Стабілізатор змінної напруги

Реферат: Винахід належить до галузі електротехніки, а саме стабілізаторів змінної напруги, призначених для управління навантаженням змінного струму. Стабілізатор змінної напруги, який складається з двообмоткового дроселя, двох ключів змінного струму, які управляються протифазно, роздільного конденсатора та конденсатора фільтра, включеного паралельно навантаженню і містить систему управління, яка складається з генератора синусоїдального опорного сигналу, синхронізованому з вхідною напругою, двох пристроїв взяття модуля вхідного сигналу, регулятора та широтно-імпульсного модулятора, дозволяє зменшити масу та габарити стабілізатора і покращити форму вихідного сигналу. UA 103952 C2 (12) UA 103952 C2 UA 103952 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електротехніки, а саме стабілізаторів змінної напруги, призначених для керування навантаженням змінного струму. Відомі пристрої для стабілізації змінної напруги, побудовані на основі трансформаторів (автотрансформаторів), розрахованих на частоту мережі, з вторинною обмоткою, розділеною на секції, які за допомогою ключів змінного струму, наприклад тиристорів, підключаються до навантаження з метою стабілізації напруги за умови зміни напруги мережі. Недоліком таких пристроїв є низька точність підтримання вихідної напруги, яка залежить від кількості секцій вторинної обмотки трансформатора (автотрансформатора), низька швидкодія та великі маса і габарити, обумовлені наявністю силового низькочастотного трансформатора. Відомі також пристрої для стабілізації змінної напруги, побудовані за принципом подвійного перетворення енергії. Вони містять випрямляч напруги мережі, електролітичний конденсатор фільтра, перетворювач постійної напруги в змінну. У порівнянні з трансформаторним (автотрансформаторним) стабілізатором цей стабілізатор забезпечує точнішу стабілізацію, має менші масу та габарити. До недоліків таких стабілізаторів можна віднести наявність високовольтного електролітичного конденсатора, який має низький термін експлуатації, наявність мінімум двох індуктивних елементів - високочастотного трансформатора та дроселя. Найбільш близьким до пропонованого технічного рішення є пристрій, який містить фільтр низької частоти, підключено до джерела змінного струму, два ключі змінного струму, які управляють протифазно за допомогою широтно-імпульсного модулятора, дроселя L та конденсатора С [Патент US 20080238377 А1, опубл.02.10.2008]. Недоліком цього рішення є наявність вхідного низькочастотного фільтру, необхідність якого пояснюється розривним характером вхідного струму стабілізатора, чого неможливо уникнути за даної схемної реалізації стабілізатора, а також неможливість корекції форми вихідної напруги. В основу винаходу поставлена задача зменшення маси та габаритів стабілізатора, покращення форми вихідного сигналу. Поставлена задача вирішується тим, що у стабілізаторі змінної напруги, який містить два ключі змінного струму, дросель, конденсатор, включений паралельно навантаженню, згідно з корисною моделлю дросель виконано двох обмотковим і додатково введено роздільний конденсатор і систему керування, яка складається з генератора опорного сигналу, синхронізованого з вхідною напругою стабілізатора, першого пристрою взяття модуля вхідного сигналу, регулятора, другого пристрою взяття модуля вхідного сигналу та широтно-імпульсного модулятора, при цьому початок першої обмотки двообмоткового дроселя підключено до першого контакту мережі, кінець першої обмотки двообмоткового дроселя підключено до першого виводу першого ключа змінного струму та першого виводу роздільного конденсатора, другий вивід першого ключа змінного струму підключено до другого контакту мережі, другий вивід роздільного конденсатора підключено до кінця другої обмотки двох обмоткового дроселя, початок другої обмотки двообмоткового дроселя підключено до другого контакту мережі, перший вивід другого ключа змінного струму підключено до точки з'єднання другого виводу проміжного конденсатора та кінця другої обмотки двообмоткового дроселя, другий вивід другого ключа змінного струму підключено до точки з'єднання першого виводу навантаження та першого виводу конденсатора, другий вивід конденсатора і другий вивід навантаження підключено до другого контакту мережі, вхід генератора опорного сигналу підключено до мережі, вихід генератора опорного сигналу підключено до входу першого пристрою взяття модуля вхідного сигналу, вихід якого підключено до першого входу регулятора, вихід другого пристрою взяття модуля вхідного сигналу підключено до другого входу регулятора, вхід якого підключено до навантаження, вихід регулятора підключено до входу широтно-імпульсного модулятора, перший вихід широтно-імпульсного модулятора підключено до входу керування першого ключа змінного струму, другий вихід широтно-імпульсного модулятора підключено до входу керування другого ключа змінного струму. Таким чином, завдяки тому, що вхідний струм стабілізатора має нерозривний характер, в стабілізаторі не є необхідним використання вхідного низькочастотного фільтра. Завдяки використанню системи керування з джерелом опорного сигналу, синхронізованого з вхідною напругою, за допомогою, наприклад, фазового автопідстроювання частоти, в стабілізаторі здійснюється корекція форми вхідної напруги. З метою забезпечення нерозривного вхідного струму стабілізатора початок першої обмотки двообмоткового дроселя підключено до першого контакту мережі, кінець першої обмотки двообмоткового дроселя підключено до першого виводу першого ключа змінного струму та першого виводу роздільного конденсатора, другий вивід першого ключа змінного струму підключено до другого контакту мережі, другий вивід роздільного конденсатора підключено до кінця другої обмотки двох обмоткового дроселя та першого виводу другого ключа змінного 1 UA 103952 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 струму, початок другої обмотки двох обмоткового дроселя підключено до точки з'єднання першого виводу конденсатора і першого виводу навантаження, другий вивід другого ключа змінного струму підключено до другого контакту мережі та точки з'єднання другого виводу конденсатора та другого виводу навантаження. Виконання першого та другого пристроїв взяття модуля вхідного сигналу на основі активного двонапівперіодного випрямляча дозволяє підвищити точність перетворення сигналу генератора синусоїдального опорного сигналу, синхронізованому з сигналом мережі, та точність відтворення вихідного сигналу стабілізатора. Виконання регулятора на основі операційного підсилювача забезпечує відтворення пропорційного або пропорційно-інтегрального, або пропорційно-інтегрально-диференціального закону регулювання. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На фіг. 1 представлено схему стабілізатора. На фіг. 2 представлено варіант виконання стабілізатора. На фіг. 3 представлено елемент 2, 3 з фіг. 1. Стабілізатор за корисною моделлю, який містить два ключі змінного струму 2, 3, виконані, наприклад, у вигляді діодного мосту, в діагоналі якого включено транзистор (фіг. 1), які управляються протифазно за допомогою широтно-імпульсного модулятора 8, конденсатор С2, включений паралельно навантаженню, містить двообмотковий дросель L, початок першої обмотки якого підключено до мережі, кінець першої обмотки підключено до першого виводу ключа змінного струму 2, роздільний конденсатор С1, перший вивід якого підключено до точки з'єднання кінця першої обмотки дроселя та ключа змінного струму 2, початок другої обмотки дроселя L підключено до мережі, кінець другої обмотки дроселя L підключено до другого виводу роздільного конденсатора С1, другий ключ змінного струму включено між точкою з'єднання другого виводу конденсатора С1 та кінця другої обмотки дроселя L і першого виводу навантаження, другий вивід якого підключено до мережі, та система керування, яка складається з генератора синусоїдального опорного сигналу 4, синхронізованому з сигналом мережі 1, вихід якої з'єднано з першим пристроєм 5 взяття модуля вхідного сигналу, виконаного, наприклад, на основі активного двонапівперіодного випрямляча, регулятора 7, виконаного, наприклад, на основі операційного підсилювача, на один вхід якого надходить сигнал з виходу блока 5, а на другий вхід надходить сигнал з виходу другого пристрою взяття модуля вхідного сигналу 6, вхідним сигналом якого є напруга навантаження 9. Вихід регулятора 7 сполучено з входом широтно-імпульсного модулятора 8. Виходи широтно-імпульсного модулятора 8 сполучено з керуючими входами ключів змінного струму (фіг. 1). У варіанті виконання корисної моделі початок першої обмотки двообмоткового дроселя L підключено до мережі, кінець першої обмотки двообмоткового дроселя L підключено до першого виводу ключа змінного струму 2 та першого виводу роздільного конденсатора С1, другий вивід ключа змінного струму 2 підключено до мережі, другий вивід роздільного конденсатора С1 підключено до кінця другої обмотки дроселя L та першого виводу ключа змінного струму 3, початок другої обмотки дроселя L підключено до першого виводу навантаження, другий вивід ключа змінного струму 3 підключено до мережі та другого виводу навантаження, (фіг. 2) Корисна модель працює наступним чином. Сигнал з виходу генератора опорного сигналу 4, що синхронізований з сигналом мережі, надходить на вхід першого пристрою взяття модуля вхідного сигналу 5, з виходу якого сигнал, який дорівнює модулю вхідного сигналу пристрою 5 надходить на перший вхід регулятора 5, на другий вхід регулятора надходить сигнал з виходу другого пристрою взяття модуля вхідного сигналу 6, на вхід якого надходить сигнал з виходу стабілізатора. Сигнал з виходу регулятора 5 надходить на вхід широтно-імпульсного модулятора 8, з виходів якого протифазні сигнали надходять на управляючі входи ключів змінного струму 2 та 3. Передаточна характеристика перетворювачів, які утворюються дроселем L, конденсаторами СІ, С2, ключами змінного струму 2 і 3 (фіг. 1,2) має вигляд: U t D K u  out  , D i, Uin 1 D T де: Uout - вихідна напруга перетворювачів, Uin - вхідна напруга перетворювачів, D коефіцієнт заповнення імпульсів керування, ti - тривалість імпульсу керування на виході широтно-імпульсного модулятора 8, T - період сигналу на виході широтно-імпульсного модулятора. За допомогою зміни коефіцієнта заповнення" імпульсів керування D можна 2 UA 103952 C2 отримати вихідну напругу як більшу, так і меншу за вхідну і здійснювати стабілізацію вихідної напруги за допомогою системи керування, що складається з пристроїв 4, 5, 6, 7, 8. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 1. Стабілізатор змінної напруги, який містить два ключі змінного струму, дросель, конденсатор, включений паралельно навантаженню, який відрізняється тим, що дросель виконано двообмотковим і додатково введено роздільний конденсатор і систему керування, яка складається з генератора опорного сигналу, синхронізованого з вхідною напругою стабілізатора, першого пристрою взяття модуля вхідного сигналу, регулятора, другого пристрою взяття модуля вхідного сигналу та широтно-імпульсного модулятора, при цьому початок першої обмотки двообмоткового дроселя підключено до першого контакту мережі, кінець першої обмотки двообмоткового дроселя підключено до першого виводу першого ключа змінного струму та першого виводу роздільного конденсатора, другий вивід першого ключа змінного струму підключено до другого контакту мережі, другий вивід роздільного конденсатора підключено до кінця другої обмотки двообмоткового дроселя, початок другої обмотки двообмоткового дроселя підключено до другого контакту мережі, перший вивід другого ключа змінного струму підключено до точки з'єднання другого виводу роздільного конденсатора та кінця другої обмотки двообмоткового дроселя, другий вивід другого ключа змінного струму підключено до точки з'єднання першого виводу навантаження та першого виводу конденсатора, другий вивід конденсатора і другий вивід навантаження підключено до другого контакту мережі, вхід генератора опорного сигналу підключено до мережі, вихід генератора опорного сигналу підключено до входу першого пристрою взяття модуля вхідного сигналу, вихід якого підключено до першого входу регулятора, вихід другого пристрою взяття модуля вхідного сигналу підключено до другого входу регулятора, вхід якого підключено до навантаження, вихід регулятора підключено до входу широтно-імпульсного модулятора, перший вихід широтноімпульсного модулятора підключено до входу керування першого ключа змінного струму, другий вихід широтно-імпульсного модулятора підключено до входу керування другого ключа змінного струму. 2. Стабілізатор за п. 1, який відрізняється тим, що початок першої обмотки двообмоткового дроселя підключено до першого контакту мережі, кінець першої обмотки двообмоткового дроселя підключено до першого виводу першого ключа змінного струму та першого виводу роздільного конденсатора, другий вивід першого ключа змінного струму підключено до другого контакту мережі, другий вивід роздільного конденсатора підключено до кінця другої обмотки двообмоткового дроселя та першого виводу другого ключа змінного струму, початок другої обмотки двообмоткового дроселя підключено до точки з'єднання першого виводу конденсатора і першого виводу навантаження, другий вивід другого ключа змінного струму підключено до другого контакту мережі та точки з'єднання другого виводу конденсатора та другого виводу навантаження. 3. Стабілізатор за п. 1, який відрізняється тим, що перший пристрій взяттямодуля вхідного сигналу виконано на основі активного двополуперіодного випрямляча. 4. Стабілізатор за п. 1, який відрізняється тим, що регулятор виконано на основі операційного підсилювача. 3 UA 103952 C2 4 UA 103952 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 5