CZ305925B6

CZ305925B6 - Circuit arrangement of transformer source with large input range

Info

Publication number: CZ305925B6
Application number: CZ2015-264A
Authority: CZ
Inventors: Václav Jirovský
Original assignee: České vysoké učení technické v Praze, Fakulta dopravní
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2016-05-04
Also published as: CZ2015264A3; EP3088985A1

Abstract

The circuit arrangement of transformer source with large input range is used in cases when the supply potential oscillates between two distant extreme values, whereby the required output voltage remains constant. The main point of the invention is a transformer (7), the windings of which are switched over by means of switches (5, 6). These switches (5, 6) are controlled by a processor (4), which, after resetting through switching off one extreme voltage followed by switching on of the other extreme voltage, determines from a voltage converter (3), which voltage is connected to the source input and accordingly switches over the corresponding switch (5, 6) and thus selects a corresponding primary winding of the transformer (7). Owing to this, identical voltage value is always indicated on the transformer (7) secondary winding and this voltage can be further processed by a conventional rectifier and stabilizer. In such a manner, the proposed circuit arrangement makes it possible to transform alternating voltage within a great range of input voltages, where the value of the primary voltage is determined prior applying thereof to the primary winding and only then is transformed to a required value.

Description

Zapojení transformátorového zdroje s velkým vstupním rozsahemConnection of a transformer power supply with a large input range

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká zapojení napájecího zdroje, jehož vstupní napětí se pohybuje ve dvou krajních mezích, které jsou od sebe velmi vzdáleny. Zapojení tak umožňuje transformaci střídavého napětí ve velkém rozsahu vstupních napětí, kdy hodnota primárního napětí je zjištěna ještě předtím, než je přivedena na primární vinutí transformátoru, a tak se zamezí případnému přetěžování primárního vinutí a proudovým rázům.The invention relates to the connection of a power supply whose input voltage is within two extreme limits, which are very far apart. The connection thus enables the transformation of the AC voltage in a large range of input voltages, where the value of the primary voltage is determined before it is applied to the primary winding of the transformer, thus avoiding possible overloading of the primary winding and current surges.

Dosavadní stav technikyPrior art

Transformace dvou různých napětí, jejichž hodnoty jsou velmi vzdáleny, se provádí většinou tak, že transformátor obsahuje množství odboček, které se přepínají pomocí servomotoru. Ten musí vždy začínat od odbočky s největším převodním poměrem a postupovat směrem k odbočce s nejnižším převodním poměrem neboť jinak by vysoké napětí přivedené na odbočku s nízkým převodním poměrem způsobilo proudový ráz a mohlo by vést k poškození transformátoru. Jiné řešení využívá síť relé, která vhodně kombinují odbočky na primárním vinutí tak, aby vždy postupovaly od nejvyššího možného primárního napětí k nejmenšímu, a přitom sledují, zda výstupní napětí odpovídá požadovanému. Přitom se mnohdy jedná o přepínání pouze dvou napětí, která ale vyžadují velmi odlišné převodní poměry vinutí transformátoru. Výše uvedené metody většinou vedou k nákladnému a složitému zapojení a vysokým investicím i tam, kde rozsah vstupních napětí je jasně stanoven, ale není jasně dán při připojení na rozvodnou síť.The transformation of two different voltages, the values of which are very far apart, is usually carried out in such a way that the transformer contains a number of taps which are switched by means of a servomotor. It must always start from the tap with the highest gear ratio and proceed towards the tap with the lowest gear ratio, otherwise the high voltage applied to the tap with the low gear ratio would cause a current surge and could lead to damage to the transformer. Another solution uses a network of relays that suitably combine taps on the primary winding so that they always proceed from the highest possible primary voltage to the lowest, while monitoring whether the output voltage corresponds to the required one. This often involves switching only two voltages, which, however, require very different conversion ratios of the transformer winding. The above methods usually lead to costly and complex wiring and high investments even where the range of input voltages is clearly defined but not clearly given when connected to the grid.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Výše uvedené nevýhody odstraňuje zapojení transformátorového zdroje s velkým vstupním rozsahem podle předkládaného řešení. Jeho podstatou je, že sestává z převodníku napětí, jehož výstup je připojen na vstup procesoru a z pomocného zdroje stejnosměrného napětí s velkým rozsahem vstupních napětí, kde tento rozsah odpovídá požadovaným parametrům transformátorového zdroje a jehož výstup je připojen na napájecí vstup procesoru. Výstupy procesoru jsou připojeny na ovládací vstupy alespoň dvou spínačů. Vstup pomocného zdroje stejnosměrného napětí, převodníku napětí a první spínací kontakty spínačů jsou propojeny se svorkou vstupního napětí. Druhé spínací kontakty spínačů jsou propojeny s jim příslušející odbočkou primárního vinutí transformátoru. Výstupem zapojení jsou výstupní svorky sekundárního vinutí. Spínače mohou být realizovány jako elektromechanická relé nebo jako polovodičové spínače s odpovídajícími parametry.The above-mentioned disadvantages are eliminated by the connection of a transformer power supply with a large input range according to the present solution. Its essence is that it consists of a voltage converter whose output is connected to the processor input and an auxiliary DC voltage source with a large range of input voltages, where this range corresponds to the required parameters of the transformer source and whose output is connected to the processor input. The processor outputs are connected to the control inputs of at least two switches. The input of the auxiliary DC voltage source, voltage converter and the first switching contacts of the switches are connected to the input voltage terminal. The second switching contacts of the switches are connected to their respective branch of the transformer primary winding. The output of the connection are the output terminals of the secondary winding. The switches can be implemented as electromechanical relays or as semiconductor switches with corresponding parameters.

Uvedené zapojení odstraňuje nedostatky dosavadních řešení tím, že používá obvod vyhodnocující přivedené napětí pomocí spojení převodníku napětí a procesoru, který po nulování při vypnutí jednoho krajního napětí a následujícím zapnutí druhého krajního napětí zjistí z výstupu převodníku napětí jaké napětí je připojeno na vstup zdroje a podle toho přepne příslušný spínač a tedy i zvolí odpovídající primární vinutí transformátoru. Procesor se vždy při přivedení napětí nuluje, neboť je napájen z pomocného zdroje napětí s velkým rozsahem, který dodává pouze malý stejnosměrný výkon a při vypnutí napětí na svorce vstupního napětí dojde i ke ztrátě napětí na procesoru. Tím se na sekundární straně transformátoru může vyskytnout pouze správné napětí, anebo nulové napětí. Sekundární napětí tak nekolísá nebo nenabíhá postupně jako v případě transformátorů se servomotory nebo sítí přepínačů odboček. Oproti současnému stavu techniky vynález zjednodušuje volbu převodu a realizaci zařízení v případě, kdy se jedná o přepínání pouze dvou primárních napětí i velmi odlišných hodnot.Said connection eliminates the shortcomings of previous solutions by using a circuit evaluating the applied voltage by connecting a voltage converter and a processor, which after zeroing when turning off one extreme voltage and then turning on the other extreme voltage determines from the voltage converter output which voltage is connected to the source input and accordingly switches the relevant switch and thus selects the corresponding primary winding of the transformer. The processor is always zeroed when the voltage is applied, because it is powered from an auxiliary voltage source with a large range, which supplies only a small DC power, and when the voltage at the input voltage terminal is switched off, the voltage on the processor is lost. As a result, only the correct voltage or zero voltage can occur on the secondary side of the transformer. The secondary voltage thus does not fluctuate or start up gradually, as in the case of transformers with servomotors or a network of tap-changers. In contrast to the current state of the art, the invention simplifies the choice of transmission and the implementation of the device in the case of switching only two primary voltages and very different values.

- 1 CZ 305925 B6- 1 CZ 305925 B6

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Příklad zapojení transformátorového zdroje s velkým vstupním rozsahem je uveden blokově na přiloženém obr. 1.An example of the connection of a transformer power supply with a large input range is shown in block in the attached Fig. 1.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Zapojení transformátorového zdroje s velkým vstupním rozsahem je blíže znázorněno na přiloženém výkrese, kde je uvedeno jeho blokové schéma. Pro jednoduchost je zapojení uvedeno jen se dvěma spínači, a to s prvním spínačem 5 a s druhým spínačem 6.The connection of a transformer power supply with a large input range is shown in more detail in the attached drawing, where its block diagram is shown. For simplicity, the connection is given with only two switches, namely with the first switch 5 and with the second switch 6.

Zapojení je tvořeno převodníkem 3 napětí, jehož výstup je připojen na vstup procesoru 4 a pomocným zdrojem 2 stejnosměrného napětí s velkým rozsahem vstupních napětí, který dodává malý potřebný výkon pro procesor 4. Rozsah vstupních napětí pomocného zdroje se volí na základě požadavků na parametry transformátorového zdroje. Výstup pomocného zdroje 2 stejnosměrného napětí je připojen na napájecí vstup procesoru 4. Jeden výstup procesoru 4 je připojen na ovládací vstup prvního spínače 5 a druhý výstup procesoru 4 je připojen na ovládací vstup druhého spínače 6. Vstup pomocného zdroje 2 stejnosměrného napětí, převodníku 3 napětí, první spínací kontakt prvního spínače 5 a první spínací kontakt druhého spínače 6 jsou propojeny se svorkou 1 vstupního napětí. Druhý spínací kontakt prvního spínače 5 a druhý spínací kontakt druhého spínače 6 jsou propojeny s jim příslušející odbočkou primárního vinutí transformátoru 7. Výstupní svorky 8 sekundárního vinutí jsou výstupem transformátorového zdroje.The connection consists of a voltage converter 3, the output of which is connected to the input of the processor 4 and an auxiliary DC voltage source 2 with a large input voltage range, which supplies the small power required for processor 4. The input voltage range of the auxiliary source is selected based on transformer source parameters. . The output of the auxiliary power supply 2 is connected to the power input of the processor 4. One output of the processor 4 is connected to the control input of the first switch 5 and the other output of the processor 4 is connected to the control input of the second switch 6. Input of the auxiliary power supply 2 to the voltage converter 3 , the first switching contact of the first switch 5 and the first switching contact of the second switch 6 are connected to the input voltage terminal 1. The second switching contact of the first switch 5 and the second switching contact of the second switch 6 are connected to their respective branch of the primary winding of the transformer 7. The output terminals 8 of the secondary winding are the output of the transformer source.

Po přivedení napětí na svorku 1 vstupního napětí se spustí pomocný zdroj 2 stejnosměrného napětí, který generuje napětí, jenž se objeví na procesoru 4, a ten se tak uvede do počátečního stavu. Během tohoto stavu jsou signály ovládající první spínač 5 a druhý spínač 6 ve stavu, kdy jsou kontakty prvního spínače 5 a druhého spínače 6 jsou rozepnuty. Současně se přivedené napětí mění převodníkem 3 napětí na hodnotu akceptovatelnou procesorem 4, který tuto hodnotu změří a podle toho vydá signál k sepnutí prvního spínače 5 nebo druhého spínače 6, které připojí napětí na svorce 1 na odpovídající odbočku na transformátoru 7. Na výstupních svorkách 8 transformátoru se následovně objeví odpovídající výstupní napětí. Po odpojení napětí na svorce 1 a připojení jiného napětí se celý proces opakuje. Rozsah vstupních napětí je dán požadavky na transformátorový zdroj s velkým rozsahem vstupního napětí, kde jedno z napětí může být malé napětí do 50 V, jak je definováno normou, tedy např. 24 V, a druhé napětí v rozsahu nízkých napětí, tj. od 50 V do 1000 V, tedy např. 230 V.After applying voltage to the input voltage terminal 1, an auxiliary DC voltage source 2 is started, which generates a voltage which appears on the processor 4, and this is thus brought into an initial state. During this state, the signals controlling the first switch 5 and the second switch 6 are in a state where the contacts of the first switch 5 and the second switch 6 are open. At the same time, the applied voltage is converted by the voltage converter 3 to a value acceptable by the processor 4, which measures this value and accordingly outputs a signal to close the first switch 5 or the second switch 6, which connects the voltage at terminal 1 to the corresponding tap on transformer 7. the corresponding output voltage then appears in the transformer. After disconnecting the voltage at terminal 1 and connecting another voltage, the whole process is repeated. The range of input voltages is given by the requirements for a transformer source with a large input voltage range, where one of the voltages can be a small voltage up to 50 V, as defined by the standard, ie 24 V, and the other voltage in the low voltage range, ie from 50 V up to 1000 V, ie eg 230 V.

Zapojení může být modifikováno pro větší počet různých napětí na svorce 1 úpravou převodníku 3 napětí a změnou počtu odboček na transformátoru 7 a počtu spínačů. Každý další spínač je potom připojen na další výstup procesoru 4. První spínací kontakty spínačů jsou připojeny na svorku 1 vstupního napětí a druhé spínací kontakty spínačů jsou připojeny na další, jim příslušející, odbočku primárního vinutí transformátoru 7. Spínače mohou být realizovány jako elektromechanická relé nebo jako polovodičové spínače s odpovídajícími parametry.The circuit can be modified for a number of different voltages at terminal 1 by modifying the voltage converter 3 and changing the number of taps on the transformer 7 and the number of switches. Each further switch is then connected to the next output of the processor 4. The first switching contacts of the switches are connected to the input voltage terminal 1 and the second switching contacts of the switches are connected to the next corresponding branch of the primary winding of the transformer 7. The switches can be implemented as electromechanical relays or as semiconductor switches with corresponding parameters.

Výhodou použití vynálezu je jednodušší konstrukce transformátoru, úspora montážního prostoru a ve svém dopadu i menší náklad na celkové provedení a instalaci.The advantage of using the invention is the simpler construction of the transformer, the saving of assembly space and, in its impact, also the lower cost of the overall design and installation.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález může být použit všude tam, kde se v rozvodné síti vyskytují různá střídavá napětí, ale u konečného spotřebiče je třeba zajistit pouze specifikovanou hodnotu střídavého napětí, která se může pohybovat mezi stavem bez napětí a stavem se specifikovaným napětím, a která nebude kolísat vlivem přepínání odboček a postupným nastavováním správné hodnoty výstupního napětí. Příkladem může být instalace elektronické jednotky v rozvodné síti, kde se vyskytuje nízké proThe invention can be used wherever there are different AC voltages in the distribution network, but only a specified AC voltage value needs to be provided for the final appliance, which can vary between a de-energized state and a state with a specified voltage, and which will not fluctuate due to switching. taps and gradually setting the correct value of the output voltage. An example is the installation of an electronic unit in a distribution network where it occurs for low

-2CZ 305925 B6 vozní napětí 230 V a malé ochranné napětí 24 V, přičemž tato elektronická jednotka musí mít zajištěno napájení v obou případech.-2GB 305925 B6 vehicle voltage 230 V and low protection voltage 24 V, this electronic unit must have a power supply in both cases.

Claims

1. Connection of a transformer power supply with a large input range, characterized in that it consists of a voltage converter (3) whose output is connected to the processor input (4) and an auxiliary DC voltage source (2) with a large input voltage range corresponding to the required transformer parameters. sources, wherein the output of the auxiliary DC voltage source (2) is connected to the power input of the processor (4), the outputs of which are connected to the control inputs of at least two switches (5, 6), the input of the auxiliary DC voltage source (2), the converter (3). ) voltage and the first switching contacts of the switches (5, 6) are connected to the input voltage terminal (1) and the second switching contacts of the switches (5, 6) are connected to their corresponding branch of the primary winding of the transformer (7) whose output terminals (8) secondary windings are the output of the transformer source.

Wiring according to Claim 1, characterized in that the switches (5, 6) are electromechanical relays.

Wiring according to Claim 1, characterized in that the switches (5, 6) are semiconductor switches.