專利名稱：一種組合補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種自動調(diào)節(jié)電壓并使其輸出電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)的穩(wěn)壓裝置，具體涉及一種用數(shù)碼控制的組合補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器。
目前國內(nèi)使用最廣泛的大功率穩(wěn)壓器是自動補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器。中國科學(xué)技術(shù)信息研究所重慶分所1994年2月11日出版的94年第2期(總第158期)和94年第3期(總第159期)《電工技術(shù)》月刊中分別刊登了由楊光同志撰寫的《三相大功率補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓電源工作原理及使用維護(hù)方法》(上、下)一文較系統(tǒng)地介紹了三相統(tǒng)調(diào)補(bǔ)償式和三相分調(diào)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓電源的工作原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及技術(shù)性能。其結(jié)構(gòu)主要由主補(bǔ)償變壓器、柱式自耦變壓器、鏈條傳動部分和控制板組成，所述鏈條傳動部分包括伺服電機(jī)、減速器、固定的鏈輪、鏈條、電刷及導(dǎo)電桿等。其工作原理為柱式自耦變壓器取出的電壓加在主補(bǔ)償變壓器的初級線圈上，主補(bǔ)償變壓器次級線圈上的感應(yīng)電壓與穩(wěn)壓器的輸入電壓疊加成輸出電壓。當(dāng)輸入電壓或輸出電壓偏離額定值時，柱式自耦變壓器的電刷在控制板的控制下，由伺服電機(jī)經(jīng)鏈條傳動機(jī)構(gòu)帶動向上或向下移動，從而改變主補(bǔ)償變壓器次級線圈上感應(yīng)電壓的大小和相位，補(bǔ)償輸入電壓與額定值的差異，使輸出電壓以一定精度穩(wěn)定在額定值上，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓目的。上述補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓電源具有工作平穩(wěn)、效率高、無波形畸變等特點(diǎn)。但由于這種補(bǔ)償式穩(wěn)壓電源用了柱式自耦調(diào)壓變壓器，使此類穩(wěn)壓電源存在以下不足1.滑動碳刷(即電刷的一種)容易摩損，摩損下來的一部分碳粉留在已除去絕緣層線圈的匝間，時間一長易產(chǎn)生″搭橋″短路，為此必須定期清除線圈匝間的碳粉。滾輪式碳刷(即電刷的另一種)雖然摩損減少，但輪式碳刷與除去絕緣層線圈表面理論上為線狀接觸，接觸處電流密度大，從而限制了調(diào)壓器的功率。2.滑動碳刷或滾輪式碳刷在除去絕緣層線圈表面移動時，常會造成線圈相鄰匝間的短路。為了減少短路損耗，要采用有一定內(nèi)阻的石墨材料作為碳刷或滾輪，這又增加了回路的損耗和發(fā)熱，這也就是增加了調(diào)壓器的自耗電。3.在輸入電壓變化大的情況下，穩(wěn)壓器的響應(yīng)速度相對較低，并且隨著電刷移動速度的提高，碳刷與線圈間的電火花增加，對自動調(diào)壓變壓器線圈和碳刷間的電蝕現(xiàn)象也增加，縮短了其壽命增加了故障率，與此同時，還對穩(wěn)壓器四周的電子儀器、計算機(jī)或穩(wěn)壓器本身負(fù)載產(chǎn)生較嚴(yán)重的高頻電火花干擾。4.采用的伺服電機(jī)、減速器到鏈傳動系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，柱式調(diào)壓變壓器結(jié)構(gòu)和電刷移動的導(dǎo)軌的精度等都對制造和裝配提出了較高的要求，因此，成本也較高，可靠性也相對較差。
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)變時間短、可靠性高且成本低的補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案一為一種組合補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器，包括補(bǔ)償變壓器、自耦變壓器，補(bǔ)償變壓器的次級線圈串接在穩(wěn)壓器的輸入輸出之間，自耦變壓器的線圈與穩(wěn)壓器的輸出并聯(lián)成一回路，自耦變壓器的輸出端與補(bǔ)償變壓器的初級線圈連接，使自耦變壓器的輸出端輸出的電壓加在補(bǔ)償變壓器的初級線圈上，經(jīng)耦合補(bǔ)償變壓器次級線圈獲得的補(bǔ)償電壓與穩(wěn)壓器輸入端輸入的電壓疊加后在輸出端上輸出，所述穩(wěn)壓器還包括組合調(diào)壓裝置以及根據(jù)檢測輸入或輸出電壓的結(jié)果經(jīng)比較后來控制組合調(diào)壓裝置的控制電路，所述組合調(diào)壓裝置由從自耦變壓器線圈上抽出的至少三個抽頭和開關(guān)裝置組成，所述至少三個抽頭，同時并接出兩組抽頭與開關(guān)裝置的組合，每組組合按兩兩連接方式，構(gòu)成至少兩級的樹枝連接狀，且在兩組樹枝連接狀的每個節(jié)點(diǎn)處，設(shè)一開關(guān)裝置，兩組樹枝連接狀的兩個根端為上述自耦變壓器的輸出端，所述開關(guān)裝置受控制電路控制，并通過選通開關(guān)裝置的不同組合，改變自耦變壓器的線圈抽頭位置，從而來改變補(bǔ)償電壓的大小和相位，使得補(bǔ)償后的輸出電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述穩(wěn)壓器還可以包括一組與上述開關(guān)裝置一一對應(yīng)且相并聯(lián)的輔助開關(guān)裝置、一組減弧電阻以及相應(yīng)的輔助控制電路，各輔助開關(guān)裝置的常閉和常開觸點(diǎn)分別與對應(yīng)開關(guān)裝置的常閉和常開觸點(diǎn)并聯(lián)，各輔助開關(guān)裝置的公共觸點(diǎn)經(jīng)一只減弧電阻接至對應(yīng)開關(guān)裝置的公共觸點(diǎn)，所述開關(guān)裝置在控制電路控制下開或關(guān)，經(jīng)延時后，再由輔助控制電路控制對應(yīng)的輔助開關(guān)裝置開或關(guān)，在延時時間內(nèi)，所動作的開關(guān)裝置斷開時，回路中則自動串入一只由輔助開關(guān)裝置控制的減弧電阻，來釋放所切換組合式自耦變壓器這部分線圈中的電感產(chǎn)生的磁能量，從而起到一個減少開關(guān)裝置觸點(diǎn)斷開時產(chǎn)生的電弧現(xiàn)象，同時也減小了由于開關(guān)裝置觸點(diǎn)切換工作位置引起的輸出電壓波形瞬態(tài)畸變現(xiàn)象。
上述技術(shù)方案中，所述自耦變壓器為單相自耦變壓器時，所述單相組合補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器可以由一個控制電路控制連接在一只單相自耦變壓器上的開關(guān)裝置來實(shí)現(xiàn)；所述三相統(tǒng)調(diào)組合補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器可以由一個控制電路同時控制分別連接與三相電壓的三只單相自耦變壓器上的開關(guān)裝置來實(shí)現(xiàn)；所述三相分調(diào)組合補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器可以由三個控制電路分別控制連接與三相電壓的三只單相自耦變壓器上的開關(guān)裝置來實(shí)現(xiàn)，從而使所述穩(wěn)壓器輸出的電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)。
上述技術(shù)方案中，所述自耦變壓器為三相自耦變壓器時，三相自耦變壓器的每相均以上述相同的方式與各相補(bǔ)償變壓器的初級線圈的兩端連接，所述三相統(tǒng)調(diào)組合補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器由一個控制電路同時控制分別連接于三相自耦變壓器上的開關(guān)裝置來實(shí)現(xiàn)，使輸出的三相電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)。
上述技術(shù)方案中，所述自耦變壓器抽頭的含意為自耦變壓器線圈″至少三個抽頭″中，可以包括由線圈的一端或兩端作為抽頭的情況。
上述技術(shù)方案中，所述一個開關(guān)裝置由一個公共端、一個常閉端和一個常開端組成；它有兩種工作狀態(tài)，一種為常閉工作狀態(tài)，另一種為常開工作狀態(tài)。開關(guān)裝置可以由繼電器、接觸器、成對聯(lián)接的固態(tài)繼電器或雙向可控硅以及零交叉雙向可控硅光電耦合器分別構(gòu)成，為說明工作原理方便開關(guān)裝置以繼電器為例。
附

圖1為上述技術(shù)方案中，穩(wěn)壓器主回路的一種基本型，其中從自耦變壓器線圈抽出三個抽頭，并與四只開關(guān)裝置構(gòu)成兩組并接的組合，每組組合為兩級樹枝狀連接。與普通單相補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器相同，穩(wěn)壓范圍為220V±20％，自耦變壓器直接接在輸出端，也就是220V，所以補(bǔ)償變壓器初級線圈與次級線圈的匝比為5∶1，上述抽頭與繼電器的連接結(jié)構(gòu)，經(jīng)控制電路的切換可以獲得五檔輸出電壓，表1列出了KM1～KM4為繼電器時觸點(diǎn)的工作位置與五檔輸出電壓的關(guān)系，表1為序號 繼 電 器 觸 點(diǎn) 位 置 自耦變壓器 補(bǔ)償變壓器次KM1 KM2 KM3 KM4 輸出電壓 級補(bǔ)償電壓100*0 +220V+44V201*0 +110V+22V31**0 0041*01 -110V-22V51*11 -220V-44V注1.表中″*″為觸點(diǎn)可在任意位置上。2.自耦變壓器的中間抽頭為該線圈的中心抽頭。
根據(jù)表1的分析，如穩(wěn)壓器范圍設(shè)計為220V±20％，則可以獲得220V±5％穩(wěn)壓精度，當(dāng)然在考慮到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性時，要在各檔比較器切換時要留有一定的變檔滯后。若設(shè)計要求各檔間的電壓差為一常數(shù)，可以很方便地推出組合式自耦變壓器各抽頭的位置設(shè)自耦變壓器線圈抽頭為四個；各抽頭線圈匝數(shù)分別為N0；N1；N2；N3。另外考慮到在額定負(fù)載下自耦變壓器產(chǎn)生的繞組壓降，本實(shí)用新型可以在組合式自耦變壓器繞組的一端N3附近增加一個輔助抽頭N4。N4和N0并接在穩(wěn)壓器的輸出端，從而使得組合式自耦變壓器各抽頭的輸出電壓均提高一個相同的比例來補(bǔ)償其壓降。設(shè)輔助抽頭一個，其在線圈上抽頭的匝數(shù)為N4。
則(N1-N0)＝1/5(N3-N0)(N2-N1)＝2/5(N3-N0)其中(N3-N0)即為線圈總匝數(shù)(N4-N3)＝1～5％(N3-N0)根據(jù)不同穩(wěn)壓精度的要求還可以得到表2不同抽頭的組合式自耦變壓器有關(guān)參數(shù)表，表2如下序號 1 2 3 4公式抽頭數(shù)量A 3 4 5 6A開關(guān)數(shù)量B 4 6 8 10 B＝2(A-1)輸出檔數(shù)C 5 1115 19C＝B+1，A＝3；C＝2B-1，A≥4各檔電壓差D 17.6 8 5.87 4.63 D＝88/C比較器滯后電壓±2.2V ±2.1V ±2V ±1.6V穩(wěn)壓精度±6％ ±2.8％±2.3％±1.8％注1.表2中的數(shù)據(jù)在穩(wěn)壓范圍均為220±20％和補(bǔ)償變壓器初次級線圈的匝比為5∶1條件下計算所得，若改變上述參數(shù)也可用類似方法推出；2.組合式自耦變壓器上用于補(bǔ)償線圈壓降的輔助抽頭一般可按總匝數(shù)的95～99％選取。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案二為一種組合補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器，包括補(bǔ)償變壓器、自耦變壓器，補(bǔ)償變壓器的次級線圈串接在穩(wěn)壓器的輸入輸出之間，自耦變壓器的線圈與輸出并聯(lián)成一回路，自耦變壓器的輸出端與補(bǔ)償變壓器的初級線圈連接，使自耦變壓器的輸出端輸出的電壓加在補(bǔ)償變壓器的初級線圈上，經(jīng)耦合補(bǔ)償變壓器次級線圈獲得的補(bǔ)償電壓與穩(wěn)壓器輸入端輸入的電壓疊加后在輸出端上輸出，所述穩(wěn)壓器還包括組合調(diào)壓裝置以及根據(jù)檢測輸入或輸出電壓的結(jié)果經(jīng)比較后來控制組合調(diào)壓裝置的控制電路，所述組合調(diào)壓裝置由從自耦變壓器線圈上抽出的至少三個抽頭和開關(guān)裝置組成，所述至少三個抽頭，并接出一組抽頭與開關(guān)裝置的組合，該組合按兩兩連接方式，構(gòu)成至少兩級的樹枝連接狀，且在該組樹枝連接狀的每個節(jié)點(diǎn)處，設(shè)一開關(guān)裝置；所述自耦變壓器的線圈與輸出并聯(lián)成一回路為該線圈的兩端經(jīng)換向開關(guān)連接后與輸出并聯(lián)成一回路，使該線圈經(jīng)換向開關(guān)的選通承受正向或反向電壓兩種工作狀態(tài)，所述一組樹枝連接狀的根端和自耦變壓器線圈的一端為上述自耦變壓器的輸出端，所述開關(guān)裝置和換向開關(guān)受控制電路控制，并通過選通開關(guān)裝置和換向開關(guān)的不同組合，改變自耦變壓器的線圈抽頭位置和補(bǔ)償電壓的相位，從而使補(bǔ)償后的輸出電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)。
附圖2為上述技術(shù)方案二中穩(wěn)壓器主回路的一種基本型。
由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1.由于取消了機(jī)械傳動系統(tǒng)，就能使整個交流穩(wěn)壓器的響應(yīng)時間大為縮短，且在穩(wěn)壓范圍內(nèi)一次調(diào)整到位。
2.不存在用三相可逆電機(jī)的普通補(bǔ)償式穩(wěn)壓器對三相相序的要求。
3.由于省去結(jié)構(gòu)復(fù)雜的自動調(diào)壓變壓器，減少了諸如機(jī)械傳動部分卡阻等故障，也簡化了平時的維護(hù)保養(yǎng)工作，延長了穩(wěn)壓器的平均無故障時間。
4.由于采用了減弧措施和穩(wěn)壓器輸出回路增加了抗干擾電容后，接觸器或功率繼電器觸點(diǎn)工作時，電火花減小，從而減小了穩(wěn)壓器對四周電子儀器、計算機(jī)以及本身負(fù)載的高頻電火花干擾。如采用固態(tài)繼電器或可控功率器件作為開關(guān)裝置的情況下，可采用交流電流或電壓過零觸發(fā)的技術(shù)，可將此類高頻電火花干擾減至最低。
5.由于數(shù)碼控制的組合補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器，將原復(fù)雜的機(jī)電一體化的結(jié)構(gòu)改為純電子線路，所以結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)周期縮短，成本下降，特別有利于三相分調(diào)補(bǔ)償式的穩(wěn)壓器大批量生產(chǎn)。
附圖1為本實(shí)用新型技術(shù)方案一的單相交流穩(wěn)壓器主回路電路原理圖。
附圖2為本實(shí)用新型技術(shù)方案二的單相交流穩(wěn)壓器主回路原電路理圖。
附圖3為實(shí)施例一的穩(wěn)壓器主回路電原理圖。
附圖4為實(shí)施例一的穩(wěn)壓器控制電路工作原理框圖。
附圖5為實(shí)施例一的穩(wěn)壓器取樣信號外理部分的電原理圖，其中包括取樣信號形成電路、區(qū)域取樣信號放大電路、基準(zhǔn)電壓源和10級逐次比較電路。
附圖6為實(shí)施例一的穩(wěn)壓器數(shù)碼處理及功率放大部分的電原理圖。
附圖7為實(shí)施例一的穩(wěn)壓器保護(hù)電路部分的電原理圖。
附圖8為實(shí)施例一的穩(wěn)壓器帶減弧電路的主回路電原理圖。
其中TM1補(bǔ)償變壓器；TC1自耦變壓器；TC2BK型控制變壓器；KM1～KM6繼電器；KM1′～KM6′輔助繼電器；N0、N1、N2、N3分別為各抽頭；N4補(bǔ)償自耦變壓器線圈壓降的輔助抽頭；0繼電器常閉觸點(diǎn)；1繼電器常開觸點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述實(shí)施例一由圖3、4、5、6和7可知，本實(shí)施例為采用技術(shù)方案一的一種基本型，具體為一種單相組合補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器，包括補(bǔ)償變壓器TM1、自耦變壓器TC1，補(bǔ)償變壓器TM1的次級線圈串接在穩(wěn)壓器的輸入輸出之間，自耦變壓器TC1的線圈與輸出并聯(lián)成一回路，所述穩(wěn)壓器還包括組合調(diào)壓裝置以及根據(jù)檢測輸入或輸出電壓的結(jié)果經(jīng)比較后來控制組合調(diào)壓裝置的控制電路，所述組合調(diào)壓裝置由從自耦變壓器TC1線圈上抽出的四個抽頭和KM1～KM6六個繼電器組成，所述四個抽頭，同時并接出兩組抽頭與繼電器的組合，每組組合按兩兩連接方式，構(gòu)成兩級的樹枝連接狀，且在兩組樹枝連接狀的每個節(jié)點(diǎn)處，設(shè)一繼電器，兩組樹枝連接狀的兩個根端為上述自耦變壓器TC1的輸出端并與補(bǔ)償變壓器TM1的初級線圈連接，使自耦變壓器TC1的輸出端輸出的電壓加在補(bǔ)償變壓器TM1的初級線圈上，經(jīng)耦合補(bǔ)償變壓器TM1次級線圈獲得的補(bǔ)償電壓與穩(wěn)壓器輸入端輸入的電壓疊加后在輸出端上輸出，所述繼電器受控制電路控制，并通過選通繼電器的不同組合，改變自耦變壓器TC1的線圈抽頭位置和補(bǔ)償電壓的相位，從而使補(bǔ)償后的輸出電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)。KM0為接觸器，用于控制穩(wěn)壓器的輸出，SA1為穩(wěn)壓器的輸入開關(guān)。
現(xiàn)給出組合式自耦變壓器的有關(guān)參數(shù)表各檔輸入V 各繼電器觸點(diǎn)工作位置 TC1輸入 TC1輸出 補(bǔ)償電序號中值 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 -輸出 電壓V壓VV1 2601 * 1 1 * 1N0-N3 -220 -44V2 2521 * 0 1 * 1N1-N3 -176 -35.2V3 2441 * 1 0 * 1N0-N2 -132 -26.4V4 2361 * 0 0 * 1N1-N2 -88 -17.6V5 2281 * 1 * 1 0N0-N1 -44 -8.8V6 2201 * 1 * 0 0N0-N0 0 0V7 2121 * 0 * 0 0N1-N0 +44+8.8V8 2040 1 * * 1 0N2-N1 +88+17.6V9 1960 1 * * 0 0N2-N0 +132 +26.4V10 1880 0 * * 1 0N3-N1 +176 +35.2V11 1800 0 * * 0 0N3-N0 +220 +44注1表中數(shù)據(jù)在補(bǔ)償變壓器初級與次級線圈匝比為5∶1和穩(wěn)壓范圍為220±20％條件下所得；″*″表示繼電器觸點(diǎn)可在任意位置上。
注2表中所列的各繼電器觸點(diǎn)工作位置是與TM1初、次級線圈的相位有關(guān)；反之，則上下各檔輸入電壓中值亦反之。
在圖3中，TC2為BK型控制變壓器，初級為220V，次級為18V輸出電壓。C16為CBB4.75μF/400V電容，其作用是在KM1～KM6繼電器觸點(diǎn)切換時平滑輸出交流波形。從TC2輸出的18V交流電壓，經(jīng)V19～V224只4007橋式整流和C11電容濾波后，輸出+24V左右的直流電壓。+24V直流電壓一路供各繼電器工作，另一路經(jīng)7815穩(wěn)壓集成電路得到穩(wěn)定的+12V電壓，供控制電路和數(shù)碼控制模塊使用。C12為另一濾波電容。
關(guān)于取樣方式有兩種，一種從輸入端取樣；另一種從輸出端取樣。輸出端取樣實(shí)際是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，它可以自動補(bǔ)償TM1補(bǔ)償變壓器和TC1組合式自耦變壓器的損耗，因此穩(wěn)壓器的負(fù)載大小對穩(wěn)壓器精度無影響，但輸出端取樣控制電路要采用復(fù)雜的數(shù)碼控制技術(shù)，現(xiàn)為了說明方便，本實(shí)施例選用輸入端取樣以及DPU-I型數(shù)碼處理模塊來進(jìn)行說明解釋。
在圖5中，電阻R1、R2、R3、RW1、R4、R5、C1、C2、V1～V4組成一個輸入端直接取樣電路。其中R1、R2、R3、RW1為電阻分壓網(wǎng)絡(luò)；V1～V4四只4007二極管接成橋式整流器，對分壓后的交流電進(jìn)行整流；R4和C1、C2為濾波網(wǎng)絡(luò)，對V1～V4整流后的脈動直流電進(jìn)行平滑濾波。C20.1μF CBB電容濾去交流網(wǎng)絡(luò)中的高頻干擾脈沖信號。R5為取樣電路的負(fù)載電阻。
V1、R6、C3、VW1組成一個取樣信號瞬時異常電壓切除電路，以保證穩(wěn)壓器中運(yùn)算放大器的安全。R6、VW1組成一個13V穩(wěn)壓電路；V5為1N4148高速開關(guān)二極管，導(dǎo)通時間為2ns，以高速切除取樣電路中的異常峰值電壓；C6100μF/25V電容為儲能電容，以存儲經(jīng)V5送入的瞬時異常電壓。運(yùn)算放大器I1A至I1B及其有關(guān)元件組成了一個高精度的區(qū)域取樣電壓放大電路，工作時對取樣信號有用的電壓工作區(qū)域進(jìn)行放大，它由一個運(yùn)算放大器參考電壓源和一個帶放大倍數(shù)的減法器電路組成，從而提高了穩(wěn)壓器工作的穩(wěn)定性和可靠性。I1A(1/4LM324)、R7、R8、R9和VW2組成了一個運(yùn)算放大器參考電壓源，R7決定了穩(wěn)壓二極管VW2的工作電流，現(xiàn)取Vref為10V，則穩(wěn)壓二極管工作電流Id＝61mA；R8/R9決定參考電源的輸出電壓，所以微調(diào)R8可以調(diào)整參考電壓的輸出電壓。穩(wěn)壓管VW2選用日立公司生產(chǎn)的6.2V0.5W穩(wěn)壓二極管。I1B是一個帶放大倍數(shù)的減法器電路，運(yùn)算放大器的同相端接取樣電壓，反相端經(jīng)電阻R11、電位器RW2從參考電壓源處取得參考電壓。反饋電阻由R13和RW3組成，RW2是區(qū)域下限選擇電位器，調(diào)整時設(shè)輸入電壓為176V時，I1B的輸出電壓為0.5V；RW2是區(qū)域上限選擇電位器，調(diào)整時設(shè)輸入電壓為264V時，I1B的輸出電壓為11.5V。這樣就得到了本實(shí)施例穩(wěn)壓器的輸入電壓與區(qū)域取樣放大器輸出電壓區(qū)域之間的關(guān)系如下輸入V 176 184 192 200 208 216 224 232 240 248 256 264區(qū)域V 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.5 11.5從上述關(guān)系中可以看出本實(shí)施例的區(qū)域取樣電壓放大電路，在穩(wěn)壓器的工作區(qū)域176～264V內(nèi)，輸入的交流電壓每變化8V，則取樣電壓變化1V；也就是取樣電壓變化1V反映穩(wěn)壓器的輸入電壓變化8V。
I4A至I6B為10只由運(yùn)算放大器接成的由10只施密特型比較器組成的10級逐次比較電路，也可以用專用比較器，如LM339電路來組成10級逐次施密特比較電路。R14～R23為十只比較器參考電壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，R34至R43為10只正反饋電阻，將輸出信號一部分反饋到運(yùn)算放大器的同相端，它們與R24～R33產(chǎn)生一個施密特電路的滯后電壓。這個滯后電壓將消除當(dāng)取樣電壓變化通過比較器閥值時，可能產(chǎn)生的振蕩，使穩(wěn)壓器工作穩(wěn)定。
在圖6中，本實(shí)施例從I4A至I6B的10位逐次比較電路輸出的信號輸入到數(shù)碼處理模塊，該模塊是輸入端取樣，驅(qū)動繼電器的DPU-I型數(shù)碼處理模塊。從模塊的10個輸入端接電阻R91～R100十只10K電阻至CMOS電路的Vss，此電阻的作用作為消除可能在印刷板插件上的靜電；同時又串接R101～R110十只10K電阻，此電阻的作用作為靜電保護(hù)和限制輸入端電流。下面列出10位逐次比較電路在輸入電壓變化時各比較器輸出的二進(jìn)制信號各檔 I4A I4B I4C I4D I5A I5B I5C I5D I6A I6B序號 輸入V 輸出 輸出 輸出 輸出 輸出 輸出 輸出 輸出 輸出 輸出A B C D E F G H I JV1 ＞256 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0V2 248-256 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0V3 240-248 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0V4 232-240 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0V5 224-232 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0V6 216-224 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0V7 208-216 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0V8 200-208 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0V9 192-200 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0V10 184-192 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0V11 ＜184 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1根據(jù)上表輸入與輸出的關(guān)系和前述的組合式自耦變壓器的有關(guān)參數(shù)表可以得到KM1、2、3、4、5、6六只開關(guān)裝置的布爾代數(shù)邏輯表達(dá)式KM1＝GKM2＝IKM3＝A+(BC)+(DE)+(FE)KM4＝BKM5＝(DE)+(GH)+(IJ)KM6＝D
根據(jù)以上布爾代數(shù)邏輯表達(dá)式可以得到圖6所示的編碼電路。它由I7CD4069六反相器、I8CD4070四異或門、I9ACD4070四異或門和I10CD4072雙四輸入或門電路組成，它將10級逐次比較器輸出的二進(jìn)制信號(上述)編譯成KM1、2、3、4、5、6六只繼電器工作的二進(jìn)制碼，編碼后的信號經(jīng)限流電阻R111～R116輸出模塊。從模塊輸出的信號驅(qū)動能力很差，必須經(jīng)一個CMOS電路的功率接口，該功率接口由T3(9013H)和T4(TIP41C)組成的一個達(dá)林頓電路的中功率驅(qū)動電路，電阻R129、R130為下偏置電阻，從達(dá)林頓電路輸出的信號足夠驅(qū)動KM1～KM6JQX-24大電流繼電器所需的0.2A工作電流。V21為保護(hù)二極管，以切除在JQX-24大電流繼電器斷電時產(chǎn)生的反沖電壓。
本實(shí)施例還包括一組與上述繼電器一一對應(yīng)且相并聯(lián)的輔助繼電器、一組減弧電阻以及相應(yīng)的輔助控制電路(見圖8)，各輔助繼電器的常閉和常開觸點(diǎn)分別與對應(yīng)繼電器的常閉和常開觸點(diǎn)并聯(lián)，各輔助繼電器的公共觸點(diǎn)經(jīng)一只減弧電阻接至對應(yīng)繼電器的公共觸點(diǎn)，所述繼電器在控制電路控制下開或關(guān)，經(jīng)延時后，再由輔助控制電路控制對應(yīng)的輔助繼電器開或關(guān)，在延時時間內(nèi)，所動作的繼電器斷開時，回路中則自動串入一只由輔助繼電器控制的減弧電阻，來釋放所切換組合式自耦變壓器這部分線圈中的電感產(chǎn)生的磁能量，從而起到一個減少繼電器觸點(diǎn)斷開時產(chǎn)生的電弧現(xiàn)象。
所述輔助繼電器分別為KM1′、2′、3′、4′、5′、6′六只；所述減弧電阻分別為R83、R84、R85、R86、R87、R88六只，最好選用無感電阻；C4為減弧電容；R82為限流電阻，選用普通線繞電阻，以使在輸出電壓序號為V6(見前述)，C4放電時限制其放電電流，以保護(hù)輔助繼電器。C4的電容量大小，R82、R83～R88的功率和阻值的大小和功率隨穩(wěn)壓器設(shè)計容量而定。所述輔助控制電器在上述控制電路的基礎(chǔ)上，從DPU-I數(shù)碼處理模塊的輸出端并接出一組經(jīng)編碼后的信號，經(jīng)R117～R122和C20～C25六只R-C積分電路延時0.5～0.6S后，輸入I11CD4050六同相緩沖器驅(qū)動后輸出。R123～R128也為限流電阻，以防止模塊輸出端短路造成CD4050燒壞。由于模塊輸出的信號驅(qū)動能力很差，功率接口為T3(9013H)和T4(T1P41C)組成的一個達(dá)林頓電路作為中功率驅(qū)動電路，R129、R130為下偏置電阻?，F(xiàn)以繼電器KM2和輔助繼電器KM2′為例說明減弧電路的工作原理在輸入電壓196V降到188V時，經(jīng)控制電路控制繼電器KM2的觸點(diǎn)從吸合狀態(tài)斷開。由于KM2′輔助繼電器遲于繼電器KM2工作，所以在KM2觸點(diǎn)斷開的瞬間，減弧電阻R84自動串入組合式自耦變壓器的回路中去，使組合式自耦變壓器N2-N3線圈，由于KM2觸點(diǎn)的突然斷開產(chǎn)生的強(qiáng)大的自感電壓經(jīng)R84進(jìn)行釋放，從而減小了KM2斷開觸點(diǎn)產(chǎn)生的電弧。由于在KM2觸點(diǎn)斷開時，減弧電阻R84與組合式自耦變壓器的線圈的電感組成一個電阻和電感串聯(lián)回路，為了進(jìn)一步減弧，提高回路的功率因數(shù)，在此串聯(lián)回路上再并入一只電容C4可以進(jìn)一步減小由于繼電路的切換造成穩(wěn)壓器輸出波形的瞬時畸變的影響。
本實(shí)施例還設(shè)有過壓、欠壓和開機(jī)延時保護(hù)電路(見圖7)。實(shí)施例的保護(hù)電路取樣電壓從穩(wěn)壓器的輸出端取樣。R63、R64組成輸出端取樣分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，V6～V9四只4007二極管組成取樣電壓橋式整流器，C9、R65、C10組成濾波網(wǎng)絡(luò)，R66為過壓欠壓取樣電壓的負(fù)載電阻。同前述，V10、R67、VW3、C11組成一個異常過壓電壓切除電路，以保護(hù)其后的運(yùn)算放大器。電阻R44、RW4、R45、RW5、R46組成過壓欠壓比較器的參考電壓網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)算放大器I2A接成過壓比較器，其同相端經(jīng)限流電阻R48輸入過、欠壓取樣電壓，其反相端經(jīng)限流電阻R47接參考電壓網(wǎng)絡(luò)；運(yùn)算放大器I2B組成欠壓比較器，其同相端經(jīng)限流電阻R50接參考電壓網(wǎng)絡(luò)，其反相端經(jīng)限流電阻R49接過、欠壓取樣電壓。當(dāng)穩(wěn)壓器的輸出電壓在指標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)時，I2A、I2B均輸出低電平；當(dāng)輸出電壓過壓時，由于I2A的同相端電壓大于反相端參考電壓，則I2A輸出高電平，過壓指示發(fā)光二極管HL1經(jīng)電阻R51限流發(fā)出紅色過壓光指示信號，同時V11導(dǎo)通，高電平輸入到由R54、C5組成的過、欠壓延時積分電路；同樣，當(dāng)穩(wěn)壓器輸出電壓低于指標(biāo)規(guī)定值時，I2B輸出高電平，經(jīng)R52限流，欠壓光指示發(fā)光二極管HL2發(fā)出黃色欠壓信號，經(jīng)V12隔離二極管對R54、C5積分電路充電。R54和C5組成電阻電容積分電路，V13二極管在一旦過、欠壓狀態(tài)消失時，C5電容中的電荷經(jīng)V13和電阻R53很快放電。I3B也為一個比較器，其同相端接R57、R58組成的123V分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，C7為旁路電容，其反相端取得積分電壓。穩(wěn)壓器輸出電壓正常時，I3B比較器輸出高電平。當(dāng)過、欠壓情況持續(xù)出現(xiàn)時，則積分電容C5的端電壓不斷升高，當(dāng)積分電容C5的端電壓大于12.3V后，I3B比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)輸出低電平。運(yùn)算放大器I3A也接成比較器電路，用于開機(jī)延時電路其反相端接R57、R58取得12.3V電壓，同相端接R56、C6積分電路。當(dāng)開機(jī)瞬間I3A的反相端立即得到12.3V電壓，反相端由于積分電容C6的端電壓不會突變，而處于低電平，所以I3A輸出低電平。隨著開機(jī)時間延長，C6由于R56積分電阻的不斷充電，C6的端電壓不斷升高。開機(jī)6秒鐘左右C6端電壓升高到大于12.3V，則I3A翻轉(zhuǎn)輸出高電平。V14、V15、R59組成一個二極管與門電路。VW43.2V穩(wěn)壓管用于與門輸出低電平(0.7V)時，使得T1、T2可靠截止。T19013H NPN三極管和T2TIP42C PNP中功率三極管組成一個NPN型達(dá)林頓驅(qū)動電路。在穩(wěn)壓器正常工作時，經(jīng)開機(jī)延時6秒左右后，T1導(dǎo)通飽和，其集電極和發(fā)射極間飽和電壓僅0.3V左右，T2也導(dǎo)通飽和，繼電器KM0通電，穩(wěn)壓器輸出電壓。R60為T1的下偏值電阻，R61為T1集電極負(fù)載電阻，R62為T2的基極限流電阻，V16為KM0開閉時電感反沖電壓切除二極管。當(dāng)V14、V15、R59組成的與門電路輸出低電平時，T1截止，T2也同樣截止，繼電器KM0也斷開，穩(wěn)壓器切斷輸出以保護(hù)其負(fù)載。如果欠壓狀態(tài)僅需光報警不需切斷穩(wěn)壓器輸出，則可以拆去V12隔離二極管。
上述實(shí)施例一所述穩(wěn)壓器的原理和結(jié)構(gòu)為本實(shí)用新型技術(shù)方案一的一種基本形式，當(dāng)自耦變壓器為單相自耦變壓器時，由一個控制電路控制連接在這只單相自耦變壓器上的開關(guān)裝置，使輸出電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)，從而構(gòu)成一種組合補(bǔ)償式單相交流穩(wěn)壓器；當(dāng)自耦變壓器為單相自耦變壓器時，還可以由一個控制電路同時控制分別連接與三相電壓的三只單相自耦變壓器上的開關(guān)裝置，使輸出的三相電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)，從而構(gòu)成一種組合補(bǔ)償式三相統(tǒng)調(diào)型交流穩(wěn)壓器；當(dāng)自耦變壓器為單相自耦變壓器時，還可以由三個控制電路分別控制連接在三相電壓的三只單相自耦變壓器上的開關(guān)裝置，使輸出的三相電壓分別穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)，從而構(gòu)成一種組合補(bǔ)償式三相分調(diào)型交流穩(wěn)壓器。
所述自耦變壓器為三相自耦變壓器時，所述三相自耦變壓器的每相均以上述相同的方式與各相補(bǔ)償變壓器的初級線圈的兩端連接，所述穩(wěn)壓器由一個控制電路同時控制分別連接于三相自耦變壓器上的開關(guān)裝置，使輸出的三相電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)，從而構(gòu)成一種組合補(bǔ)償式三相統(tǒng)調(diào)型交流穩(wěn)壓器。
實(shí)施例二一種組合補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器，包括補(bǔ)償變壓器、自耦變壓器，補(bǔ)償變壓器的次級線圈串接在穩(wěn)壓器的輸入輸出之間，自耦變壓器的線圈與輸出并聯(lián)成一回路，自耦變壓器的輸出端與補(bǔ)償變壓器的初級線圈連接，使自耦變壓器的輸出端輸出的電壓加在補(bǔ)償變壓器的初級線圈上，經(jīng)耦合補(bǔ)償變壓器次級線圈獲得的補(bǔ)償電壓與穩(wěn)壓器輸入端輸入的電壓疊加后在輸出端上輸出，其特征在于所述穩(wěn)壓器還包括組合調(diào)壓裝置以及根據(jù)檢測輸入或輸出電壓的結(jié)果經(jīng)比較后來控制組合調(diào)壓裝置的控制電路，所述組合調(diào)壓裝置由從自耦變壓器線圈上抽出的至少三個抽頭和開關(guān)裝置組成，所述至少三個抽頭，并接出一組抽頭與開關(guān)裝置的組合，該組合按兩兩連接方式，構(gòu)成至少兩級的樹枝連接狀，且在該組樹枝連接狀的每個節(jié)點(diǎn)處，設(shè)一開關(guān)裝置；所述自耦變壓器的線圈與輸出并聯(lián)成一回路為該線圈的兩端經(jīng)換向開關(guān)連接后與輸出并聯(lián)成一回路，使該線圈經(jīng)換向開關(guān)的選通承受正向或反向電壓兩種工作狀態(tài)，所述一組樹枝連接狀的根端和自耦變壓器線圈的一端為上述自耦變壓器的輸出端，所述開關(guān)裝置和換向開關(guān)受控制電路控制，并通過選通開關(guān)裝置和換向開關(guān)的不同組合，改變自耦變壓器的線圈抽頭位置和補(bǔ)償電壓的相位，從而使補(bǔ)償后的輸出電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)。
上述實(shí)施例二所述穩(wěn)壓器的原理和結(jié)構(gòu)為本實(shí)用新型技術(shù)方案二的一種基本形式，當(dāng)自耦變壓器為單相自耦變壓器時，由一個控制電路控制連接在這只單相自耦變壓器上的開關(guān)裝置，使輸出電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)，從而構(gòu)成一種組合補(bǔ)償式單相交流穩(wěn)壓器；當(dāng)自耦變壓器為單相自耦變壓器時，還可以由一個控制電路同時控制分別連接與三相電壓的三只單相自耦變壓器上的開關(guān)裝置，使輸出的三相電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)，從而構(gòu)成一種組合補(bǔ)償式三相統(tǒng)調(diào)型交流穩(wěn)壓器；當(dāng)自耦變壓器為單相自耦變壓器時，還可以由三個控制電路分別控制連接在三相電壓的三只單相自耦變壓器上的開關(guān)裝置，使輸出的三相電壓分別穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)，從而構(gòu)成一種組合補(bǔ)償式三相分調(diào)型交流穩(wěn)壓器。
所述自耦變壓器為三相自耦變壓器時，所述三相自耦變壓器的每相均以上述相同的方式與各相補(bǔ)償變壓器的初級線圈的兩端連接，所述穩(wěn)壓器由一個控制電路同時控制分別連接于三相自耦變壓器上的開關(guān)裝置，使輸出的三相電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)，從而構(gòu)成一種組合補(bǔ)償式三相統(tǒng)調(diào)型交流穩(wěn)壓器。
權(quán)利要求1.一種組合補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器，包括補(bǔ)償變壓器、自耦變壓器，補(bǔ)償變壓器的次級線圈串接在穩(wěn)壓器的輸入輸出之間，自耦變壓器的線圈與穩(wěn)壓器的輸出并聯(lián)成一回路，自耦變壓器的輸出端與補(bǔ)償變壓器的初級線圈連接，使自耦變壓器的輸出端輸出的電壓加在補(bǔ)償變壓器的初級線圈上，經(jīng)耦合補(bǔ)償變壓器次級線圈獲得的補(bǔ)償電壓與穩(wěn)壓器輸入端輸入的電壓疊加后在輸出端上輸出，其特征在于所述穩(wěn)壓器還包括組合調(diào)壓裝置以及根據(jù)檢測輸入或輸出電壓的結(jié)果經(jīng)比較后來控制組合調(diào)壓裝置的控制電路，所述組合調(diào)壓裝置由從自耦變壓器線圈上抽出的至少三個抽頭和開關(guān)裝置組成，所述至少三個抽頭，同時并接出兩組抽頭與開關(guān)裝置的組合，每組組合按兩兩連接方式，構(gòu)成至少兩級的樹枝連接狀，且在兩組樹枝連接狀的每個節(jié)點(diǎn)處，設(shè)一開關(guān)裝置，兩組樹枝連接狀的兩個根端為上述自耦變壓器的輸出端，所述開關(guān)裝置受控制電路控制，并通過選通開關(guān)裝置的不同組合，改變自耦變壓器的線圈抽頭位置，從而來改變補(bǔ)償電壓的大小和相位，使得補(bǔ)償后的輸出電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流穩(wěn)壓器，其特征在于還包括一組與上述開關(guān)裝置一一對應(yīng)且相并聯(lián)的輔助開關(guān)裝置、一組減弧電阻以及相應(yīng)的輔助控制電路，各輔助開關(guān)裝置的常閉和常開觸點(diǎn)分別與對應(yīng)開關(guān)裝置的常閉和常開觸點(diǎn)并聯(lián)，各輔助開關(guān)裝置的公共觸點(diǎn)經(jīng)一只減弧電阻接至對應(yīng)開關(guān)裝置的公共觸點(diǎn)，所述開關(guān)裝置在控制電路控制下開或關(guān)，經(jīng)延時后，再由輔助控制電路控制對應(yīng)的輔助開關(guān)裝置開或關(guān)，在延時時間內(nèi)，所動作的開關(guān)裝置斷開時，回路中則自動串入一只由輔助開關(guān)裝置控制的減弧電阻，來釋放所切換組合式自耦變壓器這部分線圈中的電感產(chǎn)生的磁能量，從而起到一個減少開關(guān)裝置觸點(diǎn)斷開時產(chǎn)生的電弧現(xiàn)象。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流穩(wěn)壓器，其特征在于所述自耦變壓器為單相自耦變壓器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流穩(wěn)壓器，其特征在于所述穩(wěn)壓器由一個控制電路控制連接在一只單相自耦變壓器上的開關(guān)裝置，使該輸出電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流穩(wěn)壓器，其特征在于所述穩(wěn)壓器由一個控制電路同時控制分別連接與三相電壓的三只單相自耦變壓器上的開關(guān)裝置，使輸出的三相電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流穩(wěn)壓器，其特征在于所述穩(wěn)壓器由三個控制電路分別控制分別連接與三相電壓的三只單相自耦變壓器上的開關(guān)裝置，使輸出的三相電壓分別穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流變壓器，其特征在于所述自耦變壓器為三相自耦變壓器，所述三相自耦變壓器的每相均以上述相同的方式與各相補(bǔ)償變壓器的初級線圈的兩端連接，所述穩(wěn)壓器由一個控制電路同時控制分別連接于三相自耦變壓器上的開關(guān)裝置，使輸出的三相電壓穩(wěn)定在一個額定值的一個穩(wěn)定范圍內(nèi)。
專利摘要一種用數(shù)碼控制的組合補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器，包括補(bǔ)償變壓器、自耦變壓器、組合調(diào)壓裝置以及控制電路，其特征在于組合調(diào)壓裝置由從自耦變壓器線圈上抽出的至少三個抽頭和開關(guān)裝置組成，構(gòu)成樹枝連接狀，且在樹枝連接狀的每個節(jié)點(diǎn)處，設(shè)一開關(guān)裝置，開關(guān)裝置受控制電路控制，并通過選通開關(guān)裝置的不同組合，改變自耦變壓器的線圈抽頭位置，從而來改變補(bǔ)償電壓的大小和相位。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)變時間短、可靠性高、成本低且適用于單相、三相統(tǒng)調(diào)、三相分調(diào)型交流穩(wěn)壓器。
文檔編號G05F1/12GK2251158SQ95244340
公開日1997年4月2日 申請日期1995年7月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月5日
發(fā)明者顧元章, 顧紀(jì)章 申請人:顧元章