ступенчатый регулятор переменного напряжения

Формула изобретения

Ступенчатый регулятор переменного напряжения, содержащий входные и выходные выводы, основной понижающий или повышающий трансформатор или автотрансформатор, переключатель отпаек первичной обмотки этого трансформатора и вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого одним выводом соединена с переключателем отпаек, а вторичная с первым входным выводом, причем у основного трансформатора один из выводов первичной обмотки соединен со вторым входным выводом, переключатель отпаек осуществляет подключение первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора на всю и на отдельные части первичной обмотки основного трансформатора, отличающийся тем, что вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора включена между первым входным выводом и первичной обмоткой основного трансформатора, второй вывод первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора также соединен с переключателем отпаек, алгоритм коммутации которого содержит подключение первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора на всю и на отдельные части первичной обмотки основного трансформатора как в фазе, так и в противофазе с входным напряжением, а также замыкание ее накоротко.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам регулирования переменного напряжения, причем таким, у которых величина выходного напряжения значительно - в 1,5 раза и более - отличается от входного. Регулятор предназначен для поддержания выходного напряжения в заданных, обычно небольших, пределах (к примеру, ±1%) при изменении входного напряжения в более широких пределах (±10%).

Выходное напряжение, значительно отличающееся от входного, получают с помощью понижающего (или повышающего) трансформатора. В некоторых случаях, при различии входного и выходного напряжений не более чем в 2...3 раза и отсутствии требования гальванической развязки между этими напряжениями, возможно применение автотрансформатора.

В известных устройствах подобного рода для регулирования выходного напряжения одна из обмоток указанного трансформатора выполняется с переключаемыми отпайками. Недостатки такого решения - значительная величина тока через контакты переключателя отпаек и увеличение установленной мощности обмотки трансформатора, содержащей отпайки.

Для уменьшения тока через переключатель отпаек было предложено использовать вольтодобавочный трансформатор [1]. Устройство содержит входные выводы, основной трансформатор с переключателем отпаек его первичной обмотки, вольтодобавочный трансформатор и выходные выводы. Для гальванической развязки и получения выходного напряжения, значительно отличающегося от входного, основной трансформатор имеет вторичную обмотку, подключенную через вторичную обмотку трансформатора к выходным выводам. Ток через переключатель отпаек уменьшен на порядок путем применения вольтодобавочного трансформатора.

Описанное устройство послужило прототипом предлагаемого изобретения.

Недостатки прототипа:

повышенная установленная мощность основного трансформатора вследствие подключения его входа к точке 1 с нерегулируемым напряжением (число витков приходится рассчитывать на максимальное входное напряжение),

увеличенное вдвое количество отпаек и также вдвое большая установленная мощность вольтодобавочного трансформатора из-за того, что он работает только в одном из двух возможных режимов - добавления напряжения или его уменьшения.

Техническим результатом является упрощение регулятора и устранение вышеуказанных недостатков.

Сущность изобретения заключается в том, что в ступенчатом регуляторе переменного напряжения, содержащем входные и выходные выводы, основной понижающий или повышающий трансформатор или автотрансформатор, переключатель отпаек первичной обмотки этого трансформатора и вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого одним выводом соединена с переключателем отпаек, а вторичная - с первым входным выводом, причем у основного трансформатора один из выводов первичной обмотки соединен со вторым входным выводом, переключатель отпаек осуществляет подключение первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора на всю и на отдельные части первичной обмотки основного трансформатора, вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора включена между первым входным выводом и первичной обмоткой основного трансформатора, второй вывод первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора также соединен с переключателем отпаек, алгоритм коммутации которого содержит подключение первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора на всю и на отдельные части первичной обмотки основного трансформатора как в фазе, так и в противофазе со входным напряжением, а также замыкание ее накоротко.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого регулятора напряжения, на фиг.2 - вариант с автотрансформаторным подключением нагрузки.

Ступенчатый регулятор переменного напряжения содержит входные выводы 1 и 2, основной понижающий или повышающий трансформатор или автотрансформатор 3, переключатель 4 отпаек первичной обмотки этого трансформатора и вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка 5 которого обоими выводами соединена с переключателем отпаек 4, а вторичная 6 включена между входным выводом 1 и первичной обмоткой основного трансформатора 3. Второй вывод первичной обмотки трансформатора 3 соединен со входным выводом 2. Выходные выводы 7 и 8 подключены ко вторичной обмотке основного трансформатора 3. Переключатель отпаек 4 позволяет подключать первичную обмотку вольтодобавочного трансформатора на всю и на отдельные части первичной обмотки основного трансформатора, причем как в фазе, так и в противофазе со входным напряжением, а также замыкать ее накоротко. Так что при вращении движка переключателя выходное напряжение изменяется последовательными ступенями от максимума до минимума.

В варианте с автотрансформаторным подключением нагрузки (фиг.2) выходной вывод 7 подключен к единственной обмотке трансформатора 3, а выходной вывод 8 - к выводу 2.

Принцип действия регулятора проясняется в предположении неизменности выходного напряжения на первичной, а следовательно, и на вторичной обмотке трансформатора 3. Неизменность поддерживается оперированием ручкой переключателя 4.

Пусть на первичной обмотке всегда 220 В. В верхнем по схеме положении переключателя эти 220 В приложены к первичной обмотке 5 вольтодобавочного трансформатора с коэффициентом трансформации, для примера, k_тр=10. Напряжение от вторичной обмотки 6 совпадает по фазе со входным напряжением и суммируется с ним; значит, в верхнем положении переключателя входное напряжение составляет 220-220/k_тр =220 В-10%=198 В. При перемещении движка переключателя вниз, по схеме, напряжение, прикладываемое к первичной обмотке 5, уменьшается с шагом 20% от 220 В (выведены 4 отпайки через одинаковое число витков), что соответствует увеличению напряжения сети с шагом 2%, вплоть до среднего положения, в котором обмотка 5 замкнута накоротко, а напряжение на обмотке 3 (если пренебречь сопротивлением обмоток 5 и 6) равно входному напряжению, которое, таким образом, составляет ровно 220 В.

При дальнейшем вращении ручки переключателя вниз, по схеме, напряжение от вольтодобавочного трансформатора меняет фазу на 180°, т.е. уже не складывается со входным напряжением, а вычитается из него, и крайнее нижнее положение соответствует максимальному входному напряжению, 220+220/k _тр=220 В+10%=242 В. Таким образом, в данном примере можно удерживать выходное напряжение в пределах ±1% при изменении входного в диапазоне ±10%.

Применение предложенного регулятора, т.е. подключение первичной обмотки основного трансформатора не прямо ко входному выводу, а после вольтодобавочного трансформатора, и переключение фазы напряжения позволит уменьшить габариты, массу и стоимость устройства на 10...15%. Кроме того, в ряде случаев регулятор с включением вольтодобавочного трансформатора в цепь вторичной обмотки - вовсе неприменим, например, когда нужно сделать несколько вторичных обмоток или одну с отпайками на разные напряжения, или же ток обмотки превышает 100 А, тогда как ток первичной обмотки намного меньше.

Источник информации

1. Разаренов Ю.Г., Романов В.В. и др. Устройство для ступенчатого регулирования переменного напряжения. - Патент РФ №2188496, кл. Н02М 5/12. - Опубл. 27.08.2002.