CN101527516B

CN101527516B - 变压调压电路

Info

Publication number: CN101527516B
Application number: CN 200810065774
Authority: CN
Inventors: 陈建业; 刘维春
Original assignee: SHENZHEN NOELTEK TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN NOELTEK TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2028-03-05
Also published as: CN101527516A

Abstract

本发明实施例涉及电力电子领域，提供了一种变压调压电路，包括变压调压空载电路，所述的空载电路包括开关K1、开关K2、开关K3和开关K4，变压器T，其中开关K1和开关K2并联，开关K1和开关K2的一端与变压器的原边的正极连接，开关K3和开关K4并联，开关K3和开关K4的一端与变压器的负极连接，开关K1和开关K4的另一端接入输入端的一极，开关K2和开关K3的另一端接入输入端的另一极，变压器T副边的输出端V_OUT与N极之间串联负载RL。还提供相应的变压调压组和节电装置。降低电路的自耗，且使调压装置能够长期稳定的运行。

Description

变压调压电路

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种变压调压电路、变压调压组和具有稳压功能的智能节电装置。

背景技术

现有技术节电器如图1所示，包括，旁路接触器KM，205V输出控制接触器KM1(低节电档)；195V输出控制接触器KM2(高节电档)；调输出自耦式变压器T(调相线)，负载RL。该现有技术方案是通过调节自耦式变压器次级(输出端)线圈数量，来达到改变输出电压的目的。在控制原理上，KM和KM1、KM2互锁，KM1和KM2互锁，由L端接入市电相线(火线)，B点接负载RL，N为零线，其工作过程如下：

(1)、旁通(非节电)：接触器KM1、接触器KM2先断开，再吸合接触器KM，UA＝UB，负载RL两端电压等于市电电压；

(2)、低节电(在标准市电220V下，输出为205V)，先断开接触器KM1，再吸合接触器KM2；

(3)、由低节电转为高节电(标准市电220V下，输出为195V)，先断开接触器KM1，再吸合接触器KM2。

从以上的调压原理和工作过程可看出其方案存在以下几个方面的技术缺陷：

(1)、由于该节电器工作的总电流I＝IR+IT，而IT的电流较小，较大的电流IR通过B点经过RL形成闭合回路，因此KM，KM1，KM2在切换时，触点流过电流大，容易损坏接触器，严重影响了节电器本身的稳定性和使用寿命；

(2)、由于在每次切换时，负载RL必须先脱离供电回路，再接入，这样就造成了负载RL有断电的现象，其断电时间为2个接触器动作的时间。这种情况，如果负载RL为照明负载，就容易造成发光源熄灭再启动，也就是节电行业中所说的“闪断”现象。此现象对照明灯具的损伤较大；

(3)、电压调节时，由于有负载的“闪断”现象和接触器切换电流较大，在实际运用时不可能设置多档自动调节，严重降低了节电器的智能化程度和适用性。

发明内容

本发明实施例提供一种变压调压电路、变压调压组和具有稳压功能的节电装置，降低电路的自耗，且使调压装置能够长期稳定的运行。

本发明实施例所提供的是通过以下技术方案实现的：

一种变压调压电路，其特征在于，包括变压调压空载电路，所述的空载电路包括开关K1、开关K2、开关K3和开关K4，变压器T，其中开关K1和开关K2并联，开关K1和开关K2的一端与变压器T的原边的正极连接，开关K3和开关K4并联，开关K3和开关K4的一端与变压器的原边的负极连接，开关K1和开关K4的另一端接入变压调压空载电路的输入端L极，开关K2和开关K3的另一端接入变压调压空载电路的输入端N极，变压器T副边的负极作为输出端V_OUT与所述变压调压空载电路的输入端N极之间串联一负载RL，所述变压器T副边的正极与所述变压调压空载电路的输入端L极连接。

本发明实施例的技术效果是：实施例提供的变压调压电路、变压调压组和节具有稳压功能的电装置，采用微型计算机精确的控制各变压器的工作状态，达到输入欠压输出可升、输入超压输出可降的稳压输出目的，输出电压稳压精度可达到±1％；通过控制旁通开关K，降低电路的自耗，且使调压装置能够长期稳定的运行。

附图说明

图1为现有技术的变压调压电路；

图2为本发明实施例提供的第一种变压调压电路；

图3为本发明实施例提供的第二种变压调压电路；

图4为本发明实施例提供的变压调压组；

图5为本发明实施例提供的节电装置。

具体实施方式

本发明实施例提供的变压调压电路、变压调压和节电装置，通过控制旁通开关K，降低电路的自耗，且使调压装置能够长期稳定的运行。

下面结合附图详细描述本发明实施例的技术方案。

图2为本发明实施例提供的第一种变压调压电路；变压调压电路如图2所示，包括变压调压空载电路A，所述的空载电路包括开关K1、开关K2、开关K3和开关K4，变压器T，其中开关K1和开关K2并联，开关K1和开关K2的一端与变压器的原边的正极连接，开关K3和开关K4并联，开关K3和开关K4的一端与变压器的原边的负极连接，开关K1和开关K4的另一端接入所述变压调压空载电路A的输入端L极，开关K2和开关K3的另一端接入所述变压调压空载电路A的输入端N极，变压器T副边的负极做为输出端V_OUT与所述变压调压空载电路A的输入端N极之间串联一负载RL。

工作原理如下：

当电源电压高于负载RL的所需电压时，K1和K3同时闭合，K2和K4断开时，变压器T工作于降压状态。

当电源电压低于负载RL的所需电压时，K2和K4同时闭合，K1和K3断开时，变压器T工作于升压状态。

当电源电压与负载RL的所需电压相差小于调压幅度时，K1和K3或K2和K4同时闭合，变压器T工作原边线圈处于短路状态，此时变压器的副边也近似短路状态，其输出电压UBC≈UAC变压器不调节负载RL的供电电压。

在该变压调压电路基础上，配备输出电压取样、比较电路和开关器件的驱动电路就可构成简单的稳压节电装置。该稳压节电装置技术效果如下：

(1)、采用普通的隔离降压变压器实现了负载的稳压供电。

(2)、通过在变压器T的原边调节电源电压的输入极性及工作状态，达到稳压目的。根据变压器基本工作原理，变压器T的原边的工作电流仅为变压器T的副边线圈负载电流的1/K，因此调压器件的功率远远小于变压器T的实际工作功率，仅为负载功率的1/K。由于调压部分的功率小，其可控性和稳定性大提高。

图3为本发明实施例提供的第二种变压调压电路；参见图3，该变压调压电路，包括变压调压空载电路A′，所述的空载电路A′包括开关K1、开关K2、开关K3和开关K4，变压器T，其中开关K1和开关K2并联，开关K1和开关K2的一端与变压器的原边的正极连接，开关K3和开关K4并联，开关K3和开关K4的一端与变压器的原边的负极连接，开关K1和开关K4的另一端接入所述变压调压空载电路A的输入端L极，开关K2和开关K3的另一端接入所述变压调压空载电路A的输入端N极。变压器副边线圈的两端连接有与该变压器T的副边线圈并联的旁通开关K，变压器T副边的负极做为输出端V_OUT与所述变压调压空载电路A的输入端N极之间串联一负载RL。

相对于图1所示的变压调压电路，该电路与图1所示变压调压电路的区别是：

变压器T副边线圈的两端连接有与该变压器T的副边线圈并联的旁通开关K。

优选的，所述的开关K的额定电流与所述负载RL的额定电流相同即可。

该变压调压电路的工作原理如下：

(1)、在变压器T处于不降压状态时，K1和K2，或K3和K4同时断开，开关K闭合，此时变压器T原边线圈处于开路状态，而副边线圈处于短路状态，使变压器处于旁通状态。不仅满足了负载RL的输入电源需要，同时还使变压器处于断电状态，降低了变压调压电路的自耗。

(2)、在调压过程中，当任何一组开关器件断开后，立即闭合开关K，将变压器T处于旁通状态，再根据需要断开K，立即闭合升压或降压开关器件。由于任何一组开关器件闭合前，变压器T始终处于旁通状态，当开关K断开时，由于感性负载对电压瞬间突变有一定的抑制作用(电流滞后于电压)，在变压器原边不会立即产生较高的电动势，此时原边线圈的任何一组开关器件闭合时，均不会出现高压拉弧现象。

(3)、开关K，虽然功率较大但始终只是短路变压器T副边线圈，并不断开线圈，所以开关K两端的电压较低，不会因为频繁开闭而损坏。

以上方案不仅达到了变压调压电路的稳压目的，还降低了变压调压电路的自耗，且使变压调压电路可长期稳定的运行。

本发明实施例还提供一种变压调压组，该变压调压组，包括上述的变压调压电路，还包括复数个变压调节空载电路A′与所述的变压调节电路串联。图4为本发明实施例提供的变压调压组；参照图4所示，该变压调压组为四组如图3所示的变压调压空载电路串联而成。

为了实现电压的输出稳压调节功能，在本实施例中采用4台不同调压幅度，副边线圈额定电流相同的隔离变压器组合构成。在这里稳压精度为±1％，调压幅度为60V(电源电压的±30V)，本发明实施例中采用电压变比量为15、30、60、120的16V/240V(变压器T1)、8V/240V(变压器T2)、4/240V(变压器T3)、2V/240V(变压器T4)各一台组成一套单相稳压变压调压组，该实施例的技术方案特适用于低压道路照明节能改造。

下面以输入电压在用电低谷期和高峰期在235V～200V之间变化，输出电压设置在215V的路灯系统节能控制为例，描述本实施例的工作原理：

当变压调压组启动时，接触器KM1、KM2、KM3、KM4全部闭合，KM11～KM18，KM21～KM28全部断开，此时输出电压等于输入电压，节能变压器组处于旁通状态，为照明器全压启动工作(由于道路照明一般都采用高压气体放电灯，启动时要有足够高的电源电压才能正常启动，一般需要5～10分钟照明器才能完成预热启动过程)。

降压节能工作

1)待钠灯正常工作后，假定此时输入电压为235V，按照前述的控制原理由CPU控制该变压调压组，先断开2V/240V变压器T4的旁通接触器KM4，再立即同时闭合降压调节接触器KM17和KM18，变压器T4投入降压节能运行。此时负载RL的输入电压URL＝235-(235÷120)≈233V，电压下降约2V。

2)待一定的时间(为减小照明器因电压频繁变化而产生的闪烁感，一般不小于30秒)，按照投入变压器T4的过程投入变压器T3后，使其投入降压节能运行；再立即断开变压器T4的降压调节接触器KM17和KM18，再闭合旁通接触器KM4，变压器T4处于旁通状态。此时负载RL的输入电压URL＝235-(235÷60)≈231V，电压下降约4V。

3)待一定的时间(为减小照明器因电压频繁变化而产生的闪烁感，一般不小于30秒)，再按上述1)中的控制原理将投入变压器T4降压节能运行；此时变压器T4和变压器T3的同时投入降压节能运行。此时负载RL的输入电压URL＝235-(235÷60)-(235÷120)≈229V，电压下降约6V。

按照以上每次降压幅度按2V为一级共需切换10次，最后为变压器T1和变压器T3投入降压节能运行，变压器T2和变压器T4处于无功耗旁通运行。负载RL的输入电压URL＝235-(235÷15)-(235÷60)≈215V，电压下降约20V。此时系统完成电压调整过程。

当输入电压变化小于或等于2V以下或217≤URL≥213时，变压器的状态不再改变。当输出URL＝217V或URL＝213V，与设置电压215V相差为2V，误差率仅为0.93％，达到设计±1％的标准。

当输入电压变化大于2V或217＞URL＜213时，在调整变压器T3和变压器T4的工作状态。例如输入电压为338V或URL＝218V时，按上述1)的控制原理将投入变压器T4降压节能运行，此时负载RL的输入电压URL＝235-(235÷60)-(235÷120)-(235÷120)≈216V，电压下降约22V，与设置电压215V相差为1V；再例如输入电压为332V或URL＝212V时，按以上控制原理将变压器T3旁通，再将变压器T4投入降压节能运行，此时负载RL的输入电压URL＝235-(235÷60)-(235÷120)≈214V，电压下降约18V，与设置电压215V相差也为1V。

升压补偿工作

一般城市的用电高峰期都出现在8点～23点之间，而18点～23点为在我国大部分地区为黑夜的上半夜，在道路上是人流、车流的在黑夜的高峰期，此时电网电压过低，就会造成路面照度不够，带来极大的安全隐患。为确保照明器稳定正常的工作，本变压调压组具有电压补偿(升压)功能，工作原理如下：

接降压工作过程，假定输入电压下降为210V，在不降压时输出电压已经低于负载RL正常工作电压的最低标准(215V)5V。其工作过程如下：

当输入电压下降为213V或URL＝213V时，此设备将接触器KM1、接触器KM2、接触器KM3全部闭合，KM11～KM16，KM21～KM26全部断开，使变压器T1、变压器T2、变压器T3处于旁通状态；按隔离变压器的升压工作原理，断开接触器KM4、接触器KM17、接触器KM18，再闭合接触器KM27、接触器KM28，使变压器T4工作在升压运行状态，此时负载RL的输入电压URL＝235+(235÷120)≈214V。

当输入电压下降为210V或URL＝230V时，此设备将接触器KM1、接触器KM2闭合使变压器T1、变压器T2处于旁通状态；按隔离变压器的升压工作原理，再断开接触器KM3、接触器KM15、接触器KM16，再闭合接触器KM25、接触器KM26，使变压器T3、T4工作在升压运行状态，此时负载RL的输入电压URL＝235+(235÷60)+(235÷120)≈216V(如电压继续降低，以次类推，电压最高可升压30V)。

低功耗旁通工作：

旁通工作时，接触器KM1、接触器KM2、接触器KM3、接触器KM4全部闭合，接触器KM11～接触器KM18，接触器KM21～接触器KM28全部断开，变压器T1、变压器T2、变压器T3、变压器T4全部处于旁通状态，此时输出电压等于输入电压。所有的功耗仅限于控制电路，变压器处于无功耗状态。

根据变压调压组的运行状态，在以下情况是变压调压组应处于旁通(变压器旁通状态)状态：

1)设定为旁路启动时：通过人机界面设置为旁通运行；

2)当输入电压与设置电压(负载RL正常工作电压的最低标准)时：电压检测装置(如图5中的：输出电压信号采集装置405)检测负载运行电压，由CPU(微处理器)及控制系统自动完成；

3)负荷超载时：电流检测装置(如图5中的：工作电流信号采集装置404)检测负载的运行电流，由微处理器及控制系统自动完成；

4)运行在降压节能状态，负载负荷较低(节约的电能接近或低于本机工作耗能)时；电流检测装置检测负载的运行电流，由CPU(微处理器)及控制系统自动完成；

5)设备可控故障时：如变压器T温度超限时、驱动电路(即图5中的调压接触器驱动及互锁控制电路402)或微处理器(即图5中的CPU403)系统电源故障时，该变压调压电路应处于旁通状态。

本发明实施例还提供一种节电装置，如图5所示，包括：上述实施例提供的变压调压组401、调压接触器驱动及互锁控制电路402和CPU403，变压调压组401接入所述的调压接触器驱动及互锁控制电路402，所述的调压接触器驱动及互锁控制电路402接入所述的CPU403，输入端411及输出端412，及电源413，输入端411输出端412的两极分别接入变压调压组401的输入和输出端，电源413接入输入端411的两极。

其中，所述的CPU403通过所述的调压接触器驱动及互锁控制电路402控制所述的变压调压组401完成上述变压调压组的具体实施方式的工作过程。

该节电装置还包括工作电流信号采集装置404，用于采集电路工作时的电流信号，并向所述的CPU403输入所述的电流信号，CPU403根据所述的电流信号通过控制所述的调压接触器驱动及互锁控制电路402控制所述的变压调压组401。

该节电装置还包括输出电压信号采集装置405，用于采集电路工作时的输出电压信号，并向所述的CPU403输入所述的电压信号，CPU403根据所述的电压信号通过控制所述的调压接触器驱动及互锁控制电路402控制所述的变压调压组401。

所述的变压器调压组上还连接有散热装置407和温度检测装置406，所述的温度检测装置406用于检测变压器调压组的温度，并将所述的温度信号反馈给所述的CPU403，CPU403根据所述的温度信号控制所述的散热装置407对所述的节电装置进行散热。如变压器T温度超限时、电路或微处理器(CPU)系统电源故障时，上述变压调压电路应处于旁通状态。

所述的节电装置还包括用于人机交互的人机界面装置409，所述的人机界面装置409接入所述的CPU403。

所述的节电装置还包括RS232接口或485接口410接入所述的CPU402，用于扩展设备。

以上对本发明实施例所提供的一种变压调压电路、变压调压组和智能节电装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书实施例的内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种变压调压电路，其特征在于，包括变压调压空载电路，所述的空载电路包括开关K1、开关K2、开关K3和开关K4，变压器T，其中开关K1和开关K2并联，开关K1和开关K2的一端与变压器T的原边的正极连接，开关K3和开关K4并联，开关K3和开关K4的一端与变压器的原边的负极连接，开关K1和开关K4的另一端接入变压调压空载电路的输入端L极，开关K2和开关K3的另一端接入变压调压空载电路的输入端N极，变压器T副边的负极作为输出端V_OUT与所述变压调压空载电路的输入端N极之间串联一负载RL，所述变压器T副边的正极与所述变压调压空载电路的输入端L极连接。

2.如权利要求1所述的变压调压电路，其特征在于，变压器T副边线圈的两端连接有与该变压器T的副边线圈并联的旁通开关K。