" і "знизу" (фіг. 1) первинна обмотка 7 трансформатора через комутуючий блок підключена до входу й виходу регулювального вузла 2, а вторинна обмотка 6 включена в ланцюг навантаження 3, крім того, первинна обмотка 7 підключена паралельно вторинній обмотці 6 різнойменними виводами через роз'єднувальні контакти 8 і 9 комутуючих елементів, також паралельно первинній обмотці трансформатора підключений шунтувальний конденсатор 12, а паралельно кожному контакту комутуючих елементів включена один з 4 RC- ланцюгів, кожен з яких містить резистори 13 і конденсатори 14. Паралельно навантаженню підключений вихідний конденсатор 15. У стабілізатор введено двохполюсний автомат 21 з незалежним роз'єднувачем 22, контакти якого включені послідовно в ланцюг навантаження 3. Силовий двохполюсний автомат 21 включений таким чином, що його перший контакт встановлено між входом фазного проводу мережі й крапкою з'єднання входу регулювального вузла 2 з одним з виводів незалежного роз'єднувача 22, що є входом додаткового вузла захисту 16, виконаного у вигляді діодного моста 17, вихід якого підключено до силових електродів тиристора захисту 18, у ланцюг керуючого електрода якого включений резистор 19, підключений одним виводом до керуючого електрода, іншим - до обмежувального резистора 20, другий вивід роз'єднувача 21 підключений до входу діодного моста 17, другий контакт силового двохполюсного автомата включений між виходом регулювального вузла 2 і крапкою з'єднання навантаження 3 і вихідним конденсатором 15, при цьому перший, другий і третій контакти 23, 24, 25 триполюсного автомата захисту включені між крапкою з'єднання резисторів 19, 20 і катодом тиристора захисту 18, між крапкою з'єднання контактів 10, 11 і конденсатора 14 і нейтральним проводом N і між крапкою з'єднання роз'єднувальних контактів 8, 10 з другим виводом первинної обмотки 7, між мережею 1 і навантаженням 3 включено силовий двохполюсний автомат резервування 26, а між першим виводом незалежного роз'єднувача силового двохполюсного автомата 22 і нейтральним проводом включена кнопка дистанційного керування 27. Для однофазного стабілізатора з обмеженням по напрузі "зверху" (фіг. 2) первинна обмотка 7 трансформатора підключена до фазного й нейтрального проводів мережі 1, а вторинна 6 включена в ланцюг навантаження таким чином, що перші однойменні виводи первинної 7 і вторинної обмоток 6 з'єднані відповідно з фазним і нейтральним проводами мережі 1 і ланцюгом навантаження 3 безпосередньо, а другі виводи обмоток з'єднані між собою через роз'єднувальний контакт 9 комутуючого блоку, до крапки з'єднання другого виводу первинної обмотки й розмикального контакту 9 підключений замикаючий контакт 11, паралельно первинній обмотці трансформатора 7 включений шунтувальний конденсатор 12, а паралельно кожному 6 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 контакту комутуючого елемента включені відповідні RC-ланцюги 13, 14 паралельно навантаженню підключено вихідний конденсатор 15. Силовий двохполюсний автомат 21 включений у цій схемі таким чином, що його перший контакт встановлений між входом фазного проводу мережі й крапкою з'єднання входу регулювального вузла 2 з одним з виводів незалежного роз'єднувача 22, що є входом додаткового вузла захисту 16, виконаного у вигляді діодного моста 17, вихід якого підключений до силових електродів тиристора захисту 18, у ланцюг керуючого електрода якого включений резистор 19, підключений одним виводом до керуючого електрода, іншим - до обмежувального резистору 20, другий вивід роз'єднувача 21 підключений до входу діодного моста 17, другий контакт силового двохполюсного автомата включений між виходом регулювального вузла 2 і крапкою з'єднання навантаження 3 і вихідним конденсатором 15, при цьому другий 24, і третій 25 контакти триполюсного автомата захисту підключені між нейтральним проводом і виводом замикаючого контакту 11, не пов'язаним з роз'єднувальним, і між виводом первинної обмотки 7 трансформатора й крапкою з'єднання замикаючого 11 і розмикального 10 комутуючого елемента, однойменні виводи обмоток 7 і 6 трансформатора з'єднані з виходом регулювального вузла. Для однофазного стабілізатора з обмеженням за напругою "знизу" (фіг. 3), первинна обмотка 7 трансформатора підключена до фазного й нейтрального проведень мережі 1, а вторинна 6 - включена в ланцюг навантаження таким чином, що перші однойменні виводи первинної 7 і вторинної обмоток 6 з'єднані відповідно з фазним і нейтральним проводами мережі 1 і ланцюгом навантаження 3 безпосередньо, а другі виводи обмоток з'єднані між собою через роз'єднувальний контакт 8 комутуючого блоку, до крапки з'єднання другого виводу первинної обмотки й розмикального контакту 8 підключений замикаючий контакт 10, паралельно первинній обмотці трансформатора 7 включений шунтувальний конденсатор 12, а паралельно кожному контакту комутуючого елемента включені відповідні RC-ланцюги 13, 14, паралельно навантаженню підключено вихідний конденсатор 15. Силовий двохполюсний автомат 21 включений у цій схемі таким чином, що його перший контакт встановлений між входом фазного проводу мережі й крапкою з'єднання входу регулювального вузла 2 з одним з виводів незалежного роз'єднувача 22, що є входом додаткового вузла захисту 16, виконаного у вигляді діодного моста 17, вихід якого підключений до силових електродів тиристора захисту 18, у ланцюг керуючого електрода якого включений резистор 19, підключений одним виводом до керуючого електрода, а іншим - до обмежувального резистору 20, другий вивід роз'єднувача 21 підключений до входу діодного моста 17, другий контакт силового двохполюсного автомата 21 включений між виходом регулювального вузла 2 і крапкою з'єднання навантаження 3 і вихідним конденсатором 15, при цьому другий 24, і третій 25 контакти триполюсного автомата захисту підключені між нейтральним проводом і виводом замикаючого контакту 10, не пов'язаним зі роз'єднувальним, і між виводом первинної обмотки 7 трансформатора й крапкою з'єднання замикаючого 10 і розмикального 8 комутуючого елемента, при цьому однойменні виводи обмоток 7 і 6 трансформатора з'єднані із входом регулювального вузла 2. У ланцюзі первинної обмотки 7 трансформатора встановлено перемикач первинної обмотки 28 (фіг. 4) з відпайками, де 29 - середній контакт перемикача, 30-замикаючий контакт перемикача, 31- роз'єднувальний контакт перемикача. Середній контакт 29 підключений до крапки з'єднання контактів 9 і 11, що замикає контакт 30-до відпайки первинної обмотки 7, що розмикає контакт 31 - до початку первинної обмотки, паралельно контактам 29, 30 і 29, 31 включені другі RC-ланцюги, що містять 32- конденсатор другого RC-ланцюга й 33 - резистор другого RC-ланцюга. Таким чином, перемикач первинної обмотки 28, підключений до середньої крапки первинної обмотки 7 трансформатора, забезпечує три режими перемикання 29, 30 і 31. Тобто початок первинної обмотки 7 регулювального трансформатора підключено до кінця його вторинної обмотки 6 через вузол перемикання первинної обмотки 28 і роз'єднувальний контакт 9. Кінець первинної обмотки 7 регулювального трансформатора підключений до початку його вторинної обмотки 6 і через силовий роз'єднувальний контакт 8 до напруги мережі. Вторинна обмотка 6 з'єднана паралельно первинній обмотці 7 через комутуючі елементи 8 і 9. Вузол керування й комутації (фіг. 5) містить у собі датчик напруги 35, що містить трансформатор 36, діодний міст 37, резистивний нерівноважний міст із резисторів 38-41, і двохпозиційний вимірник-регулятор 48 (програмувальний мікроконтролер). Вхід датчика 35 включається в контрольовану мережу, вихід його (діагональ резистивного моста 38-41) підключається до входу вузла 48. Вузол 48 має своє внутрішнє джерело електроживлення. Регулятор має вхідний пристрій 42, два логічних пристрої 43 і 44, два релейних пристрої 46 і 47, кожне з яких управляє відповідною групою комутуючих елементів 49 7 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 54, які роблять необхідні перемикання первинних обмоток трансформаторів залежно від величини U мережі. В одну з фаз (наприклад, у фазу А) включений автоматичний вимикач 34. Напруга контролюється в одній фазі, перемикання відбуваються в 3-х фазах. Якщо буде потреба може бути виконане пофазне регулювання. У варіантах каскадної схеми стабілізатора (фіг. 6) пристрій містить n послідовно з'єднаних каскадів, кожний з яких включає трансформатор із вторинною 6 і первинною 7 обмотами, комутуючий блок, що містить два комутуючих елементи, кожний з яких виконаний у вигляді пари з'єднаних послідовно роз'єднувальних 8 і 9 і замикаючих 10 і 11 контактів. Для стабілізатора з обмеженням по напрузі "зверху" і "знизу" у кожному каскаді первинна обмотка 7 трансформатора (див. фіг. 1) через комутуючий блок підключена до входу й виходу регулювального вузла 2, а вторинна обмотка 6 включена в ланцюг навантаження 3, крім того, первинна обмотка 7 підключена паралельно вторинній обмотці 6 різнойменними виводами через роз'єднувальні контакти 8 і 9 комутуючих елементів, також паралельно первинній обмотці трансформатора підключений шунтувальний конденсатор 12, а паралельно кожному контакту комутуючих елементів включена один з 4 RC-ланцюгів, кожний з яких містить резистори 13 і конденсатори 14. Паралельно навантаженню підключено вихідний конденсатор 15. Для стабілізатора з обмеженням по напрузі "зверху" у кожному каскаді первинна обмотка 7 трансформатора (див. фіг. 2) підключена до фазного й нейтрального проводів мережі 1, а вторинна 6 - включена в ланцюг навантаження таким чином, що перші однойменні виводи первинної 7 і вторинної обмоток 6 з'єднані відповідно з фазним і нейтральним проводами мережі 1 і ланцюгом навантаження 3 безпосередньо, а другі виводи обмоток з'єднані між собою через роз'єднувальний контакт 9 комутуючого блоку, до крапки з'єднання другого виводу первинної обмотки й розмикального контакту 9 підключено замикаючий контакт 11, паралельно первинній обмотці трансформатора 7 включений шунтувальний конденсатор 12, а паралельно кожному контакту комутуючого елемента включені відповідні RC-ланцюги 13, 14 паралельно навантаженню підключено вихідний конденсатор 15. Для однофазного стабілізатора з обмеженням по напрузі "знизу" у кожному каскаді, первинна обмотка 7 трансформатора (див. фіг. 3) підключена до фазного й нейтрального проводів мережі 1, а вторинна 6 - включена в ланцюг навантаження таким чином, що перші однойменні виводи первинної 7 і вторинної обмоток 6 з'єднані відповідно з фазним і нейтральним проводами мережі 1 і ланцюгом навантаження 3 безпосередньо, а другі виводи обмоток з'єднані між собою через роз'єднувальний контакт 8 комутуючого блоку, до крапки з'єднання другого виводу первинної обмотки й розмикального контакту 8 підключено замикаючий контакт 10, паралельно первинній обмотці трансформатора 7 включено шунтувальний конденсатор 12, а паралельно кожному контакту комутуючого елемента включені відповідні RC-ланцюги 13, 14, паралельно навантаженню підключено вихідний конденсатор 15. У кожний каскад введено силовий двохполюсний автомат 21 з незалежним роз'єднувачем 22, перший і другий контакти якого включені послідовно в ланцюг навантаження на вході й виході регулювального вузла 2 у першому каскаді між фазним проводом мережі й входом згаданого вузла, а в інших каскадах між виходом попереднього каскаду й входом регулювального вузла й між навантаженням і виходом свого каскаду. У випадку варіанта каскадної схеми стабілізатора (фіг. 6) силовий двохполюсний автомат резервування 26 підключений у першому каскаді між фазним проводом і виходом каскаду, а в інших каскадах зазначений автомат резервування включений між виходом попереднього каскаду й виходом свого каскаду, а вузол керування й комутації 4 виконаний у вигляді 2n схем контролю комутації контролююче збільшення й зменшення напруги на навантаженні від установленого рівня. Працює пристрій у такий спосіб. Електрична енергія з мережі 1 передається через регулювальний вузол 2, що працює в режимі автотрансформатора, у навантаження 3 двома шляхами: за рахунок електричного зв'язку й електромагнітного зв'язку. Причому, за допомогою електричного зв'язку передається основна частина енергії (до 100 %) і істотно менша(до 0 %) за допомогою електромагнітного зв'язку. Напруга на навантаженні 3 регулюється вузлом керування й комутації 4, підключеного до входу стабілізатора. Вузол 5, підключений до входу й виходу стабілізатора, здійснює комплексний захист пристрою. Регулювальний вузол, включений за схемою автотрансформатора, коли вторинна обмотка включається послідовно з навантаженням, а первинна обмотка включається за спеціальною схемою, забезпечує наступні режими роботи: 8 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Нормальний режим роботи. У цьому режимі напруги в мережі й на навантаженні рівні, забезпечується його оптимальна величина, тобто найбільш вигідний режим роботи споживача. Первинна й вторинна обмотки трансформатора з'єднані паралельно й включені послідовно з навантаженням. У даному режимі первинна обмотка трансформатора практично закорочена, у такому режимі в ній протікає струм за рахунок ЕРС, індукованої струмом вторинної обмотки. Спадання напруги у вторинній обмотці досить мале (одиниці - частки вольта), тому що індуктивний опір короткозамкненого трансформатора незначний. Режим роботи трансформатора близький до режиму роботи короткозамкненого трансформатора струму. У цьому режимі вхідна й вихідна напруги фактично рівні. Енергія з мережі в навантаження передається на 100 % за рахунок електричного зв'язку. 2. Режим зменшення мережевої напруги (обмеження зверху). При збільшенні вхідної напруги вище припустимого рівня первинна обмотка трансформатора підключається до вхідної напруги таким чином, що ЕРС, що наводиться, у вторинній обмотці буде спрямована зустрічно напрузі мережі, а напруга на навантаженні, тобто вихідна напруга, зменшиться, компенсуючи підвищення вхідної напруги, тобто вихідна напруга на навантаженні дорівнюватиме різниці вхідної напруги й напруги, індукованій первинною обмоткою у вторинній обмотці за рахунок їхнього електромагнітного зв'язку. Енергія з мережі в навантаження передається за рахунок електричного зв'язку (основна частина) і за рахунок електромагнітного зв'язку обмоток (додаткова частина). 3. Режим збільшення напруги мережі (обмеження знизу). При зменшенні вхідної напруги нижче припустимого рівня первинна обмотка трансформатора підключається до мережі, відповідно, іншою полярністю, збільшуючи вихідну напругу, тобто вихідна напруга буде дорівнювати сумі вхідної напруги й напруги індукованого первинною обмоткою у вторинній обмотці трансформатора. Енергія з мережі в навантаження передається за рахунок електричного зв'язку (основна частина) і за рахунок електромагнітного зв'язку обмоток (додаткова частина). Для режимів (2) і (3) частина енергії з мережі в навантаження передається за рахунок електричного зв'язку, а частина за рахунок електромагнітного. Співвідношення цих частин залежить від коефіцієнта трансформації регулювального вузла К. Чим він більше, тим більша частка енергії передається за рахунок електричного зв'язку. Перемикання режимів трансформатора виробляється в ланцюзі первинної обмотки з більшим числом витків, тобто при струмах, менших від струмів навантаження в К разів, де К - коефіцієнт трансформації й без розриву ланцюга навантаження. Відповідно, потужність трансформатора менше потужності навантаження в До раз. Вона відповідає частки енергії, переданої з мережі в навантаження за рахунок електромагнітного зв'язку обмоток (електромагнітним шляхом). Вихідний стан стабілізатора - нормальний режим (напруга мережі перебуває в межах заданих норм), тобто контакти комутуючих елементів 8 і 9 замкнуті, а 10 і 11 розімкнуті. Первинна 7 і вторинна 6 обмотки трансформатора підключені між собою паралельно й послідовно з навантаженням 3. Індуктивний опір цієї системи досить малий (десяті-соті частки Ома), напруги на вході й виході однакові. Енергія з мережі в навантаження передається на 100 % за рахунок електричного зв'язку. У випадку підвищеної напруги мережі стабілізатор переходить у режим зниження напруги мережі (обмеження зверху). Вузол керування й комутації включає котушку керування контактами 8, 10 (фіг. 2). У результаті контакт 8 розмикається, а замикаючий контакт 10 замикається. Причому, спочатку розмикається контакт 8 і лише потім замикається 10 (таку конструкцію має комутуючий блок). При поверненні у вихідний стан перемикання контактів відбувається у зворотному порядку. Первинна обмотка 7 трансформатора обтікається струмом по ланцюгу: фаза А, вторинна обмотка 6 трансформатора, контакт 8, первинна обмотка 7, контакт 10, нульовий провід мережі. Первинною обмоткою 7 трансформатора наводиться у вторинній обмотці ЕРС, спрямована при зазначеній полярності обмоток зустрічно напрузі мережі. Таким чином, напруга на навантаженні дорівнює різниці напруги мережі й напруги, індукованої у вторинній обмотці первинною обмоткою. Причому, первинна обмотка підключається на стабілізовану напругу (паралельно навантаженню), що запобігає її аварії при підвищеній напрузі мережі. Енергія з мережі в навантаження передається як за рахунок електричного зв'язку (основна частина), так і за рахунок електромагнітного зв'язку (додаткова частина). У випадку зниженої напруги мережі стабілізатор переходить у режим підвищення напруги мережі (обмеження зверху). Вузол керування й комутації включає котушку елемента 50. У результаті роз'єднувальний контакт 9 розмикається, а замикаючий 11 замикається. Порядок перемикання контактів аналогічний режиму 2. Первинна обмотка трансформатора обтікається 9 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 струмом по ланцюгу: фаза А ланцюгу, контакт 9, первинна обмотка 7, контакт 11, нульовий провід мережі. При зазначеній полярності обмоток первинна обмотка 7 трансформатора комутирує у вторинній обмотці 6 ЕРС, спрямовану згідно з напругою мережі. Напруга на навантаженні дорівнює сумі напруги мережі й напруги, індукованої у вторинній обмотці 6 первинною обмоткою 7 трансформатора. Енергія з мережі в навантаження передається як за рахунок електричного зв'язку (основна частина), так і за рахунок електромагнітного зв'язку (додаткова частина). Додатковий перемикач із відпайками, тобто вузол перемикання первинної обмотки 28, дозволяє міняти коефіцієнт трансформатора К вручну або в автоматичному режимі від вузла керування й комутації 4, що розширює діапазон регулювання й забезпечує більш плавне регулювання. Конденсатор 15 на виході служить для компенсації (повної або часткової) реактивного струму навантаження, і зменшення, тим самим, номінального струму (потужності), на які розраховано регулятор, потужності трансформатора й, відповідно, загальної його вартості. Використовується в схемі для активно-індуктивних навантажень. При переході від нормального режиму до режиму обмеження зверху при розмиканні контакту 8 ланцюг первинної обмотки 7 регулювального трансформатора не розривається, а підключається до попередньої крапки, фази А мережі, але через RC-Ланцюги 13, 14. За законами комутації в перший момент конденсатори 13 і 12 представляють із себе короткозамкнений ланцюг і струм в обмотці обмежується резистором 14. При замиканні контакту 10 первинна обмотка підключається до нульового проводу мережі. Таким чином, процес перемикання проходить у полегшеному режимі, без розриву ланцюга первинної обмотки й іскріння контактів, а також без наведення в первинній обмотці 7 небезпечних ЕРС самоіндукції. У такий спосіб основне призначення RC - ланцюгів:- полегшення роботи контактів 8-11 при перехідних режимах перемикання (іскрогасіння),- полегшення роботи трансформатора в перехідних режимах перемикання (виключення розриву ланцюга первинної обмотки). Можливий трифазний варіант пристрою із загальним керуванням або керуванням по кожній фазі індивідуально (фіг. 4). При перевищенні струму в ланцюзі первинної обмотки трансформатора 7, розмикається контакт 25 триполюсного автомата додаткового захисту, що приводить до розмикання, пов'язаного з ним контакту 23 регулювального блоку додаткового захисту. При цьому зникає шунтування керуючого електрода тиристора 18, що відкривається, включаючи через міст 17 котушку незалежного роз'єднувача 22 двохполюсного автомата 21. Регулювальний вузол відключається від фази мережі 1. Аналогічна картина буде, якщо спрацює контакт 24 триполюсного автомата захисту внаслідок перевищення струму через нього в результаті несправності контактів 8-11. При зниженні напруги мережі нижче заданого в регулювальному вузлі 4 рівня, через відповідне реле включається котушка комутуючого вузла 49 (фіг. 5), що веде до наступного розмикання контакту 8 і замиканню контакту 10. Це приводить до підключення вторинної обмотки 6, згідно з напругою мережі, і напругою на навантаженні 3 підвищується напруга, індукована у вторинній обмотці 6. У нормальному режимі роботи незалежний роз'єднувач силового двохполюсного автомата 22 перебуває у відключеному стані, тому що перший, другий і третій контакти триполюсного автомата захисту 23, 24, 25, замкнуті й не впливають на роботу пристрою в цілому: перший контакт 23 шунтує ланцюг управління тиристора вузла захисту 18, струм через елемент 22 обмежений величиною резистора 20, що недостатньо для спрацьовування згаданого елемента 22, силовий двохполюсний автомат 21 включений, другий і третій контакти 24, 25 триполюсного автомата захисту здійснюють з'єднання первинної обмотки трансформатора із крапкою з'єднання контактів 8 і 10 і контактів 10, 11 комутуючих елементів з нейтральним проводом. При аварії в регулювальному вузлі 2 (у ланцюзі первинної обмотки 7 трансформатора, порушенні справності контактів 8-11 і інших несправностях), спрацьовує роз'єднувач 22 автомата 21, контакти 23, 24, 25 відключаються, відключається також 21- силовий двохполюсний автомат, силовий двохполюсний автомат резервування 26 включається вручну. Використовуючи кнопку 27, кнопку дистанційного керування, можна впливаючи на незалежний роз'єднувач силового двохполюсного автомата 22, здійснювати додатково будь-яку захисну або інформаційну функцію (підвищення внутріблокової температури, перенапруга в мережі, сигналізацію справного стану й ін.) здійснювати, минаючи вузол 5 - вузол комбінованого захисту. Крім того, використовуючи згадану кнопку, можна здійснювати дистанційне керування(відключення) стабілізатором. 10 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Підключення двохполюсного автомата резервування 26 між фазним проводом і навантаженням дозволяє повністю відключити виріб із двох сторін і тим самим забезпечити його повне знеструмлення й убезпечити при цьому обслуговуючий персонал. Вузол керування й комутації (фіг. 5) працює в такий спосіб. Елементи схеми показані у вихідному стані (коли U мережі в нормі. Первинна 7 і вторинна 6 обмотки трансформатора підключені паралельно через роз'єднувальні контакти 8-11, і двохпозиційний вимірник-регулятор 48 (програмувальний мікроконтролер). Контрольована напруга подається на понижувальний трансформатор 36 датчика (наприклад, 220/12 У), випрямлюється діодним мостом датчика 37. Отримана знижена випрямлена напруга подається на розбалансований резистивний міст із резисторів 38-41. Наприклад, діапазон вхідної напруги мікроконтролера - 0-1 У, тому резистори підібрані так, щоб при зміні вхідної напруги від 10У до 250У постійна напруга на виході моста було в межах одного вольта. Якщо позначити напругу на вході діодного моста за Uвx, to струм по ланцюзі 38, 39 буде Il = UBX/(R1+R2); струм по ланцюзі 40, 41 буде I2 = UBX/(R3+R4). Тоді напруга на резисторі U38=UBX*R1/(R1+R2), а напруга на резисторі U40=UBX*R3/(R3+R4), де R1 - опір резистора 38, R2 - опір резистора 39, R3 - опір на резисторі 40, R4 - опір на резисторі 41 Оскільки вихідна напруга датчика дорівнює різниці напруг на R1 і R2, то в результаті маємо: Uвиx=UBX* (R1/(R1+R2) - R3/(R3+R4)) = З* UBX, Де З= R1/(R1+R2)-R3/(R3+R4). Резистори обрані термостабільними, і в діапазоні -20 °C - +60 °C помилка виміру укладається в 1 %. Крім того, характеристика практично лінійна. Далі сигнал з датчика надходить на вхід програмувального мікроконтролера 48, після перетворення вузлом 42 - на логічні пристрої 43 і 44 відповідно до першого й другого каналів. Залежно від рівня сигналу або обоє вони відключені, або одне з них спрацьовує. Вхід датчика 35 включається в контрольовану мережу, вихід його (діагональ резистивного моста 38-41) підключається до входу вузла 48. Вузол 48 має своє внутрішнє джерело електроживлення. Регулятор має вхідний пристрій 42, два логічних пристрої 43 і 44, два релейних пристрої 46 і 47, кожний з яких управляє відповідною групою комутуючих елементів 49-54, які роблять необхідні перемикання первинних обмоток регулювальних трансформаторів залежно від величини U мережі. Контрольована напруга подається на понижувальний трансформатор 36 датчика (наприклад 220/12 В), і випрямлюється діодним мостом датчика 37. Отримана знижена випрямлена напруга подається на розбалансований резистивний міст із резисторів 38-41. Наприклад, діапазон вхідної напруги мікроконтролера - 0-1 В, тому резистори підібрані так, щоб при зміні вхідної напруги від 10 В до 250 В постійна напруга на виході моста було в межах одного вольта. Далі сигнал з датчика надходить на вхід програмувального мікроконтролера 48, після перетворення вузлом 42 - на логічні пристрої 43 і 44 відповідно першого й другого каналів. Залежно від рівня сигналу або обоє вони відключені, або одне з них спрацьовує. Керування роботою стабілізатора відбувається в такий спосіб. Елементи схеми показані у вихідному стані (коли U мережі в нормі). Первинна 7 і вторинна 6 обмотки регулювального трансформатора підключені паралельно через роз'єднувальні контакти й управляють відповідними 2n вихідними релейними пристроями 58. Релейні пристрої управляють відповідними котушками комутуючих елементів 8,10 і 9,11 у ланцюзі первинних обмоток 7 регулювальних трансформаторів, кожної ланки, кожної фази. При підвищенні напруги мережі вище припустимий сигнал з датчика напруги 35 надходить на вхід вхідного пристрою 42 мікроконтролера 55, після чого сигнал фільтрується від різних перешкод цифровим фільтром 56 і перетвориться їм у цифровий код, що управляє 2n двохпозиційними вимірниками-регуляторами 57. Залежно від індивідуальних уставок кожного каналу (вимірника-регулятора), відбувається спрацьовування вихідних релейних пристроїв 58 відповідних каналів, що викликає необхідні перемикання в ланцюгах первинних обмоток 7 регулювальних трансформаторів, і зниженню напруги на навантаженні. 11 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Аналогічно працює схема й при зниженні напруги в мережі, підвищуючи його на навантаженні. Якщо напруга в мережі в припустимих межах, то система перебуває в стані, зображеному на фіг. 5, тобто напруги в мережі й на навантаженні рівні. Особливість даної схеми в тому, що керування здійснюється за допомогою одного датчика за рахунок різних уставок вимірників-регуляторів. Вимикачами 34' та 34", установленими між виходом вузла 58 і крапкою з'єднання вузлів 4951 і між виходом іншого аналогічного вузла 58 і крапкою з'єднання вузлів 52-54, можна відключати роботу будь-якого каналу керування. Захист стабілізатора здійснюється захисними пристроями вузла 5. Вузол комбінованого захисту може містити в собі контроль опору ізоляції для мереж з ізольованою нейтраллю, захист від перевантажень і коротких замикань для будь-якого виду мереж від різного роду аварійних режимів (коротке замикання в стабілізаторі й навантаженні, перевантаження по струму, перекіс фаз, зміна рівня вхідної напруги вище припустимих меж, збільшення внутріблокової температури, акустична або оптична індикація). Підключення таких вузлів залежить від їхнього функціонального призначення й виду виконання. Вони можуть бути підключені, до входу стабілізатора, до його виходу, безпосередньо до навантаження й інших крапок пристрою. Промислова застосовність Випробувано макет потужністю до 50 кВа з розрахунковою сумарною нестабільністю напруги ±2 % і ±5 %. ККД стабілізатора залежно від ступенів регулювання склав 99.56 %. Дискретність регулювальних ступенів 6-12 У. Як елементи використані регулювальні трансформатори для трифазного навантаження 50 кВа - по 1 кВа для кожної фази, напруга 220/12 У, номінальні струми первинних обмоток трансформаторів 4.54 А, вторинних - 83.3 А. Номінальний струм комутуючих елементів 8-11 16А, номінальна напруга контактів 660У. Автомати 23-25 на 6 А, автомати 21, 26-80А. Використовується мікроконтролер типу вимірник-регулятор фірми ОВНА 2ТРМ1. Видно, що номінальний струм через QFy в 15-20 разів менше струму силового автомата QFc. Таким чином, запропоновані варіанти стабілізатора змінної напруги, що обмежують його величину "зверху", "знизу"; "знизу" і "зверху" для одного стабілізатора й стабілізатора у вигляді каскадної схеми з розширеними захисними й сервісними функціями, включаючи вдосконалення ряду вузлів. Запропоновані варіанти пристроїв володіють рядом переваг у порівнянні з відомими стабілізаторами змінної напруги. Наведені відомості підтверджують можливість здійснення пропонованого винаходу. При цьому пропоновані варіанти стабілізаторів змінної напруги працюють на будь-якому навантаженні без викривлення форми кривої напруги. Комутація відбувається без переривання струму й при струмах у К разів менше струму навантаження. Як відомо, нормативними документами на якість електроенергії регламентуються наступні параметри: 1) відхилення напруги від номінального, 2) несиметрія напруги по фазах, 2) несинусоїдальність напруги, 3) вміст вищих гармонік. Заявлений стабілізатор забезпечує можливості регулювати всі зазначені регламентовані параметри й, крім того, компенсує реактивну потужність навантаження, повністю або частково як від струму навантаження основної частоти, так і вищих гармонік, тому що по суті являє собою індуктивно-ємнісний фільтр для струмів вищих гармонік. Виходячи з вище викладеного, заявлений стабілізатор є пристроєм, що забезпечує якісне електроживлення споживачів, а також збільшення енергозберігаючих ресурсів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Стабілізатор змінної напруги з елементами захисту, що містить регулювальний вузол, що включає трансформатор, комутуючий блок у вигляді двох комутуючих елементів, кожний з яких виконаний у вигляді пари з'єднаних послідовно роз'єднувальних і замикаючих контактів, шунтувальний і вихідний конденсатори й чотири RC-ланки, а також вузол керування й комутації, при цьому первинна обмотка трансформатора через комутуючий блок підключена до входу й виходу регулювального вузла, а вторинна - включена в ланку навантаження, крім того первинна обмотка підключена паралельно вторинній обмотці різнойменними виводами через роз'єднувальні контакти комутуючих елементів, також паралельно первинній обмотці трансформатора підключено шунтувальний конденсатор, а паралельно кожному контакту комутуючих елементів включена RC-ланка, при цьому вихідний конденсатор включений паралельно навантаженню, який відрізняється тим, що введено силовий двополюсний 12 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 автомат з незалежним роз'єднувачем, контакти якого включені послідовно в ланку навантаження на вході й виході регулювального вузла між фазним проводом мережі й входом регулювального вузла і між навантаженням і виходом регулювального вузла, крім того введено додатковий вузол захисту, підключений входом до точки з'єднання першого силового двополюсного автомата із входом регулювального вузла, а виходом до нейтрального проводу мережі, при цьому додатковий вузол захисту містить перший, другий і третій контакти триполюсного автомата захисту, які підключені між нейтральним проводом і точкою з'єднання замикаючих контактів обох комутуючих елементів і між виводом первинної обмотки трансформатора й точкою з'єднання пари замикаючого й розмикального контактів другого комутуючого елемента. 2. Стабілізатор за п. 1, який відрізняється тим, що в нього введено перемикач первинної обмотки трансформатора, до складу якого входять замикаючий, роз'єднувальний і середній контакти, а також дві додаткові RC-ланки, резистори яких підключені до точки з'єднання розмикального й замикаючого контактів першого комутуючого блока й середнього контакту перемикача первинної обмотки, конденсатори додаткових RC-ланок підключені об'єднаними першими виводами відповідно до середньої точки первинної обмотки трансформатора й замикаючого контакту перемикача первинної обмотки, до точки з'єднання шунтувального конденсатора до виводу первинної обмотки регулювального трансформатора й розмикального контакту перемикача. 3. Стабілізатор за п. 1, який відрізняється тим, що додатковий вузол захисту виконаний у вигляді діодного моста, першим вхідним виводом підключеного до першого виводу незалежного роз'єднувача силового двополюсного автомата, другий вивід якого є входом додаткового вузла захисту, причому до виходу діодного моста підключений тиристор вузла захисту, у якому між анодом і керуючим електродом послідовно включені обмежувальний резистор і резистор ланки керування, між точкою з'єднання згаданих резисторів і катодом тиристора включений перший контакт триполюсного автомата захисту, а між першим виводом незалежного роз'єднувача силового двополюсного автомата й нейтральним проводом включена кнопка дистанційного керування. 4. Стабілізатор за п. 1, який відрізняється тим, що між фазним проводом мережі й навантаженням підключено силовий двополюсний автомат резервування. 5. Стабілізатор за п. 1, який відрізняється тим, що вузол керування й комутації виконаний у вигляді датчика напруги, що містить послідовно з'єднані понижувальний трансформатор, діодний міст датчика, резистивний розбалансований міст, вхід датчика напруги підключено до контрольованої мережі, діагональ резистивного розбалансованого моста, що є виходом датчика напруги, підключена до входу двопозиційного вимірника-регулятора (програмувального мікроконтролера), що складається із вхідного вузла, вихід якого підключений до входу цифрового фільтра, вихід якого підключений до входів першого і другого логічних пристроїв двопозиційних вимірників-регуляторів із програмувальними уставками, виходи яких підключені до першого і другого релейних пристроїв, керуючих комутуючими елементами для каналів з першого по n-ий від одного до декількох (трьох) фаз. 6. Стабілізатор за п. 1, який відрізняється тим, що до входу стабілізатора підключено вузол контролю опору ізоляції для мереж з ізольованою нейтраллю й захисту від перевантажень і коротких замикань для будь-якого виду мереж. 7. Стабілізатор за п. 1, який відрізняється тим, що між мережею й стабілізатором включено вузол комбінованого захисту від аварійних режимів (коротке замикання в стабілізаторі й навантаженні, перевантаження по струму, перекіс фаз, зміна рівня вхідної напруги вище припустимих меж, збільшення температури всередині блока, акустична або оптична індикація). 8. Стабілізатор змінної напруги з елементами захисту, що містить регулювальний вузол, що включає трансформатор, комутуючий блок у вигляді з'єднаних послідовно розмикального й замикаючого контактів, шунтувальний і вихідний конденсатори й дві RC-ланки а також вузол керування й комутації, при цьому первинна обмотка трансформатора підключена до фазного й нейтрального проводів мережі, а вторинна - включена в ланку навантаження таким чином, що перші однойменні виводи первинної й вторинної обмоток з'єднані відповідно з фазним і нейтральним проводами мережі й ланкою навантаження безпосередньо, а другі виводи обмоток з'єднані між собою через роз'єднувальний контакт комутуючого блока, до точки з'єднання другого виводу первинної обмотки й розмикального контакту підключений замикаючий контакт, паралельно первинній обмотці трансформатора включений шунтувальний конденсатор, а паралельно кожному контакту комутуючого елемента включена відповідна RC-ланка, паралельно навантаженню підключений вихідний конденсатор, який відрізняється тим, що введені силовий двополюсний автомат з незалежним роз'єднувачем, перший і другий контакти 13 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 якого включені послідовно в ланку навантаження на вході й виході регулювального вузла, між фазним проводом мережі й входом і між навантаженням і виходом згаданого вузла, крім того введений додатковий вузол захисту регулювального вузла, підключений входом до точки з'єднання першого контакту двополюсного автомата із входом регулювального вузла, а виходом - до нейтрального проводу мережі, другий і третій контакти триполюсного автомата додаткового вузла захисту підключені між нейтральним проводом і виводом замикаючого контакту, не пов'язаним із роз'єднувальним контактом, і між виводом первинної обмотки трансформатора й точкою з'єднання замикаючого й розмикального контактів комутуючого елемента, при цьому перші однойменні виводи обмоток трансформатора з'єднані з виходом регулювального вузла. 9. Стабілізатор змінної напруги за п. 8, який відрізняється тим, що в нього введений перемикач первинної обмотки трансформатора до складу якого входять замикаючий, роз'єднувальний і середній контакти, а також дві додаткові RC-ланки, резистори яких підключені до точки з'єднання розмикального й замикаючого контактів першого комутуючого блока й середнього контакту перемикача первинної обмотки, конденсатори додаткових RC-ланок підключені об'єднаними першими виводами відповідно до середньої точки первинної обмотки трансформатора й замикаючого контакту перемикача первинної обмотки, до точки з'єднання шунтувального конденсатора, до виводу первинної обмотки регулювального трансформатора й розмикального контакту перемикача. 10. Стабілізатор за п. 8, який відрізняється тим, що додатковий вузол захисту виконаний у вигляді діодного моста, першим вхідним виводом підключеного до першого виводу незалежного роз'єднувача силового двополюсного автомата, другий вивід якого є входом додаткового вузла захисту, причому до виходу діодного моста підключений тиристор вузла захисту, у якому між анодом і керуючим електродом послідовно включені обмежувальний резистор і резистор ланки керування, між точкою з'єднання згаданих резисторів і катодом тиристора включений перший контакт триполюсного автомата захисту, а між першим виводом незалежного роз'єднувача силового двополюсного автомата й нейтральним проводом включена кнопка дистанційного керування. 11. Стабілізатор за п. 8, який відрізняється тим, що між фазним проводом мережі й навантаженням підключено силовий двополюсний автомат резервування. 12. Стабілізатор за п. 8, який відрізняється тим, що вузол керування й комутації виконаний у вигляді датчика напруги, що містить послідовно з'єднані понижувальний трансформатор, діодний міст датчика, резистивний розбалансований міст, вхід датчика напруги підключено до контрольованої мережі, діагональ резистивного розбалансованого моста, що є виходом датчика напруги підключена до входу двопозиційного вимірника-регулятора (програмувального мікроконтролера), що складається із вхідного вузла, вихід якого підключений до входу цифрового фільтра, вихід якого підключений до входів першого і другого логічних пристроїв двопозиційних вимірників-регуляторів із програмувальними уставками, виходи яких підключені до перших і другому релейних пристроїв, керуючих комутуючими елементами для каналів з першого по n-ий від одного до декількох (трьох) фаз. 13. Стабілізатор за п. 8, який відрізняється тим, що до входу стабілізатора підключений вузол контролю опору ізоляції для мереж з ізольованою нейтраллю й захисту від перевантажень і коротких замикань для будь-якого виду мереж. 14. Стабілізатор за п. 8, який відрізняється тим, що між мережею й стабілізатором включено вузол комбінованого захисту від аварійних режимів (коротке замикання в стабілізаторі й навантаженні, перевантаження по струму, перекіс фаз, зміна рівня вхідної напруги вище припустимих меж, збільшення температури всередині блока, акустична або оптична індикація). 15. Стабілізатор змінної напруги з елементами захисту, виконаний у вигляді послідовно з'єднаних n-каскадів, кожний з яких містить регулювальний вузол, що включає трансформатор, комутуючий блок у вигляді з'єднаних послідовно розмикального й замикаючого контактів, шунтувальний і вихідний конденсатори й дві RC-ланки а також вузол керування й комутації, при цьому первинна обмотка трансформатора підключена до входу й виходу регулювального вузла, а вторинна - включена в ланку навантаження таким чином, що перші однойменні виводи первинної й вторинної обмоток з'єднані відповідно з фазним і нейтральним проводами мережі й колом навантаження безпосередньо, а другі виводи обмоток з'єднані між собою через роз'єднувальний контакт комутуючого блока, до точки з'єднання другого виводу первинної обмотки й розмикального контакту підключено замикаючий контакт, паралельно первинній обмотці трансформатора включений шунтувальний конденсатор, а паралельно кожному контакту комутуючого елемента включено відповідну RC-ланку, при цьому вузол керування й комутації виконаний у вигляді 2n схем контролю комутації, що контролюють збільшення й 14 UA 103498 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зменшення напруги на навантаженні від установленого рівня, а на виході останнього регулювального вузла каскаду включений паралельно навантаженню вихідний конденсатор, який відрізняється тим, що в кожний каскад введено силовий двополюсний автомат з незалежним роз'єднувачем, перший і другий контакти якого включені послідовно в ланку навантаження на вході й виході регулювального вузла в першому каскаді між фазним проводом мережі й входом згаданого вузла, а в інших каскадах між виходом попереднього каскаду й входом регулювального вузла й між навантаженням і виходом свого каскаду, крім того, у кожний каскад введено додатковий вузол захисту регулювального вузла, підключений входом до точки з'єднання першого контакту двополюсного автомата із входом регулювального вузла, а виходом - до нейтрального проводу мережі, другий і третій контакти триполюсного автомата додаткового вузла захисту підключені між нейтральним проводом і виводом замикаючого контакту, не пов'язаним із роз'єднувальним контактом і між виводом первинної обмотки трансформатора й точкою з'єднання замикаючого й розмикального контактів комутуючого елемента, при цьому перші однойменні виводи обмоток трансформатора з'єднані з виходом регулювального вузла. 16. Стабілізатор за п. 15, який відрізняється тим, що додатково в кожний каскад або у вибрані каскади уведений перемикач трансформатора, до складу якого входять замикаючий, роз'єднувальний і середній контакти, а також дві додаткові RC-ланки, резистори яких підключені до точки з'єднання розмикального й замикаючого контактів першого комутуючого блока й середньому контакту перемикача первинної обмотки, конденсатори додаткових RC-ланок підключені об'єднаними першими виводами відповідно до середньої точки первинної обмотки трансформатора й замикаючому контакту перемикача первинної обмотки, до точки з'єднання шунтувального конденсатора, до виводу первинної обмотки регулювального трансформатора й розмикального контакту перемикача. 17. Стабілізатор за п. 15, який відрізняється тим, що додатковий вузол захисту виконаний у вигляді діодного моста, першим вхідним виводом підключеного до першого виводу незалежного роз'єднувача силового двополюсного автомата, другий вивід якого є входом додаткового вузла захисту, причому до виходу діодного моста підключений тиристор вузла захисту, у якому між анодом і керуючим електродом послідовно включені обмежувальний резистор і резистор ланки керування, між точкою з'єднання згаданих резисторів і катодом тиристора включений перший контакт триполюсного автомата захисту, а між першим виводом незалежного роз'єднувача силового двополюсного автомата й нейтральним проводом включена кнопка дистанційного керування. 18. Стабілізатор за п. 15, який відрізняється тим, що в першому каскаді міжфазним проводом і виходом каскаду підключено силовий двополюсний автомат резервування, а в інших ступенях зазначений автомат резервування включений між виходом попереднього ступеня каскаду й виходом свого каскаду. 19. Стабілізатор за п. 15, який відрізняється тим, що вузол керування й комутації виконаний у вигляді 2n схем контролю комутації, що контролюють збільшення й зменшення напруги на навантаженні від установленого рівня, при цьому кожна схема виконана у вигляді датчика напруги, що містить послідовно з'єднані понижувальний трансформатор, діодний міст датчика, резистивний розбалансований міст, вхід датчика напруги підключений до контрольованої мережі, діагональ резистивного розбалансованого моста, що є виходом датчика напруги, підключена до входу двопозиційного вимірника-регулятора (програмувального мікроконтролера), що складається із вхідного вузла, вихід якого підключений до входу цифрового фільтра, вихід якого підключений до входів перших і другого логічних пристроїв двопозиційних вимірників-регуляторів із програмувальними уставками, виходи яких підключені до першого і другого релейних пристроїв, керуючих комутуючими елементами для каналів з першого по n-ий від одного до декількох (трьох) фаз. 20. Стабілізатор за п. 15, який відрізняється тим, що до входу стабілізатора підключено вузол контролю опору ізоляції для мереж з ізольованою нейтраллю й захисту від перевантажень і коротких замикань для будь-якого виду мереж. 21. Стабілізатор за п. 15, який відрізняється тим, що між мережею й стабілізатором включено вузол комбінованого захисту від аварійних режимів (коротке замикання в стабілізаторі й навантаженні, перевантаження по струму, перекіс фаз, зміна рівня вхідної напруги вище припустимих меж, збільшення температури всередині блока, акустична або оптична індикація). 15 UA 103498 C2 16 UA 103498 C2 17 UA 103498 C2 18 UA 103498 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 19