CN102035361B

CN102035361B - 电压调节装置

Info

Publication number: CN102035361B
Application number: CN 201010602405
Authority: CN
Inventors: 于雷
Original assignee: China Shenhua Energy Co Ltd
Current assignee: China Shenhua Energy Co Ltd
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2030-12-13
Also published as: CN102035361A

Abstract

本发明公开的交直流电压调节装置包括变压器、多个副边调压空气开关、总电源空气开关、交流输出空气开关、直流输出空气开关、整流桥、自耦变压器，变压器具有原边绕组和副边绕组，总电源空气开关与原边绕组串联，副边绕组包括多个子绕组，每个子绕组与一个调压空气开关连接；当每个副边空气开关处于断开位置时，与该副边空气开关连接的子绕组从副边绕组断开；当每个副边空气开关处于连通位置时，与该副边空气开关连接的子绕组接入副边绕组；整流桥与变压器的副边绕组的输出端并联；交流输出空气开关与副边绕组串联；直流输出空气开关与整流桥的直流侧串联。本发明提出了多绕组变压器，可以实现多种灵活的副边输出电压。

Description

电压调节装置

技术领域

本发明涉及一种电压调节装置。

背景技术

在日常生活和电气维修中，常会用到不同电压等级的交流或直流电源。在现有技术中：存在以下几种电压调节装置的形式：单一绕组变压器；多绕组变压器；自耦变压器电压调节装置。

其中，单一绕组变压器只能提供一种电压，不能进行调压。多绕组变压器只能输出固定的几种电压，电压范围窄，不能进行灵活调压，使用不便。而自耦变压器电压调节装置的制作工艺复杂、成本高，原、副绕组之间除了磁场的联系之外还存在电连接，因此很容易造成人员触电及设备因过电压而损坏。

所以，有必要设计一种新型装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种结构简单且实现更多、更丰富的电压输出的电压调节装置。

本发明提供的电压调节装置包括变压器、多个副边空气开关、总电源空气开关、交流输出空气开关、直流输出空气开关、整流桥、自耦开关，其中：变压器具有原边绕组和副边绕组，总电源空气开关与原边绕组串联，副边绕组包括多个子绕组，每个子绕组与一个副边空气开关连接，多个子绕组串联；当每个副边空气开关处于断开位置时，与该副边空气开关连接的子绕组从副边绕组断开；当每个副边空气开关处于连通位置时，与该副边空气开关连接的子绕组接入副边绕组；整流桥与变压器的副边绕组的输出端并联；交流输出空气开关与整流桥的交流侧串联；直流输出空气开关与整流桥的直流侧串联；所述自耦开关连接在原边绕组和副边绕组之间。

优选地，所述副边绕组按照2ⁿ(n取0、1、2......整数)电压等级绕制。

优选地，所述副边空气开关是单刀双掷开关。

优选地，在每个子绕组两端并联有显示装置。

优选地，所述显示装置包括发光二极管和限流电阻，所述发光二极管与限流电阻串联。

优选地，自耦开关为双刀双掷开关。

优选地，所述整流桥由整流二极管组成。

相对于现有技术，本发明提出了多绕组变压器，通过合理选择副边绕组的输出电压数值，经过简单的控制电路组合，就可以实现多种灵活的副边输出电压。例如，9个绕组就可以输出1～475V中任意整数数值的电压。当绕组更多时，还可以调节出更高、更丰富的电压等级。，因此，给日常的生活和电气维修提供了更大的方便。

附图说明

图1是本发明一种具体实施方式中电压调节装置的结构示意图。

具体实施方式

图1是本发明一种具体实施方式中电压调节装置的结构示意图。如图1所示，所述电压调节装置包括：变压器、多个副边空气开关、总电源空气开关、交流输出空气开关、直流输出空气开关、整流桥、自耦开关。

变压器Tr的设计容量，通常按变压器的次级功率和初级功率的平均值进行计算。

在本实施方式中，为了计算方便，负载为纯电阻性质，而且，变压器Tr的副边共有八个绕组，则次级输出的总功率为

P₂＝U₂₁I₂₁+U₂₂I₂₂+U₂₃I₂₃+...+U₂₈I₂₈

式中P2为变压器的次级输出总功率。U₂₁＝1V、U₂₂＝2V、U₂₃＝4V、U₂₄＝8V、U₂₅＝16V、U₂₆＝32V、U₂₇＝64V、U₂₈＝128V，其中电压、电流均为有效值。

初级输入的总功率为

P1＝P2/η

式中P1为变压器的初级输入总功率、η为变压器效率，一般取0.8～0.9。

则，设计功率为P1和P2的平均值，即

P＝(P1+P2)/2

P为变压器的设计功率。

变压器Tr采用小型变压器即可，变压器Tr一般采用壳式结构。变压器的铁芯由硅钢片叠成，例如，0.35mm的硅钢片叠成，每层硅钢片由两片硅钢片对成。

标准的铁芯通常包括两种；一种是GEI型；另一种是KEI型。GEI型铁芯制作的变压器用铜线少，用铁多，因而价廉，体积大。KEI型铁芯制作的变压器用铜线多，用铁少，因而昂贵，体积较小。当然，在针对具体应用时，可以选择各种适合的标准或非标准铁芯。

对于50Hz交流电，小型变压器铁芯截面积S的计算由以下公式确定：

S \approx K \sqrt{P}

式中，系数K的数值和变压器功率P有关，可按如下的表1来选取：

变压器的功率P(W)	系数K
		5～10	2～1.75
10～50	1.75～1.5
		50～100	1.5～1.35
100～500	1.35～1.25
		500～1000	1.25～1.00

表1

为了计算变压器Tr各绕组的总匝数，首先应知道在选定的铁芯上每伏电压应绕的匝数。以用于50Hz的交流电电路为例进行计算，则每伏匝数的计算公式为：

N_{0} \approx \frac{4.5 \times 10^{5}}{Bm \cdot S}

匝/伏

式中，S为铁芯面积，单位为cm²；Bm为硅钢片的最大磁感强度，单位为高斯，对冷轧硅钢片，可选取16000～18000高斯，优硅钢片取10000～12000高斯，一般硅钢片取7000～8000高斯。因为绕组有内组抗，副边绕组的每伏匝数要提高5％～15％。

关于变压器Tr中各绕组导线的线径选择，对于铜线，一般取导线容许的电流密度J＝2.5～3A/mm²。所以可根据绕组的电流I决定导线的截面积。1～16V五个绕组按变压器的设计功率计算出导线电流和截面。这样可最大化地利用变压器来给电瓶充电，增加了电源的使用功能。

变压器的窗口面积S₀以能容下所有绕组并有不太多的空余为原则。

各绕组穿过窗口所占的面积S₁可用近似公式

S_{1} = \frac{g_{1} N_{1} + g_{21} N_{21} + g_{22} N_{22} + \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot}{(0.3 ~ 0.5) \times 100}

计算。

若S₁＜S₀，则说明绕组能够在窗口中容纳。

式中，g——导线截面，且

N——绕组的匝数。

式中数值100为cm²和mm²的单位换算；

(0.3～0.5)为铜线的占积率。

在本实施例中，电压调节装置包括八个副边空气开关，每个副边空气开关均为单刀双掷开关。当每个副边空气开关处于断开位置时，与该副边空气开关连接的子绕组从副边绕组断开；当每个副边空气开关处于连通位置时，与该副边空气开关连接的子绕组接入副边绕组。

整流桥由二极管D10-D13组成，D10～D13为整流二极管。整流桥用于将交流电转换为直流电，其原理为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。整流桥与变压器的副边绕组的输出端串联。

交流输出空气开关QF2与整流桥的交流侧串联，用于控制整流桥的交流侧交流电的输入。直流输出空气开关QF3与整流桥的直流侧并联，用于控制整流桥的直流侧直流电的输出。

自耦开关SQ9连接在原边绕组和副边绕组之间。当自耦开关SQ9开关合上时，变压器Tr则转换成自耦升压变压器。

在电压调节装置的应用过程中，首先，将空气开关QF1闭合，则变压器Tr的原边有220V交流电输入，相应地，副边线圈中分别感应出U₂₁＝1V、U₂₂＝2V、U₂₃＝4V、U₂₄＝8V、U₂₅＝16V、U₂₆＝32V、U₂₇＝64V、U₂₈＝128V的交流电。

SQ1～SQ8选用单刀双掷开关，SQ9选用双刀双掷开关，合上SQ1～SQ8开关，再合上QF2、QF3空气开关，则在ab、cd端分别输出相应的交流或直流电压；通过合上副边空气开关SQ1～SQ8中相应的SQ开关，组合出需要的电压。例如：需要7V电压，则可以合上SQ1、SQ2、SQ3，即1V+2V+4V＝7V。

优选地，在每个子绕组的两端可以并联有显示装置，用于显示该子绕组是否已投入使用。更优选地，所述显示装置包括发光二极管和限流电阻，所述发光二极管与限流电阻串联，可以很方便地显示出相应的电路状态。如图1所示，D1～D9为发光二极管、指示相对应开关的通断，R1～R9为限流电阻，根据相对应的电压、合理选择阻值使发光管通过的电流不超过10～20mA。

本领域技术人员可以理解，尽管本发明是通过上述的优选实施例进行描述的，但是其实现形式并不局限于上述的实施方式。应该认识到在不脱离本发明主旨的情况下，本领域技术人员可以对本发明做出不同的变化和修改。

Claims

1.一种电压调节装置，其特征在于，所述电压调节装置包括：变压器、多个副边空气开关、总电源空气开关、交流输出空气开关、直流输出空气开关、整流桥，其中：

变压器具有原边绕组和多个副边绕组，总电源空气开关与原边绕组串联，副边绕组包括多个子绕组，每个子绕组与一个副边空气开关连接，多个子绕组通过调压空气开关串联；

当每个副边空气开关处于断开位置时，与该副边空气开关连接的子绕组从副边绕组断开；当每个副边空气开关处于连通位置时，与该副边空气开关连接的子绕组接入副边绕组；

整流桥与变压器的副边绕组的输出端并联；

交流输出空气开关与整流桥的交流侧串联；直流输出空气开关与整流桥的直流侧串联；

所述原边绕组和副边绕组之间连接有自耦开关。

2.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，所述多个副边绕组是按照2ⁿ电压等级绕制的绕组，n为大于或等于0的整数。

3.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，所述副边空气开关是单刀双掷开关。

4.根据权利要求1或2所述的电压调节装置，其特征在于，在每个子绕组两端并联有显示装置。

5.根据权利要求4所述的电压调节装置，其特征在于，所述显示装置包括发光二极管和限流电阻，所述发光二极管与限流电阻串联。

6.根据权利要求1或2所述的电压调节装置，其特征在于，所述自耦开关为双刀双掷开关。

7.根据权利要求1或2所述的电压调节装置，其特征在于，所述整流桥由整流二极管组成。