CN101807087B

CN101807087B - 一种补偿变压器交流稳压节能装置

Info

Publication number: CN101807087B
Application number: CN2010101630556A
Authority: CN
Inventors: 李峰; 石定良
Original assignee: BEIJING ZHONGKE FOURSIS INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Beijing branch of Mdt InfoTech Ltd fuhs
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2030-04-29
Also published as: CN101807087A

Abstract

一种补偿变压器交流稳压节能装置包括抽头变压器和补偿变压器，补偿变压器次级串联在电源和负载之间；抽头变压器包括2K个抽头，K个抽头分别通过第二双向可控硅与补偿变压器初级的输入相连，另外K个抽头分别通过第一双向可控硅与补偿变压器初级的输出相连；在第一双向可控硅的输出与补偿变压器初级的输出通过第一T降可控硅相连；在第一双向可控硅的输出与补偿变压器初级的输入通过第一T升可控硅相连；在第二双向可控硅的输出与补偿变压器初级的输入通过第二T降可控硅相连；在第二双向可控硅的输出与补偿变压器初级的输出通过第二T升可控硅相连。本发明补偿变压器交流稳压节能装置，实现低成本、宽范围、高精度的电压补偿。

Description

一种补偿变压器交流稳压节能装置

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种补偿变压器交流稳压节能装置。

背景技术

补偿变压器式交流稳压节能装置是在主回路中串联一套变压器线圈，变压器线圈所产生的电势与主电源进行迭加，从而改变输出电压值。由于变压器线圈不是直接用于供电，而仅是起补偿作用(约是总电源电压的20％)，因此，变压器的功率和体积也可缩小为20％，可节省大量的铜线、铁芯等材料。

参见图1，该图为现有补偿变压器交流稳压节能装置的电路图。图1中左边是电源输入，右边是接负载(灯)。由图1可看出补偿变压器次级就串联在负载与电源中间，补偿变压器的电压可以与电源电压相互抵消(与电源极性相反)也就是使负载端降压。如果补偿变压器的电压与电源极性相同也就是使负载端升压。

这样，只要改变补偿电压大小就能改变负载端电压。而补偿电压大小又受控于变压器初级所加的电压，自耦变压器就是提供补偿变压器初级电压的电源，自耦变压器的级数越多，每级电压值越小，补偿电压就能越精细的调节；自耦变压器的电压可变范围越大，负载端的可调节电压值范围也就越大。

现有补偿变压器是靠通断可控硅来向补偿变压器初级送去哪个抽头之间的电压。如图1中D3可控硅导通，则加到初级的电压是D3和D8(N)的电压；在“二套线圈串联主回路的补偿变压器”中，如D5和D6可控硅导通，则加到初级的是升压电压(相对N相位已经改变)D5和D6的电压。

组合级数等参数比较，看下面性能比较表

综上所述，现有补偿变压器交流稳压节能装置无法实现高精度的调节，且电压调节档数较少，无法满足路灯等负载的电压补偿，因此如何克服现有技术的缺陷是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种补偿变压器交流稳压节能装置，用于实现低成本、宽范围、高精度、平滑调节的电压补偿。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

一种补偿变压器交流稳压节能装置，所述补偿变压器交流稳压节能装置包括抽头变压器和补偿变压器，所述补偿变压器的次级串联在电源和负载之间；

所述抽头变压器包括2K个抽头，其中K个抽头分别通过第二双向可控硅与所述补偿变压器的初级的输入端相连，另外K个抽头分别通过第一双向可控硅与所述补偿变压器的初级的输出端相连；其中K为大于或者等于2的正整数；

在第一双向可控硅的输出端与所述补偿变压器的初级的输出端之间通过第一T降可控硅相连；

在第一双向可控硅的输出端与所述补偿变压器的初级的输入端之间通过第一T升可控硅相连；

在第二双向可控硅的输出端与所述补偿变压器的初级的输入端之间通过第二T降可控硅相连；

在第二双向可控硅的输出端与所述补偿变压器的初级的输出端之间通过第二T升可控硅相连。

优选地，所述K＝4；

第一双向可控硅包括D1、D2、D3、D4双向可控硅；

第二双向可控硅包括D5、D6、D7、D8双向可控硅。

优选地，所述第一、第二T降可控硅同时导通；当所述第一、第二T降可控硅同时导通时，所述第一、第二T升可控硅处于非导通状态；

所述第一、第二T升可控硅同时导通；当所述第一、第二T升可控硅同时导通时，所述第一、第二T降可控硅处于非导通状态。

优选地，所述补偿变压器的变比为0.2。

优选地，第二双向可控硅的四个双向可控硅与第一双向可控硅的四个双向可控硅，在同一时刻只能分别导通二个双向可控硅。

优选地，当D5、D6、D7、D8双向可控硅中一个双向可控硅导通时，依次导通D1、D2、D3、D4双向可控硅中的四个双向可控硅，相邻两个补偿的电压值的档位差为2.6V或2.8V。

优选地，所述补偿变压器具有32种补偿电压的组合方式。

优选地，所述补偿变压器的电压调节范围为+44V至-44V。

优选地，所述补偿变压器的输出精度为±1.2％。

本发明所述补偿变压器交流稳压节能装置包括抽头变压器和补偿变压器，所述补偿变压器的次级串联在电源和负载之间。由于所述抽头变压器包括2K个抽头，其中K个抽头分别通过第二双向可控硅与所述补偿变压器的初级的输入端相连，另外K个抽头分别通过第一双向可控硅与所述补偿变压器的初级的输出端相连；且K为大于或者等于2的正整数。而且在第一双向可控硅的输出端与所述补偿变压器的初级的输出端之间通过第一T降可控硅相连；在第一双向可控硅的输出端与所述补偿变压器的初级的输入端之间通过第一T升可控硅相连；在第二双向可控硅的输出端与所述补偿变压器的初级的输入端之间通过第二T降可控硅相连；在第二双向可控硅的输出端与所述补偿变压器的初级的输出端之间通过第二T升可控硅相连。当两个T升可控硅导通时，补偿变压器的线圈电势与电源电势相位一致，总输出回路为两个电势相加；当两个T降可控硅导通时补偿线圈电势与电源电势相位相反，总输出回路为二个电势相减。本发明所述补偿变压器交流稳压节能装置的每个第一双向可控硅均可以与每个第二双向可控硅同时导通，可以实现K*K种补偿方式。即K²种组合方式及相对应的输出电压。

本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置可以根据用户实际调节需要，实现低成本、宽范围、高精度、平滑调节的电压补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有补偿变压器交流稳压节能装置的电路图；

图2是本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置的电路图；

图3是本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置各档位补偿电压值示意图；

图4是本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置各档位电压差示意图。

具体实施方式

本发明提供一种补偿变压器交流稳压节能装置，用于实现低成本、宽范围、高精度、平滑调节的电压补偿。

为了更清楚地说明本发明的补偿变压器交流稳压节能装置工作原理和工作过程，下面结合附图具体说明。

参见图2，该图是本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置的电路图。

本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置，包括抽头变压器和补偿变压器，所述补偿变压器的次级串联在电源和负载之间。

抽头变压器连接在电源和零线(图2所示的N端)之间。

所述抽头变压器包括2K个抽头，其中K个抽头分别通过第二双向可控硅与所述补偿变压器的初级的输入端相连，另外K个抽头分别通过第一双向可控硅与所述补偿变压器的初级的输出端相连；其中K为大于或者等于2的正整数。图2所示的抽头变压器包括8个抽头，即K＝4。

第一双向可控硅包括D1、D2、D3、D4双向可控硅；第二双向可控硅包括D5、D6、D7、D8双向可控硅。

在第一双向可控硅D1、D2、D3、D4的输出端与所述补偿变压器的初级的输出端之间通过第一T降可控硅相连；

在第一双向可控硅D1、D2、D3、D4的输出端与所述补偿变压器的初级的输入端之间通过第一T升可控硅相连；

在第二双向可控硅D5、D6、D7、D8的输出端与所述补偿变压器的初级的输入端之间通过第二T降可控硅相连；

在第二双向可控硅D5、D6、D7、D8的输出端与所述补偿变压器的初级的输出端之间通过第二T升可控硅相连。

本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置可以根据用户实际调节需要，选择不同抽头数的抽头变压器，K可以为2、3或者其它大于或者等于2的正整数，从而实现低成本、宽范围、高精度、平滑调节的电压补偿。

本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置可以用于路灯节能装置上，可以使该路灯节能装置成为目前同类产品中成本最低(本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置成本是同类产品的75％)，范围最宽(一般产品为60V，当K＝4时，本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置的调节范围为88V)，精度最高(一般为±2％-3％，当K＝4时，本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置的精度为±1.2％)，每档电压最低(一般产品为5V，当K＝4时，本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置的每档电压最低为2.8V或2.6V)，因此调节的平滑度也就更好。

由于当K＝4时，本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置的每档电压最低为2.8V或2.6V，即所有输出电压的相邻级差仅2.6V及2.8V二种，这就可以满足气体放电灯在3V以内范围中变化时，不会熄灯。本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置可以保证了气体放电灯的可靠变化电压(而同类型产品为输出电压的相邻级差为5V以上)。

当K＝4时，结合图2所示的具体补偿变压器交流稳压节能装置电路图，得到表1所示的±16种，即32种组合方式及相对应的输出电压。

表1.各抽头对应可控硅导通时补偿电压值

组合电压值及档位压差：

序号	组合	补偿值	档位差
				1	D5-D4	2.80
2	D5-D3	5.60	2.80
				3	D5-D2	8.40	2.80
4	D5-D1(N)	11.00	2.60
				5	D6-D4	13.80	2.80
6	D6-D3	16.60	2.80
				7	D6-D2	19.40	2.80
8	D6-D1(N)	22.00	2.60
				9	D7-D4	24.80	2.80
10	D7-D3	27.60	2.80
				11	D7-D2	30.40	2.80
12	D7-D1(N)	33.00	2.60
				13	D8-D4	35.80	2.80
14	D8-D3	38.60	2.80
				15	D8-D2	41.40	2.80
16	D8-D1(N)	44.00	2.60

所述补偿变压器的变比可以为0.2。补偿变压器的变比即补偿电压与自耦变压器(抽头变压器)供给补偿变压器最大电压之比(44V/220V＝0.2)。所述补偿变压器的变比的确定非常重要，决定了补偿变压器的补偿能力及分级的精细。

由表1中给出的最大升压和降压区间，可得出下述的计算结果：

电源允许波动范围：176-264V，则输入相电压范围系数：

K_SL＝(UL-UB)/U_B＝176-220/220＝-20％；

K_SH＝(U_H-U_B)/U_B＝264-220/220＝20％

式中：K_SL-低端稳压范围系数；K_SH-高端稳压范围系数；

U_H-允许最高相电压；U_L-允许最低相电压；U_B-表称电压

由上式得到本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置适应的稳压范围系数为-20％-20％。本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置在输出电压220V时，输入电压可降压44V，升压44V，调节范围共88V。同理在节能电压输出时(190V)输入相电压范围系数：

K_SL＝(U_L-U_B)/U_B＝176-190/190＝-7.4％；

K_SH＝(U_H-U_B)/U_B＝264-190/190＝39％

本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置适应的稳压范围系数为-7.4％-39％。本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置在输出电压190V时，输入电压可降压14V，升压74V，调节范围共88V。输出精度：

S_U＝(UH-UL)/U_B(N+1)＝(264-176)/220(32+1)＝±1.2％。

式中：N-变压器抽头数，这里N＝32。这里N＝32和表1所示，都指在T_升状态下16级电压，相当左上面图中的16个抽头，再加T_降16级，±16个电压也就是相当32个抽头了。

本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置用补偿变压器所产生的电势来与主电源迭加，从而改变输出电压值。由于补偿变压器不是直接用来供电，而仅是起补偿作用(约是总电源电压的20％)，因此补偿变压器的功率和体积也可缩小为20％，可节省大量的铜线、铁芯等材料。

图2是一相的独立调控主电路图。当两个T_升可控硅导通时，补偿变压器线圈所产生的电势与电源电势相位一致，总输出回路为两个电势相加。当两个T_降可控硅导通时补偿变压器线圈所产生的电势与电源电势相位相反，总输出回路为两个电势相减。

补偿变压器的初级绕组由双向可控硅与多抽头变压器的各抽头连接，担负与抽头的接通供电功能。按图2的设计，两个变压器——补偿变压器和抽头变压器的总用材是所有同类形式中最少的，经计算可以比同类变压器缩少25％，也就是变压器成本可以减少25％。

由于是靠改变多抽头变压器对补偿变压器的供电电压，从而改变补偿电压值的大小，图2中双向可控硅仅仅是起到开关的作用，相位等参数没有改变，所以不会改变正弦波形。

当采样输入电压超过设定值时，微电脑立即指令双向可控硅进行无触点过零切换到合适的抽头处，以保证输出电压稳定在标称电压的±1.2％(2.8V)之内。

本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置，也适用于对高压电机进行电压调节，设电抗器在60％启动，电源电压10KV计，补偿最大电压4000V，补偿变压器容量也就只要40％电机功率。比电抗启动的电抗器(也是一种变压器)节约材料60％。如有足够的调节电压级数和精细的每级电压，就能够实现电机的平滑软启动及稳压、节能。完全可以借鉴上述实施例，所不同的仅仅是上述实施例是低压控低压，现在是低压控高压罢了。

对所公开的本发明实施例所述补偿变压器交流稳压节能装置的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种补偿变压器交流稳压节能装置，其特征在于，所述补偿变压器交流稳压节能装置包括抽头变压器和补偿变压器，所述补偿变压器的次级串联在电源和负载之间；

2.根据权利要求1所述的补偿变压器交流稳压节能装置，其特征在于，所述K＝4；

第一双向可控硅包括D1、D2、D3、D4双向可控硅；

第二双向可控硅包括D5、D6、D7、D8双向可控硅。

3.根据权利要求2所述的补偿变压器交流稳压节能装置，其特征在于，所述第一、第二T降可控硅同时导通；当所述第一、第二T降可控硅同时导通时，所述第一、第二T升可控硅处于非导通状态；

4.根据权利要求1所述的补偿变压器交流稳压节能装置，其特征在于，所述补偿变压器的变比为0.2。

5.根据权利要求2所述的补偿变压器交流稳压节能装置，其特征在于，第二双向可控硅的四个双向可控硅与第一双向可控硅的四个双向可控硅，在同一时刻只能分别导通二个双向可控硅。

6.根据权利要求2所述的补偿变压器交流稳压节能装置，其特征在于，当D5、D6、D7、D8双向可控硅中一个双向可控硅导通时，依次导通D1、D2、D3、D4双向可控硅中的四个双向可控硅，相邻两个补偿的电压值的档位差为2.6V或2.8V。

7.根据权利要求2所述的补偿变压器交流稳压节能装置，其特征在于，所述补偿变压器具有32种补偿电压的组合方式。

8.根据权利要求2所述的补偿变压器交流稳压节能装置，其特征在于，所述补偿变压器的电压调节范围为+44V至-44V。

9.根据权利要求2所述的补偿变压器交流稳压节能装置，其特征在于，所述补偿变压器的输出精度为±1.2％。