Регулятор переменного напряжения

В статье приведено описание простого пятиступенчатого регулятора напряжения для сети 220/380 В в однофазном и трёхфазном исполнении с дистанционным управлением.

Регулятор позволяет повысить напряжение в электриче­ской сети двумя ступенями на определённую величину или понизить его двумя ступенями, а также сохранить при необ­ходимости равенство напряжений входа и выхода регулято­ра с помощью кнопок управления магнитными пускателями.

Предлагаемый регулятор является усовершенствованием описанного в [1]. Функциональные возможности регулятора [1] расширены путём добавления третьей и четвёртой ступе­ни регулирования, в результате регулятор напряжения ста­новится пятиступенчатым, что позволяет значительно расши­рить диапазон регулирования напряжения на выходе регу­лятора.

Указанная цель достигается тем, что регулятор (рис.1) дополнительно снабжён двумя магнитными пускателями и, соответственно, кнопками управления ими, а вторичная об­мотка вольтодобавочного трансформатора выполнена секци­онированной, т.е. она имеет, отвод от средней части витков вторичной обмотки трансформатора. Естественно, что при необходимости, этот отвод можно сделать от любой другой части витков вторичной обмотки трансформатора. Один из магнитных пускателей позволяет подключать часть вторич­ной обмотки трансформатора последовательно с нагрузкой, а другой — полностью всю вторичную обмотку.

Описание регулятора

Неподвижный контакт контактов К7.1 магнитного пуска­теля К7 присоединён к выводу 3 вторичной обмотки W2 транс­форматора ВТ, что обеспечивает, при включении магнитно­го пускателя К7, работу в режиме вольтодобавки всей вто­ричной обмотки W2 вольтодобавочного трансформатора ВТ. В результате число ступеней регулирования устройства уве­личивается до пяти. Неподвижные контакты силовых контак­тов К1.1, К2.1, К2.2, К1.2 шунтированы контактами К3.1 тре­тьего магнитного пускателя К3, что обеспечивает равенство входного и выходного напряжений регулятора.

Контакты К1.3, К1.4, К1.5 магнитного пускателя К1 — бло­кировочные. Они обеспечивают электрическую блокировку от одновременной работы магнитного пускателя К1 с магнит­ными пускателями К2 и К3 контактами К1.3 и контактами К1.5, а контактами К1.4 шунтируют кнопку управления «Боль­ше» магнитного пускателя К1 после его включения. Контак­ты К1.7 включают лампу сигнализации EL1 при работе на первой ступени ±∆U1, и лампу сигнализации EL3 при рабо­те на второй ступени +∆U2.

Контакты К2.3, К2.4, К2.5 магнитного пускателя К2 так­же блокировочные. Они обеспечивают электрическую бло­кировку от одновременной работы магнитного пускателя К2 с магнитными пускателями К1 и К3 контактами К2.3 и кон­тактами К2.5, а контактами К2.4 шунтируют кнопку управ­ления «Меньше» магнитного пускателя К2 после его вклю­чения. Контакты К2.7 включают лампу сигнализации EL2 через диод VD2 и замкнутые контакты К6.6 магнитного пу­скателя К6 при работе на третьей ступени — (-∆U1), и — лам­пу сигнализации EL4 через диод VD4 и замкнутые контак­ты К7.6 магнитного пускателя К7 при работе на четвёртой ступени — (-∆U2). Диоды VD1-VD4 — развязывающие, они исключают взаимное влияние сигнальных ламп EL1-EL4 друг на друга.

Контакты К3.2, К3.3 магнитного пускателя К3 — блокиро­вочные. Контакты К3.3 исключают одновременную работу магнитного пускателя К3 с магнитными пускателями К1 или К2, а контактами К3.2 шунтируют кнопку управления «∆U=0» магнитного пускателя К3 после его включения. Контакты К3.6 включают сигнальную лампу EL5 через резистор R при ра­боте регулятора на пятой ступени регулирования — ∆U=0.

Кнопка управления регулятором «Стоп» обеспечивает от­ключение регулятора от нагрузки. Кнопка «Больше» — даёт возможность повысить напряжение на выходе регулятора на величину +∆U1 и +∆U2. Кнопка «Меньше» — понизить на­пряжение на выходе регулятора на величину -∆U1 и -∆U2.

Кнопка «∆U=0» обеспечивает равенство напряжений вхо­да и выхода регулятора. Кнопка «∆U1» позволяет исполь­зовать в режиме вольтодобавки половину вторичной об­мотки W2 трансформатора ВТ, кнопка «∆U2» — всю вто­ричную обмотку трансформатора ВТ.

Принцип действия

В исходном предпусковом состоянии регулятора катуш­ки К1, К2, К3, К6 и К7 магнитных пускателей обесточе­ны, и их силовые контакты К1.1, К1.2, К2.1, К2.2, К3.1, К6.1 и К7.1 в цепи вторичной обмотки W2 трансформато­ра ВТ разомкнуты. В результате трансформатор ВТ и на­грузка обесточены, т.е. напряжение на выходе регулято­ра отсутствует.

Положим на входе регулятора напряжение понижено, и для его повышения достаточно напряжения вольтодобавки от половины обмотки W2 трансформатора ВТ на величину +∆U1. Для этого кнопкой управления ∆U1 включают магнитный пускатель К6, который замыкает свои силовые контакты К6.1 в цепи половины вторичной обмотки W2 трансформатора ВТ, подготавливая этим самым к работе эту половину обмотки. При этом замыкаются контакты К6.4, которые шунтируют кнопку ∆U1 в цепи катушки пускателя К6, размыкаются блокировоч­ные контакты К6.5 в цепи катушки К7 магнитного пускателя и замыкаются контакты К6.6, которые подготавливают цепь вклю­чения сигнальной лампы EL1, которая при работе регулятора указывает на работу регулятора на ступени +∆U1. Затем на­жимают кнопку управления «Больше». В результате катушка магнитный пускатель К1 срабатывает и силовыми контактами К1.1 и К1.2 подключает обмотки трансформатора ВТ к сети, одновременно контактами К1.4 магнитного пускателя блокиру­ется кнопка включения «Больше», размыкаются контакты К1.3, К1.5 электрической блокировки, и замыкаются контакты К1.7, включая этим самым сигнальную лампу EL1, которая указы­вает на величину вольтодобавки ±Д1Л. В результате обмотки W-| и половина W₂ трансформатора ВТ оказываются включён­ными согласно и подключены к сети и нагрузке, а напряжение на выходе регулятора будет повышено на величину +∆U1 от­носительно напряжения на входе (сети).

При необходимости повышения напряжения сети на большую величину (+∆U2) нажимают кнопку «Стоп», в этом случае схема приходит в исходное состояние (все силовые контакты разомкнуты), а затем нажимают кнопку «∆U2», вклю­чая этим самым в режим вольтодобавки всю вторичную об­мотку W2 трансформатора ВТ с помощью магнитного пуска­теля К7. При этом замыкаются его силовые контакты К7.1, контакты К7.4, шунтирующие кнопку «∆U2», контакты К7.6 в цепи сигнальной лампы EL3, размыкаются блокировочные контакты К7.5 в цепи катушки К6 магнитного пускателя. За­тем нажимают кнопку управления «Больше» и схема управ­ления работает, как описано выше для +∆U1.

При необходимости понижения напряжения сети на ве­личину -∆U1 (при перенапряжениях) нажимают кнопку «Стоп», в этом случае схема приходит в исходное состояние (все силовые контакты разомкнуты), а затем нажимают кнопку «∆U1». Схема работает также, как и для случая +∆U1: вклю­чается половина вторичной обмотки W2 контактами К6.1 и подготавливается цепь включения сигнальной лампы EL2

(-∆U1) замыканием контактов К6.6. Нажатием кнопки «Мень­ше» включают магнитный пускатель К2, который замыкает свои силовые контакты К2.1 К2.2 в цепи половины вторич­ной обмотки W2 трансформатора ВТ. В этом случае концы половины вторичной обмотки W2 трансформатора ВТ меня­ются местами. При этом контактами К2.4 магнитного пуска­теля К2 блокируется кнопка включения «Меньше», размыка­ются контакты К2.3, К2.5 электрической блокировки, и замы­каются контакты К2.7 в цепи сигнальной лампы EL2 (-∆U1) через диод VD2, которая указывает на работу регулятора на ступени (-∆U1).

При необходимости понижения напряжения сети на большую величину (-∆U2) нажимают кнопку «Стоп», в этом случае схема приходит в исходное состояние (все силовые контакты разомкнуты), а затем нажимают кнопку «∆U2», вклю­чая этим самым в режим вольтодобавки всю вторичную об­мотку W2 трансформатора ВТ с помощью магнитного пуска­теля К7. Затем нажимают кнопку управления «Меньше» и схема управления работает, как описано выше для -∆U1, т.е. включают магнитный пускатель К2, который замыкает свои силовые контакты К2.1 К2.2 в цепи всей вторичной обмот­ки W2 трансформатора ВТ. В этом случае концы всей вто­ричной обмотки W2 трансформатора ВТ меняются местами. Следовательно, магнитные потоки обмоток трансформатора будут направлены встречно, и на выходе регулятора напря­жение будет понижено на величину -∆U2 относительно вход­ного. При этом контактами К2.4 магнитного пускателя К2 бло­кируется кнопка включения «Меньше», размыкаются контак­ты К2.3, К2.5 электрической блокировки, и замыкаются кон­такты К2.7 в цепи сигнальной лампы EL4 (-∆U2) через ди­од VD4, которая указывает на работу регулятора на ступе­ни (-∆U2).

При отсутствии необходимости регулировки напряжения (напряжение в сети номинальное или близкое к нему) нажи­мают кнопку «Стоп», отключая этим самым регулятор и на­грузку от сети, а затем нажимают кнопку «∆U=0». В резуль­тате срабатывает магнитный пускатель К3, который силовы­ми контактами К3.1 подключает нагрузку напрямую к сети, минуя вторичную обмотку W2 трансформатора ВТ . Одновре­менно контакты К3.2 магнитного пускателя К3 блокируют кнопку «∆U=0» и размыкаются контакты К3.3 электрической блокировки. Первичная обмотка W1 трансформатора оста­ётся включённой, в результате трансформатор ВТ остаётся в работе в режиме холостого хода, хотя можно предусмот­реть (при необходимости) отключение её в этом режиме с помощью контактов магнитного пускателя К3.

Отключение регулятора от сети, а следовательно, и на­грузки осуществляют нажатием кнопки управления «Стоп». В результате все силовые контакты магнитных пускателей размыкаются, отключая этим самым нагрузку и трансформа­тор ВТ от сети.

При отсутствии трансформатора со средним выводом регулятор напряжения можно выполнить на базе двух обычных трансформаторов без среднего вывода. Их первичные обмотки W1 соединяют параллельно и согласно, а вторичные W2 — последовательно и согласно с выводом от точки их со­единения. Этот вывод эквивалентен среднему выводу 1 воль­тодобавочного трансформатора ВТ схемы регулятора, при­веденной на рис.1.

Трёхфазное исполнение регулятора

Трёхфазное исполнение регулятора потребует дополни­тельных трёхполюсных магнитных пускателей. Дополнитель­но необходимо установить два магнитных пускателя. Катуш­ку К4 одного пускателя включают параллельно катушке К1 магнитного пускателя фазы А, а катушку К5 другого магнит­ного пускателя включают параллельно катушке К2 также маг­нитного пускателя фазы А без каких — либо существенных изменений в схеме управления регулятором.

Подключение катушек К4 и К5 дополнительных магнит­ных пускателей при трёхфазном исполнении регулятора напряжения показано на рис.1 пунктирными линиями. Блокировочные контакты К3.2 и К3.3 магнитного пускателя К3 заменяют контактами К3.4 и К3.5 этого же пускателя соот­ветственно, (показано на рис.1 в скобках). Предохраните­ли FU1 и FU2 устанавливают номиналом 3 А. Обозначение трансформатора ВТ заменяют на ВТ1 — вольтодобавочный трансформатор первой фазы — фазы А регулятора. ВТ2 — второй фазы (фазы В). ВТ3 — третей фазы (фазы С). Ин­дикация состояния регулятора напряжения осуществляет­ся с помощью сигнальных ламп EL1- EL5. Лампа EL1 ука­зывает на работу регулятора при +∆U1 , лампа EL2 — при -∆U1, лампа EL3 — при +∆U2, лампа EL4 — при -∆U2, лам­па EL5 — при ∆U=0. Отсутствие свечения сигнальных ламп указывает на отключённое состояние нагрузки регулятора напряжения.

На рис.2 приведены обозначения всех силовых контак­тов магнитных пускателей, используемых при трёхфазном ис­полнении регулятора.

На рис.3 приведены схемы включения силовых контак­тов магнитных пускателей для фаз В и С регулятора напря­жения.

При работе трёхфазного регулятора в режиме +∆U1 за­мкнуты его следующие контакты: в фазе А — К1.1 и К1.2 маг­нитного пускателя К1; К6.1 магнитного пускателя К6 (см. рис.1); в фазе В — К4.1 и К4.2 магнитного пускателя К4; К6.2 магнитного пускателя К6 (см. рис.3); в фазе С — К1.6 и К4.3 магнитных пускателей К1 и К4 соответственно; К6.3 магнит­ного пускателя К6 (см. рис.3).

При работе трёхфазного регулятора в режиме +∆U2 за­мкнуты те же самые контакты магнитных пускателей К1 и К4 по фазам, а вместо магнитного пускателя К6 замкнуты контакты К7.1, К7.2, К7.3 по фазам магнитного пускателя К7 (см. рис.3).

Соответственно, при работе трёхфазного регулятора в ре­жиме -∆U1 замкнуты контакты: в фазе А — К2.1 и К2.2 маг­нитного пускателя К2, К6.1 магнитного пускателя К6 (рис.1); в фазе В — К5.1 и К5.2 магнитного пускателя К5, К6.2 маг­нитного пускателя К6 (рис.3); в фазе С — К2.6 и К5.3 маг­нитных пускателей К2 и К5 соответственно; К6.3 магнитно­го пускателя К6 (рис.3).

При работе трёхфазного регулятора в режиме -∆U2 за­мкнуты те же самые контакты магнитных пускателей К2 и К5 по фазам, а вместо магнитного пускателя К6 замкнуты контакты К7.1, К7.2, К7.3 по фазам магнитного пускателя К7 (рис.3).

Работа регулятора в режиме ∆U=0 осуществляется замы­канием контактов К3.1; К3.2; К3.3 магнитного пускателя К3 в фазах А, В, С, соответственно, (рис.1 и рис.3) при разо­мкнутых всех остальных силовых контактах магнитных пус­кателей схемы регулятора.

Детали

В качестве вольтодобавочных трансформаторов могут быть использованы трансформаторы ОСО; ОСМ; ТБС; трёх­фазные ТТ и других типов. Магнитные пускатели К6 и К7 вы­бирают такого же типа как и К1 — К5 — на тот же ток и на­пряжение. Вместо двух магнитных пускателей К6 и К7 мож­но использовать один реверсивный, который имеет механи­ческую блокировку от одновременного включения. Диоды VD1-VD4 типа КД226Б можно заменить 1N4007 (1 А, 1000 В) Более подробно о выборе вольтодобавочных трансформато­ров и деталях можно узнать в [1, 2].

Выводы

Введение в известное устройство дополнительных эле­ментов расширяет его функциональные возможности, устрой­ство становится пятиступенчатым, что позволяет дистанци­онно изменять выходное напряжение в пределах ±∆U1 и ±∆U2, а также сохранять его на выходе регулятора, на уров­не входного (∆U=0), что даёт возможность более гибко ре­шать вопросы экономии электроэнергии в низковольтных эле­ктрических сетях.

Литература

1. Коломойцев К.В. Регулятор переменного напряжения с дистанционным управлением //Электрик.-2011.-№12.- С.35-37.
2. Коломойцев К.В. Трёхступенчатый регулятор перемен­ного напряжения для мощной нагрузки // Электрик.-2011.-№6.- С.35-37.

Автор: Констатин Коломойцев, г. Ивано-Франковск