CN1019876C - 多刷接触式交流自动稳压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大、中容量的交流自动稳压装置，用于稳定交流低压供电电压(220V/380V)。它由多刷、分区段输出的接触式调压器，作控制和保护电路电源而直接加绕在调压器上的二次绕组及可逆传动系统、电压闭环调节电路、电压失控和电流过载反时限电子保护电路、熔断器、电刷架限位开关、交流接触器等组成。稳压精度高、响应快、动态稳定性好、保护功能完善，整机可靠性高、且体积小、容量大、结构简单、价格低、观察、操作与维护方便。

Description

本发明涉及一种大、中容量的交流自动稳压装置，它用于稳定交流低压供电电压（220V/380V供电电网）。

国内外生产的大、中容量的接触式交流自动稳压装置均采用一套由交流伺服电动机和减速齿轮箱（或皮带）构成的可逆传动装置驱动一台接触式调压器并通过自动调节电路，根据电压波动情况自动控制可逆传动装置的转向，通过接触式调压器电刷的正反向移动保持输出电压恒定不变，达到稳压的目的。譬如目前市场上通用的WY系列交流自动稳压器就是由开关控制回路、交流接触器、接触式调压器、伺服电机电源装置、伺服电动机、变速齿轮箱加皮带、电压自动调节电路及由熔断器过流保护和电刷架限位保护所构成的保护系统。三相式接触式自动稳压装置是由三台单相式自动稳压器组合而成。譬如江苏沙洲稳压器厂生产的WY3-2系列三相平衡稳压器就是如此。

现有这些接触式交流自动稳压装置中采用的接触式调压器大多为环形铁芯的自耦式调压器，电刷与绕组表面滑动接触、改变电刷滑动接触位置即可达到调压目的。但这种调压装置具有明显的容量利用不足，存在极大浪费的缺陷，因为它的调压范围为0～115%U_e（U_e为额定电压），而通常实际稳压范围仅为75～115%U_e，很明显这种装置中有0～75%U_e的可调范围是不必要的。针对这一问题，上海师范大学在CN87201052U与CN87201053U的实用新型专利中提出了一种复绕式绕线法和多电刷接触方案，继而发展到一种区段输出型自耦调压器，可以提高铁芯的利用率，但仍存在制造工艺比较复杂的缺陷。

现有的WY系列及W。Y3-2系列产品所采用的稳压自动控制系统系由基准比较电路、SCR 开关触发极化继电器，驱动伺服电动机作相应转动来带动电刷进地调压，以获得稳定的输出电压。或以晶体管分立元件组成一套电子线路，经过取样、比较、放大、鉴别、动作等环节控制伺服电动机二相绕组的通断与相位，实现伺服电动机的正反转与停止、启动，其线路较复杂、可靠性低。

现有的WY系列及WY3-2系列产品的保护手段主要有熔断器短路保护以及电刷架限位保护。熔断器只有当出现很大短路电流时才熔断，而对于长期过负荷却起不到作用。限位保护亦不能解决如断相、电刷卡位机械故障等引起一次侧电压大幅度波动情况的保护。可见仅有这两种保护不仅可靠性差，并且对于真正实现系统完全保护是远远不够的。

综上所述，现有的接触式交流自动稳压装置尚具有控制、保护手段落后且保护不齐全，动态稳压性能较差，所用接触式调压器、伺服电动机与减速齿轮箱等构件体积大、价格高等诸多缺陷，极待改进。

本发明的目的是针对现有技术的不足之处而提供一种达到或超过现有稳压装置技术性能指标，但体积上、重量轻、成本低、结构简单、保护齐全、整机运行安全性与可靠性高的多刷接触式交流自动稳压装置。

本发明的目的可以通过以下措施来实现。

多刷接触式交流自动稳压装置，其技术特征在于：

A、采用多刷、分区段输出的接触式调压器;

B、采用由机械传动装置与可逆电机组成的简易可逆传动系统;

C、采用“单绕组控制法”控制可逆电机的可逆动转;

D、在多刷、分区段输出的接触式调压器上加绕二次绕组（与电网隔离），形成一降压环节作为可逆电机电源和控制电源;

E、具有由中规模集成电路为主元件构成的电压闭环调节电路，用作随电压波动自动调节可逆电机的转向。

F、具有由电压失控保护和电流过载及时限保护电路构成的保护电路，这两种保护通过一或门电路，共用一套鉴幅门电路和执行电路，其出口串入开关控制回路。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到。

多刷、分区段输出的接触式调压器采用多组电刷结构、将缠绕在环形铁芯上的自耦绕组分为十以内偶数部分、电刷只与其中某些部分绕组滑动接触，形成一个小调压范围区段和一个具有固定输出电压范围区段的调压装置。

多刷、分区段输出的接触式调压器具有两组或两组以上的电刷固定在各组电刷架上，在自耦绕组表面相距一定角度安放，各组电刷之间与调压部分绕组之间均为并联联接;分布在一条轴线上的两个并联的电刷架固定在一块钢板上，然后将整个电刷架固定在调压器的转轴上;而定压部分绕组相互之间串联联接，并需要增加必要的匝数，其导线截面相比调压部分绕组导线截面可大大减少，调压器容量可成倍增加。

可逆传动系统系指由一台ND型单相低速可逆电机与一对速比为1∶2的齿轮加转轴、电刷架构成的机械传动装置组成。

单绕组控制法指的是由电压闭环调节电路仅控制可逆电机的一个绕组，而在另一绕组上串接一移相电容C，使其在供电时产生的拖动力矩小于负载力矩，从而达到控制停转的目的。

电压闭环调节电路系由正、负稳压电源，给定电压电路，输出电压检测电路，惯性调节器，带有正、反向比较器的执行电路组成。该电路将从降压环节获取的低电压经再次降压后，获得一正比于输出电源的输出电压反馈信号U_B与给定电压基准信号U_A一齐加到惯性调节器的输入端进行比较、放大。当输出电压在稳压范围内时，传动电机不转，当电网电压波动超过稳压范围时，就会经正、反向比较器触发各自的执行电路，使可逆传动系统拖着电刷架向电压降低或升高的方向转动，使输出电压保持稳定。

保护电路由电压故障检测电路、电流故障检测电路与保护单元执行电路组成，将由惯性调节器、绝对值变换器组成的电压故障检测电路检测来的电压故障信号或由取样电路、整流滤波、延时电路及射极跟随器组成的电流故障检测电路检测来的电流故障信号，通过一个由二极管D₁₇、D₁₈构成的或门电路触发由具有一定门坎电压的鉴幅门电路和执行电路组成的保护单元执行电路，便可断开负载，实现过流反时限保护及过电压失控保护。 本发明由于采用了一系列原理、结构与选型上的改进方案，在保证现有技术性能指标的基础上使保护性能、可靠性指标有明显提高，并且取得经济指标上的大幅度提高。具体的来说本发明具有以下优点：

1、采用改制后的双刷、接触式调压器使调压器的容量利用率提高一倍，从而使相同额定容量的稳压装置所需的接触式调压器额定容量可降低一半，也就是有效材料（铜、铁）可以节省将近一半。

2、采用交流低速可逆电机直接拖动调压器，使整个装置结构简化、紧凑，体积减小，重量减轻，噪音减小，可靠性提高，价格大幅度下降。交流低速可逆电机的价格大约只有伺服电机加变速齿轮箱价格的四分之一。

3、可逆电机的控制电路由于采用了独特的“单绕组控制法”，不仅打破了传统的控制二个绕组的作法，而且巧妙地解决了控制一个绕组会出现的“自运转”，即正在运转的可逆电动机断开一个绕组，另一个绕组仍继续供电时，电机会继续运转，无法控制其停止运转的问题。并且使所用元件减少，线路简化，从而提高了可靠性。

4、采用电压闭环调节系统来控制电路，稳压精度高，响应快，动态稳定性好。

5、保护系统除采用了传统的熔断器短路保护和电刷架限位保护外，还采用了电子过流保护和新型的电压失控保护。从而使整机保护功能完善，提高了整机使用的可靠性。

对附图的说明：

图1为本发明多刷接触式交流自动稳压装置原理方框图。

图2为本发明多刷接触式交流自动稳压装置中多刷、分区段输出的接触式调压器结构示意图。

图3为本发明多刷接触式交流自动稳压装置中多刷、分区段输出的接触式调压器接线原理图。

图4为本发明多刷接触式交流自动稳压装置中多刷、分区段输出的接触式调压器等值电路图。

图5为本发明多刷接触式交流自动稳压装置中电刷架的可逆传动系统示意图。

图6为本发明多刷接触式交流自动稳压装置电气系统原理图。

以下结合附图与实施例对本发明作详细的描述。

本发明多刷接触式交流自动稳压装置实施例一。

如图1所示，本发明主要由多刷、分区段输出的调压器1、可逆电机2与机械传动装置3构成的电刷架可逆传动系统18，以中规模集成元件为主元件构成的电压闭环调节电路10及保护电路19组成。其工作原理是由可逆电机2通过机械传动装置3驱动多刷、分区段输出的接触式调压器1的电刷架进行调压。电压闭环调节电路10以单绕组控制法来控制可逆电机2的运转和转向，即可逆电机2的运转和转向取决于将直接从多刷分区段输出的调压器1输出电压4检测来的输出电压反馈信号U_B与给定电压基准信号U_A在惯性调节器8中比较的结果。保护电路19由电压故障检测电路11与电流故障检测电路12与其两者共用的一套保护单元执行电路13所构成，其出口串入开关控制回路，对整台多刷接触式交流自动稳压装置实现电压失控保护与电流过载反时限保护。加上用于调压器1一次进线和可逆电机绕组的熔断器短路保护以及在电刷架两极限位置设置的两限位开关构成的电刷架限位保护，使得保护系统完善，提高了整机运行的安全性与可靠性。多刷、分区段输出的调压器1的输出端装有电压表15和电流表16，用以监测输出电压与输出电流的情况。控制与保护电路电源不单独设置电源变压器，而采取在多刷、分区段输出的接触式调压器1上加绕二次绕组（与电网隔离）以形成一降压环节的办法，获取低电压作为控制和保护电路电源。

如图2所示，多刷、分区段输出的接触式调压器1系采用双刷结构，将缠绕在环形铁芯23上的自耦绕组22分成AX、EO、BY、YC、四个部分，其中AX、BY段的匝数相等，A、B两点，X、Y两点均处于调压器的外表面（是一个圆）的几何直径上，在AX、BY段分别引出M、N点，其中AM、BN段的匝数相等，即W_AM＝W_BN。而匝比W_AM/W_AX应视输入电压的变化范围而定。显然，M、N两点也一定在调压器外表面这个圆的几何直径上。在AX、BY段分别安放二组固定在电刷架20上的电刷21，但要保证两组电刷的中心线与调压器的直径重合，并使两组电刷21并联联接。电刷21在绕组AX、BY区间的表面滑 动，不断改变接触位置来实现电压调整，因此AX、BY部分称为调压部分，这两个调压部分绕组并联联接。自耦绕组22中不与电刷21滑动接触的YC、EO部分为定压部分，这两部分串联联接，输出固定电压。这样多刷分区段输出的接触式调压器1额定容量可以扩大为原额定容量的两倍。

同理可以构成三刷结构，经计算若要求的稳压范围为80～110%U_e，即可以改造成三刷结构，这样多刷分区段输出的接触式调压器1的额定容量可以达到原额定容量的三倍。

也可以利用现有的接触式调压器按上述方案进行改制，以扩大其额定容量。本实施例一中就是采用一台5KVA的TDGC接触式调压器改制而成为多刷、分区段输出的接触式调压器1。其电路原理如图3所示。由于本发明多刷接触式交流自动稳压装置的调压范围为（0.8～1.1）×220V，只是TDGC调压器调压范围的66V/250V＝0.264倍，故可将原调压绕组分成两个调压段AX与BY，再外加一个电刷21与原有的电刷21并联联接。由于通过每个电刷的最大允许电流不变，故改制后的多刷、分区段输出的接触式调压器容量可增加一倍。为使定压部分达到规定的电压，需要加绕因采用并联联接而减少的匝数（约为AX段匝数）。增加的绕组分两段（既绕组CD和绕组OE）分别绕在两个定压区段。但CD、DE绕组导线的截面一般比AX、BY部分绕组导线截面小。

改制后的多刷、分区段输出的接触式调压器1等值电路如图4所示，显然有I₃＝I₁-I₂成立。根据变压器的基本原理有

U₁I₁＝U₂I₂成立

式中：U₁为电网电压，即调压器1输入电压14;

U₂为调压器1输出电压4;

当U₂维持220V不变，而U₁为最低电压0.8×220V时，则I₁＝U₂/U₁·I₂＝U₂/0.8U₂·I₂＝1.25I₂I₃＝I₁-I₂＝0.25I₂

上式说明通过附加绕组CD、DE的最大电流为通过可调绕组AX、BY最大电流的0.25倍，亦说明CD、DE绕组的导线截面只要取调压绕组AX、BY导线并联后截面的0.25倍即可。

为了便于两个电刷架20的拖动，两个电刷架的轴线应重合。两个固定端M与N经过一个平衡电抗器XP后输出，否则二支路电流会出现较大不平衡，易影响输出容量。

如图5所示，经过改制后多刷、分区段输出的接触式调压器1由外壳24、环形铁芯23、自耦绕组22、电刷21、电刷架20及将分布在一条轴线上的两个并联联接的电刷架20固定在一块钢板上，然后将整个电刷架20固定在多刷、分区段输出的接触式调压器1的转轴25上，由一台ND型单相低速可逆电动机2经一对速比为1∶2的齿轮26直接传动转轴23，从而带动整个电刷架20作正反向可逆运转，即构成可逆传动系统18。

可逆电机2的通断与正反转系由电压闭环调节电路10以单绕组控制法来进行控制，即在图6所示的电路中，可逆电机2的“3-4”绕组一端与多刷、分区段输出的接触式调压器1的加绕二次绕组引出端相联接，另一端或经电压闭环调节电路10中的JDC-22F型的小功率密封继电器（J₁）的常开接点J₁与电刷架20的限位开关的常闭接点WK₁接地;或经电压闭环调节电路10中另一相同的继电器（J₂）的常开接点J₂、限位开关常闭接点WK₂以及熔断器RD与输出电压4的输出端Y₂相连;无论是常开接点J₁闭合还是J₂闭合，均可使可逆电机2的绕组“3-4”得电。若J₁闭合，绕组“3-4”得一正相位的交流电压，使可逆电机2正转;若J₂闭合，则绕组“3-4”得一反相位的交流电压，使可逆电机2反转。也就是说，J₁、J₂仅控制可逆电机2绕组“3-4”的电压通断及相位，便可决定可逆电机2的转向。而另一绕组“1”端与此绕组“3”端联结，“2”端串接一移相电容C后接地，使其在供电时产生的拖动力矩小于负载力矩，从而达到控制可逆电机2停转的目的，并以此解决了可逆电机2单绕组控制中存在的“自运转”问题。

本发明多刷接触式交流自动稳压装置控制与电子保护部分，即电压闭环调节电路10与保护电路19的电子线路中的运算放大器F₁、F₂、F₃、F₄为一片中规模集成四运放LM324，它与这部分的其它电子元件及小功率密封继电器J₁、J₂、J₃一起集中装在一块印刷电路板上，依靠插接件与外电路相连，其电路原理如图6所示。

作为本发明控制电路的电压闭环调节电路10由稳压电路6、惯性调节器8、给定电压电路7、输出电压检测电路5以及带有正反向比较器的执行 电路9组成。稳压电路6由正稳压电路和负稳压电路组成。正稳压电路由二极管D₁～D₄，电容C₁·C₂与中规模集成稳压块7815组成;负稳压电路由二极管D₅～D₈，电容C₃、C₄，集成稳压块7915组成。将加绕的二组交流低压18伏电源经全波整流滤波后得到正负24伏电源，再经稳压器后分别输出正负15伏稳压电压，以作为集成四运放LM324的正、负电源及保护电路10、给定电压电路7的电源。其中正15伏稳压电源经电阻分压后作为给定基准电压电源（即A点电位），具体说，给定电压电路7由正稳压电路与分压电阻R₁、R₂及可调电阻W₁、W₃组成。其连接方式是将R₁、W₁、R₂串联，跨接在正稳压电源的输出端，W₃跨接在W₁的可调部分两端，通过调整设置在印刷电路板上的W₁或设置在本装置面板上的W₃来设定给定电压基准信号U_A，U_A可设定为10伏或其它合适的电压值。与此同时，将24伏直流电源作为继电器（J₁）、（J₂）、（J₃）的电源，负24伏直流电源经电阻分压后作为电压环的电压反馈信号U_B（即B点电位），也就是说输出电压检测电路5由负稳压电路中整流滤波环节与电阻R₃、R₄组成，即由此检测来自输出电压反馈信号U_B为取自负稳压电源中采用的滤波电容C₃的两端再经电阻R₃、R₄分压后的随输出电压4大小变化的直流电压。惯性调节器8由运算放大器F₁和电阻R₇、电容C₅构成，R₇与C₉并联构成延时电路后垮接在F₁的反相输入端与输出端之间，其同相输入端接地，将经电阻R₁₆限流后的给定电压基准信号U_A与亦经电阻R₁₇限流的输出电压反馈信号U_B一起进行比较、放大并延时处理后，输送给下一级执行电路9。执行电路9实际包括两个分别由正反向比较器触发的正反向执行电路。正向比较器由运算放大器F₂、电阻R₇～R₁₀、二极管D₉组成。惯性调节器8的输出端经电阻R₁与F₂的同相输入端相连，F₂的反相输入端经分压电阻R₆、R₉接在正15伏与地之间。F₂的输出端经电阻R₁₀、钳位二极管D₉与T₁、J₁、D₁₀组成的执行电路相连，以此构成正向执行电路。反向比较器则由运算放大器F₃、电阻R₁₁～R₁₄、二极管D₁₁组成，F₃的输出电压加到由T₂、J₂、D₁₂组成的执行电路的输入端，以此构成反向执行电路。这两组连接方式相同，完全对称的正、反向比较器分别被由惯性调节器8输出的正负信号对应触发，为各自下一级执行电路提供控制电压。

作为控制电路的电压闭环调节电路10的工作原理如下所述。当输出电压在稳压范围内（例如为217V～223V）时，U_A＝U_B，F₁的输出电压较小，小于正反向比较器F₂和F₃的门坎电压，使F₂、F₃输出负电压，T₁和T₂截止、继电器（J₁）、（J₂）释放，其常开接点J₁、J₂均处于断开状态，可逆电机2不转，机械传动装置3亦不带动电刷架20移动。当输出电压低于217V时，U_A＞U_B，其偏差较大，F₁的输出电压为较大负值，大于反向比较器中F₃的门坎电压，使F₃的输出电压为正值，T₂导通（此时U_F2为负值T₁截止），继电器（J₂）得电吸合，其常开接点J₂吸合，可逆电机2绕组得电运转并通过机械传动装置3拖着电刷架20正向移动（假设正方向），使输出电压上升。反之，若输出电压高于223V时，U_B＞U_A，其偏差较大，使U_F1为较大的正值，大于正向比较器中F₂的门均电压，使U_F2为正值，T₁导通（此时T₂是截止的），继电器（J₁）吸合，其常开接点J₁得电吸合，可逆电机2绕组得电运转并通过机械传动装置3拖着电刷架20反向移动，使输出电压下降，从而实现采用电压闭环调节系统对交流电压的自动稳压控制。

保护电路19由电压失控保护电路和电流过载反时限保护电路组成。这两种保护通过一个或门电路共用一套执行电路，其出口串入开关（即交流接触器）的控制回路（见图6），具体的来说，本实施例中为简化线路，保护电路19仅由电压故障检测电路11、电流故障检测电路12与保护单元执行电路13（见图1、6）组成。即只须将检测来的电压故障信号或电流故障信号通过一个由二极管D₁₇、D₁₈构成的或门电路触发保护单元执行电路13，便可实现本发明多刷接触式交流自动稳压装置的过载反时限保护及过电压失控保护。

在电压故障检测电路11中，由运算放大器F₄、电阻R₁₆、电容C₆组成一惯性调节器。运算放大器F₄的同相输入端接地，其反相输入端既经电阻R₁₆与A点相连，又经电阻R₁₇与B点相连，还经由电阻R₁₈与电容C₆并联构成的延时环节与输出端相连。将同时获得的给定电压基准信号U_A与输出电压反馈信号U_B进行比较，其差值经 放大延时后送到由三极管T₃、电阻R₁₉、R₂₀组成的绝对值变换器中，T₃的基极接到F₁的输出端，T₃的集电极经电阻R₁，与正15伏稳压电源相接，同时又与或门电路中的D₁₇正向连接，其发射极亦经与R₁₉阻值相同的电阻R₂₀与负15伏稳压电源相接。无论T₃基极输入是正还是负信号，其集电极均输出与基极输入电压成正比的正极性电压信号。也就是说，一旦输出电压超出给定电压到一定幅值时，电压故障检测电路11便会通过或门电路中的二极管D₁₇向后一级输出一个正信号，以控制保护单元执行电路13。

电流故障检测电路12由取样电路、整流滤波、延时电路及射极跟随器组成。取样电路由串接在多刷、分区段输出的接触式调压器1输出回路上的电流互感器与分压电位器W₂组成，调整W₂即可调整过电流保护的电流值，获得一个与负载电流I²大小成正比的交流电压，由二极管D₁₃～D₁₆构成全桥整流电路，将此交流电压整流后再经由电阻R₁₅、电容C₇构成的滤波延时电路延时处理后，加到接成射极跟随器的T₆的基极。T₆的集电极与正15伏稳压电源相连，发射极与或门电路中的二极管D₁₈正向连接。当稳压器输出电流I₂大于本发明整机额定电流时，经上述电流故障检测电路使T₆的发射极的输出电压大于后一级电路的门坎电压，使保护单元执行电路13动作。

保护单元执行电路13由鉴幅门电路与执行电路组成。鉴幅门电路由稳压管WD与三极管T₄、电阻R₂₂～R₂₄构成，具有一定的门坎电压。其连接顺序为由或门电路中的二极管D₁₇、D₁₈负端（阴极）经限流电阻R₂₁与稳压管WD负端相连，WD的正端一方面与T₄的基极相连，一方面又经电阻R₂₂与负15伏稳压电源相连，T₄发射极接地，集电极通过电阻R₂₃与正15伏稳压电源相连。当输出电压检测信号U_B比设定的给定电压基准信号U_A高5%或比U_A低10%时，T₃的输出电压均超出本电路的门坎电压，使T₄导通，触发下一级由三极管T₅、继电器J₃、二极管D₁₉构成的执行电路。执行电路中的三极管T₅基极通过电阻R₂₄与T₄集电极相连，并经电阻R₂₃与正15伏稳压电源相连，其发射极接地，集电极上并接保护二极管D₁₉和继电器（J₃）的线包。而（J₃）的常开接点J₃则串入由启动按钮QA、停止按钮TA与交流接触器线包（Z）和接点Z构成的本发明整机开关控制回路中（见图6），一旦执行电路被触发，继电器（J₃）动作，常开接点J₃断开，便可切断负载。

保护电路19中过电压失控保护电路工作原理如下所述。在输出电压稳定状态，即当0.9U_A≤U_B≤1.05U_A时，惯性调节器中F₄的输出电压很小，达不到后一级鉴幅门电路的门坎电压，稳压管WD截止，电阻R₂₂提供负偏压保证T₄截止，此时T₅导通，继电器（J₃）得电吸合，表示无故障并允许输出电压。当控制电路或可逆电动机出现故障而无法稳压时，若稳压装置的输出电压为期望的稳压值的105%时，即U_B＞1.05U_A时，F₄的输出电压（正极性）U_F4高于鉴幅门电路的门坎电压，使T₄导通，T₅截止，继电器（J₃）失电。发出故障信号，同时通过交流接触器Z断开负载。若输出电压低于期望稳压值的90%时，即U_B＜0.9U_A时，F₄的输出电压U_F4（系负值，经绝对值变换器J₃后仍为正值，高于鉴幅门电路的门坎电压，使T₄导通，T₃截止，J₃失电，发出故障信号，同时切断负载。电刷在调整期间，即使调压器输出电压U₂超出上述保护范围，因惯性调节器的作用，继电器（J₃）也不会动作。采用惯性调节器尚可以防止当电网电压瞬时波动幅值较大时保护电路发生误动作。

电流过载反时限保护电路工作原理如下所述。当本发明稳压装置的负载电流I₂小于或等于额定电流时，电容C₆两端的电压小于后一级鉴幅门电路的门坎电压，T₄截止，T₅导通，继电器（J₃）吸合，表示无故障，并允许输出电压。当负载电流超过额定电流时，C₆两端电压U_C6按指数曲线上升，经一定延时，U_C6高于T₄的门坎电压，使T₄由截止翻转为导通，T₅截止，继电器（J₃）失电，使常开接点J₃断开，通过交流接触器（Z）切断负载。反时限保护的特点是过载电流越大，T₄翻转越快。

本发明多刷接触式交流自动稳压装置中多刷、分区段输出的接触式调压器1、可逆电机2、机械传动装置3、控制与保护部分的电子插件装在一起，置于柜体内;电流互感器17、平衡电抗器XP、交流接触器、熔断器以及输入输出接线柱装在一块底板上置于柜内;电压表15、电流表16、 指示灯、启动及停止按钮、电压微调电位器W₂等装于柜体门上。

实施例二为三相多刷接触式交流自动稳压装置。其主体部分选用三台TDGC型接触式调压器，各按上述多刷、分区段输出的接触式调压器1改制方案改制后组成，其控制与保护部分的电子插件共三套。实质上是将三个如实施例一所述的单相稳压装置组合起来、这样通用性强，有利于系列生产，降低成本。

此外，三相多刷接触式交流自动稳压装置整体采用磁封门结构，磁封门可以自由开关，装有三相电压表、三相电流表、输入输出电压测量转换开关、三相电压微调电位器、指示灯及启动按钮QA停止按钮TA。使观察、操作与维护都十分方便。三相上下对称布置，后面采用金属网罩，以利于散热，底部装有万向滚轮，运输移动方便。

无论是按实施例一或是按实施例二技术方案试制出来的多刷接触式交流自动稳压装置，当输入电压在（0.8～1.1）×220伏范围内变化时，稳压装置的输出电压稳定在（0.985～1.015）×220伏范围内，即稳压精度为1.5%。当输入电压波动0.1×220伏时，输出电压达到220伏时的响应时间小于2秒。可见其性能指标不低于国内外现有产品，且保护功能齐全，可靠性高，结构合理，体积仅为现有产品的1/2，重量仅为现有产品的60%左右，便于运输、安装、操作与维护。并由于大幅度节省了原材料，成本降低，尽管加工费增加，原材料价格上涨，本发明试制产品的价格仍比现有产品价格低20%～30%。

Claims (11)

1、一种多刷接触式交流自动稳压装置，它包括开关控制回路、交流接触器、接触式调压器、传动电机电源装置，由传动电机和机械传动装置构成的可逆传动系统，根据电压波动情况自动控制传动电机转向使接触式调压器电刷架正反移动来保证输出电压恒定不变的自动调节电路，以及过流保护熔断器和构成电刷架限位保护的限位开关，其特征在于：

A、采用多刷、分区段输出的接触式调压器1，其构成方案如下：

a、接触式调压器的绕组被分成定压绕组部分和与定压绕组串联的自耦绕组串联的自耦绕组部分；

b、具有两组或两组以上并联的电刷和相同数目的自耦绕组；

c、当电刷绕调压器转动轴转动时，它们与各个自耦绕组的接触位置是同步关系的；

d、每个自耦绕组在相同的匝数位置上有一个电压固定输出端；

B、采用由机械传动装置3与可逆电机2组成的简易可逆传动系统18；

C、采用“单绕组控制法”控制可逆电机的可逆运转；

D、在多刷、分区段输出的接触式调压器上加绕二次绕组(与电网隔离)，形成一降压环节，作为可逆电机2电源和控制电源；

E、具有由中规模集成电路为主元件构成的电压闭环调节电路10，用作随电压波动自动调节可逆电机1的转向；

F、具有由电压失控保护电路和电流过载反时限保护电路构成的保护电路19，这两种保护通过一或门电路，共用一套带有鉴幅门电路的执行电路，其出口串入开关控制回路。

2、根据权利要求1所说的多刷接触式交流自动稳压装置，其特征在于所说的多刷、分区段输出的接触式调压器1系采用多组电刷结构，将缠绕在环形铁芯23上的自耦绕组22分为十以内偶数部分，电刷21只与其中某些部分的自耦绕组22滑动接触，形成一个小调压范围区段和一个具有固定输出电压范围区段的调压装置。

3、根据权利要求2所说的多刷接触式交流自动稳压装置，其特征在于所说的多刷、分区段输出的接触式调压器1具有两组或两组以上的电刷21固定在各组电刷架20上，在自耦绕组22表面相距一定角度安放，各组电刷21之间与调压部分绕组之间均为并联联接;分布在一条轴线上的两个并联的电刷架20固定在一块钢板上，然后将整个电刷架固定在调压器1的转轴25上;而定压部分绕组相互之间串联联接，并需要增加必要的匝数，其导线截面相比调压部分绕组导线截面可大大减少，调压器1容量可成倍增加。

4、根据权利要求3所说的多刷接触式交流自动稳压装置，其特征在于：

A、所说的多刷、分区段输出的接触式调压器1由TDGC型接触式调压器改制，只须将原调压器绕组分成两个调压段，再外加一组电刷21与固有电刷21并接，而两固定端M与N均经过一个平衡电抗器XP后输出，以免由于两支路电流不平衡而影响输出容量，同时在定压绕组YC、EO上增加两空间分布对称的CD、DE绕组，以保证定压绕组YC、EO部分有足够固定的输出电压，CD、DE的导线截面为可调绕组AX、BY导线并联后截面的0.25倍;

B、所说的可逆传动系统18系指由一台ND型单相低速可逆电机2与一对速比为1∶2的齿轮26加转轴25、电刷架20构成的机械传动装置3组成;

C、所说的单绕组控制法指的是由电压闭环调节电路10仅控制可逆电机2的一个绕组，而在另一绕组上串接一移相电容C，使其在供电时产生的拖动力矩小于负载力矩，从而达到控制停转的目的;

D、所说的电压闭环调节电路10系由正、负稳压电源6、给定电压电路7、输出电压检测电路5，惯性调节器8，带有正、反向比较器的执行电路9组成，该电路将从降压环节获取的低电压经再次降压后，获得一正比于输出电源的输出电压反馈信号U_B与给定电压基准信号U_A一齐加到惯性调节器8的输入端进行比较、放大，当输出电压在稳压范围内时，传动电机不转，当电网电压波动超过稳压范围时，就会经正、反向比较器触发各自的执行电路9，使可逆传动系统18拖着电刷架20向电压降低或升高的方向转动，使输出电压保持稳定;

E、所说的保护电路19由电压故障检测电路11、电流故障检测电路12与保护单元执行电路13组成，将经由惯性调节器、绝对值变换器组成的电压故障检测电路11检测来的电压故障信号或经由取样电路、整流滤波，延时电路及射极跟随器组成的电流故障检测电路12检测来的电流故障信号，通过一个由二极管D₁₇、D₁₈构成的或门电路触发由具有一定门坎电压的鉴幅门电路和执行电路组成的保护单元执行电路13，便可断开负载，实现过流反时限保护及过电压失控保护。

5、根据权利要求4所说的多刷接触式交流自动稳压装置，其特征在于所说的单绕组控制法，其控制回路由可逆电机2、熔断器RD、限位开关WK₁、WK₂，执行继电器[J₁]、[J₂]的常开接点J₁、J₂构成，其连接方式是将可逆电机2的“3～4”绕组的“3”端与“1～2”绕组的“1”端并接后接在调压器1上加绕的降压环节引出端F上，其“4”端既经J₁、WK₁接地，又经J₂、WK₂、RD接在调压器1高电位输出端Y₂上，而“1～2”绕组的“2”端经电容C接地。

6、根据权利要求5所说的多刷接触式交流自动稳压装置，其特征在于所说的电压闭环调节电路10与保护电路19的电子线路中的运算放大器F₁、F₂、F₃、F₄为一片中规模集成四运放LM324，它与此控制与电子保护部分的其它电子元件及小功率密封继电器[J₁]、[J₂]、[J₃]一起集中装在一块印刷电路板上，依靠插接件与外电路连通。

7、根据权利要求6所说的多刷接触式交流自动稳压装置，其特征在于所说的电压闭环调节电路中：

A.稳压电路6由正稳压电路和负稳压电路组成，正稳压电路由二极管D₁～D₄，电容C₁、C₂与中规模集成稳压块（7815]，负稳压电路由二极管D₅～D₈，电容C₃、C₄稳压块[7915]按常规方法电气连接而成，将由降压环节取得的支流低压电源经全波整流、滤波、稳压处理后得到正负15伏稳定的直流电压;

B、给定电压电路7由正稳压电路与分压电阻R₁、R₂、可调电阻W₁、W₃组成。其连接方式是将R₁、W₁、R₂串联跨接在正稳压电路的输出端，W₃，跨接在W₁的可调部分两端，通过调整设置在印刷电路板上的W₁或设置在本装置面板上的W₃来设定电压给定基准信号U_A;

C、输出电压检测电路5由负稳压电路中整流滤波环节与电阻R₃、R₄组成，输出电压反馈信号U_B为取自负稳压电源中采用的滤波电容C₃的两端再经电阻R₃、R₄分压后的随输出电压4大小变化的直流电压;

D、惯性调节器8由运算放大器F₁和电阻R₇、电容C₅构成，R₇与C₅并联构成延时电路后跨接在F₁的反相输入端与输出端之间，其同相输入端接地，将经电阻R₁₆限流后的给定电压基准信号U_A与亦经电阻R₁₇限流的输出电压反馈信号U_B一齐进行比较、放大并延时处理;

E、执行电路9实际上包括两套分别由正、反向比较器触发的正、反向执行电路，正向比较器由运算放大器F₂、电阻R₇～R₁₀、二极管D₉组成，惯性调节器8的输出端经电阻R₁与F₂的同相输入端相连，F₂的反相输入端经分压电阻R₈、R₉接在正15伏与地之间，F₂的输出端经限流电阻R₁₆，钳位二极管D₉与由T₁、[J₁]、D₁₀组成的执行电路相连，以此构成正向执行电路;反向比较器则由运算放大器F₃、电阻R₁₁～R₁₄、二极管D₁₁组成，与由T₂、[J₂]、D₁₂组成的执行部分相连，以此构成反向执行电路;这两组连接方式相同、完全对称的电路，分别被惯性调节器8输出的正负信号对应触发;

8、根据权利要求7所说的多刷接触式交流自动稳压装置，其特征在于所说的电压故障检测电路11中：

A、惯性调节器由运算放大器F₄、电阻R₁₆、电容C₆组成，运算放大器F₄的同相输入端接地，其反相输入端既经电阻R₁₆与A点相连，又经电阻R₁₇与B点相连，还经由电阻R₁₈与电容C₆并联构成的延时环节与输出端相连，将同时获得的给定电压基准信号U_A与输出电压反馈信号U_B进行差值比较后再经延时、负反馈放大处理;

B、绝对值变换器由三极管T₃、电阻R₁₉、R₂₀组成，三极管T₃的基极接在F₄的输出端上，其集电极经电阻R₁₉与正15伏稳压电源相接，同时又与或门电路中的二极管D₁₇正向连接，其发射极亦经与电阻R₁₉阻值相同的电阻R₂₀与负15伏稳压电源相接，无论T₃基极输入是正还是负信号，其集电极输出均只有与基极输入电压成正比的正电压信号。

9、根据权利要求8所说的多刷接触式交流自动稳压装置，其特征在于所说的电流故障检测电路12中：

A、取样电路由串接在多刷、分区段输出的接触式调压器1输出回路上的电流互感器与分压电位器W₂组成，调整W₂即可以调整过电流保护的电流值，获得一与负载电流I₂大小成正比的交流电压;

B、整流与延时电路由二极管D₁₃～D₁₆构成全桥整流电路，将上述交流电压整流后，再经由电阻R₁₅、电容C₇构成的滤波延时电路延时处理;

C、射极跟随器，由三极管T₆构成，其基极与延时电路相接，集电极与正15伏稳压电源相连，发射极与或门电路中的二极管D₁₈正向连接，当稳压器输出电流I₂大于本发明整机额定电流时，使T₆的发射极的输出电压大于后一级电路的门坎电压，即发出故障信号。

10、根据权利要求9所说的多刷接触式交流自动稳压装置，其特征在于所说的保护单元执行电路中：

A、鉴幅门电路由稳压管WD与三极管T₄、电阻R₂₂～R₂₄构成，具有一定的门坎电压，其连接顺序为由或门电路中二极管D₁₇、D₁₈负端经限流电阻R₂₁与稳压管WD负端相连，WD的正端一方面与T₄的基极相连，一方面又经一电阻R₂₂与负15伏稳压电源相连，T₄发射极接地，集电极通过电阻R₂₃与正15伏稳压电源相连，当输出电压反馈信号U_B比设定的给定电压基准信号U_A高5%或比给定电压基准信号U_A低10%时，才高于本电路门坎电压，使T₄导通，触发下一级执行电路;

B、执行电路由三极管T₅、继电器[J₃]与保护二极管D₁₉按常规方法电气连接而成，三极管T₅基极通过电阻R₂₄与T₄集电极相连，并经电阻R₂₃与正15伏稳压电源相连，在无电压或电流故障的正常情况下，由此提供基极电压，保证T₅导通，继电器[J₃]吸合，表示无故障并允许输出电压;由于继电器[J₃]的常闭接点J₃串入由启动按钮QA、停止按钮TA与交流接触器线包[Z]和接点Z构成的本发明整机开关控制回路中，一旦执行电路被触发、T₅截止，继电器[J₃]动作，常闭接点J₃断开，便可切断负载。

11、根据权利要求1至10所说的多刷接触式交流自动稳压装置，其特征在于为三相式，整体采用磁封门柜式结构，磁封门可自由开关，使观察、操作与维修都十分方便;三相上下对称布置，后面采用金属网罩，以利于散热，底部装有万向滚轮，运输移动方便。

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