CN102957150A - 一种单相交流补偿式稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源技术领域，公开了一种单相交流补偿式稳压器。为了解决现有技术中碳刷容易磨损等问题，提出了以下技术方案。稳压器的输入端与交流电源连接，等等；其特征是：包括叠加补偿变压器；所述的自动化控制电路包括连接元器件，所述的连接元器件含有受控端和接线端；所述的叠加补偿变压器包括：铁心，叠加补偿线圈，叠加励磁线圈；所述的叠加励磁线圈为单一绕组；在稳压器的内部，补偿线圈和叠加补偿线圈串联连接后再跨接在稳压器的输入端和输出端之间；所述的连接元器件，其受控端与控制电路连接；所述的叠加励磁线圈通过连接元器件实现变化的连接。有益效果是：碳刷不容易磨损，故障减少，或者，稳压器的输出精度明显提高。

Description

一种单相交流补偿式稳压器

技术领域

本发明涉及电源技术领域，特别是涉及一种单相交流补偿式稳压器。

背景技术

现有技术中的单相交流补偿式稳压器，主要有圆盘式和柱式二类；在这两类的产品中，均使用了补偿变压器、调压器。

补偿变压器中含有补偿线圈和励磁线圈；其中，补偿线圈串联连接在相线线路中。

调压器的输入端与相线及中性线连接；相线也俗称为火线，中性线也俗称为零线。调压器的输出端与补偿变压器的励磁线圈相连，也就是讲：碳刷等导电接触零件滑动在调压器的铜线或铜排上，碳刷处于不同的位置，则可获得不同的输出电压，碳刷接触获取到的电能、再通过软导线输送到补偿变压器的励磁线圈。

根据输入电压的高低情况，调压器自动向补偿变压器的励磁线圈施加大小不同、以及方向不同的电压，由此在补偿变压器的补偿线圈上感应产生出大小不同、以及方向不同的补偿电压，最后使不稳定的输入电压，在叠加了补偿电压后，输出较为稳定的交流电压。

现有技术中的单相交流补偿式稳压器，其优点是：稳压范围宽(即输入电压范围宽)，波形几乎没有失真，整机效率高，负载适应性强；其不足之处是：碳刷容易磨损，经常出现故障；更换新碳刷时，需要将稳压器及其负载系统停机。

发明内容

本发明的目的是：为了解决现有技术中的单相交流补偿式稳压器碳刷容易磨损的问题，避免或者减少更换碳刷的情况出现，本发明提出了以下技术方案。

1.一种单相交流补偿式稳压器，其输入端与交流电源连接，其输出端与负载连接；所述的交流电源包括相线和中性线；所述的稳压器包括：自动化控制电路，补偿变压器，使用电机驱动和使用碳刷接触连接的调压器；所述的补偿变压器，包括补偿线圈和励磁线圈，补偿线圈位于相线线路中；调压器的输出端与补偿变压器的励磁线圈连接；

包括叠加补偿变压器；

所述的自动化控制电路包括连接元器件，所述的连接元器件含有受控端和接线端；

所述的叠加补偿变压器包括：铁心，叠加补偿线圈，叠加励磁线圈；所述的叠加励磁线圈为单一绕组；

在稳压器的内部，补偿线圈和叠加补偿线圈串联连接后再跨接在稳压器的输入端和输出端之间；

所述的连接元器件，其受控端与控制电路连接；所述的叠加励磁线圈通过连接元器件实现变化的连接。

2.所述的补偿线圈和叠加补偿线圈串联连接后再跨接在稳压器的输入端和输出端之间是指：稳压器的输入端、补偿线圈输入端、补偿线圈输出端、叠加补偿线圈输入端、叠加补偿线圈输出端、稳压器的输出端依序串联连接；

所述的叠加励磁线圈通过连接元器件实现变化的连接是指，包括以下三种暂态变化性质的连接、并且在某一具体时刻只处于其中的一种连接状态：

a.叠加励磁线圈，其第一端与相线连接，其第二端与中性线连接；

b.叠加励磁线圈，其第一端与中性线连接，其第二端与相线连接；

c.叠加励磁线圈，其两端首尾短接形成闭环。

3.所述的补偿线圈和叠加补偿线圈串联连接后再跨接在稳压器的输入端和输出端之间，是指：稳压器的输入端、叠加补偿线圈输入端、叠加补偿线圈输出端、补偿线圈输入端、补偿线圈输出端、稳压器的输出端依序串联连接；

所述的叠加励磁线圈通过连接元器件实现变化的连接是指，包括以下三种暂态变化性质的连接、并且在某一具体时刻只处于其中的一种连接状态：

a.叠加励磁线圈，其第一端与相线连接，其第二端与中性线连接；

b.叠加励磁线圈，其第一端与中性线连接，其第二端与相线连接；

c.叠加励磁线圈，其两端首尾短接形成闭环。

4.所述的稳压器的输入端、补偿线圈、叠加补偿线圈、稳压器的输出端依序串联连接；

所述的连接元器件包括：第一继电器和第二继电器，第一交流接触器、第二交流接触器、第三交流接触器和第四交流接触器；

所述的继电器含有常开接线端、常闭接线端和转换接线端；继电器吸合时，转换接线端与常开接线端连接并且转换接线端与常闭接线端断开；继电器释放时，转换接线端与常闭接线端连接并且转换接线端与常开接线端断开；所述的第一和第二继电器，其控制线圈与自动化控制电路连接；

所述的交流接触器，其每个含有电磁线圈，常开主触头，常闭辅助触头；电磁线圈通电吸合时，常闭辅助触头切断，常开主触头导通；电磁线圈断电释放时，常闭辅助触头导通，常开主触头切断；

稳压器的输出端、第一交流接触器的常闭辅助触头、第二交流接触器的电磁线圈、第一继电器的常闭接线端、第一继电器的转换接线端、中性线串联连接；

稳压器的输出端、第二交流接触器的常闭辅助触头、第一交流接触器的电磁线圈、第一继电器的常开接线端串联连接；

稳压器的输出端、第四交流接触器的常闭辅助触头、第三交流接触器的电磁线圈、第二继电器的常闭接线端、第二继电器的转换接线端、中性线串联连接；

稳压器的输出端、第三交流接触器的常闭辅助触头、第四交流接触器的电磁线圈、第二继电器的常开接线端串联连接；

所述的叠加励磁线圈包括首端和尾端；

所述的叠加励磁线圈，通过连接元器件与相线线路及中性线连接，形成如下的电路结构：

第一交流接触器常开主触头，其一端与稳压器的输出端连接，其另一端与叠加励磁线圈的尾端连接；

第二交流接触器常开主触头，其一端与中性线连接，其另一端与叠加励磁线圈的尾端连接；

第三交流接触器常开主触头，其一端与稳压器的输出端连接，其另一端与叠加励磁线圈的首端连接；

第四交流接触器常开主触头，其一端与中性线连接、其另一端与叠加励磁线圈的首端连接。

5.所述的连接元器件包括一号继电器和二号继电器；

每个继电器包括：转换接线端，常闭接线端，常开接线端，控制线圈；通电吸合时，转换接线端和常开接线端连通，并且转换接线端和常闭接线端切断；断电释放时，转换接线端和常闭接线端连通，并且转换接线端和常开接线端切断；

所述的叠加励磁线圈，其与一号继电器及二号继电器具有如下的连接关系：

所述的一号继电器，其转换接线端与叠加励磁线圈的一端连接，其常闭接线端与稳压器输出端连接，其常开接线端与中性线连接；

所述的二号继电器，其转换接线端与叠加励磁线圈的另一端连接，其常闭接线端与中性线连接，其常开接线端与稳压器输出端连接；

一号继电器的控制线圈和二号继电器的控制线圈，它们与所述的自动化控制电路连接。

6.所述的叠加励磁线圈通过连接元器件形成如下的电路结构：

所述的连接元器件包括第一、第二、第三和第四双向可控硅；每一个双向可控硅包括控制端和两个接线端；

第一双向可控硅，其一个接线端与稳压器输出端连接，其另一接线端与叠加励磁线圈的首端连接；第二双向可控硅，其一个接线端与中性线连接，其另一个接线端与叠加励磁线圈的首端连接；第三双向可控硅，其一个接线端与稳压器输出端连接，其另一个接线端与叠加励磁线圈的尾端连接；第四双向可控硅，其一个接线端与中性线连接，其另一个接线端与叠加励磁线圈的尾端连接；

所述的第一、第二、第三和第四双向可控硅，它们的控制端与所述的自动化控制电路连接。

7.所述的自动化控制电路，包括智能部件，该智能部件中含有CPU；智能部件的输出端与连接元器件连接，其具体连接方式为以下三者中的任意一者：

a.智能部件的输出端直接与连接元器件的控制端连接；

b.智能部件的输出端通过中间接口与连接元器件的控制端连接；

c.所述的自动化控制电路还包括放大电路，智能部件的输出端与放大电路的输入端连接，放大电路的输出端与连接元器件的控制端连接。

本发明的有益效果是：

发明稳压器使碳刷调压运动大大减少，碳刷不容易磨损，故障减少；或者讲，发明稳压器在碳刷调压不变的前提下，稳压器的输出精度明显提高。

还有，如果采用常规的其他装置参与稳压调节，会使稳压器输出端出现瞬间断电；而本发明使用叠加补偿变压器参与稳压调节，不会对稳压器输出端带来瞬间断电的问题。

附图说明

图1是一种现有技术单相交流补偿式稳压器的示意框图；

图2是图1稳压器控制部分的电原理图；

图3是调压器和相线、中性线的连接示意图之一，图中调压器和相线的连接点位于补偿线圈的输出端；

图4是调压器和相线、中性线的连接示意图之二，图中调压器和相线的连接点位于补偿线圈的输入端；

图5是发明电路结构示意图之一；

图6是发明电路结构示意图之二；

图7是发明电路结构示意图之三；

图8是发明电路结构示意图之四；

图9是发明电路结构示意图之五；

图10是发明电路结构示意图之六；

图11是发明电路结构示意图之七；

图12是发明电路结构示意图之八；

图13是发明电路结构示意图之九；

图14是发明电路结构示意图之十；

图15是发明电路结构示意图之十一；

图16是实施例一中的电路示意图之一；

图17是实施例一中的电路示意图之二；

图18是实施例一中的电路示意图之三；

图19是实施例一中的电路示意图之四；

图20是实施例三中的发明稳压器电路结构图；

图21是实施例三中的稳压器控制部分的电原理图。

图中的部分通用标号说明：

A.输入端；a.输出端；BB.补偿变压器；DB.叠加补偿变压器；J-a.一号继电器；J-b.二号继电器；J1-A.第一继电器；J1-B.第二继电器；JL1.第一交流接触器；JL1F.第一交流接触器常闭辅助触头；JL2.第二交流接触器；JL2F.第二交流接触器常闭辅助触头；JL3.第三交流接触器；JL3F.第三交流接触器常闭辅助触头；JL4.第四交流接触器；JL4F.第四交流接触器常闭辅助触头；I1.叠加励磁线圈电流；I2.叠加补偿线圈电流；N.中性线；N1.叠加励磁线圈；N2.叠加补偿线圈；TY.调压器；VAN.稳压器输入电压；VaN.稳压器输出电压。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

为了能对本发明有透彻的理解、方便本发明的实施，下面，结合图1和图2，先对现有技术中的单相交流补偿式稳压器作介绍和说明。

图1是一种现有技术单相交流补偿式稳压器的示意框图。

图1中的标号为：A.输入端；a.输出端；BB.补偿变压器；N.中性线；TY.调压器；VAN.稳压器输入电压；VaN.稳压器输出电压。

图2是图1稳压器控制部分的电原理图。

图2中的标号为：C1.电容；C2.电容；C3.电容；C4.电容；C5.电容；C9.电容；C10.电容；C11.电容；D6.二极管；D7.二极管；DZ3.硅稳压管；IC1.由运算放大器构成的电压比较器；IC2.由运算放大器构成的电压比较器；ICD1.整流电路；ICD3.整流电路；ICD4.整流电路；ICD5.整流电路；J10.继电器；J10-1.继电器触点；J10-2.继电器触点；J10-3.继电器触点；J11.继电器；J11-1.继电器触点；J11-2.继电器触点；J11-3.继电器触点；J13.继电器；J13-1.继电器触点；J13-2.继电器触点；J13-3.继电器触点；JYZS.降压指示灯；M.伺服电动机；RP1.电位器；R3.电阻；R4.电阻；R5.电阻；R6.电阻；R7.电阻；R8.电阻；R9.电阻；R10.电阻；R11.电阻；R12.电阻；R13.电阻；R14.电阻；SB1.扳键开关；SB3.上限开关；SB4.下限开关；SB9.升压按钮开关；SB10.降压按钮开关；SYZS.升压指示灯；TR5.电源变压器；TR6.信号采样变压器；T1.三极管；T2.三极管；U1.第一电压；U2.第二电压；U3.第三电压；1a.扳键开关第一层第一位；2a.扳键开关第一层第二位；3a.扳键开关第一层第三位；1b.扳键开关第二层第一位；2b.扳键开关第二层第二位；3b.扳键开关第二层第三位；1c.扳键开关第三层第一位；2c.扳键开关第三层第二位；3c.扳键开关第三层第三位；7812.三端式稳压块。

结合图1说明，现有技术中的单相交流补偿式稳压器，在稳压器的内部，A-a线路构成相线线路，其首端与稳压器输入端的相线接线桩连接，其末端与稳压器输出端的相线接线桩连接。

从图1中可以看出，在该现有技术稳压器中，有补偿变压器和调压器。补偿变压器有补偿线圈和励磁线圈，其中，补偿线圈串联连接在相线中。调压器输入端跨接在相线和中性线之间；同时，调压器的输出端还与补偿变压器的励磁线圈进行电路相连，也就是讲：碳刷等导电接触零件滑动在调压器的铜线或铜排上，碳刷处于不同的位置，则可获得不同的输出电压，碳刷接触获取到的电能、再通过软导线输送到补偿变压器的励磁线圈。根据输入电压的高低情况，调压器自动向补偿变压器的励磁线圈施加大小不同、以及方向不同的电压，由此在补偿变压器的补偿线圈上感应产生出大小不同、以及方向不同的补偿电压，最后使不稳定的输入电压、叠加了补偿电压后，输出为稳定的交流电压。输入电压偏低时，叠加正方向的补偿电压，使输出电压提高至目标的稳压范围内；输入电压偏高时，叠加反方向的补偿电压，其效果是降低电压，目的是使输出电压降至目标的稳压范围内。还有，调压器的自动调节工作由电路和减速机构完成；其中，电路中含有几个部分：基准部分、采样部分、比较放大部分、驱动电路、驱动电机、整流电路和稳压电路(图1中未画出)；此外，在设计和制造该稳压器时，自动部分和手动部分属于可供选择的方案，即稳压器可以设计成有手动和自动的功能，也是可以设计成只有自动功能、无手动功能。一般而言，小功率的稳压器无手动功能，而大功率的稳压器则可添加手动功能，以便稳压器的调试和检测。

在图1中，执行机构由减速机构及伺服电动机M组成，调压器的碳刷触头由电动机M通过减速机构带动上下移动，以改变调压器输出电压的方向和大小。采样电压与基准电压相比较，产生误差信号，经放大后得到驱动信号；在需要升高或降低电压时，自动化控制电路发出命令使电动机转动：a.当输入电压升高或负载电流减小、使稳压器输出电压偏高时，放大部分输出的信号使驱动电路控制电动机反转，调压器的碳刷触头反向移动，稳压器的输出电压降低，直至达到目标的稳压范围内；b.当输入电压降低或负载电流增大、使稳压器输出电压偏低时，放大部分输出的信号使驱动电路控制电动机正转，调压器的碳刷触头正向移动，稳压器的输出电压升高，直至达到目标的稳压范围内。当稳压器输出电压在规定的稳压范围内时，放大部分无驱动信号输出，驱动电路无信号输出，电动机停止转动。这种现有技术的稳压电源除能自动调压外，还可以实施手动升压、降压控制。

需要指出的是：图1所示的稳压器，仅仅是现有技术单相交流补偿式稳压器的某一种。

图2是上述现有技术单相交流补偿式稳压器控制部分的电原理图。

在图2中，左侧的TR5变压器是电源变压器，它向电路提供电源，其输入两端可以接在图1中稳压器输出的a端和N端(此两端电压约为220V)。在图2中，右侧的TR6变压器是信号采样变压器，它采集稳压器输出端的电压信号，其输入端接在图1中稳压器输出的a端和N端(此两端电压约为220V)。图2的电原理图，计有上面、中间、下面三个部分。

图2电原理图上面部分的功能作用是，获取和处理电压信号；在上面部分，其左部是直流稳压电路。TR5电源变压器上部的次级线圈输出降低了的交流电压，经整流、滤波、稳压、再滤波后，成为较为稳定的直流电，然后进一步经硅稳压管DZ3稳压，输向以下两处：

第一处是直接向由运算放大器构成的电压比较器IC1提供基准电压，连接点在反相输入端。

第二处是向由运算放大器构成的电压比较器IC2提供基准电压，经电阻R3和电阻R4分压后得到，其连接点在正相输入端。需要说明的是：运算放大器IC2的输出端为高、还是为低，会通过电阻R5的反馈对输入端的电压数值产生影响。

图2电原理图上面部分，其右部进行电压信号的采集和处理。电位器RP1等组成采样部分；采样部分的信号电压，是220V电压经TR6变压器降压、再经整流和滤波产生，这样稳压器输出的交流电压大小转变成直流电压的高低，电位器RP1再将该直流电压降低到合适的大小，然后送往IC1的正相输入端和IC2的反相输入端。

三极管T1、T2等元器件组成驱动电路。扳键开关SB1等组成手动和自动转换部分，电动机M和减速机构组成执行机构。

扳键开关SB1为一个类似波动开关的元件，它有三层，每一层均有切换连接片和三个可供选择的连接档位，并且三层同步联动；即转动开关上的把柄时，可以选择开关处于：置1位(切换连接片位于1a、1b、1c处)，或置2位(切换连接片位于2a、2b、2c处)，或置3位(切换连接片位于3a、3b、3c处)。图2中虚框包围的即是扳键开关SB1。

自动调压稳压工作原理。

扳键开关SB1位于“自动”位置(置1位)。通电后，继电器J13吸合，其触点J13-1和J13-3均闭合接通。

若电源的输出电压在额定范围以内时，电压比较器IC1、IC2的输出端均为“0”，即电压比较器输出均为很低电压，驱动电路不工作(三极管T1和T2截止)，继电器J10、J11也不动作，电动机M也不转动(继电器触点J10-1和继电器触点J11-1均断开)，调压器的碳刷也不滑动。

当电网电压因某种原因升高，使电源的输出大于额定值范围时，电压比较器IC1输出为“1”，IC2输出为“0”，给三极管T2的基极提供电流、使T2导通，继电器J11动作，继电器J10不动作，电流流过J11-1触点和J10-2触点，电动机M反转，使输出电压降低，一直达到额定输出电压范围为止。

当电网电压因某种原因降低，使电源的输出小于额定值范围时，电压比较器IC1输出为“0”，IC2输出为“1”，给三极管T1的基极提供电流、使T1导通，继电器J10动作，继电器J11不动作，电流流过J10-1触点和J1 1-2触点，电动机M正转，使输出电压升高，一直达到额定输出电压范围为止。

以上介绍了现有技术自动调压稳压工作原理。下面介绍的手动(电控)升降压工作原理，可以有利于全面理解图2的全部内容，也有助于本发明的实施，对产品检验、调试和修理也有帮助，所以一并予以介绍。

手动(电控)升降压工作原理。

扳键开关SB1放在“手动”位置(置2位)。通电后，J13动作，其触点J13-1和J13-3闭合。按升压按钮开关SB9，直流电流通过电阻R14给三极管T1提供基极电流，使其导通，继电器J10动作，触点J10-1闭合、J10-2打开，电动机正转，带动调压器的碳刷向上移动，使输出电压升高，升高到所需的电压值时，松开按钮SB9。当需要降压时，按降压按钮开关SB10，同样道理，直流电流通过电阻R14给三极管T2提供基极电流，使其导通，继电器J11动作，触点J11-1闭合、J11-2打开，电动机反转，带动调压器的碳刷向下移动，使输出电压降低，降低到所需的电压值时，松开按钮SB10。SB3和SB4为上限开关和下限开关，其作用是防止机械传动部分发生碰撞，避免损坏电动机，当交流电源的输出超过最高电压或最低电压时，电动机的传动机构切断限位开关，使电动机不再继续按原来的方向转动，从而起到保护作用。

上面介绍的现有技术，特别是电子方面的控制技术和思路，可以借鉴、运用到本专利的技术方案中来。

下面，对本发明作介绍。

首先作总体的介绍、说明和解释。

本发明的一种单相交流补偿式稳压器，其输入端与交流电源连接，其输出端与负载连接；所述的交流电源包括相线和中性线。

交流电源，一般来讲，主要有两种制式，一种是220V制式；另一种是110V制式。中国电网采用220V制式交流电供电，在理想的状态下，交流电的频率为50Hz，波形为正弦波；在其他国家或地区，其频率、电压有所不同。在实际使用的情况下，由于用电负载过重等原因，电压等参数指标远远低于理想的额定值，有时达到很严重的程度，以至于用电器具无法工作，因此需要使用稳压器，使电压处于一定的稳压范围内。

为了使阅读者能更好的理解本发明，以下的说明中，首先对现有技术的稳压进行一些介绍，然后再对本发明技术的稳压器进行介绍。

现有技术的稳压器包括：自动化控制电路，补偿变压器，使用电机驱动和使用碳刷接触连接的调压器；所述的补偿变压器，包括补偿线圈和励磁线圈，补偿线圈位于相线线路中；调压器的输出端与补偿变压器的励磁线圈连接。调压器的输入端跨接在相线线路和中性线之间，如图1所示。具体而言，调压器和相线的连接点可以位于补偿线圈的输出端(见图3)，也可以位于补偿线圈的输入端(见图4)、即位于稳压器的输入端，将调压器和相线的连接点设置在补偿线圈的输出端为好，这样施加在调压器上的电压比较稳定，如此不仅对设计带来方便，而且设计中的回旋余地也较大。

在现有技术中，为了节约铜材、减少体积和重量，调压器一般采用自耦变压器的形式，即在调压器中，其输入线圈跨接在相线和中心线之间，此外，其输出从输入线圈上取出，或者说，输入和输出具有共用的线圈。常见的取出方法、即常见的调压器输出方式有如下两种：

第一种：调压器输出两端，其一端与输入线圈的中点固定连接、并通过导线与补偿变压器的励磁线圈一端连接；调压器输出的另一端通过碳刷与输入线圈滑动接触连接、并通过软导线与补偿变压器的励磁线圈的另一端连接。见图3和图4。

第二种：调压器输出两端，其两端均通过碳刷与输入线圈滑动接触连接、并通过软导线与补偿变压器的励磁线圈的两端连接。见图1。

图1、图3、图4中的标号说明：A.输入端；a.输出端；BB.补偿变压器；N.中性线；TY.调压器；VAN.稳压器输入电压；VaN.稳压器输出电压。

本发明稳压器，其与现有技术的不同之处是：还包括叠加补偿变压器；所述的自动化控制电路包括连接元器件，所述的连接元器件含有受控端和接线端；所述的叠加补偿变压器包括：铁心，叠加补偿线圈，叠加励磁线圈；所述的叠加励磁线圈为单一绕组；在稳压器的内部，补偿线圈和叠加补偿线圈串联连接后再跨接在稳压器的输入端和输出端之间；所述的连接元器件，其受控端与控制电路连接；所述的叠加励磁线圈通过连接元器件实现变化的连接。

对于上述描述，有如下的相关说明：叠加补偿变压器中有一个(即一副)铁芯、一个叠加补偿线圈和一个叠加励磁线圈的。

叠加励磁线圈的位置与叠加补偿线圈的位置对应设置，以建立二者的电磁感应关系。

在这里，需要特别指出的是，每个叠加励磁线圈为单一绕组，它是指：该绕组用一根铜线绕制、只有两个接线端，它既不是多绕组，也不是抽头式绕组。有关的名词解释和说明如下。多绕组，如两个绕组，用两根铜线绕制，有四个接线端；再比如三个绕组，用三根铜线绕制，有六个接线端。抽头式绕组，如一个抽头的，虽然也可以用一根铜线绕制，但有三个接线端；两个抽头的，也可以用一根铜线绕制，但有四个接线端。

所述的连接元器件，其受控端与控制电路连接；所述的叠加励磁线圈通过连接元器件实现变化的连接，以此获取所需的励磁电流、最终在叠加补偿线圈感应出所需的叠加补偿电压，所谓的叠加补偿电压由连接元器件具体实现的连接情况决定，或者是正向电压、或者是反向电压、或者是零电压。

在本发明中，连接元器件可以是继电器、接触器、双向可控硅、电子开关、以及其他的连接元器件，等等，它们的共同特征是具有切断电路、连接电路、转换电路的功能。当本发明稳压器的补偿线圈输出端出现小幅度的电压偏差时，即达不到可以直接输出稳定电压时，可以通过连接元器件的不同连接方式，使叠加补偿线圈上产生一个正向的叠加补偿电压或反向的叠加补偿电压，从而使稳压器的输出端电压、稳定在目标范围内。另外，当补偿线圈输出端的电压在稳定的范围内时，可以直接将补偿线圈输出端的电压送至稳压器的输出端，此时，可以将叠加励磁线圈的两端短接，如此，则叠加补偿线圈两端的电压为零，从而达到了补偿线圈输出端的电压直接送至稳压器的输出端之目的。

在设计和生产本发明稳压器的时候，总体的思路是：大范围的电压调整主要依靠调压器和补偿变压器来进行，小范围的电压调整主要依靠叠加补偿变压器进行。虽然叠加补偿变压器主要进行的是小范围的电压调整，但依然可以大大减少碳刷的磨损，甚至可以减少一半以上的碳刷移动次数。为了说明问题，下面举例进行阐述。

某现有技术中的单相交流补偿式稳压器，其输入电压范围为220V±20％，即输入电压范围176V至264V；其输出电压范围(也称稳压范围)为220V±1％，即输出电压范围217.8至222.2V。

尽管上述稳压器的输入电压范围176V至264V，但在实际使用中，一般出现如下情况的现象并不频繁：输入电压快速的从176V变至264V、再快速的从176V变至264V，如此快速反复循环。

电网电压，它的变化呈现两个规律。其第一规律是，电网电压最低的时候，一般在白天用电高峰的时段；电网电压最高的时候，一般在半夜用电低谷时段。其第二规律是，从白天最低电压到半夜最高电压，或者讲从半夜最高电压到白天最低电压，电网电压的变化并不是直线形的，而是波动形的，即表现为进三步退二步的变化或者表现为进二步退三步的变化。因此，反映到单相交流补偿式稳压器上，其碳刷的磨损主要发生在电网电压出现小范围波动的时候，为了应对输入电压小范围的波动变化，调压器中的碳刷需要高频率、不断的变动位置，由此而造成了碳刷被很快磨损。

总之，本发明可以使碳刷位置变动的频率大大降低，避免或者减少更换碳刷的情况出现。

上面，对本发明作了总体的介绍、说明和解释。下面对各进一步的技术方案，作介绍、说明和解释。

1.进一步的技术方案一。

结合图5、图6、图7、图8、图9和图10进行说明。

上述各图的图中标号是：A.输入端；a.输出端；BB.补偿变压器；DB.叠加补偿变压器；N.中性线；N1.叠加励磁线圈；N2.叠加补偿线圈；TY.调压器；VAN.稳压器输入电压；VaN.稳压器输出电压。

技术方案：所述的补偿线圈和叠加补偿线圈串联连接后再跨接在稳压器的输入端和输出端之间是指：稳压器的输入端、补偿线圈输入端、补偿线圈输出端、叠加补偿线圈输入端、叠加补偿线圈输出端、稳压器的输出端依序串联连接(以上描述参见图5进行理解)。所述的叠加励磁线圈通过连接元器件实现变化的连接是指，包括以下三种暂态变化性质的连接、并且在某一具体时刻只处于其中的一种连接状态：a.叠加励磁线圈，其第一端与相线连接，其第二端与中性线连接；b.叠加励磁线圈，其第一端与中性线连接，其第二端与相线连接；c.叠加励磁线圈，其两端首尾短接形成闭环。

在本专利文件中，所谓“三种暂态变化性质的连接”是指：在某一具体时刻，要么连接为a，要么连接为b，要么连接为c；不会同时在某一具体时刻同时出现两种连接，更不会同时在某一具体时刻同时出现三种连接。

叠加励磁线圈通过连接元器件与相线连接，其可以选择的连接点有三处：第一处，以叠加补偿线圈的输出端为好，也就是设置在稳压器的输出端，因为该处电压最稳定，连接位置如图9所示；第二处，连接点设置在叠加补偿线圈的输入端，连接点设置在该处，其电压稳定性与设置在第一处相比，稍差一点，连接位置如图10所示；第三处，连接点设置在补偿变压器的补偿线圈输入端，即设置在稳压器的输入端，设置在此处时，其电压稳定性最差，连接位置如图11所示。

在设计和调试本发明的稳压器时，一般希望施加到叠加励磁线圈的电压稳定，这样可以简化设计和有利于电压的分配。

在图9中，叠加励磁线圈通过连接元器件与叠加补偿线圈的输出端进行暂态变化性质的连接；下面，再结合图6、图7和图8进行介绍。

当补偿变压器的输出电压符合稳压范围要求时，控制电路命令连接元器件将电路连接成图6所示的状态，即叠加励磁线圈，其两端首尾短接、形成闭环，此时稳压器的输出电压就是补偿变压器的输出电压，叠加补偿变压器未对输出电压的高低起作用。需要注意的是：在设计或制造调试时，要保证在任何情况下，相线和中性线不能通过连接元器件发生直通，否则会出现烧毁电路的情况发生。

当某种因素造成输出电压偏低时，控制电路命令连接元器件将电路连接成图7所示的状态，即叠加励磁线圈的第一端与相线连接、第二端与中性线连接，此时输出电压是在原来补偿变压器输出电压的基础上再增加了一个叠加补偿电压。

当某种因素造成输出电压偏高时，控制电路命令连接元器件将电路连接成图8所示的状态，即叠加励磁线圈的第一端与中性线连接、第二端与相线连接，由于反向连接，此时输出电压是在原来补偿变压器输出电压的基础上再减去一个叠加补偿电压。

在实际调试中，如果出现安装错误，会导致在需要增加电压的情况下、补偿变压器上的输出电压起减压效果，而在需要减少电压的情况下、补偿变压器上的输出电压起升压效果；出现上述错误的情况，可以将连接叠加补偿线圈的两个接线对换一下即可，或者将连接叠加励磁线圈的两个接线对换一下也可。

2.进一步的技术方案二。

所述的补偿线圈和叠加补偿线圈串联连接后再跨接在稳压器的输入端和输出端之间，是指：稳压器的输入端、叠加补偿线圈输入端、叠加补偿线圈输出端、补偿线圈输入端、补偿线圈输出端、稳压器的输出端依序串联连接；

所述的叠加励磁线圈通过连接元器件实现变化的连接是指，包括以下三种暂态变化性质的连接、并且在某一具体时刻只处于其中的一种连接状态：

a.叠加励磁线圈，其第一端与相线连接，其第二端与中性线连接；

b.叠加励磁线圈，其第一端与中性线连接，其第二端与相线连接；

c.叠加励磁线圈，其两端首尾短接形成闭环。

3.进一步的技术方案三。

所述的稳压器的输入端、补偿线圈、叠加补偿线圈、稳压器的输出端依序串联连接；所述的连接元器件包括：第一继电器和第二继电器，第一交流接触器、第二交流接触器、第三交流接触器和第四交流接触器；所述的继电器含有常开接线端、常闭接线端和转换接线端；继电器吸合时，转换接线端与常开接线端连接并且转换接线端与常闭接线端断开；继电器释放时，转换接线端与常闭接线端连接并且转换接线端与常开接线端断开；所述的第一和第二继电器，其控制线圈与自动化控制电路连接；

所述的交流接触器，其每个含有电磁线圈，常开主触头，常闭辅助触头；电磁线圈通电吸合时，常闭辅助触头切断，常开主触头导通；电磁线圈断电释放时，常闭辅助触头导通，常开主触头切断；

稳压器的输出端、第一交流接触器的常闭辅助触头、第二交流接触器的电磁线圈、第一继电器的常闭接线端、第一继电器的转换接线端、中性线串联连接；稳压器的输出端、第二交流接触器的常闭辅助触头、第一交流接触器的电磁线圈、第一继电器的常开接线端串联连接；稳压器的输出端、第四交流接触器的常闭辅助触头、第三交流接触器的电磁线圈、第二继电器的常闭接线端、第二继电器的转换接线端、中性线串联连接；稳压器的输出端、第三交流接触器的常闭辅助触头、第四交流接触器的电磁线圈、第二继电器的常开接线端串联连接；

所述的叠加励磁线圈包括首端和尾端；所述的叠加励磁线圈，通过连接元器件与相线线路及中性线连接，形成如下的电路结构：第一交流接触器常开主触头，其一端与稳压器的输出端连接，其另一端与叠加励磁线圈的尾端连接；第二交流接触器常开主触头，其一端与中性线连接，其另一端与叠加励磁线圈的尾端连接；第三交流接触器常开主触头，其一端与稳压器的输出端连接，其另一端与叠加励磁线圈的首端连接；第四交流接触器常开主触头，其一端与中性线连接、其另一端与叠加励磁线圈的首端连接。

对于以上的技术方案描述，有如下说明。

在实际线路调试中，发现叠加补偿线圈上的电压增加和减少相反了，说明叠加励磁线圈同名端和异名端的指定有错误，只需将叠加补偿线圈的输入端、输出端对换以下即可，或者只需将叠加励磁线圈的输入端、输出端对换以下即可。

上述进一步的技术方案可以结合图12和图13进行理解。图12左侧的输入电压可以从稳压器的输出端接入。该两图中标注的各电压均为参考值，也可以改为其他的合适电压值。

图12和图13中的标号说明：A.输入端；a.输出端；BB.补偿变压器；DB.叠加补偿变压器；J1-A.第一继电器；J1-B.第二继电器；JL1.第一交流接触器；JL1F.第一交流接触器常闭辅助触头；JL2.第二交流接触器；JL2F.第二交流接触器常闭辅助触头；JL3.第三交流接触器；JL3F.第三交流接触器常闭辅助触头；JL4.第四交流接触器；JL4F.第四交流接触器常闭辅助触头；N.中性线；TY.调压器。

交流接触器是一种人们熟知的传统产品。在一个交流接触器电磁线圈的驱动电路中串接了其它的交流接触器常闭辅助触头，可以确保在任何情况下，两个交流接触器不会同时处于吸合状态。也就是讲，第一和第二交流接触器不会同时吸合，第三和第四交流接触器不会同时吸合，由此避免了因瞬时同时导通而发生大电流短路的现象(如果发生短路，图12中短路大电流的路径是：输出端的相线→接触器1的主触头→接触器2的主触头→中性线；或者输出端的相线→接触器3的主触头→接触器4的主触头→中性线)。一个交流接触器电磁线圈产生吸动的前提条件是：与其对应的另一个交流接触器必须处于释放状态(即：对应交流接触器的常闭辅助触头必须导通)。

4.进一步的技术方案四。

所述的连接元器件包括一号继电器和二号继电器；每个继电器包括：转换接线端，常闭接线端，常开接线端，控制线圈；通电吸合时，转换接线端和常开接线端连通，并且转换接线端和常闭接线端切断；断电释放时，转换接线端和常闭接线端连通，并且转换接线端和常开接线端切断；所述的叠加励磁线圈，其与一号继电器及二号继电器具有如下的连接关系：所述的一号继电器，其转换接线端与叠加励磁线圈的一端连接，其常闭接线端与稳压器输出端连接，其常开接线端与中性线连接；所述的二号继电器，其转换接线端与叠加励磁线圈的另一端连接，其常闭接线端与中性线连接，其常开接线端与稳压器输出端连接；一号继电器的控制线圈和二号继电器的控制线圈，它们与所述的自动化控制电路连接。

上述介绍可以结合图14进行理解。本技术方案的优点是：电路简单，不会发生因瞬时同时导通而发生大电流短路的现象，即两个继电器因其机械结构保证了：不会发生常开接线端和常闭接线端直接导通的情况，从而避免了相线和中性线发生大电流短路的现象。

图14中的标号说明：A.输入端；a.输出端；BB.补偿变压器；DB.叠加补偿变压器；J-a.一号继电器；J-b.二号继电器；N.中性线；TY.调压器。

5.进一步的技术方案五。

所述的叠加励磁线圈通过连接元器件形成如下的电路结构：所述的连接元器件包括第一、第二、第三和第四双向可控硅；每一个双向可控硅包括控制端和两个接线端；第一双向可控硅，其一个接线端与稳压器输出端连接，其另一接线端与叠加励磁线圈的首端连接；第二双向可控硅，其一个接线端与中性线连接，其另一个接线端与叠加励磁线圈的首端连接；第三双向可控硅，其一个接线端与稳压器输出端连接，其另一个接线端与叠加励磁线圈的尾端连接；第四双向可控硅，其一个接线端与中性线连接，其另一个接线端与叠加励磁线圈的尾端连接；所述的第一、第二、第三和第四双向可控硅，它们的控制端与所述的自动化控制电路连接。

每一个双向可控硅相当于一只开关，是开还是关由控制电路决定，控制电路将信号送往控制端进行控制。

图15中，每只双向可控硅前还串联连接了一只限流电阻。多个双向可控硅在通断转换过程的瞬间，往往容易出现或可能出现同时导通而发生短路，而该电阻可以进行限流保护，以避免双向可控硅烧毁。

图15中的标号说明：A.输入端；a.输出端；BB.补偿变压器；DB.叠加补偿变压器；TY.调压器。

在图15中，叠加补偿变压器中的叠加励磁线圈，其首端在右，其尾端在左；第一、第二、第三和第四双向可控硅，在图15中依序从上到下排列。

图中的四个双向可控硅，在控制电路的指挥下，有以下暂态变化性质的三种连接导通状态、并且在某一具体时刻只处于其中的一种连接导通状态：

第一种连接导通状态：第一双向可控硅和第四双向可控硅导通，励磁电流流经的路径为：相线(稳压器输出端)→第一双向可控硅→叠加励磁线圈首端→叠加励磁线圈尾端→第四双向可控硅→中性线；此种状态时，叠加补偿线圈感应正向电压。

第二种连接导通状态：第二双向可控硅和第三双向可控硅导通，励磁电流流经的路径为：相线(稳压器输出端)→第三双向可控硅→叠加励磁线圈尾端→叠加励磁线圈首端→第二双向可控硅→中性线；此种状态时，叠加补偿线圈感应反向电压。注：连接导通状态和第一种连接导通状态，它们的励磁电流的方向相反，所以感应的叠加电压方向相反。

第三种连接导通状态：目标是叠加励磁线圈的首尾短接形成闭环。为了实现首尾短接，可以是第一双向可控硅、第三双向可控硅处于导通状态，也可以是第二双向可控硅和第四双向可控硅导通处于导通状态；但是，在设计或制造调试时，千万避免相线和中性线通过双向可控硅发生直通的情况出现！

6.进一步的技术方案六。

所述的自动化控制电路，包括智能部件，该智能部件中含有CPU；智能部件的输出端与连接元器件连接，其具体连接方式为以下三者中的任意一者：

c.智能部件的输出端直接与连接元器件的控制端连接；

d.智能部件的输出端通过中间接口与连接元器件的控制端连接；

c.所述的自动化控制电路还包括放大电路，智能部件的输出端与放大电路的输入端连接，放大电路的输出端与连接元器件的控制端连接。

CPU是中央处理单元(Central Process Unit)的缩写，它可以被简称做微处理器(Microprocessor)；PC计算机、单片机、可编程序处理器等等，都设有含CPU的智能部件。所以，在本发明稳压器的自动化电路中，可以使用PC计算机，单片机，可编程序处理器，以及其它含CPU智能部件的装置，以谋求质量高、成本低的综合技术效果。

实施例一

结合图16、图17、图18、图19进行说明。

图中的说明：A.输入端；a.输出端；BB.补偿变压器；DB.叠加补偿变压器；I1.叠加励磁线圈电流；I2.叠加补偿线圈电流；N.中性线；N1.叠加励磁线圈；N2.叠加补偿线圈；TY.调压器；

本实施例介绍一种思路和方法，用于计算或确定：叠加补偿变压器的功率，叠加补偿线圈产生的电压和流过的电流，叠加励磁线圈接入的电压和流过的电流。

在本实施例中，假设给定的基本技术参数是：发明稳压器输入端与交流电源连接，该交流电源包括相线和中性线。

交流电源的电压范围、即稳压器的输入电压范围是220V±10％，频率50Hz，交流正弦波，输出电压范围是220V±1％；稳压器输出功率为10KVA；；各处电路的效率假设为100％。

现设定：叠加补偿变压器中，叠加补偿线圈输入端的电压范围为220V±2％；叠加补偿线圈输出端的电压范围为220V±1％，即稳压器输出端的电压范围为220V±1％。

根据以上的描述，可以绘制出图16。在图16中，稳压器的输入端、补偿线圈输入端、补偿线圈输出端、叠加补偿线圈输入端、叠加补偿线圈输出端、稳压器的输出端依序串联连接。还有，叠加励磁线圈通过连接元器件实现变化的对外连接，其中包括含有与中性线连接。

下面，进行理论上的分析。

就叠加补偿线圈而言，当其输出电压范围为220V±1％时，其输入电压范围为220V±2％；据此，以下情况成立：当叠加补偿线圈输出端电压为下限值217.8V(与220V_1％对应)时，叠加补偿线圈输入端电压为215.6V(与220V2％对应)，此情况表达为图17。对于图17，我们可以取整数、近似的表达为图18；在工程设计中，为了简化或方便计算起见，常常可以在理论计算阶段进行近似化的处理，然后在后续阶段再一并考虑补偿问题。

对于图18中的变压器可以画成图19。至此，可以将图19中的叠加补偿变压器作为一只单相电源变压器来设计，或者作为一只普通的单相变压器来设计。

图19中的变压器，我们姑且称其为理论变压器，它有两个绕组，分别为N1绕组(叠加励磁线圈)和N2绕组(叠加补偿线圈)，其中N1绕组两端的电压为220V、N2绕组两端的电压为2.2V。

由于上面原始设定条件为：稳压器输出功率为10KVA，因此，对于叠加补偿变压器中的叠加补偿线圈而言，其流过的电流为：I2＝10KVA(输出功率)÷220V(输出电压)＝45.5A。

理论变压器的功率为：P＝45.5A×2.2V＝101VA；叠加励磁线圈里流过的电流为：I1＝101VA÷220V＝0.454A，约等于0.45A。

根据以上理论计算的结果，可以将理论变压器作为一只普通单相变压器来设计和制造，其设计的理论计算数据是：变压器功率为101VA；N1绕组的电压为220V，其电流I1为0.45A；N2绕组的电压为2.2V，其电流I2为45.5A。

下面，通过描述一个假设的情况，来进一步说明本发明的原理。

理论变压器的某一使用情况如下，并假设输入电压逐步在升高：

a.当叠加补偿线圈输入端电压低于215.6V时，由调压器动作，使叠加补偿线圈输入端电压达到或高于215.6V；

b.当叠加补偿线圈输入端电压达到215.6V时，调压器不再动作；叠加励磁线圈通过连接元器件实现正向连接，使得叠加补偿线圈感应出约2.2V正向电压，从而使叠加补偿线圈输出端电压达到217.8V，此时符合220V_1％的稳压范围要求；

c.随着输入电压的提高，调压器没有动作；当叠加补偿线圈输入端电压达到220V、叠加补偿线圈输入端电压达到222.2V时，叠加励磁线圈通过连接元器件实现首尾短接形成闭路；短接后，叠加补偿线圈的感应电压为零，该线圈相当于直通，叠加补偿线圈输出端电压为220V；

d.随着输入电压的提高，调压器没有动作；当叠加补偿线圈输入端电压达到222.2V、叠加补偿线圈输入端电压达到222.2V时，叠加励磁线圈通过连接元器件实现反向连接，使得叠加补偿线圈感应出约2.2V反向电压，从而使叠加补偿线圈输出端电压降低到220V；

e.随着输入电压的提高，当叠加补偿线圈输入端电压达到或超过224.4V时，调压器动作，使得叠加补偿线圈输入端电压降低。

分析一：从以上a、b、c、d、e可以得知，当叠加补偿线圈输入端电压在215.6V～224.4V范围内，调压器不动作，而由叠加补偿变压器动作，从而使输出端的电压保持在±1％的稳压范围内；当叠加补偿线圈输入端电压低于215.6V、或高于224.4V时，调压器进行动作，将叠加补偿线圈输入端电压保持在215.6V～224.4V范围内。

分析二：根据以上a、b、c、d、e中所阐述的原理，阅读者可以自行分析出：当输入电压逐步降低的情况下、以及当输入电压各种变化的情况下，调压器和叠加补偿变压器的自动稳压动作及原理。

分析三：上述a、b、c、d、e仅仅是在理论的层面进行了分析，如果要做出实用的产品，情况要复杂得多，还要考虑很多实际的问题，进行参数调整等等；这些，在实施例二中有进一步的说明。

以上的介绍，可以归纳为：1.当得知：稳压器的输出功率，稳压器的输出电压，叠加补偿变压器中叠加补偿线圈的叠加补偿电压，就可以用传统的技术设计和制造叠加补偿变压器；2.叠加补偿变压器的设计、制造，可照搬、照抄现有传统技术中关于电源变压器(或普通变压器)的设计、制造方法。

实施例二

本发明稳压器使用的叠加补偿变压器，在实施例一中所介绍的仅仅是理论分析的情况，然而，要做出实用的实际产品还要考虑一些实际的情况，还要对叠加补偿变压器的有关参数进行调整。下面的说明，使用实施例一中稳压器的基本技术参数和理论分析结果。

在实际的产品详细设计中，需要考虑：补偿负载压降和励磁电流损耗，即可以在N2绕组增加5％左右的匝数以补偿负载压降，以及将N1绕组线径加粗以适应励磁电流损耗，通常是增加5％～10％导线的截面积。

更重要的是还要考虑：1.本发明稳压器在自动施加或改变叠加补偿电压时，应设置门槛电压(又称阀值电压)，使动作脱离临界状态，否则容易产生振荡式动作，即在临界点附近反复的动作；2.实际生产中产品不可能做到一致；3.测量电表存在误差；4.空载和满载会对输出电压产生变化；等等情况。考虑到上述几点因素，应当在设计中预先留有一定的余量；实际产品的设计可以修正为如下的参数指标：N2绕组感应电压由原先的2.2V改变为3.5V，其流过的电流I2为45.5A不变，叠加补偿变压器的功率＝3.5V×45.5A＝159.25VA，约等于160VA；N1绕组为220V不变，电流I1变为0.73A(＝160VA÷220V)。说明：以上介绍中，最主要的是N2绕组感应电压由2.2V改变为3.5V；该3.5V电压值是某一选取值，带有假设的性质，不一定非要3.5V，也可以是3.4V、或3.6V、或其他合适数值的电压。

得到上述的技术参数后，就可以着手具体详细地设计一只普通单相变压器(或单相电源变压器)了，其工作包括：铁芯使用的材料牌号和尺寸大小，N1绕组的匝数和线径尺寸、N2绕组的匝数和线径尺寸。

叠加补偿变压器可以作为普通的单相变压器(或单相电源变压器)来设计、制造。由于单相变压器(或单相电源变压器)，其具体设计、制造均属于传统并悠久的技术，相关的教科书和工具书也充斥书店和图书馆，相关的设计、制造方法也广为本技术领域内的普通工程技术人员所熟知，因此就不再进一步赘述。

对于生产企业而言，设计工作完成后、批量生产前需要做若干样机，并对样机进行通电考核，测量变压器的温升，如果铁芯、绕组的温度超过规定值，说明设计用料偏紧，需要向宽松方向调整；反之，如果温度太低则说明设计太宽松、存在浪费，也应该进行调整。所谓的向宽松方向调整，对铁芯而言就是需要增加铁芯的截面积、对绕组而言就是要加铜线的截面积；此外，还要通盘考虑N2绕组为3.5V是否合适、是否需要调整。如此，经过若干轮的调整、测试，最终可以确定产品的各项具体数据，以进行正常的批量生产。

如果实施本发明只做一台单相稳压器也是可以的，在此种情况下，就应当将叠加补偿变压器设计得较为宽松，以确保铁芯、绕组的温度不超过规定值，最终达到一次成功。

实施例三

结合图1、图2、图20和图21进行说明。

图20中的标号说明：A.输入端；a.输出端；BB.补偿变压器；DB.叠加补偿变压器；TY.调压器；J30.继电器；J31.继电器；a.连接点；nn.连接点。

图21中的标号说明：DZ23是硅稳压管；D26是二极管；D27是二极管；IC21是由运算放大器构成的电压比较器；IC22是由运算放大器构成的电压比较器；ICD6是整流电路；ICD7是整流电路；ICD8是整流电路；C21是电容；C22是电容；C23是电容；C24是电容；C25是电容；C29是电容；J30是继电器；J31是继电器；RP21是电位器；R23是电阻；R24是电阻；R25是电阻；R26是电阻；2R7是电阻；R28是电阻；R29是电阻；R30是电阻；R31是电阻；TR7是第二电源变压器；TR8是第二信号采样变压器；T21是三极管；T22是三极管；U4是第四电压；U5是第五电压；U6是第六电压；7812A是三端式稳压块。

在本实施例中，假设给定的基本技术参数是：稳压器输入电压范围是220V±10％，频率50Hz，交流正弦波，稳压器输出电压范围是220V±1％。

现设定：叠加补偿变压器中，叠加补偿线圈输入端的电压范围为220V±2％。

图1是现有技术中一种单相交流补偿式稳压器的示意框图，图2是图1稳压器的控制部分电原理图。对于图1和图2及其相关的技术内容，我们已经在具体实施方式的开头部分作了详细的介绍。

从前面的介绍中可以知道，图1中稳压器中有补偿变压器和调压器。补偿变压器有补偿线圈和励磁线圈，其中，补偿线圈串联连接在相线中。调压器跨接在相线和中性线之间。同时，调压器的输出端还与补偿变压器的励磁线圈进行电路相连，即由碳刷等零件滑动在调压器的铜线或铜排上，碳刷处于不同的位置，则可通过软导线输出不同大小和方向的电压到补偿变压器的励磁线圈。根据输入电压的高低情况，调压器在自动化控制电路的指挥下、自动向补偿变压器的励磁线圈施加大小不同、以及方向不同的电压，由此在补偿变压器的补偿线圈上感应产生出大小不同、以及方向不同的补偿电压，最后使不稳定的输入电压、叠加了补偿电压后，输出为稳定的交流电压。输入电压偏低时，叠加正方向的补偿电压；输入电压偏高时，叠加反方向的补偿电压，其效果是降低电压。

现在，我们将图1所示现有技术的稳压器改造成图20所示的发明稳压器(减速机构等框图省略未画)，即在图1和图2所示现有技术稳压器的基础上，增加了叠加补偿变压器、连接元器件和相关的控制电路。

改造的方法是：原有的自动化控制电路、补偿变压器、使用电机驱动和使用碳刷接触连接的调压器均予以保留，并按图1和图2设置和连接，自动调压稳压的工作原理也继续沿用，主电路中各处的电压按图20的要求设计、确定；增加的叠加补偿变压器、连接元器件和相关的控制电路，如图20、图21所示的方法连接。

在图2中，左侧的TR5变压器是电源变压器，它向电路提供电源，其输入两端可以接在图20中稳压器输出的a端和N端(此两端电压为220V±1％)。图2中，右侧的TR6变压器是信号采样变压器，它采集电压高低的信号，其输入的两个接线端，与图24中的aa连接点和nn连接点连接，此两端电压为220V±2％。图2的作用、原理和控制方法，前面也已经作过详细的描述，在此不再重复介绍了。

在图21中，很多内容或原理与图2是相似的，下面重点介绍不同之处等等。图21中，左侧的TR7是第二电源变压器，它向图21中的各电路提供所需的电能，其输入两端可以接在图20中稳压器输出的a端和N端(此两端电压为220V±1％)。图21中，右侧的TR8是第二信号采样变压器，它采集电压高低的信号，其输入的两个接线端，与图20中的aa连接点和nn连接点连接，此两端电压为220V±2％。

在图21中，三端式直流稳压器件7812A，一方面向电压比较器IC21、电压比较器IC22提供稳定的电源，另一方面通过电阻R29和硅稳压管DZ23，向电压比较器IC21、电压比较器IC22提供进行判断的基准电压，其中，向电压比较器IC22提供的基准电压还经过电阻R23和电阻R24的分压降压，以保证电压比较器IC22反相输入端的基准电压、低于电压比较器IC21反相输入端的基准电压。第二信号采样变压器TR8输出的交流电经整流、滤波后成直流电，再经电位器RP21调节大小，送至电压比较器IC21、电压比较器IC22的同相输入端；电容C25可以进一步抑制直流电压的波动。

当第二信号采样变压器TR8输入端为低电压时，两个电压比较器均输出低电平，因此三极管T21、三极管T22处于截止状态，继电器J30、继电器J31均为释放状态。当第二信号采样变压器TR8输入端上升到一定的电压时，电压比较器IC22翻转、电压比较器IC21不变，三极管T21导通、三极管T22截止，继电器J30吸合、继电器J31保持释放。当第二信号采样变压器TR8输入端继续上升时，电压比较器IC21也翻转，两个电压比较器均输出高电平，两个三极管均导通，两个继电器均为吸合。

整机稳压任务的分担：补偿变压器输出端保证输出的电压值为220V±2％，由图2所示的控制电路并通过调压器移动碳刷来执行；叠加补偿变压器输出端(即稳压器输出端)保证输出的电压值为220V±1％，由图21所示的控制电路来执行。

在图20中，所绘制的继电器J30和继电器J31均呈现为释放状态。每个继电器包括：转换接线端，常闭接线端，常开接线端，控制线圈；通电吸合时，转换接线端和常开接线端连通，并且转换接线端和常闭接线端切断；断电释放时，转换接线端和常闭接线端连通，并且转换接线端和常开接线端切断。

在本实施例中，当叠加励磁线圈通过继电器J30和继电器J31正向连接时，叠加补偿线圈感应出正向电压，该正向电压使输出电压升高3V；当叠加励磁线圈通过继电器J30和继电器J31反向连接时，叠加补偿线圈感应出反向电压，该反向电压使输出电压降低3V。

下面，以输入电压逐渐从低到高为例，说明相关的原理和动作。

A.当补偿线圈输出端的电压不足216V时，电路命令调压器动作，使补偿线圈输出端提高到216V电压。

B.当补偿线圈输出端为216V电压时，继电器J30和继电器J31均释放，叠加励磁线圈正向连接为：第一端与稳压器输出端相线连接、第二端与中性线连接，叠加补偿线圈感应出约3V的正向电压，稳压器输出约为219V，符合稳压精度的要求。

C.随着输入电压提高，调压器不动，当补偿线圈输出端为218.8V时，稳压器输出约为221.8V；此时，继电器J30改变为吸合，继电器J31保持释放，叠加励磁线圈的两端首尾短接形成闭环，相当于叠加补偿线圈直通，在叠加补偿线圈上感应的电压为零，稳压器输出端的电压约为218.8V，符合稳压精度的要求。

D.随着输入电压提高，调压器不动作，当补偿线圈输出端为221.8V时，稳压器输出约为221.8V；此时，继电器J30保持吸合，继电器J31改变为吸合，叠加励磁线圈反向连接为：第一端与中性线连接，其第二端与稳压器输出端相线连接；叠加补偿线圈感应出约3V的反向电压，稳压器输出约为218.8V，符合稳压精度的要求。

E.随着输入电压提高，当补偿线圈输出端达到224.5V时，稳压器输出约为221.5V，调压器动作，使补偿线圈输出端电压降下来。

上面，以输入电压逐渐从低到高为例，说明相关的原理和动作。下面，以输入电压逐渐从低到高为例，说明相关的原理和动作。

a.当补偿线圈输出端超过224.5V时，调压器动作，使补偿线圈输出端电压降至223.5V。

b.当补偿线圈输出端为223.5V时，调压器不动作；此时，继电器J30和继电器J31均吸合，叠加励磁线圈反向连接为：第一端与中性线连接，其第二端与稳压器输出端相线连接；叠加补偿线圈感应出约3V的反向电压，稳压器输出约为220.5V，符合稳压精度的要求。

c.随着输入电压降低，调压器不动作，当补偿线圈输出端为221.2V时，稳压器输出约为218.2V；此时，继电器J30继续吸合、继电器J31改变为释放，叠加励磁线圈的两端首尾短接形成闭环，相当于叠加补偿线圈直通，在叠加补偿线圈上感应的电压为零，稳压器输出端的电压约为221.2V，符合稳压精度的要求。

d.随着输入电压降低，调压器不动作，当补偿线圈输出端为218.2V时，稳压器输出约为218.2V；此时，继电器J30改变为释放，继电器J31保持释放，叠加励磁线圈正向连接为：第一端与稳压器输出端相线连接、第二端与中性线连接，叠加补偿线圈感应出约3V的正向电压，稳压器输出约为221.2V，符合稳压精度的要求。

e.随着输入电压降低，当补偿线圈输出端的电压不足216V时，电路命令调压器动作，使补偿线圈输出端提高到216V电压，此时，继电器J30和继电器J31均释放，叠加励磁线圈正向连接为：第一端与稳压器输出端相线连接、第二端与中性线连接，叠加补偿线圈感应出约3V的正向电压，稳压器输出约为219V，符合稳压精度的要求。

对于上述A、B、C、D、E和a、b、c、d、e，现分析如下。

1.当补偿线圈输出端的电压不足216V时，电路命令调压器动作，使补偿线圈输出端提高到216V电压(也可以提高到更高的电压)。

2.当补偿线圈输出端的电压超过224.5V时，电路命令调压器动作，使补偿线圈输出端电压降至约223.5V。

3.当补偿线圈输出端的电压在216V～224.5V区间时，调压器不动作，依靠叠加补偿变压器叠加的电压(包括：正向电压、零电压、反向电压)，使稳压器的输出端保持在电压为220V±1％精度范围内。由于上述216V～224.5V区间内调压器不动作，即碳刷不发生移动，从而避免或者减少更换碳刷的情况出现。

4.继电器J30吸合和释放的临界条件不同：a.补偿线圈输出端的电压，在由低向高的变化中，当由低升高到218.8V时，继电器J30由释放改变为吸合；b.补偿线圈输出端的电压，在由高向低的变化中，当由高下降到218.2V时，继电器J30由吸合改变为释放。

218.8V和218.2V相差0.6V，该0.6V为门槛电压(又称阀值电压)，其使动作脱离临界状态；无此门槛电压则容易产生振荡式动作，即在临界点附近反复的吸合、释放。又，图21中标号为R25的电阻为反馈电阻，合理配置该电阻及标号为R27的电阻，可以使门槛电压达到目标数值。

5.继电器J31吸合和释放的临界条件不同：a.补偿线圈输出端的电压，在由低向高的变化中，当由低升高到221.8V时，继电器J31由释放改变为吸合；b.补偿线圈输出端的电压，在由高向低的变化中，当由高下降到221.2V时，继电器J31由吸合改变为释放。

221.8V和221.2V相差0.6V，该0.6V为门槛电压(又称阀值电压)，其使动作脱离临界状态，无此门槛电压则容易产生振荡式动作，即在临界点附近反复的吸合、释放。又，图25中标号为R26的电阻为反馈电阻，合理配置该电阻及标号为R28的电阻，可以使门槛电压达到目标数值。

Claims (7)

1.一种单相交流补偿式稳压器，其输入端与交流电源连接，其输出端与负载连接；所述的交流电源包括相线和中性线；所述的稳压器包括：自动化控制电路，补偿变压器，使用电机驱动和使用碳刷接触连接的调压器；所述的补偿变压器，包括补偿线圈和励磁线圈，补偿线圈位于相线线路中；调压器的输出端与补偿变压器的励磁线圈连接；

其特征是：包括叠加补偿变压器；

所述的自动化控制电路包括连接元器件，所述的连接元器件含有受控端和接线端；

所述的叠加补偿变压器包括：铁心，叠加补偿线圈，叠加励磁线圈；所述的叠加励磁线圈为单一绕组；

在稳压器的内部，补偿线圈和叠加补偿线圈串联连接后再跨接在稳压器的输入端和输出端之间；

所述的连接元器件，其受控端与控制电路连接；所述的叠加励磁线圈通过连接元器件实现变化的连接。

2.根据权利要求1所述的一种单相交流补偿式稳压器，其特征是：

所述的补偿线圈和叠加补偿线圈串联连接后再跨接在稳压器的输入端和输出端之间是指：稳压器的输入端、补偿线圈输入端、补偿线圈输出端、叠加补偿线圈输入端、叠加补偿线圈输出端、稳压器的输出端依序串联连接；

所述的叠加励磁线圈通过连接元器件实现变化的连接是指，包括以下三种暂态变化性质的连接、并且在某一具体时刻只处于其中的一种连接状态：

a.叠加励磁线圈，其第一端与相线连接，其第二端与中性线连接；

b.叠加励磁线圈，其第一端与中性线连接，其第二端与相线连接；

c.叠加励磁线圈，其两端首尾短接形成闭环。

3.根据权利要求1所述的一种单相交流补偿式稳压器，其特征是：

所述的补偿线圈和叠加补偿线圈串联连接后再跨接在稳压器的输入端和输出端之间，是指：稳压器的输入端、叠加补偿线圈输入端、叠加补偿线圈输出端、补偿线圈输入端、补偿线圈输出端、稳压器的输出端依序串联连接；

所述的叠加励磁线圈通过连接元器件实现变化的连接是指，包括以下三种暂态变化性质的连接、并且在某一具体时刻只处于其中的一种连接状态：

a.叠加励磁线圈，其第一端与相线连接，其第二端与中性线连接；

b.叠加励磁线圈，其第一端与中性线连接，其第二端与相线连接；

c.叠加励磁线圈，其两端首尾短接形成闭环。

4.根据权利要求1所述的一种单相交流补偿式稳压器，其特征是：

所述的稳压器的输入端、补偿线圈、叠加补偿线圈、稳压器的输出端依序串联连接；

所述的连接元器件包括：第一继电器和第二继电器，第一交流接触器、第二交流接触器、第三交流接触器和第四交流接触器；

所述的继电器含有常开接线端、常闭接线端和转换接线端；继电器吸合时，转换接线端与常开接线端连接并且转换接线端与常闭接线端断开；继电器释放时，转换接线端与常闭接线端连接并且转换接线端与常开接线端断开；所述的第一和第二继电器，其控制线圈与自动化控制电路连接；

所述的交流接触器，其每个含有电磁线圈，常开主触头，常闭辅助触头；电磁线圈通电吸合时，常闭辅助触头切断，常开主触头导通；电磁线圈断电释放时，常闭辅助触头导通，常开主触头切断；

稳压器的输出端、第一交流接触器的常闭辅助触头、第二交流接触器的电磁线圈、第一继电器的常闭接线端、第一继电器的转换接线端、中性线串联连接；

稳压器的输出端、第二交流接触器的常闭辅助触头、第一交流接触器的电磁线圈、第一继电器的常开接线端串联连接；

稳压器的输出端、第四交流接触器的常闭辅助触头、第三交流接触器的电磁线圈、第二继电器的常闭接线端、第二继电器的转换接线端、中性线串联连接；

稳压器的输出端、第三交流接触器的常闭辅助触头、第四交流接触器的电磁线圈、第二继电器的常开接线端串联连接；

所述的叠加励磁线圈包括首端和尾端；

所述的叠加励磁线圈，通过连接元器件与相线线路及中性线连接，形成如下的电路结构：

第一交流接触器常开主触头，其一端与稳压器的输出端连接，其另一端与叠加励磁线圈的尾端连接；

第二交流接触器常开主触头，其一端与中性线连接，其另一端与叠加励磁线圈的尾端连接；

第三交流接触器常开主触头，其一端与稳压器的输出端连接，其另一端与叠加励磁线圈的首端连接；

第四交流接触器常开主触头，其一端与中性线连接、其另一端与叠加励磁线圈的首端连接。

5.根据权利要求1所述的一种单相交流补偿式稳压器，其特征是：所述的连接元器件包括一号继电器和二号继电器；

每个继电器包括：转换接线端，常闭接线端，常开接线端，控制线圈；通电吸合时，转换接线端和常开接线端连通，并且转换接线端和常闭接线端切断；断电释放时，转换接线端和常闭接线端连通，并且转换接线端和常开接线端切断；

所述的叠加励磁线圈，其与一号继电器及二号继电器具有如下的连接关系：

所述的一号继电器，其转换接线端与叠加励磁线圈的一端连接，其常闭接线端与稳压器输出端连接，其常开接线端与中性线连接；

所述的二号继电器，其转换接线端与叠加励磁线圈的另一端连接，其常闭接线端与中性线连接，其常开接线端与稳压器输出端连接；

一号继电器的控制线圈和二号继电器的控制线圈，它们与所述的自动化控制电路连接。

6.根据权利要求1所述的一种单相交流补偿式稳压器，其特征是：所述的叠加励磁线圈通过连接元器件形成如下的电路结构：

所述的连接元器件包括第一、第二、第三和第四双向可控硅；每一个双向可控硅包括控制端和两个接线端；

第一双向可控硅，其一个接线端与稳压器输出端连接，其另一接线端与叠加励磁线圈的首端连接；第二双向可控硅，其一个接线端与中性线连接，其另一个接线端与叠加励磁线圈的首端连接；第三双向可控硅，其一个接线端与稳压器输出端连接，其另一个接线端与叠加励磁线圈的尾端连接；第四双向可控硅，其一个接线端与中性线连接，其另一个接线端与叠加励磁线圈的尾端连接；

所述的第一、第二、第三和第四双向可控硅，它们的控制端与所述的自动化控制电路连接。

7.根据权利要求1所述的一种单相交流补偿式稳压器，其特征是：所述的自动化控制电路，包括智能部件，该智能部件中含有CPU；智能部件的输出端与连接元器件连接，其具体连接方式为以下三者中的任意一者：

a.智能部件的输出端直接与连接元器件的控制端连接；

b.智能部件的输出端通过中间接口与连接元器件的控制端连接；

c.所述的自动化控制电路还包括放大电路，智能部件的输出端与放大电路的输入端连接，放大电路的输出端与连接元器件的控制端连接。

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