Регулятор тока переменного напряжения
Регулятор тока переменного напряжения может быть использован для регулирования тока в различных нагрузках, например в токовых цепях аэродромных огней различных типов.
Регулятор тока переменного напряжения содержит основной трансформатор напряжения, первичная обмотка которого через основные исполнительные элементы подключена к входным выводам, а вторичная обмотка подключена к нагрузке, соединенной с узлом обратной связи, блок питания входом подключенный к входным выводам, а выходами соединенный с узлом синхронизации и контроля и блоком импульсно-фазового управления, содержащим узел измерения действующего значения тока нагрузки, входом соединенный с выходом узла обратной связи, а выходом с узлом сравнения действующего значения выходного тока с установленным значением, соединенным с выходом токозадающего узла; а выходом с фазосдвигающим узлом, входом соединенным с узлом синхронизации и контроля, а первым выходом - с основным исполнительным элементом. Регулятор тока переменного напряжения имеет дополнительный исполнительный элемент, подключенный параллельно первичной обмотке основного трансформатора и дополнительный трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к вторичной обмотке основного трансформатора согласно-последовательно, а первичная обмотка входом подключена к выходу основного исполнительного элемента, а выходом к выходу дополнительного исполнительного элемента, соединенного вторым входом с фазосдвигающим узлом. Наиболее полно изобретение представлено на фиг.1.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для регулирования тока в различных нагрузках, например в токовых цепях аэродромных огней различных типов.
Известно устройство для питания источников света патент 
2237388, кл МКИ Н05В 37/02; 39/02, опбл 27.09.2004 Бюл. 27. Данное устройство содержит исполнительный элемент, состоящий из двух встречно-параллельно включенных тиристоров, подключенных через нагрузку к питающей сети, блок фазового управления тиристорами, подключенный к управляющим электродам тиристоров исполнительного элемента, датчик состояния нагрузки, входом подключенным к нагрузке, а выходом - к одному из входов блока выбора режима, датчик состояния тиристоров, подключенный входом параллельно тиристорам исполнительного элемента, а выходом - к другому входу блока выбора режима, выход которого включен в цепь включения контактора, замыкающий контакт которого, подключен параллельно к тиристорам исполнительного элемента.
Недостатком этого устройства является плохая электромагнитная совместимость устройства с сетью, выражающаяся в больших искажениях потребляемого тока, что не соответствует современным международным требованиям.
Известны регуляторы тока переменного напряжения, обеспечивающие широкий диапазон регулирования напряжения при заданном уровне электромагнитной совместимости, например устройство описанное в книге:«Тиристорные регуляторы переменного напряжения», Гельман М.В., Лохов СП. - М.: Энергия, 1975. стр.11, рис.4. Такой регулятор содержат трансформатор с одной первичной обмоткой, образующей входные силовые выводы регулятора и с одной или несколькими вторичными обмотками, выполненными с промежуточными отводами, которые через управляемые ключевые элементы в виде встречно параллельно соединенных тиристоров подключены к выходным выводам регулятора. Управление ключевыми элементами осуществляется блоком импульсно-фазового управления. Регулирование напряжения осуществляется комбинированным способом: дискретно - изменением коэффициента трансформации трансформатора за счет переключения отводов вторичной (или нескольких вторичных) обмоток трансформатора и плавно - за счет широтного регулирования напряжения в пределах каждой отпайки.
Недостатками этого регулятора являются: технологические сложности изготовления трансформатора, обусловленные наличием большого числа промежуточных отводов во вторичной обмотке, которые приводят к повышению его стоимости; увеличенной стоимостью и техническими проблемами при необходимости получения повышенных значений выходного напряжения порядка 4...6 кВ; невозможностью использования при относительно больших мощностях (больше 10 кВА) более эффективной (по технологическим и технико-экономическим) показателям тороидальной конструкции магнитопровода трансформатора.
Наиболее близким по технической сущности решением является регулятор тока переменного напряжения электроосветительного оборудования аэродромов, описанный в книге «Электроосветительное оборудование аэродромов»/Фрид Ю.В., Величко Ю.К., Козлов В.Д. - М.: Транспорт, 1988 на стр.237...239, рис.12.16. Он тоже содержит трансформатор с одной первичной
и одной вторичной силовыми обмотками. Первичная обмотка подключается к сети через управляемый ключевой элемент с двухсторонней проводимостью, выполненный в виде пары встречно соединенных тиристоров. Блок импульсно-фазового управления тиристорами обеспечивает стабилизацию заданного значения тока нагрузки, которой является так называемое «кабельное кольцо». Данное устройство было выбрано за прототип.
Недостатками этого решения являются: плохая электромагнитная совместимость, не соответствующая современным международным требованиям, сильно изменяемая форма тока нагрузки, что затрудняет измерение с высокой точностью его действующего значения, особенно при малых углах регулирования; большие искажения напряжения и тока, при которых работает трансформатор, приводят к завышенному уровню излучаемых им шумов; невозможность дальнейшего улучшения технико-экономических показателей трансформатора при мощностях больше 3000 ВА (включая ослабление шумов) за счет перехода на тороидальную конструкцию магнитопровода по техническо-экономическим показателям.
Целью предлагаемого изобретения является улучшение электромагнитной совместимости регулятора с сетью за счет гармонизации спектра тока в сети и нагрузке.
Поставленная цель достигается тем, что регулятор тока переменного напряжения содержащий основной трансформатор напряжения, первичная обмотка которого через основные исполнительные элементы подключена к входным выводам, а вторичная обмотка подключена к нагрузке, соединенной с узлом обратной связи, блок питания входом подключенный к входным выводам, а выходами соединенный с узлом синхронизации и контроля и блоком импульсно-фазового управления, содержащим узел измерения действующего значения тока нагрузки, входом соединенный с выходом узла обратной связи, а выходом с узлом сравнения действующего значения выходного тока с установленным значением, соединенным с выходом токозадающего узла; а выходом с фазосдвигающим узлом, входом соединенным с узлом синхронизации
и контроля, а первым выходом - с основным исполнительным элементом отличающейся тем, что в него введен дополнительный исполнительный элемент, подключенный параллельно первичной обмотке основного трансформатора и дополнительный трансформатор вторичная обмотка которого подключена к вторичной обмотке основного трансформатора согласно-последовательно, а первичная обмотка входом подключена к выходу основного исполнительного элемента, а выходом к выходу дополнительного исполнительного элемента, соединенного вторым входом с фазосдвигающим узлом.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
на фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема регулятора тока переменного напряжения, где обозначены:
1 - основной трансформатор
2 - первичная обмотка основного трансформатора
3 - вторичная обмотка основного трансформатора
4 - дополнительный трансформатор
5 - первичная обмотка дополнительного трансформатора
6 - вторичная обмотка дополнительного трансформатора
7-8 - входные выводы регулятора тока переменного напряжения
9 - основной исполнительный элемент на тиристорах на тиристорах с двухсторонней проводимостью
10 - дополнительный исполнительный элемент на тиристорах с двухсторонней проводимостью
11 - 12- выходные выводы регулятора тока переменного напряжения
13 - нагрузка
14 - блок импульсно-фазового управления
15 - фазосдвигающим узел
16 - узел измерения действующего значения тока нагрузки
17 - узел сравнения действующего значения выходного тока с установленным значением тока
18 - узел обратной связи
19 - узел синхронизации и контроля
20 - токозадающий узел
21 - блок питания
на фиг.2, 3, 4 изображены временные диаграммы рабочих процессов в регуляторе тока переменного напряжения, где обозначены:
22 - входное напряжение
23 - ток потребляемый из сети
24 - напряжение на первичной обмотке основного трансформатора
25 - ток первичной обмотки основного трансформатора
26 - выходное напряжение нагрузки
27 - выходной ток нагрузки.
Регулятор тока переменного напряжения содержит основной трансформатор 1 с первичной 2 и вторичной 3 обмотками, дополнительный трансформатор 4 с первичной 5 и вторичной 6 обмотками. Первичная обмотка 2 трансформатора 1 подключена входом к входному выводу 7 через основной исполнительный элемент 9, а выходом к входному выводу 8 регулятора. Кроме того, эта же обмотка 2 зашунтирована дополнительным исполнительным элементом 10. Первичная обмотка 5 дополнительного трансформатора подключена входом к входному выводу 7, а выходом к входному выводу 8 регулятора. Вторичная обмотка 3 основного трансформатора 1 соединена со вторичной обмоткой 6 дополнительного трансформатора 4 согласно последовательно и подключены к выходным выводам 11, 12 регулятора, к которым подключена нагрузка 13. Устройство содержит блок импульсно фазового управления 14 состоящий из фазосдвигающего узла 15, узла измерения действующего значении тока нагрузки 16, соединенного с узлом обратной связи 18, подключенным к выходу вторичной обмотки регулятора тока 12, и узла сравнения действующего значения выходного тока с установленным значением тока17, соединенного входами с блоком 16 и токозадающим узлом 20 и выходом с фазосдвигающим узлом 15. Устройство содержит узел синхронизации
и контроля 19 входами соединенным со вторичной обмоткой 6 дополнительного трансформатора 4, выходом первичной обмотки 2 основного трансформатора 1 и с блоком питания 21, а выходом с фазосдвигаюшим узлом 15. Блок питания 21 входами соединен с входными клеммами и выходом с блоком импульсно-фазового управления 14.
Работа устройства осуществляется следующим образом: в начальный момент времени 
0÷1 основной исполнительный элемент 9 открыт, через него протекает ток 23 индуктивного характера, обусловленный полярностью напряжения сети. При этом ток 23 на первичной обмотке 2 основного трансформатора 1 имеет непрерывный характер. На данном интервале (0÷1 имеет место возврат реактивного тока нагрузки 13 в сеть. В момент запирания 1 исполнительного элемента 9 ток 23 спадает до нуля. Первичная обмотка 5 дополнительного трансформатора 4 постоянно подключена к напряжению сети 22, через нее постоянно протекает намагничивающий ток трансформатора 4 и приведенный к первичной обмотке 5 ток нагрузки с заданным коэффициентом трансформации cos
в сумме образующие ток 23. Для того, чтобы вторичная обмотка 3 трансформатора 1 не оказывала значительного индуктивного сопротивления, на интервале 1÷2 паузы в работе основного элемента 9, когда основной элемент 9 заперт, первичная обмотка 2 основного трансформатора 1 шунтируется дополнительным исполнительным элементом 10. Основной трансформатор 1 переходит из режима трансформатора напряжения в режим трансформатора тока. В момент 2 включения основного элемента 9, определяемый заданным алгоритмом регулирования выходного напряжения, через него на интервале 2÷3 начинает протекать ток первичной обмотки 2 основного трансформатора 1. В обмотке 2 этот ток суммируется с приведенным током нагрузки. Результирующие формы напряжений на всех обмотках и токов через них качественно имеют один и тот же вид, и отличаются между собой лишь количественно. Процесс регулирования устройства осуществляется блоком импульсно-фазового управления 14.
Блок 14 осуществляет сравнение в узле 17 заданного значения тока узла 20 со значением тока полученного с помощью узла обратной связи 18 воздействующего на узел изменения действующего значения тока 16, сигнал с которого подается на фазосдвигающий узел 15. Для того, чтобы определить какой из двух тиристоров основного 9 и дополнительного 10 элементов должны включаться в каждый момент времени, контроль направления протекания тока, и момент перехода через ноль напряжения 22 и тока 23, осуществляется в узле синхронизации 19 и выдается на фазосдвигающий узел 15. Фазосдвигающий узел 15 выдает сигналы на основные 9 и дополнительные 10 исполнительные элементы. Блок питания 21 предназначен для надежного помехоустойчивого питания улов регулятора тока переменного напряжения. Таким образом, предложенное техническое решение:
- обеспечивает существенно меньшие искажения выходного и потребляемого токов нагрузки, то есть имеет лучшие показатели по электромагнитной совместимости (в частности, на границах диапазона регулирования искажения входных и выходных токов отсутствуют);
- благодаря меньшим искажениям входного и выходного тока: повышается точность вычисления действующего значения тока нагрузки, и, как следствие, обеспечивается более высокая точность стабилизации этого тока; снижаются шумы в трансформаторе.
Регулятор тока переменного напряжения, содержащий основной трансформатор напряжения, первичная обмотка которого через основные исполнительные элементы подключена к входным выводам, а вторичная обмотка подключена к нагрузке, соединенной с узлом обратной связи, блок питания, входом подключенный к входным выводам, а выходами соединенный с узлом синхронизации и контроля и блоком импульсно-фазового управления, содержащим узел измерения действующего значения тока нагрузки, входом соединенный с выходом узла обратной связи, а выходом с узлом сравнения действующего значения выходного тока с установленным значением, соединенным с выходом токозадающего узла, а выходом с фазосдвигающим узлом, входом соединенным с узлом синхронизации и контроля, а первым выходом - с основным исполнительным элементом, отличающийся тем, что в него введен дополнительный исполнительный элемент, подключенный параллельно первичной обмотке основного трансформатора, и дополнительный трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к вторичной обмотке основного трансформатора согласно-последовательно, а первичная обмотка входом подключена к выходу основного исполнительного элемента, а выходом к выходу дополнительного исполнительного элемента, соединенного вторым входом с фазосдвигающим узлом.
