專利名稱：高精度多段調(diào)壓照明調(diào)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種照明電路電壓調(diào)控節(jié)能裝置，特別是一種高輸出電壓精度的多段調(diào)壓照明調(diào)控裝置。
背景技術(shù)：
目前照明節(jié)能技術(shù)，方興未艾，新的照明調(diào)控技術(shù)更是如雨春筍。現(xiàn)在市場上的自耦降壓式調(diào)控裝置是通過一個自耦變壓器機芯，根據(jù)輸入電壓高低情況，接連不同的固定變壓器抽頭，將電網(wǎng)電壓降低5、10、15、20V等幾個檔，從而達到降壓節(jié)電的目的。
這類調(diào)控裝置為了能做到額定電壓正常啟動，并在過電壓和欠電壓時跳到旁路(設(shè)備的安全保護)，一般用的都是采用晶閘管作為切換元件，可以對主回路起到較好的保護作用。此外，響應(yīng)速度也較快。輔以好的控制技術(shù)，在電壓穩(wěn)定的場所，會有不錯的節(jié)能效果。
盡管此類產(chǎn)品存在很多優(yōu)點，但仍有其不足之處。首先，只能降壓，不能升壓。如果電網(wǎng)電壓波動(電網(wǎng)中有頻繁啟動的大設(shè)備或其它原因?qū)е碌碾娋W(wǎng)波動)或用電高峰時，燈具的工作電壓必然受到影響。當(dāng)該電壓低于燈具的極限工作電壓50mS以上，高壓氣體放電燈(如高壓鈉燈、金鹵燈、高壓汞燈等)就會熄滅。前面已經(jīng)提到，這種燈在熄滅以后，必須等到燈管冷卻，蒸氣壓下降后才能再點亮，一般需要5-10min左右。并且，由于節(jié)能時，如果要獲得好的節(jié)能效果，節(jié)能裝置的輸出電壓一般設(shè)置在接近于燈具極限工作電壓位置，而氣體放電燈在剛啟動時，為保證內(nèi)部氣體啟輝，需要足夠高的電壓(額定電壓220V)并維持一定時間，所以即使電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，該節(jié)能裝置所輸出的節(jié)能電壓(低于200V)仍不能使已熄滅的燈具正常點亮，如果這些燈具是作為路燈使用，就會使部分路燈無法正常工作，出現(xiàn)所謂的斑馬效應(yīng)，為交通和公共安全帶來隱患，另一方面，還會影響燈具的使用壽命。其次，由于節(jié)能檔位較少，一般設(shè)置為5V，10V，15V，20V 4檔，所以即使當(dāng)電網(wǎng)電壓較高時(有些場所電網(wǎng)電壓在240V以上)，由于只降低20V，還是不能獲得很好的節(jié)能效果。主回路設(shè)計結(jié)構(gòu)決定了整機效率很難高于95％，而作為中等功率節(jié)能產(chǎn)品，即使效率升高1％，幾年內(nèi)節(jié)約的電費也是相當(dāng)可觀的。
目前較為節(jié)能效果較好的是一種單補償變壓器型調(diào)控裝置，圖3所示為其基本電路圖。圖中TR2是一臺獨立的補償變壓器，串聯(lián)在輸入UI與U0之間，它的初級電源由變壓器TR1提供，TR2的次級補償電壓ΔU由TR1次級改變抽頭時進行調(diào)整，TR2的一端接在TR1次級中心抽頭0點上，所以可以改變TR2次級電壓的極性和大小，從而實現(xiàn)升壓和降壓。變壓器TR1的次級有12個抽頭，由12只雙向可控硅S1-S12用作開關(guān)給TR2初級提供電壓，每次只有一只雙向可控硅導(dǎo)通，當(dāng)S7-S12中有一只導(dǎo)通時，ΔU與UI反相，輸出為降壓；當(dāng)S1-S6中有一只導(dǎo)通時，ΔU與UI同相，輸出為升壓。哪一只雙向可控硅導(dǎo)通由控制電路進行判斷和選擇。
穩(wěn)壓器可靠地運行是很重要的，因某種原因造成兩支雙向可控硅共同導(dǎo)通時將出現(xiàn)變壓器兩個抽頭間短路的情況，會造成雙向可控硅燒毀。目前市場上所見的穩(wěn)壓器多數(shù)采用串入限流電阻的辦法，見圖3中的R1-R12，R取值依據(jù)下式R＝1/I[U2-(U1+2US)]PR＝I2*R
式中U2-應(yīng)關(guān)斷的抽頭電壓(V)U1-應(yīng)開通的抽頭電壓(V)US-雙向可控硅壓降(V)I-可控硅在半周期內(nèi)所能承受的最大沖擊電流(A)PR-串入電阻器R承受的功率(V)因此在實際應(yīng)用中，該電阻基本上在10Ω以上，根據(jù)PR＝I2*R。一旦此電路應(yīng)用于大功率，損耗隨功率的增大按比例增長。直接影響設(shè)備的效率。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種高效率、且成本較低的高精度多段調(diào)壓照明調(diào)控裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
為了實現(xiàn)本實用新型的目的，本實用新型采用了一臺補償變壓器TF1和一臺多抽頭變壓器TF2，補償變壓器(TF1)和多抽頭變壓器(TF2)的次級串聯(lián)在電網(wǎng)的火線和照明調(diào)控裝置電壓輸出端之間，多抽頭變壓器(TF2)的初級一側(cè)有6個抽頭，1和5抽頭作為TF2的初級，直接與電網(wǎng)L和N相連，如果市電電壓為221V，那么初級一側(cè)的各抽頭電壓分別為0V、104V、143V、221V和338V，次級側(cè)輸出電壓為-20V?？煽毓杞臃ㄈ鐖D所示，Q1、Q2、Q3一端并接于TF2的初級非同名端，另一端分別接于TF2初級一側(cè)的5、4、3抽頭；Q4、Q5、Q6、Q7一端并接在一起，通過雙向二極管D1與TF1初級的同名端相接，另一端與分別接于TF2初級一側(cè)的1、2、5、6抽頭。在這里我們命名Q4、Q5、Q6、Q7屬第一組可控硅，Q1、Q2、Q3屬第二組可控硅，當(dāng)?shù)谝唤M和第二組可控硅分別只有一支導(dǎo)通時，多抽頭變壓器TF2不同等級電壓就會直接供給至TF1的初級，從而耦合到主回路，使智能照明調(diào)控裝置的輸出電壓升高或降低。D1的作用在于檢測加在TF1初級的電壓的過零點，只有在D1兩端無電壓時，才可通過可控硅的開關(guān)作用，選通下一組抽頭，使合適的電壓加在TF1初級。交流電壓輸入端與輸出端之間還串聯(lián)一支雙向可控硅Q8，平時正常工作時Q8處于關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)智能照明調(diào)控裝置發(fā)生故障時，令Q8導(dǎo)通，交流輸入電壓通過Q8直接連接到電壓輸出端輸出。所述補償變壓器TF1的匝數(shù)比為6.11∶1，多抽頭變壓器TF2的匝數(shù)比為5.2∶1.95∶1.95∶1.95∶5.85(初級一側(cè))∶1(次級)。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)的電壓調(diào)控設(shè)備相比減少了雙向可控硅的使用數(shù)量，大大降低了成本，同時去掉了限流電阻，從而提高了設(shè)備的效率，因為我們的設(shè)備是作為節(jié)能設(shè)備使用的，如果功率較大，即使是1％的提高，效果也相當(dāng)可觀。目前我們于2005年1月在華東電力試驗研究院完成檢測，一臺80KVA的設(shè)備，效率可達98.4％。并且，隨著設(shè)備功率的增加，效率還會更高一些。此外，由于增加了靜態(tài)旁路雙向可控硅Q8，使得可以避免由于故障而導(dǎo)致的斷電現(xiàn)象，提高了設(shè)備的可靠性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中穩(wěn)壓器主電路原理圖。
圖2為本實用新型主電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型主電路的輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系如下式，Vout＝Vin+X/221*Vin/6.11-Vin/11式中X是可控制的變量，通過置于設(shè)備中的微電腦選通TF1的對應(yīng)抽頭，來決定X的取值。
若要維持Vout的相對恒定，隨著Vin的升高，X取值依次為221182143221-104＝117221-143＝78221-182＝390182-221＝-39143-221＝-78221-338＝-117182-338＝-156143-338＝-195穩(wěn)壓精度可通過調(diào)整多抽頭變壓器線圈之間電壓來改變。升降壓轉(zhuǎn)折點可通過改為式1中的比例因子(6.11，11)來改變，也可通過變換多抽頭與可控硅的連接方式來改變，由于此裝置用于節(jié)能，一般來說，升壓功能是輔助的，而降壓功能才是主要的，它是針的輸入電壓過高而設(shè)計，所以當(dāng)輸入電壓很高時，都能獲得很滿意的效果(見表1)。
下表中列出了120KVA產(chǎn)品在不同輸入電壓情況下，不同可控硅導(dǎo)通而起的輸出電壓的變化，因此只要設(shè)定了輸出電壓，總會有相應(yīng)的可控硅導(dǎo)通，使調(diào)控裝置的輸出電壓在額定電壓范圍之內(nèi)(精度2％)。例如，當(dāng)輸出電壓設(shè)定為220V，相應(yīng)可控硅導(dǎo)通，從而使輸出電壓穩(wěn)定在220±2％之內(nèi)(表1黑體下劃線的數(shù)據(jù))。
表1

本實用新型可降低設(shè)備成本，比較圖1、圖2可知，兩種設(shè)計方案都各使用了一個補償變壓器，一個多抽頭變壓器，但圖1方案使用了12支可控硅，其多抽頭變壓器有12個抽頭；而圖2方案只使用了7支可控硅，多抽頭變壓器只有6個抽頭，但實現(xiàn)的效果卻是一致的，因為圖1方案每次只有1支可控硅導(dǎo)通，所以調(diào)壓的級數(shù)是C121＝12，圖2每次有2支可控硅導(dǎo)通，調(diào)壓的級數(shù)是C41*C31＝12，因此節(jié)省了5支可控硅。此外由于變壓器抽頭數(shù)目的減少，也給加工帶來便利；本實用新型中沒有限流電阻，這需要歸功于獨特的控制方式，即需要轉(zhuǎn)換開關(guān)(雙向可控硅)轉(zhuǎn)換時，先由系統(tǒng)內(nèi)的微電腦發(fā)出關(guān)斷信號，徹底關(guān)斷后，二極管D1上的電壓將消失，這時再開啟新的一組開關(guān)，科學(xué)而巧妙的避免了變壓器抽頭間短路的問題，從而提高了設(shè)備的效率，因為我們的設(shè)備是作為節(jié)能設(shè)備使用的，如果功率較大，即使是1％的提高，效果也相當(dāng)可觀。目前我們于2005年1月在華東電力試驗研究院完成檢測，一臺80KVA的設(shè)備，效率可達98.4％。并且，隨著設(shè)備功率的增加，效率還會更高一些。
此外，由于增加了靜態(tài)旁路雙向可控硅Q8，當(dāng)主電路發(fā)生故障時，Q8變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，可以避免由于故障而導(dǎo)致的斷電現(xiàn)象，提高了設(shè)備的可靠性。
權(quán)利要求1.一種高精度多段調(diào)壓照明調(diào)控裝置，包括補償變壓器(TF1)和多抽頭變壓器(TF2)，補償變壓器(TF1)將不同等級的電壓耦合到主回路上，多抽頭變壓器(TF2)獲得不同等級的電壓給補償變壓器(TF1)，實現(xiàn)主回路輸出電壓的增減，其特征在于補償變壓器(TF1)和多抽頭變壓器(TF2)的次級串聯(lián)在電網(wǎng)的火線和照明調(diào)控裝置電壓輸出端之間，通過第一組和第二組分別與多抽頭變壓器(TF2)初級的各個抽頭連接的雙向可控硅的開關(guān)作用，將多抽頭變壓器不同等級的電壓選通來改變照明調(diào)控裝置的輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度多段調(diào)壓照明調(diào)控裝置，其特征在于所述多抽頭變壓器(TF2)的初級一側(cè)有6個抽頭，抽頭(1)和抽頭(5)直接與電網(wǎng)(L)和(N)相連，當(dāng)市電電壓為221V時，初級的各抽頭電壓分別為0V、104V、143V、182V、221V和338V，次級輸出電壓為20V且與初級電壓的相位相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度多段調(diào)壓照明調(diào)控裝置，其特征在于第一組雙向可控硅(Q4、Q5、Q6、Q7)一端并接在一起，通過雙向二極管(D1)與補償變壓器(TF1)初級的同名端相接，另一端分別接于多抽頭變壓器(TF2)初級一側(cè)的抽頭(1、2、5、6)，第二組雙向可控硅(Q1、Q2、Q3)一端并接于補償變壓器(TF1)的初級非同名端，另一端分別接于多抽頭變壓器(TF2)初級一側(cè)的抽頭(5、4、3)；當(dāng)?shù)谝唤M和第二組雙向可控硅分別只有一支導(dǎo)通時，多抽頭變壓器(TF2)不同等級電壓就會直接供給至補償變壓器(TF1)的初級，從而耦合到主回路，使照明調(diào)控裝置的輸出電壓升高或降低；雙向可控硅(D1)用于在新的一路雙向可控硅導(dǎo)通前，檢測先前導(dǎo)通著的雙向可控硅是否關(guān)斷，只有在雙向可控硅(D1)兩端無電壓時，才可通過可控硅的開關(guān)作用，選通下一組抽頭，使合適的電壓加在補償變壓器(TF1)初級。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度多段調(diào)壓照明調(diào)控裝置，其特征在于在電網(wǎng)的(L)和(U)之間串接雙向可控硅(Q8)，當(dāng)照明調(diào)控裝置發(fā)生故障時雙向可控硅(Q8)導(dǎo)通，交流輸入電壓通過(Q8)直接連接到電壓輸出端輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度多段調(diào)壓照明調(diào)控裝置，其特征在于所述補償變壓器TF1的匝數(shù)比為6.11∶1，多抽頭變壓器(TF2)的匝數(shù)比為5.2∶1.95∶1.95∶1.95∶5.85∶1。
專利摘要高精度多段調(diào)壓照明調(diào)控裝置分為主回路和控制部分，主回路包括輸入空氣開關(guān)、補償變壓器和多抽頭變壓器，補償變壓器和多抽頭變壓器的次級串聯(lián)在電網(wǎng)的火線和智能照明調(diào)控裝置電壓輸出端之間，通過雙向可控硅的開關(guān)作用，將多抽頭變壓器不同等級的電壓選通來改變智能照明調(diào)控裝置的輸出電壓。在多抽頭變壓器的初級一側(cè)有6個抽頭，電壓分別0V、104V、143V、182V、221V、338V(其中0V和221V這兩個抽頭是變壓器的初級)，次級電壓為20V，它的主要作用是產(chǎn)生不同等級的電壓供給補償變壓器，用以完成對主回路電壓的補償。
文檔編號H05B41/392GK2788504SQ200520005429
公開日2006年6月14日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月25日
發(fā)明者李淑鳳 申請人:李淑鳳