Устройство для дискретного регулирования переменного напряжения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения, в частности, в точных, быстродействующих стабилизаторах переменного напряжения. Устройство для дискретного регулирования переменного напряжения включает трансформатор, секции вторичных обмоток, соответствующие им первый и второй ключи, четыре дополнительных ключа, соединенных по схеме моста, подключенного суммирующим плечом одной диагонали к первому входному выводу устройства, второй входной вывод которого является общим со вторым выходным выводом устройства, при этом каждая секция вторичной обмотки выполнена на отдельном трансформаторе, имеющем первичную обмотку, соединенную через соответствующий первый ключ со второй диагональю моста, и дополнительную обмотку, выводы которой соединены между собой через соответствующий второй ключ, трансформаторы вместе с соответствующими первым и вторым ключами составляют соответствующие трансформаторно-коммутационные элементы, количество которых определено диапазоном дискретного регулирования напряжения, секции вторичных обмоток трансформаторов включены последовательно между первыми входным выводом устройства и первым выходным выводом, который соединен с вычитающим плечом первой диагонали моста.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения, в частности, в точных, быстродействующих стабилизаторах переменного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности - прототипом является устройство для дискретного регулирования переменного напряжения, содержащее трансформатор с секционированной вторичной обмоткой, каждая секция которой своими выводами соединена с соответствующими последовательно включенными первым и вторым ключами, причем вторые ключи каждой секции образуют последовательную цепь, соединенную своим первым выводом с первым выводом для подключения нагрузки, четыре дополнительных ключа, соединенных по схеме моста, одна диагональ которого включена между выводами для подключения сети, вторая диагональ моста включена между выводами первичной обмотки трансформатора, при этом в рассечку одного из проводов, присоединенных к выводам для подключения сети, включен полупроводниковый коммутационный элемент, секции вторичной обмотки трансформатора и выводы для подключения сети соединены по схеме, обеспечивающей суммирование или вычитание напряжений сети и секций (см. патент РФ №2095929 на изобретение «Устройство для дискретного регулирования переменного напряжения» по кл. Н 02 М 5/22, 5/12, опубл 10.11.1997 г., бюл. №31).

Недостатки известного устройства связаны с необходимостью коммутации токов, равных по величине току нагрузки, так как первые и вторые ключи имеют последовательное включение с нагрузкой. Использование в качестве коммутаторов бесконтактных полупроводниковых элементов, которые, как правило, требуют установки на радиатор, приводит к значительному увеличению габаритных размеров устройства. Использование же реле-коммутаторов при больших токах коммутации ограничивает частотные характеристики известного устройства, так как реле для таких токов имеют неудовлетворительные временные характеристики.

Задачей изобретения является улучшение быстродействия и габаритных характеристик устройства.

Техническим результатом является снижение величин коммутируемых токов позволяющее повысить быстродействие и сократить объемы радиаторов либо использовать более быстродействующие реле-переключатели.

Указанный результат достигается тем, что в устройство для дискретного регулирования переменного напряжения включающее трансформатор, секции вторичных обмоток, соответствующие им первый и второй ключи, четыре дополнительных ключа, соединенных по схеме моста, подключенного суммирующим плечом одной диагонали к первому входному выводу устройства, второй входной вывод которого является общим со вторым выходным выводом устройства, при этом каждая секция вторичной обмотки выполнена на отдельном трансформаторе, имеющем первичную обмотку, соединенную через соответствующий первый ключ со второй диагональю моста, и дополнительную обмотку, выводы которой соединены между собой через соответствующий второй ключ, трансформаторы вместе с соответствующими первым и вторым ключами составляют соответствующие трансформаторно-коммутационные элементы, количество которых определено диапазоном дискретного регулирования напряжения, секции вторичных обмоток трансформаторов включены последовательно между первыми входным выводом устройства и первым выходным выводом, который соединен с вычитающим плечом первой диагонали моста.

Кроме того:

- дополнительные обмотки выполнены аналогичными первичным обмоткам соответствующего трансформатора,

- первый второй, а также дополнительные ключи выполнены на основе симисторов,

- первый второй, а также дополнительные ключи выполнены на основе реле-коммутаторов.

Полезная модель поясняется с помощью чертежа, где показана структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для дискретного регулирования переменного напряжения включает трансформаторы 1, с секциями 2 вторичных обмоток, соответствующие им первый 3 и второй 4 ключи, четыре дополнительных ключа 5, соединенных по схеме моста, подключенного суммирующим 6 плечом одной диагонали к первому 7 входному выводу устройства, второй 8 входной вывод которого является общим со вторым 9 выходным выводом устройства. Каждая секция вторичной обмотки выполнена на отдельном трансформаторе, имеющем первичную 10 обмотку, соединенную через соответствующий первый ключ со второй диагональю моста, и дополнительную

обмотку 11, выводы которой соединены между собой через соответствующий второй ключ, трансформаторы вместе с соответствующими первым и вторым ключами составляют соответствующие трансформаторно-коммутационные элементы 12, количество которых определено диапазоном дискретного регулирования напряжения, секции вторичных обмоток трансформаторов включены последовательно между первыми входным выводом устройства и первым 13 выходным выводом, который соединен с вычитающим плечом 14 первой диагонали моста.

Дополнительная обмотка каждого трансформатора выполнена аналогичной по количеству витков и сечению провода, первичной обмотке соответствующего трансформатора.

Первый второй, а также дополнительные ключи выполнены на основе симисторов.

К выходу устройства подключена нагрузка 15.

Устройство для дискретного регулирования переменного напряжения работает следующим образом.

Входное переменное напряжение прикладывается между первым и вторым входными выводами устройства. Приложенное напряжение через последовательно соединенные секции вторичной обмотки трансформаторов подается на выходные выводы устройства. При этом если вторые ключи замкнуты, а первые разомкнуты, то выходное напряжение совпадает по величине с входным.

Для изменения выходного напряжения замыкают первый ключ соответствующего трансформаторно-коммутационного элемента и размыкают его второй ключ. На выходных выводах устройства осуществляется суммирование или вычитание напряжения секции вторичной обмотки соответствующего трансформаторно-коммутационного элемента, в зависимости от состояния ключей моста, обеспечивающего прямое или обратное подключение напряжения к первичной обмотке трансформатора. Короткозамкнутые дополнительные обмотки остальных трансформаторов обеспечивают отсутствие падения напряжения на секциях вторичных обмоток этих трансформаторов.

Для получения иного выходного напряжения или при изменении входного напряжения изменяют состояние первого и второго ключей другого трансформаторно-коммутационного элемента, в соответствии с требуемым изменением.

Коэффициент трансформации трансформаторов трансформаторно-коммутационных элементов и их количество определяется дискретностью и диапазоном регулирования.

При вычитании напряжения на вычитающее плечо моста подается ток с выхода секций вторичных обмоток трансформаторно-коммутационных элементов, что обеспечивает более экономичный режим работы устройства.

В предлагаемом устройстве переключение ключей осуществляется при токах, значительно меньших токов, протекающих через нагрузку, так как коммутация происходит на высоких входных напряжениях, а регулируется лишь доля этого напряжения. Это позволяет повысить быстродействие регулировки за счет использования высоковольтных быстродействующих ключей либо быстродействующих реле-коммутаторов, что в свою очередь позволяет уменьшить габаритные показатели устройства, за счет уменьшения объемов радиаторов, по сравнению с прототипом.

1. Устройство для дискретного регулирования переменного напряжения, включающее трансформатор, секции вторичных обмоток, соответствующие им первый и второй ключи, четыре дополнительных ключа, соединенных по схеме моста, подключенного суммирующим плечом одной диагонали к первому входному выводу устройства, второй входной вывод которого является общим со вторым выходным выводом устройства, отличающееся тем, что каждая секция вторичной обмотки выполнена на отдельном трансформаторе, имеющем первичную обмотку, соединенную через соответствующий первый ключ со второй диагональю моста, и дополнительную обмотку, выводы которой соединены между собой через соответствующий второй ключ, трансформаторы вместе с соответствующими первым и вторым ключами составляют соответствующие трансформаторно-коммутационные элементы, количество которых определено диапазоном дискретного регулирования напряжения, секции вторичных обмоток трансформаторов включены последовательно между первым входным выводом устройства и первым выходным выводом, который соединен с вычитающим плечом первой диагонали моста.

2. Устройство для дискретного регулирования переменного напряжения по п.1, отличающееся тем, что дополнительные обмотки выполнены аналогичными первичным обмоткам соответствующего трансформатора.

3. Устройство для дискретного регулирования переменного напряжения по п.1, отличающееся тем, что первый, второй, а также дополнительные ключи выполнены на основе симисторов.

4. Устройство для дискретного регулирования переменного напряжения по п.1, отличающееся тем, что первый, второй, а также дополнительные ключи выполнены на основе реле-коммутаторов.