Регулятор однофазного напряжения

Регулятор однофазного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнк

Ссн4налнстнческнк

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СИИ ЖИТЕЛЬСТВУ (щ 236292 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 14107б (2 1) 241152 3/25-0 7 с присоединением заявки М (51)М. Кв.

Н 02 И 5/12

Государственный комнтет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2505.80. Бюллетень Но 19

Дата опубликоваания описания 250Ü80 (53) УДКб21. 31б. . 7? 2 (688. 8) (72) Автор изобретения

A.A. Мазунов (7! ) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР ОДНОФАЗНОГО НАПРЯИЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и касается электромагнитных устройств. Оно может быть использовано при построении регуляторов — стабилизаторов напряжения переменного тока.

Известны однофазные и трехфазные регуляторы — стабилизаторы напряжения переменного тока, регулирующий орган которых выполнен: на дросселях насыщения (магнитных усилителях) включенных последовательно или параллельно с трансформатором (автотрансформатором), на трансформаторах (ав т отран сформат орах), ре гулируемых подмагничиванием шунта, на трансформаторах (автотрансформаторах), регулируемых перераспределением напряжения (ТРПН и АРПН соответственно), на автотрансформаторах, регулируемых тири сторами, подключенными к отпайкам обмотки (1), (2), (3), (4) и (5) .

Иэ перечисленных регуляторов наиболее совершенными являются построенные на базе АРПН (ТРПН), Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулятор-стабилизатор>содержащий подмагничиваемые автотрансформаторы, обмотки перемейного тока которые имеют различные коэффициенты трансформации, цепи управления и источники подмагничивания (5) .

Недостатками устройств регулирования и стабилизации напряжения на базе АРПН (ТРПН) с раздельными обмотками переменного тока и обмотками управления являются: сравнительно большие габариты и масса, так как

25-40% полезной площади окна магнитопровода АРПН (ТРПН) занимает обмотка управления, усиленная изоляция между обмотками переменного тока и

)5 обмоткой управления, относительно . сложная технология намотки катушек, так как необходимо выполнять обмотки на двух спаренных каркасах, плохой теплосъем с секцией обмоток, 20 расположенных в охватывающей обмотке управления.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и массы и увеличение КПД регулятора.

Это достигается тем, что в предложенном регуляторе однофазного напряжения я обмот ки, общие для пер вичной и вторичной цепей автотрансформаторов, на каждом из сердечников

30 выполнены в виде двух равных по чис736292

35 лу вит ков секций, которые включены в параллельные цепи из. двух ветвей каждая с перекрестным последовательно-встречным соединением расположенных на разных сердечниках секций, общим точкам которых подключены галь ванически развязанные импульсные

1источники подмагничивания.

Регулятор напряжения может быть

° выполнен также и на базе ТРПН, для чего 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 15 предлагаемой схеме поз валяет уменьшить габариты и массу регуляторов увеличить КПД, повысить их надежность и технологию изготовления и наиболее эффективно использовать им- 20 пульсный способ управления.

На фиг. 1 показана принципиальная схема регулятора аднофазного напряжения; на фиг. 2 — схема одного понижающего автотрансформатора с источ- 25 ником подмагничивания и направления магнитных потоков, создаваемых токами, протекающими в секциях рабочих обмоток в оба полупериода питающего напряжения Uex, на фиг. 3 — идеализированные дйаграммы напряжений и токов в регуляторе, показанном на фиг. 1; на фиг. 4 — принципиальная схема регулятора однофазного напря:— жения, выполненного на подмагничиваемых трансформаторах.

Регулятор напряжения (фиг.l) содержит понижающий автотрансформатор

l, повышающий автотрансформатор 2, импульсные источники подмагничивания 3 и 4, включающие в себя блоки. — 40 рующие вентили и ключевые элементы

5-8. Электродвижущие силы источников подмагничивания обозначены Е и Е .

Автотрансформатор 1 выполнен на сердечниках 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 13-16 включены в параллельную цепь из двух ветвей с перекрестным последовательновстречный соединением секций 13, 16 и 14, 15,, расположенных на разных сердечниках. Точки соединения секций обозначены позициями 17, 18, 19 и 20. К точкам 18 и 19 подключен импульсный источник подмагничивания 3.

Автотрансформатор 2 содержит сердечники 21, 22, повышающие обмотки

23, 24, соединенные последовательна- ф{) встречно между собой и с понижаюшими абмот ками автотран сформатора 1, и секции 25-28 обмоток общих для первичной и вторичной цепей, включенные в параллельную цепь из двух ветвей с перекрестным последовательно-встреч- ным соединением секций 25, 28 н 26, 27. Точки соединения секций обозначены цифрами 29, 30, 31 и 32. К точкам

30, 31 перекрестного соединения секций подключен импульсный источник подмагничивания 4. В разрыв между повышающими обмотками 23, 24 и секциями

25-28 автотран сформатора 2 включены секции обмоток 13-16 автатрансфарматара 1.

Обозначения элементов фиг.2 аналогичны фиг, l, за исключением второFo автотрансформатора и источника подмагничивания, которые изображены в виде адн,ага элемента 2, На фиг. 3 приняты следующие обозначения: а — входное напряжение б, в — напряжения U и U на автотрансформаторах 1,2 в точках 17,20 и 29, 32; г, д, е — токи автотрансформатора 1; i — ток в секциях 13, 15 обмотки сердечника 9; i — так в секциях 1 4, 16 обмот ки сердечника 10 и i — суммарный ток этих обмоток; ж — ток управления 3, импульсная составляющая которого 3„протекает через источник Е в течение времени, когда ключевой элемент 6 замкнут (заштрихованные участки), и ток 3,, протекающий через блокирующий вентиль 5, когда ключевой элемент 6 разомкнут (неэ аштрихаванные области) ..

На фиг. 4 обозначения элементов аналогичны фиг.l,параллельные цепи образованы из секций первичных обмоток трансформаторов 1,2, Регулятор напряжения, выполненный по схеме на фиг.4, целесообразно применять в тех случаях, когда недопустима гальваническая связь нагрузки с первичным источником электроэнергии или коэффициенты трансформации значительно отличаются от единицы.

Поскольку автотрансформатары 1,2 принципиально не имеют отличий, рассмотрим процессы только в трансформаторе 1.

При выключенном источнике падмагничивания 3 ток управления 3> равен нулЮ и сердечники 9, 10 автотрансформатора 1 размагничены. Автотрансформатор 1 HpN этом имеет максимальное индуктивное сопротивление и работает как обычный подмагничиваемый автотрансформатор с параллельным соединением обмоток. При включении импульсного источника подмагничивания 3 через обмотки четырехпалюсника течет суммарный ток управления 3

Направление магнитного потока Ф создаваемого током управления 3„, на фиг.2 показана сплошной стрелкой.

Допустим, что в какой-то момент времени к четырехполюснику приложено синусоидальное напряжение с полярностью плюс в точке 17 и — минус в точке 20 (фиг.2), Направление маг736292 нитных потоков Ф Ф" в сердечниках 9 и 10 для этого случая показаны на фиг. 2 штриховой стрелкой, при этом Ф совпадает с потоком Ф„, Ц а Ф направлен ему встречно. Сердечник 9, размагниченный в предшествующий полупериод переменного напряжения, начинает перемагничиваться по цепи: секция 13 — ключевой элемент 5 — секция 15 и до тех пор, пока суммарный магнитный поток не достигнет величины потока насыщения (при

V, = V на фиг. 3a), автотрансформатор 1 имеет большое индуктивное сопротивление и трансформирует напряжение. В это же время ранее насыщенный сердечник 10 размагничивается 15 по цепям: секция 14 — секция 15 и секция 13 — секция 16, Через плечи четырехполюсника протекают равные токи возбуждения i и i (â интервале 0 < V,(V на фиг.2 г,д) .Напря- 20 жение на четырехполюснике автотрансформатора 1 в интервале 0 < с Ч показано на фиг. Зб, а на автотрансформаторе 2 — на фиг. Зв.

Суммарный ток i через секции обмоток и ток управления 3z показан соответственно на фиг. 3e,ж.

При V = V2 суммарный магнитный поток в сердечнике 9 достигает величины потока насьпцения. Реактивное сопротивление секций 13, 15 резко уменьшается и они зашунтируют секции 14,16 по цепи: секция 13 — ключевой элемент 5 — секция 15, Индуктивность автотрансформатора 1 становится близкой к нулю. Изменение напряжений U и U2 на обмотках автотранс,gr форматоров 1, 2 и токов i, i 1, 3, показаны соответственно на фиг. Зб, в, г,д,е,ж.

Автотрансформатор 1 находится в 40 насыщенном состоянии до тех пор,пока не изменится полярность напряжения на четырехполюснике (на фиг.2 показано в скобках). С момента V, = 4 (на фиг.3a) магнитный поток Ф

45 (штрих-пунктирная стрелка на фиг,2) направлен встречно потоку Ф, а Ф согласно, сердечник 9 размагничивается, а сердечник 10 — намагничивается. В течение времени V«V (V2 происходит перемагничив ание сердечников. и через секции 13, 15 и 14, I ° II

l6 протекают равные токи i = i (фиг, Зг, д) . При Чл — — V< сердечник

10 насыщается и индуктивность секций

14, 16 становится близкой к нулю, 55

Плечо секций 13, 15 шунтируется цепью: секция 14 — ключевой элемент

5 — секция 16, индуктивность автотрансформатора 1 резко уменьшается.

При этом напряжение Пт на его обмотках также уменьшается, а на автотр ан сформаторе 2 напряжение увеличивается. . It

Изменения токов i, з, i 3> соответствующие этому моменту времени, показаны на фиг. 3r, д, е, ж. Далее процессы в схеме повторяются с периодичностью входного напряжения U

Предложенный регулятор имеет увеличенный на 2-ЗВ КПД, габариты и масса его уменьшены на 20-25Ъ, увеличена эксплуатационная надежность, упрощена технология изготовления автотрансформаторов (трансформаторов), уменьшен расход провода и изоляционных материалов и, следовательно, снижается его стоимость, удельные энергетические характеристики источников подмагничивания улучшаются в 2,5-3,5 раза, Формула изобретения

Регулятор 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, расположенными на другой паре сердечников, а также обмотки, общие для первичной и вторичной цепей автотрансформаторов, размещенные на каждом сердечнике и включенные последовательно-встречно, и источники подмагничивания, причем в повышающем автотрансформаторе в разрыв между повышающими обмотками и обмотками, принадлежащими первичной и вторичной цепям, включены общие для первичной и вторичной цепей обмотки понижающего автотрансформатора, о тли ч ающи и с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и КПД, обмотки, общие для первичной и вторичной цепей автотрансформаторов, на каждом из сердечников выполнены в виде двух равных по числу витков секций, которые включены в параллельные цепи из двух ветвей каждая с перекрестным последовательновстречным соединением расположенных на разных сердечниках секций, к общим точкам которых подключены гальванически развязанные источники подмагничивания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Елисеев В. К. Трехфазные стабилизаторы напряжения переменного тока для питания электронных вычислительных машин. Вопросы радиоэлектроники. Серия VII Вып. 2, 1961, с. 107 †1.

2. Попов С.Г. Стабилизатор переменного напряжения на магнитных усилиях с внутренней обратной связью.

Вопросы радиоэлектроники. Серия XII..

Вып. 3, 1960, с. 120-141.

3. Бамдас A,И.и Шапиро С.В.Стабилизаторы с помагничиваемыми транс736292

@орщ торами. Энергия, 1965, с 114 -23, 109-120.

4. Чйженко И.M. и др, Основы преобраэовательной техники, М,, Высшая ыкола, 1974, с. 377-378.

5, Окун ь С, С. и др . Тр ан сформаторные и тран сформатор но-тири ст орные регуляторы — стабилиэаторы напряжения. Энергия 1969, с. 10-19, 61-65.