DE102008015819B3

DE102008015819B3 - Regler der Wechselspannung

Info

Publication number: DE102008015819B3
Application number: DE200810015819
Authority: DE
Inventors: Lerner Zinoviy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2028-03-28

Abstract

In der Literatur ist bereits der Regler der Wechselspannung beschrieben. Ein Hauptnachteil der Vorrichtung ist die ungenügende Stabilität der Ausgangsspannung. Die Kontaktverschmorung ist noch ein Nachteil der bekannten Vorrichtung. Zweck der Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile zu beseitigen. Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, dass Regler der Wechselspannung aus einem Transformator (mit Primärwicklung (1) und Senkundärwicklung (2)), einem Präzisionsgleichrichter (3), einem ersten Maßstabverstärker (4), einem Dividierer (5), einem Potentiometer (6), einem zweiten Maßstabverstärker (7), einem Abtast-Halte-Glied (8), einem Analog-Digital-Umsetzer (9), Relais (10), einem Stromtransformator (11), einem Gleichrichter (12), einem spannungsgesteuerten elektronischen Schalter (13), einem Phasenkompensator (14), einem Komparator (15), einem Differenziernetzwerk (16) und einer Diode (17) besteht, wobei die Primärwicklung (1) des Transformators mit dem Eingang des Reglers der Wechselspannung verbunden ist, die Sekundärwicklung (2) des Transformators mit dem Ausgang des Reglers der Wechselspannung verbunden ist, die Sekundärwicklung (2) des Transformators aus einer nichtschaltbaren Sektion W21 und mehreren durch die Relais seriell schaltbaren Sektionen W22, W23, ..., W2N besteht. Die Erfindung bezieht sich zur Technik der Erzeugung, Umwandlung oder Verteilung von elektrischer Energie und betrifft insbesondere das Regeln der Wechselspannung durch ...

Description

Die Erfindung bezieht sich zur Technik der Erzeugung, Umwandlung oder Verteilung von elektrischer Energie und betrifft insbesondere das Regeln der Wechselspannung durch Anzapfungsumschaltung oder durch Änderung von Wicklungsverbindungen.
Der nächstliegende Stand der Technik ist aus der [1] DE 12 84 986 A bekannt, und beschreibt die Merkmale 1, 2, 8, 9, 17, 18, 19, 21 und 29.
Regler [1] werden von der Erhaltung der Form der Wechselspannung charakterisiert.
Ein Hauptnachteil des Reglers [1] ist die ungenügende Stabilität der Ausgangsspannung. Die Kontaktverschmorung ist auch der Nachteil des bekannten Reglers.
Zweck der Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile zu beseitigen.
Das Problem wird durch die Merkmale des Patentanspruchs gehst.
Auf der 1 ist das Blockschaltbild der vorgeschlagenen Vorrichtung abgebildet. Regler der Wechselspannung besteht aus

1. einem Transformator (mit Primärwicklung (1) und Sekundärwicklung (2)),
2. einem Präzisionsgleichrichter (3),
3. einem ersten Maßstabverstärker (4),
4. einem Dividierer (5),
5. einem Potentiometer (6),
6. einem zweiten Maßstabverstärker (7),
7. einem Abtast-Halte-Glied (8),
8. einem Analog-Digital-Umsetzer (9),
9. Relais (10) K₂, K₃, ..., K_N,
10. einem Stromtransformator (11),
11. einem Gleichrichter (12),
12. einem spannungsgesteuerten elektronischen Schalter (13),
13. einem Phasenkompensator (14),
14. einem Komparator (15),
15. einem Differenziernetzwerk (16) und
16. einer Diode (17), wobei
17. die Primärwicklung (1) des Transformators mit dem Eingang des Reglers der Wechselspannung verbunden ist,
18. die Sekundärwicklung (2) des Transformators mit dem Ausgang des Reglers der Wechselspannung verbunden ist,
19. die Sekundärwicklung (2) des Transformators aus einem nichtschaltbaren Sektion W₂₁ und mehreren durch die Relais seriell schaltbaren Sektionen W₂₂, W₂₃, ..., W_2N besteht,
20. die Sektion W₂₁, der Präzisionsgleichrichter (3), der erste Maßstabverstärker (4), der Dividierer (5), das Potentiometer (6), der zweite Maßstabverstärker (7), das Abtast-Halte-Glied (8) und der Analog-Digital-Umsetzer (9) serienweise verbunden sind,
21. die Ausgänge des Analog-Digital-Umsetzers (9) mit den Relaisspule (10) K₂, K₃, ..., K_N verbunden sind,
22. die Sekundärwicklung des Stromtransformators (11) mit dem Eingang des Gleichrichters (12) und mit dem Kontakt a spannungsgesteuerten elektronischen Schalters (13) verbunden ist,
23. Kontakt b spannungsgesteuerten elektronischen Schalters (13) mit dem Eingang des Präzisionsgleichrichters (3) verbunden ist,
24. Kontakt c spannungsgesteuerten elektronischen Schalters (13) mit dem Eingang des Phasenkompensators (14) verbunden ist,
25. Ausgang des Gleichrichters (12) mit dem gesteuerten Eingang spannungsgesteuerten elektronischen Schalters (13) verbunden ist,
26. der Phasenkompensator (14), der Komparator (15) und das Differenziernetzwerk (16) serienweise verbunden sind,
27. der Ausgang des Differenziernetzwerks (16) mit Anode der Diode (17) verbunden ist,
28. die Katode der Diode (17) mit dem gesteuerten Eingang des Abtast-Halte-Gliedes (8) verbunden ist,
29. die Windungszahlen der Sektionen der Sekundärwicklung (2) des Transformators gleich W22 = 21W21, W23 = 22W21, ..., W2N = 2N-1W21 (1)sind.

Die Vorrichtung (1) funktioniert folgendermaßen. Wir werden die Einwindungsspannung der Sekundärwicklung u_e und seine Amplitude U_e bezeichnen. Die Eingangs- und Ausgangssignale des Präzisionsgleichrichters (3) sind zu W₂₁u_e und W₂₁U_e entsprechend proportional. Das Ausgangssignal des Maßstabverstärkers (4) ist k₁W₂₁U_e gleich, und das Ausgangssignal des Dividierers (5) ist k₂U_N/U_e gleich. Hier sind k₁ und k₂ die Konstanten und U_N ist die Normalspannung. Der Potentiometer (6) mit der linearen Skale ist der Regler. Sein Ausgangssignal ist αk₂U_N/U_e gleich. Hier ist α (0 ≤ α ≤ 1) die Große, die zum Drehungswinkel proportional ist. Der zweite Maßstabverstärker (7) anpasst die Ausgangsspannung des Potentiometers (6) mit den Eingangsspannungen des Abtast-Halte-Gliedes (8) und des Analog-Digital-Umsetzers (9). Das Eingangssignal des Analog-Digital-Umsetzers (9) kann schließlich als k₃α/U_e (k₃ = const) aufgezeichnet sein. Es ist proportional zum Drehungswinkel α des Reglers und umgekehrt proportional zur Einwindungsspannung der Sekundärwicklung U_e.
Wir werden die Kodekombination an Ausgänge des Analog-Digital-Umsetzers (9) die Eins in der jüngsten Zahlenstelle ergänzen. Dann bekommen wir die binare Zahl B_N mit Zahlenstelle b_N ... b₃ b₂ 1. Sekundärwindungszahl des Transformators ist W2 = bNW2N + ... + b3W23 + b2W22 + W21 (2)gleich. Hier sind b_N, ..., b₃, b₂ 0 oder 1 gleich. Aus den Gleichungen (1) und (2) folgt: W2 = W21(bN2N-1 + ... + b322 + b221 + 20) = BNW21. (3)Ausgangsspannung des Transformators ist U2 = W2Ue = BNW21Ue ≅ k(α/Ue)Ue = kα (k = const) (4)gleich. Je mehr N ist, desto weniger ist der Quantisierungsschritt und desto genauer ist die annähernde Gleichung (4) (der Quantisierungsschritt ist U_2max/2^N gleich).
Es bleibt übrig, zwei praktische Bemerkungen zu machen.

1) Die befriedigende Stabilisierung entspricht den Bedeutungen des Parameters α α_min ≤ α ≤ 1. Je mehr N ist, desto weniger ist α_min.
2) Bei richtig gewählten Massstabkoeffizienten (die Maßstabverstärker (4) und (7)) im Falle U₁ = U_1min, α = 1, I₂ = I_2max soll die Sekundärwindungszahl des Transformators maximal sein. Bei der Vergrößerung U₁ und (oder) die Verkleinerung I₂ und (oder) die Verkleinerung α soll die Sekundärwindungszahl des Transformators sich verringern.

Für die Beseitigung der Kontaktverschmorung verwirklichen sich die Umschaltungen in der vorgeschlagenen Vorrichtung in die Momente der Zeit, wann Laststrom der Null gleich ist. Signal der Sekundärwicklung des Stromtransformators (11) gelangt auf den Eingang des Gleichrichters (12). Unter der Einwirkung des Ausgangssignals des Gleichrichters (12) ansprechen der spannungsgesteuerte elektronische Schalter (13).
Wechselspannung der Sekundärwicklung des Stromtransformators (11) gelangt durch die geschlossenen Kontakte a und c des Schalters (13) auf den Eingang des Phasenkompensators (14). Der Phasenkompensator (14) verwirklicht die Phasenvoreilung φ = ωτ. Hier bezeichnet ω Wechselstromfrequenz und τ Zeit der Voreilung. Der Komparator (15) umwandelt Ausgangssignal des Phasenkompensators (14) in die zweipolaren rechteckigen Impulse. in die Momente der Zeit, die den Fronten dieser Impulse entsprechen, erscheinen auf dem Ausgang des Differenziernetzwerks (16) die kurzen zweipolaren Impulse. Einmal im Laufe der Periode gelangt den kurzen Impuls durch Diode (17) auf den gesteuerten Eingang des Abtast-Halte-Gliedes (8). Nur in diese Momente der Zeit können die Veränderungen des Ausgangssignals des Abtast-Halte-Gliedes (8) geschehen (in die übrige Zeit ändert sich nicht das Ausgangssignal). Eben in diese Momente der Zeit können die Veränderungen der Signale auf den Relaisspule (10) K₂, K₃, ..., K_N geschehen. Wir werden die Zeit der Voreilung τ gleich der Ansprechzeit das Relais wählen. Dann können die Umschaltungen der Sektionen W₂₂, W₂₃, ..., W_2N der Sekundärwicklung (2) des Transformators nur in die Momente der Gleichheit der Null des Laststromes geschehen.
Im Leerlaufbetrieb sind der Null die Eingangs- und Ausgangssignal des Gleichrichters (12) gleich. Wechselspannung der Sektion W₂₁ der Sekundärwicklung (2) des Transformators gelangt durch die geschlossenen Kontakte b und c des Schalters (13) auf den Eingang des Phasenkompensators (14). Dabei können die Umschaltungen der Sektionen W₂₂, W₂₃, ..., W_2N der Sekundärwicklung (2) des Transformators nur in die Momente der Gleichheit der Null der Lastspannung geschehen.
Wir werden die Ergebnisse zusammenfassen. In der vorgeschlagenen Vorrichtung ist die optimale (Der statische Fehler ist nicht mehr als Quantisierungsschritt. In der Digitaltechnik ist dieses Ergebnis das Allerbeste) Rückkopplung vorgesehen. In der bekannten Vorrichtung [1] ist die Rückkopplung vorgesehen, aber sie ist optimal nicht. Erstens, hängt das Signal der Rückkopplung (U₂) nicht nur von U_e, sondern auch von W₂ (U₂ = W₂U_e) ab. Zweitens, fehlt in der Beschreibung der Vorrichtung [1] die Information über den Algorithmus der Regulierung der Sekundärwindungszahl. Bei der Abwesenheit des Vorbehaltes wird immer die lineare Rückkopplung gemeint. In der vorgeschlagenen Vorrichtung ist doch nichtlineare Rückkopplung vorgesehen. Deshalb gewährleistet die Vorrichtung [1] die ungenügende Stabilität der Ausgangsspannung. Also, haben wir bewiesen, dass Zweck der Erfindung erreicht ist.

1: Primärwicklung des Transformators
2: Sekundärwicklung des Transformators
3: Präzisionsgleichrichter
4: erster Maßstabverstärker
5: Dividierer
6: Potentiometer
7: Zweiter Maßstabverstärker
8: Abtast-Halte-Glied
9: Analog-Digital-Umsetzer
10: Relais K₂, K₃, ..., K_N
11: Stromtransformator
12: Gleichrichter
13: spannungsgesteuerter elektronischer Schalter
14: Phasenkompensator
15: Komparator
16: Differenziernetzwerk
17: Diode

Claims

Regler der Wechselspannung, bestehend aus 1. einem Transformator (mit Primärwicklung (1) und Sekundärwicklung (2)), 2. einem Präzisionsgleichrichter (3), 3. einem ersten Maßstabverstärker (4), 4. einem Dividierer (5), 5. einem Potentiometer (6), 6. einem zweiten Maßstabverstärker (7), 7. einem Abtast-Halte-Glied (8) 8. einem Analog-Digital-Umsetzer (9), 9. Relais (10) K₂, K₃, ..., K_N, 10. einem Stromtransformator (11), 11. einem Gleichrichter (12), 12. einem spannungsgesteuerten elektronischen Schalter (13), 13. einem Phasenkompensator (14), 14. einem Komparator (15), 15. einem Differenziernetzwerk (16) und 16. einer Diode (17), wobei 17. die Primärwicklung (1) des Transformators mit dem Eingang des Reglers der Wechselspannung verbunden ist, 18. die Sekundärwicklung (2) des Transformators mit dem Ausgang des Reglers der Wechselspannung verbunden ist, 19. die Sekundärwicklung (2) des Transformators aus einem nichtschaltbaren Sektion W₂₁ und mehreren durch die Relais seriell schaltbaren Sektionen W₂₂, W₂₃, ..., W_2N besteht, 20. die Sektion W₂₁, der Präzisionsgleichrichter (3), der erste Maßstabverstärker (4), der Dividierer (5), das Potentiometer (6), der zweite Maßstabverstärker (7), das Abtast-Halte-Glied (8) und der Analog-Digital-Umsetzer (9) serienweise verbunden sind, 21. die Ausgänge des Analog-Digital-Umsetzers (9) mit den Relaisspule (10) K₂, K₃, ..., K_N verbunden sind, 22. die Sekundärwicklung des Stromtransformators (11) mit dem Eingang des Gleichrichters (12) und mit dem Kontakt a spannungsgesteuerten elektronischen Schalters (13) verbunden ist, 23. Kontakt b spannungsgesteuerten elektronischen Schalters (13) mit dem Eingang des Präzisionsgleichrichters (3) verbunden ist, 24. Kontakt c spannungsgesteuerten elektronischen Schalters (13) mit dem Eingang des Phasenkompensators (14) verbunden ist, 25. Ausgang des Gleichrichters (12) mit dem gesteuerten Eingang spannungsgesteuerten elektronischen Schalters (13) verbunden ist, 26. der Phasenkompensator (14), der Komparator (15) und das Differenziernetzwerk (16) serienweise verbunden sind, 27. der Ausgang des Differenziernetzwerks (16) mit Anode der Diode (17) verbunden ist, 28. die Katode der Diode (17) mit dem gesteuerten Eingang des Abtast-Halte-Gliedes (8) verbunden ist, 29. die Windungszahlen der Sektionen der Sekundärwicklung (2) des Transformators gleich W₂₂ = 2¹W₂₁, W₂₃ = 2²W₂₁, ..., W_2N = 2^N-1W₂₁ sind.