Регулятор однофазного напряжения

Союз Советскнк Ссн 4 нвлнстнческнк РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СИИ ЖИТЕЛЬСТВУ и 736292(51)М. Кв. Н 02 И 5/12 Государственный комнтет СССР но делам изобретений н открытий(54) РЕГУЛЯТОР ОДНОФАЗНОГО НАПРЯИЕНИЯ Изобретение относится к преобразовательной технике и касается электромагнитных устройств. Оно можетбыть использовано при построениирегуляторов - стабилизаторов напряжения переменного тока.Известны однофазные и трехфазныерегуляторы - стабилизаторы напряжения переменного тока, регулирующийорган которых выполнен: на дросселях насыщения (магнитных усилителях)включенных последовательно или параллельно с трансформатором (автотрансформатором),на трансформаторах(автотрансформаторах), регулируемыхподмагничиванием шунта, на трансформаторах (автотрансформаторах),регулируемых перераспределениемнапряжения (ТРПН и АРПН соответственно), на автотрансформаторах,регулируемых тиристорами, подключенныьь к отпайкам обмотки 1), 2),3), 4 и 5),Иэ перечисленных регуляторовнаиболее совершенными являются построенные на базе АРПН (ТРПН),Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсярегулятор-стабилизаторсодержащийподмагничиваемые автотрансформаторы,обмотки перемейного тока 1 которыеимеют различные коэффициенты трансформации, цепи управления и источники подмагничивания 5),Недостатками устройств регулирования и стабилизациинапряженияна базе АРПН (ТРПН) с раздельнымиобмотками переменного тока и обмотками управления являются: сравнительно большие габариты и масса, так как25-40 полезной площади окна магнитопровода АРПБ (ТРПН) занимает обмотка управления, усиленная изоляциямежду обмотками переменного тока и5 обмоткой управления, относительно. сложная технология намотки. катушек, так как необходимо выполнятьобмотки на двух спаренных каркасах,плохой теплосъем с секцией обмоток,20 расположенных в охватывающей обмоткеуправления.Целью изобретения является уменьшение габаритов и массы и увеличение КПД регулятора,25 это достигается тем, что в предложенном регуляторе однофазного напряжения обмотки, общие для первичной и вторичной цепей автотрансформаторов, на каждом из сердечников30 выполнены в виде двух равных по чис 73629235 лу вит ков секций, Которые включеныв параллельные цепи из двух ветвейкаждая с перекрестным последовательно-встречным соединением расположенных на разных сердечниках секций,общим точкам которых подключены гальванически развязанные импульсные1 источники подмагничивания,Регулятор напряжения может бытьвыполнен также и на базе ТРПН, длячего первичные обмотки трансформаторов на каждом из сердечников разбивают также на две секции и включают в упомянутые параллельные цепи.Исключение из АРПН (ТРПН) специальных обмоток управления и соединения обмоток переменного тока по 15предлагаемой схеме позволяет уменьшить габариты и массу регуляторовувеличить КПД, повысить их надежность и технологию изготовления инаиболее эффективно использовать импульсный способ управления,На Фиг. 1 показана принципиальнаясхема регулятора аднофазного напряжения; на Фиг. 2 - схема одного понижающего автотрансформатора с источником подмагничивания и направлениямагнитных потоков, создаваемых токами, протекающими в секциях рабочихобмоток в оба полупериода питающегонапряжения Уь, на Фиг. 3 - идеализированные дйаграммы напряжений итоков в регуляторе, показанном наФиг.1; на фиг. 4 - принципиальнаясхема регулятора однофазного напряжения, выполненного на подмагничиваемых трансформаторах.Регулятор напряжения (Фиг.1) содержит понижающий автотрансформатор1, повышающий автотрансформатор 2,импульсные источники подмагничивания 3 и 4, включающие в себя блоки. - 40рующие вентили и ключевые элементы5-8. Электродвижущие силы источниковподмагничивания обозначены Е и Е.Автотрансформатор 1 выполнен насердечниках 9,10, на которых размещены понижающие обмотки 11, 12, соединенные между собой последовательно-встречно, и секции 13-16 обмоток,общий для первичной и вторичной цепей автотрансформатора. Секции 13-16включены в параллельную цепь из двухветвей с перекрестным последовательно.встречный соединением секций 13, 16и 14, 15 расположенных на разныхсердечниках, Точки соединения секций обозначены позициями 17, 18, 19и 20, К точкам 18 и 19 подключен импульсный источник подмагничивания 3.Автотрансформатор 2 содержит сердечники 21, 22, повышающие обмотки23, 24, соединенные последовательна- фовстречно между собой и с понижаюшимиобмотками автотрансформатора 1, исекции 25-28 обмоток общих для первичной и вторичной цепей, включенныев параллельную цепь из двух ветвей 65 с перекрестным последовательно-встреч-ным соединением секций 25, 28 н 26,27. Точки соединения секций обозначены цифрами 29, 30, 31 и 32. К точкам30, 31 перекрестного соединения сек(ций подключен импульсный источник подмагничивания 4. В разрыв между повышающими обмотками 23, 24 и секциями25-28 автотрансформатора 2 включенысекции обмоток 13-16 автатрансфарматара 1.Обозначения элементов фиг.2 аналогичны фиг,1, за исключением второго автотрансформатора и источникаподмагничивания, которые изображеныв виде одного элемента 2,На фиг. 3 приняты следующие обозначения: а - входное напряжениеб,в - напряженияи О на автотрансформаторах 1,2 в точках 17,20и 29,32; г,д,е - токи автотрансформатора 1; 1 - ток в секциях 13,15обмотки сердечника 9; 1 - так всекциях 14,16 обмотки сердечника 10и 1 - суммарный ток этих обмоток;ж - ток управления 3 , импульснаясоставляющая которого Э протекаетчерез источник Е в течение времени,когда ключевой элемент 6 замкнут(заштрихованные участки), и ток 3протекающий через блокирующий вентиль 5, когда ключевой элемент 6разомкнут (неэаштрихаванные области).На фиг. 4 обозначения элементованалогичны фиг,1,параллельные цепиобразованы из секций первичных обмоток трансформаторов 1,2,Регулятор напряжения, выполненный по схеме на фиг.4, целесообразно применять в тех случаях, когданедопустима гальваническая связьнагрузки с первичным источникомэлектроэнергии или коэффициентытрансформации значительно отличаютсяот единицы,Поскольку автотрансфарматары 1,2принципиально не имеют отличий,рассмотрим процессы только в трансФорматоре 1,При выключенном источнике подмагничивания 3 ток управления 3 равеннулЮ и сердечники 9, 10 автотрансформатора 1 размагничены, АвтотрансФорматор 1 при этом имеет максимальное индуктивное сопротивление иработает как обычный подмагничиваемый автотрансформатор с параллельнымсоединением обмоток. При включенииимпульсного источника подмагничивания 3 через обмотки четырехпалюсникатечет суммарный ток управления 3Направление магнитного потока Фсоздаваемого током управления 3, нафиг.2 показана сплошной стрелкой.Допустим, что в какой-то моментвремени к четырехполюснику приложеносинусоидальное напряжение с полярностью плюс в точке 17 и - минус вточке 20 (фиг.2), Направление маг 736292нитных потоков Ф ФФ в сердечниках 9 и 10 для этого случая показ аны на фи г. 2 штри хо вой стрелкой,при этом Ф совпадает с потоком Ф,а Ф направлен ему встречно, Сердечник 9, размагниченный в предшествующий полупериод переменного напряжения, начинает перемагничиватьсяпо цепи: секция 13 - ключевой элемент 5 - секция 15 и до тех пор, покасуммарный магнитный поток не достигнет величины потока насыщения (приЧ, = Ч на фиг. За), автотрансформатор 1 имеет большое индуктивноесопротивление и трансформирует напряжение, В это же время ранее насыщенный сердечник 10 размагничивается 15по цепям: секция 14 - секция 15и секция 13 - секция 16, Через плечичетырехполюсника протекают равныетоки возбуждения ", и 1 (в интервале 04 Ч( Ч на фиг,2 г,д).Напряжение на четырехполюснике автотрансформатора 1 в интервале 0Ч с Ч показано на фиг. Зб, а на автотрансформаторе 2 - на фиг, Зв,Суммарный ток 1 через секции обмоток и ток управления 3, показансоответственно на фиг, Зе,ж,При Ч, = Ч 2 суммарный магнитныйпоток в сердечнике 9 достигает величины потока насыщения. Реактивноесопротивление секций 13, 15 резкоуменьшается и они зашунтируют секции 14,16 по цепи: секция 13 - ключевой элемент 5 - секция 15, Индуктивность автотрансформатора 1 становится близкой к нулю, Изменение напряжений Б и Б на обмотках автотрансформаторов 1,2 и токов 1, 3.13показаны соответственно на фиг, Зб,в, г,д,е,ж.Автотрансформатор 1 находится в 40насыщенном состоянии до тех пор,покане изменится полярность напряженияна четырехполюснике (на фиг,2 показано в скобках), С момента Ч, = Э(штрих-пунктирная стрелка на фиг,2)направлен встречно потоку Ф, а Фсогласно, сердечник 9 размагничивается, а сердечник 10 - намагничивается, В течение времени ) Ч,(Чпроисходит перемагничив ание сердечников. и через секции 13, 15 и 14,16 протекают равные токи 1, = 1(фиг, Зг,д) . При Чл = Ч сердечник10 насыщается и индуктивность секций14,16 становится близкой к нулю,55Плечо секций 13, 15 шунтируетсяцепью: секция 14 - ключевой элемент5 - секция 16, индуктивность автотрансформатора 1 резко уменьшается.При этом напряжение Пт на его об Омотках также уменьшается, а на автотр ан сформаторе 2 н апр яже н иеувеличивается.Изменения токов 1 , 4. 1., 3 соответствующие этому моменту времени,показаны на Риг, Зг,д,е,ж, Далеепроцессы в схеме повторяются с периодичностью входного напряжения Б,.Предложенный регулятор имеет увеличенный на 2-3 КПД, габариты и масса его уменьшены на 20-25, увеличена эксплуатационная надежность,упрощена технология изготовленияавтотрансформаторов (трансформаторов), уменьшен расход провода и изоляционных материалов и, следовательно, снижается его стоимость, удельныеэнергетические характеристики источников подмагничивания улучшаютсяв 2,5-3,5 раза,Формула изобретенияРегулятор однофазного напряжения, содержащий понижающий и повышающий подмагничиваемые автотрансформаторы на двух сердечниках каждый, на одной из пар сердечников размещены понижающие обмотки, соединенные встречно-последовательно с повышающими обмотками, расположеннымина другой паре сердечников, а такжеобмотки, общие для первичной и вторичной цепей автотрансформаторов,размещенные на каждом сердечнике ивключенные последовательно-встречно,и источники подмагничивания, причемв повышающем автотрансформаторе вразрыв между повышающими обмоткамии обмотками, принадлежащими первичной и вторичной цепям, включеныобщие для первичной и вторичной цепей обмотки понижающего автотрансформатора, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и КПД, обмотки, общие для первичной и вторичной цепей автотрансформаторов, накаждом из сердечников выполненыв виде двух равных по числу витковсекций, которые включены в параллельные цепи из двух ветвей каждаяс перекрестным оследовательновстречным соединением расположенныхна разных сердечниках секций, к общим точкам которых подключены гальванически развязанные источникиподмагничивания.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Елисеев В.К. Трехфазные стабилизаторы напряжения переменноготока для питания электронных вычислительных машин, Вопросы радиоэлектроники. Серия Ч 11Вып.2, 1961,с. 107 в 1,2. Попов СГ, Стабилизатор переменного напряжения на магнитныхусилиях с внутренней обратной связью.Вопросы радиоэлектроники, Серия Х 11,Вып, 3, 1960, с, 120-141.3, Бамдас А,И,и Шапиро С.В.Стабилизаторы с помагничиваемыми транс736292 1 юрщторами. ф Энергия1965 а 14-23, 109-120.4. Чйженко И,М, и др, Основы преобраэовательной техники, М фвысвая ыколаф, 1974, с. 377-378,5, Окунь С,С. и др, Трансформаторные и т ран сфор матор но-т нри ст ори ые регуляторы - стабилиэаторы напряжения, Энергия 1969, с. 10-19, 61-65.огород, ул. Проектна ИИПИ Заказ 2440/44 илиал, ППП Патент 736292 83 Подписное