CN103066918A - 一种三相稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源技术领域，公开了一种三相稳压器。为了解决现有稳压装置输出的三相电压不平衡问题，提出了以下技术方案。稳压器包括稳压装置(WYZ)等；其特征是：包括三相平衡装置(SPZ)；三相平衡装置(SPZ)包括：三相四线制的输入部分，三个单相变压器；稳压装置通过A端(A)、B端(B)、C端(C)和中性线向三相平衡装置(SPZ)输出交流电；每一个单相变压器包括：一个初级线圈和三个次级线圈；在三只单相变压器中，所有的初级线圈匝数相同，所有的次级线圈匝数相同，所有的铁心相同。有益效果是：输出的三相电基本达到平衡；三相平衡装置(SPZ)没有动作机构，寿命长、可靠性高。

Description

一种三相稳压器

技术领域

本发明涉及电源技术领域，特别是涉及一种三相稳压器。

背景技术

现有技术中的三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。

调压器的输入端与三根相线及一根中性线连接；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。

现有技术中的三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：未能解决三相不平衡的问题。

发明内容

为了解决现有技术稳压装置、三相输出不平衡的问题，本发明提出了以下技术方案。

1.一种三相稳压器，包括稳压装置；所述的稳压装置包括：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；稳压装置的输入部分与三相四线制的供电电源连接；所述的四线为三根相线和一根中性线；

包括三相平衡装置；所述的三相平衡装置包括：三相四线制的输入部分，第一单相变压器，第二单相变压器，第三单相变压器，三相四线制的交流输出部分；

稳压装置的输出部分和三相平衡装置的输入部分共用三个连接端，共用的三个连接端分别是：A端、B端和C端；换言之，稳压装置通过A端、B端、C端和中性线向三相平衡装置输出交流电，三相平衡装置通过A端、B端、C端和中性线从稳压装置输入交流电；

第一单相变压器包括：1号初级线圈、1号次级线圈、2号次级线圈和3号次级线圈；第二单相变压器包括：2号初级线圈、4号次级线圈、5号次级线圈和6号次级线圈；第三单相变压器包括：3号初级线圈、7号次级线圈、8号次级线圈和9号次级线圈；

所述的三相平衡装置，其交流输出部分包括：U端、V端、W端和中性线的N′端；N′端位于中性线上；

A端，1号初级线圈的同名端、异名端，中性线顺序串联连接；

B端，2号初级线圈的同名端、异名端，中性线顺序串联连接；

C端，3号初级线圈的同名端、异名端，中性线顺序串联连接；

U端，1号次级线圈的同名端、异名端，5号次级线圈的异名端、同名端，8号次级线圈的异名端、同名端，N′端顺序串联连接；

V端，4号次级线圈的同名端、异名端，9号次级线圈的异名端、同名端，3号次级线圈的异名端、同名端，N′端顺序串联连接；

W端，7号次级线圈的同名端、异名端，2号次级线圈的异名端、同名端，6号次级线圈的异名端、同名端，N′端顺序串联连接；

在三只单相变压器中，所有的初级线圈匝数相同，所有的次级线圈匝数相同，所有的铁心相同。

2.所述的单相变压器，在初级线圈施加220V、50Hz、正弦波交流电的时候，其次级线圈输出的交流电为109V～112V。

3.所述的单相变压器，其初级线圈施加的交流电压与次级线圈输出的交流电压之比为100∶49.5～50.5。

本发明的有益效果是：使稳压装置输出的不平衡之三相电压，经过三相平衡装置的作用，基本达到平衡。

本发明中的三相平衡装置，其没有动作机构，因而使用寿命极长，可靠性高，不需要维护。

附图说明

图1是本发明稳压器的总体示意图；

图2是本发明稳压器连接三相电源和连接负载的示意图；

图3是现有技术稳压装置的电原理图之一；

图4是图3稳压装置中使用的自动化控制电路的电原理图；

图5是现有技术稳压装置的电原理图之二；

图6是三相平衡装置的电原理图，线圈中有小黑点的一端为同名端，另一端为异名端；

图7是电压向量图之一；

图8是电压向量图之二；

图9是电压向量图之三；

图10是电压向量图之四；

图11是电压向量图之五；

图12是电压向量图之六。

图中标号说明

A是A端；B是B端；BY-a是补偿变压器；BY-b是补偿变压器；BY-c是补偿变压器；C是C端；DY是电源；FZ是负载；M是电机；N′是N′端；N是N端；N1是1号初级线圈；N2是2号初级线圈；N3是3号初级线圈；NC-1是1号次级线圈；NC-2是2号次级线圈；NC-3是3号次级线圈；NC-4是4号次级线圈；NC-5是5号次级线圈；NC-6是6号次级线圈；NC-7是7号次级线圈；NC-8是8号次级线圈；NC-9是9号次级线圈；SPZ是三相平衡装置；T1是第一单相变压器；T2是第二单相变压器；T3是第三单相变压器；TY-a是调压器；TY-b是调压器；TY-c是调压器；U是U端；V是V端；VAN是相电压；VBN是相电压；VCN是相电压；VXN是输入电压；VYN是输入电压；VZN是输入电压；VUN′是输出电压；VVN′是输出电压；VWN′是输出电压；VT1C是第一单相变压器次级线圈的电压向量；VT2C是第二单相变压器次级线圈的电压向量；VT3C是第三单相变压器次级线圈的电压向量；WYZ是稳压装置；W是W端；X是X端；Y是Y端；Z是Z端。

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

下面，首先对本发明的技术方案作总体的描述。

本发明的一种三相稳压器，包括稳压装置WYZ；所述的稳压装置WYZ包括：自动化控制电路，补偿变压器BY-a，使用电机M驱动和使用碳刷接触连接的调压器TY-a；稳压装置WYZ的输入部分与三相四线制的供电电源DY连接；所述的四线为三根相线和一根中性线；

其特征是：包括三相平衡装置SPZ；所述的三相平衡装置SPZ包括：三相四线制的输入部分，第一单相变压器T1，第二单相变压器T2，第三单相变压器T3，三相四线制的交流输出部分；

稳压装置WYZ的输出部分和三相平衡装置SPZ的输入部分共用三个连接端，共用的三个连接端分别是：A端A、B端B和C端C；换言之，稳压装置WYZ通过A端A、B端B、C端C和中性线向三相平衡装置SPZ输出交流电，三相平衡装置SPZ通过A端A、B端B、C端C和中性线从稳压装置WYZ输入交流电；

第一单相变压器T1包括：1号初级线圈N1、1号次级线圈NC-1、2号次级线圈NC-2和3号次级线圈NC-3；第二单相变压器T2包括：2号初级线圈N2、4号次级线圈NC-4、5号次级线圈NC-5和6号次级线圈NC-6；第三单相变压器T3包括：3号初级线圈N3、7号次级线圈NC-7、8号次级线圈NC-8和9号次级线圈NC-9；

所述的三相平衡装置SPZ，其交流输出部分包括：U端U、V端V、W端W和中性线的N′端N′；N′端N′位于中性线上；

A端A，1号初级线圈N1的同名端、异名端，中性线顺序串联连接；

B端B，2号初级线圈N2的同名端、异名端，中性线顺序串联连接；

C端C，3号初级线圈N3的同名端、异名端，中性线顺序串联连接；

U端U，1号次级线圈NC-1的同名端、异名端，5号次级线圈NC-5的异名端、同名端，8号次级线圈NC-8的异名端、同名端，N′端N′顺序串联连接；

V端V，4号次级线圈NC-4的同名端、异名端，9号次级线圈NC-9的异名端、同名端，3号次级线圈NC-3的异名端、同名端，N′端N′顺序串联连接；

W端W，7号次级线圈NC-7的同名端、异名端，2号次级线圈NC-2的异名端、同名端，6号次级线圈NC-6的异名端、同名端，N′端N′顺序串联连接；

在三只单相变压器中，所有的初级线圈匝数相同，所有的次级线圈匝数相同，所有的铁心相同。

上面，对本发明的技术方案作了总体的描述；以下，对总体技术方案作详细的说明和解释。

对于上面的总体描述，可以结合图1、图2、图3、图4和图6进行理解。图1是本发明稳压器的总体示意图；图2是本发明稳压器连接三相电源和连接负载的示意图；图3是现有技术稳压装置的电原理图之一；图4是图3稳压装置中使用的自动化控制电路的电原理图；图6是三相平衡装置的电原理图，线圈中有小黑点的一端为同名端，另一端为异名端。

为了把相关技术说明、解释透彻，分两个部分进行：第一部分是对现有技术的稳压装置WYZ进行说明和解释，第二部分是对本发明技术中的三相平衡装置SPZ进行说明和解释。

第一部分，关于现有技术的稳压装置WYZ，说明和解释如下。

结合图3和图4，开展说明。

图3是现有技术稳压装置的电原理图。

图4是稳压装置中使用的自动化控制电路的电原理图，其所涉及的均为普通的现有技术，也为本领域的技术人员所熟知；为了给专利文件的阅读者带来便利，发明人用了一定的篇幅对图4的电原理作了比较详细的说明和介绍，并作为附录、记载在本《说明书》的尾部。

图3中的标号为：A是A端；B是B端；BY-a是补偿变压器；BY-b是补偿变压器；BY-c是补偿变压器；C是C端；M是电机；N是N端；TY-a是调压器；TY-b是调压器；TY-c是调压器；VAN是相电压；VBN是相电压；VCN是相电压；VXN是输入电压；VYN是输入电压；VZN是输入电压；X是X端；Y是Y端；Z是Z端。

在图3中，现有技术的稳压装置，其主电路为三相电路，并且各相之间的主电路结构相同；三根相线线路的输入端分别为：X端、Y端和Z端，此外，还有标号为N的中性线。

现假设：Y相比X相滞后120°角度，Z相比Y相滞后120°角度。

从图3中还可以看出，在该现有技术稳压装置中，有三只补偿变压器和三只调压器。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(有时也称火线)和中性线(有时也称地线)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，调压器自动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3中未画出)；此外，在设计和制造该稳压装置时，自动部分和手动部分属于可供选择的方案，即稳压装置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。

在图3中，执行机构由减速机构及电机M组成，调压器的碳刷触头由电机M通过减速机构带动上下移动，并且，调压器的碳刷，是三相(或者讲是三路)同步进行的。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机转动：a.当输入电压升高或负载电流减小、使稳压装置输出电压偏高时，放大部分输出的信号使驱动电路控制电机反转，调压器的碳刷触头反向移动，稳压装置的输出电压降低，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、使稳压装置输出电压偏低时，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，稳压装置的输出电压升高，直至达到目标的稳压范围内。当稳压装置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3所示的稳压装置，仅仅是现有技术三相稳压装置的某一种。图5所示的是现有技术中又一种的三相稳压装置。

在图3、图5中，均具有两路碳刷进行电压调节，以输送合适的励磁电压至补偿变压器的原边(即补偿变压器的励磁线圈)；两路碳刷调节，既可以调节大小、又可以调节改变方向。在图3、图5中，调压器的上端与相线连接、下端与中性线连接；不同的是：在图3中，相线的连接点在补偿变压器之后，而图5中，相线的连接点在补偿变压器之前。

现有技术三相稳压装置，其主电路结构除了图3、图5所介绍的两路碳刷进行电压调节外，还有一种常见的是单路碳刷形式的电压调节。在单路形式的碳刷调节中，使用两根导线；第一根导线，其一端与调压器线圈的中点固定连接，其另一端与补偿变压器励磁线圈的一端连接；第二根导线，其一端通过碳刷与调压器线圈上下滑动、抵连接，其另一端与补偿变压器励磁线圈的另一端连接。依靠单路碳刷调节，同样可以实现：既可以励磁电压的调节大小、又可以改变调节励磁电压的方向。

由补偿变压器和调压器构成主结构，并且使用电机驱动碳刷进行调节的现有技术稳压装置WYZ，除了以上介绍的最常见的类型外，还有其它的类型，等等；由于篇幅关系，不再一一介绍。

第二部分，关于三相平衡装置SPZ，说明和解释如下。

以下的说明和解释，结合图6进行。图6是三相平衡装置的电原理图，线圈中有小黑点的一端为同名端，另一端为异名端。

图6中的标号说明：A是A端；B是B端；C是C端；FZ是负载；N′是N′端；N是N端；N1是1号初级线圈；N2是2号初级线圈；N3是3号初级线圈；NC-1是1号次级线圈；NC-2是2号次级线圈；NC-3是3号次级线圈；NC-4是4号次级线圈；NC-5是5号次级线圈；NC-6是6号次级线圈；NC-7是7号次级线圈；NC-8是8号次级线圈；NC-9是9号次级线圈；SPZ是三相平衡装置；T1是第一单相变压器；T2是第二单相变压器；T3是第三单相变压器；U是U端；V是V端；VAN是相电压；VBN是相电压；VCN是相电压；VUN′是输出电压；VVN′是输出电压；VWN′是输出电压；W是W端。

说明解释1。

第一单相变压器，第二单相变压器，第三单相变压器，该三个变压器，就自身而言是完全相同的。

说明解释2。

同名端和异名端，参见图6；图中，小黑点的线圈端为同名端，另一端为异名端。

在命名同名端、异名端时，或者在判断同名端、异名端时，可以将第一单相变压器T1作为一个独立的小系统进行分析，将第二单相变压器T2作为一个独立的小系统进行分析，将第三单相变压器T3也作为一个独立的小系统进行分析。

每一个单相变压器，其内部的电势按小黑点所在的端部保持一致；以第一单相变压器T1为例进行说明：1号初级线圈的同名端、1号次级线圈的同名端、2号次级线圈的同名端、3号次级线圈的同名端，该四个同名端在某一瞬间为高电势，等等。第二单相变压器T2和第三单相变压器T3在其它的不同瞬间，也可以进行类似的分析。

但是，如果在某一瞬间同时考察三个单相变压器，则有不同的情况：当第一单相变压器T1内的初级线圈的同名端、次级线圈的同名端为高电势时，第二、第三单相变压器内线圈的同名端并不为高电势。

第一单相变压器T1中各线圈同名端的电势，与交流输入的A端趋于保持同极性；第二单相变压器T1中各线圈同名端的电势，与交流输入的B端趋于保持同极性；第三单相变压器T3中各线圈同名端的电势，与交流输入的C端趋于保持同极性。

在理想的、不存在问题的情况下，交流输入的A端、B端、C端，每一端的交流电以正弦波发生大小和方向的变化；A端、B端、C端，它们的相位差各为120°角度。在实际的情况下，A端、B端、C端，它们的相位差可能是各为120°角度，也可能是在120°角度的基础上有所偏离。

说明解释3。

在本发明中，N端和N′端位于同一根中性线上；从理论上讲，中性线视为无电阻存在，N端和N′端的电位相同；从实际上讲，中性线的粗细足以承载流过的电流，N端和N′端的电位非常接近，其电位差忽略不计，两者的电位视为相同。

说明解释4。

关于交流输出的VUN′电压、VVN′电压、VWN′的电压。

VUN′输出电压由三个电压叠加而成，其分别是：1号次级线圈NC-1的感应电压(正向叠加)，5号次级线圈NC-5的感应电压(反向叠加)，8号次级线圈NC-8的感应电压(反向叠加)。

1号次级线圈NC-1的感应电压，其方向及大小与VAN电压的方向及大小相关；5号次级线圈NC-5的感应电压，其方向及大小与VBN电压的方向及大小相关；8号次级线圈NC-8的感应电压，其方向及大小与VCN电压的方向及大小相关。

从以上的分析可知：VUN′输出电压，暗含了VAN、VBN、VCN三个输入电压方向及大小的因素。

观察图6可知，与上述情况类似，VVN′输出电压是由其它的三个电压叠加而成；VWN′输出电压是由另外的三个电压叠加而成。从而可以得出结论：不论是VUN′输出电压、还是VVN′输出电压、或者是VWN′输出电压，均暗含了VAN电压、VBN电压、VCN电压的方向及大小因素。

本发明装置的目的和效果是：如果VAN、VBN、VCN三个输入电压不平衡，经本发明装置的作用后，VUN′、VVN′、VWN′输出电压趋向平衡。

以上在定性的层面上，粗略地对本发明进行了说明和解释。在后面的实施例中，还有更详尽的说明和解释。

进一步的技术方案1。

所述的单相变压器，在初级线圈施加220V、50Hz、正弦波交流电的时候，其次级线圈输出的交流电为109V～112V。

说明和解释如下。

在本技术方案中，三只单相变压器相同；所有的单相变压器理想技术指标是：当变压器初级线圈施加220V(50Hz、正弦波)时，其三个次级线圈的输出电压为交流110V；如果初级线圈输入220V、三个次级线圈输出110V，则本发明装置的三个输出端U、V、W的相电压，不仅明显解决三相不平衡的问题，并且三个输出端的相电压大小均能紧密围绕220V的电压值。

次级线圈输出的交流电为109V～112V，是允许的误差电压范围；还是以次级线圈输出为110V最佳。

还有，需要对理想状态和非理想的实际情况进行分析、说明。

在理想状态下，三相电的相位各差120°角度，线电压均为380V，相电压均为220V；如果三个单相变压器设置为输入220V、输出110V，则当三相平衡装置的输入端接入理想的三相电时，其输出端也为理想的三相电、或者与理想的三相电逼近。

在不理想的实际情况下，稳压装置输出的三相电，其每一相电压在220V附近、并各有高低；如果三个单相变压器设置为输入220V、输出110V，则当三相平衡装置的输入端接稳压装置输出端时，三相平衡装置的输出电压不仅高低明显缩小，并且还向220V电压值靠拢，其中的道理在阅读了实施例后，可以更加清楚。

进一步的技术方案2。

所述的单相变压器，其初级线圈施加的交流电压与次级线圈输出的交流电压之比为100∶49.5～50.5。

说明和解释如下。

大多数的情况下，三相电的额定相电压(或者称：标称相电压)为交流220V，如上面进一步的技术方案1所介绍的情况；但是，也有一些情况，所需要的三相电，其相电压不是220V；比如，某一大功率电机，其驱动电源为三相电，为了人身安全，相电压为24V，在此种情况下，可采用本进一步的技术方案。

继续以上述情况为例，本发明装置中的三个单相变压器相同，所有单相变压器的理想技术指标是：当变压器初级线圈施加24V时，其三个次级线圈的输出电压为交流12V；如果初级线圈输入24V、三个次级线圈输出12V，则本发明装置的三个输出端U、V、W的相电压，不仅明显解决三相不平衡的问题，并且三个输出端的相电压大小均能紧密围绕24V的电压值。

本技术方案中，初级线圈施加的交流电压与次级线圈输出的交流电压之比为100∶49.5～50.5，该比值为允许的数值，最好还是能够实现100∶50。

以上举例说明的是：相电压为24V的情况；如果相电压为其他电压大小的情况，也可以用本发明装置解决三相不平衡的问题，运用本专利文件阐明的相关原理，阅读者可以方便地自行推演。

实施例一

设计、制造的三只单相变压器完全相同；并且，每一只单相变压器中，三个次级线圈的匝数完全相同。

在单相变压器制造完成后，当初级线圈施加220V交流电压时，三个次级线圈均输出110V交流感应电压。显然，初级线圈的电压，次级线圈的电压，它们的电压比为1∶0.5。为了实现电压比为1∶0.5的技术效果，将初级线圈的匝数和次级线圈的匝数之比确定为1∶0.5+X。

上述X为附加系数，如果在设计制造中，没有考虑此附加的X，则制造出来的单相变压器，在初级线圈施加220V交流电压时、次级线圈的输出电压不足110V。

在交流电为正弦波、50Hz的条件下，一个单相变压器，其输入的初级线圈施加交流220V，其三个次级线圈均输出的110V交流电，并且三个次级线圈输出的电流大小视为相等。

具体的详细设计、制造，则对现有技术而言，是极为轻而易举的事情，不存在任何难题。

实施例二

设计、制造完全相同的三只单相变压器；即在图6中，标号为T1、T2和T3的三只变压器完全相同。每一个单相变压器具有如下技术参数：初级线圈施加220V交流电压时，三个次级线圈均输出110V交流感应电压，即初级电压和次级电压之比为1∶0.5。

按图6所示的电原理图接线；当A端、B端、C端输入不平衡的三相电时，U端、V端、W端输出较为平衡的三相电。详细说明、解释如下。

说明、解释一。

现有技术的稳压装置，在输出端获得电压信号，根据该电压信号得知输出电压的高低，并根据输出电压的或偏高、或正常、或偏低等不同情况，控制电路命令电机M转动，使得输出电压或降低、或保持、或升高，从而使稳压装置的输出电压始终维持在正常范围之内。然而，现有技术的稳压装置所获取的电压信号，往往是三路相电压中的一路，比如，从图3中VAN电压(A和N之间的相电压)处获得；如果三相不平衡，则VAN电压、VBN电压、VCN电压可能各不相同。

假设：VAN电压(A和N之间的相电压)为220V；VBN电压(B和N之间的相电压)为214V；VCN电压(C和N之间的相电压)为226V。

上述三电压为不平衡，它们的电压向量图参见图7；图7也是三个单相变压器初级线圈所接入的电压向量图。图7中，以逆时针旋转方向为顺序。

图8是三个变压器次级线圈的电压向量图，对此，有以下的a、b、c、d说明和解释：

a.图8中，标号为VT1C的是第一单相变压器次级线圈的电压向量，由于1号次级线圈、2号次级线圈和3号次级线圈的电压向量相同，所以用标号为VT1C的电压向量来一并代表三者。

b.图8中，标号为VT2C的是第二单相变压器次级线圈的电压向量，由于4号次级线圈、5号次级线圈和6号次级线圈的电压向量相同，所以用标号为VT2C的电压向量来一并代表三者。

c.图8中，标号为VT3C的是第三单相变压器次级线圈的电压向量，由于7号次级线圈、8号次级线圈和9号次级线圈电压向量相同，所以用标号为VT3C的电压向量来一并代表三者。

d.图8的向量图形相当于用图7的向量图形按50％缩小绘制，即图8中的向量幅值为图7中向量幅值的一半，其原因在于：初级电压和次级电压之比为1∶0.5。

说明、解释二。

输出电压VUN′(U和N′之间的相电压)可以用作图法求得，见图9；图中，VT2C作了180°角度的旋转、VT3C也作了180°角度的旋转；旋转180°角度的原因是：图6中，5号次级线圈和8号次级线圈以反相(同名端、异名端顺序颠倒)状态进行串联。由作图法可求得VUN′为220V，角度为1°。

输出电压VVN′(V和N′之间的相电压)也可以用作图法求得，见图10。图10中，VT3C作了180°角度的旋转、VT1C同样作了180°角度旋转；旋转180°角度的原因是：图6中，9号次级线圈和3号次级线圈以反相(同名端、异名端顺序颠倒)状态进行串联。由作图法可求得VVN′为218.52V，角度119°。

输出电压VWN′(W和N′之间的相电压)同样可以用作图法求得，见图11。图11中，VT1C作了180°角度的旋转、VT2C作了180°角度旋转。旋转180°角度的原因是：图6中，2号次级线圈和6号次级线圈以反相(同名端、异名端顺序颠倒)状态进行串联。由作图法可求得VWN′为221.52V，其角度为239°。

将电压向量VUN′、VVN′和VWN′集中绘制于图12中。VUN′为220V，角度1°；VVN′为218.52V，角度119°；VWN′为221.52V，角度239°。

说明、解释三。

三相平衡装置的输入电压：VAN为220V；VBN为214V；VCN为226V；则平均不平衡电压差为6V，最大不平衡电压差为为12V。

三相平衡装置的输出电压：VUN′为220V，VVN′为218.52V，VWN′为221.52V；则平均不平衡电压差为1.5V，最大不平衡电压差为3V。

由此可见，不平衡的三相输入电压，经本发明中三相平衡装置的作用后，输出了较为平衡的三相输出电压。

实施例三

结合图1进行说明。

某公司，在正常生产现有技术的稳压装置。该稳压装置内部配备有自动化控制电路；控制电路从稳压装置的输出A端N端得知稳压装置输出电压VAN的高低；当电压VAN偏低时，命令电机M正转、提高电压，从而使VAN达到正常值的范围；当电压为正常值时，电机M不动，从而使VAN继续维持正常值的范围；当电压VAN偏高时，命令电机M反转、降低电压，从而使VAN保持在正常值的范围。

但是，上述稳压装置输出的电压，由于三相电源电压不平衡，导致稳压装置输出的电压不平衡，即电压VAN(A、N之间的相电压)、电压VBN(B、N之间的相电压)、电压VCN(C、N之间的相电压)大小不同。为了降低稳压装置输出电压的不平衡，在现有稳压装置的输出部分添加了三相平衡装置。如此，稳压装置的输入部分与三相电源电连接，稳压装置的输出部分与三相平衡装置的输入部分电连接，三相平衡装置的输出部分与负载电连接；并且控制电路保持原来的取样电路不变，也就是讲：依然保持从稳压装置的输出A端和N端得知稳压装置输出电压VAN的高低；此外，所有的控制电路不变、控制方式不变。

现有技术的稳压装置，在加装了三相平衡装置后，即可形成本发明的三相稳压器。

以上的介绍可以结合图1进行理解。发明的三相稳压器，它的U、V、W和N′各端与负载的相关接线端电连接，如此，施加到负载上的三相电压，其不平衡性就明显降低。

实施例四

以下通过一虚拟的情景，说明本发明的技术方案。

本实施例中，2015年，有一仪器厂家大规模生产精密仪器，精密仪器耗电为30KVA。

该精密仪器配套现有技术的稳压装置，即现有技术稳压装置的输入部分接三相四线制交流电源、输出部分接作为负载的精密仪器。

交流电源的额定(标称)线电压为380V，额定(标称)相电压为220V；但现场的实际交流供电电源严重偏离额定值。

使用了现有技术的稳压装置后，三相电压明显改善，其电压值大幅度向额定值靠拢，精密仪器大部分时间工作正常，但有时还出现问题；后经查：是由三相电不平衡造成的；为此，仪器厂家向稳压装置生产厂家专门定制了电源设备。

稳压装置生产厂家从2016年开始提供本发明的稳压器；精密仪器使用了发明稳压器后工作稳定的处于正常状态。

下面说明，如何配置本发明中的三相平衡装置。

三相平衡装置输出功率为30KVA；三相平衡装置输出相电压为交流220V；三相平衡装置输出电流为三路(U、V、W)，每一路电流＝30KVA÷3÷220V＝45.5A。

共使用三只相同的单相变压器。

在每只变压器中：初级线圈为一个、初级线圈电压220V，次级线圈共三个，次级线圈电压110V；每个次级线圈的电流为45.5A。

每只单相变压器的输出功率＝3×45.5A×110V＝1500VA＝15KVA，式中的3，其对应的是每只单相变压器中有3路次级线圈输出。

以上是理论层面的初步估算。以下，在理论估算的基础上，进行实际的工程设计、计算和调整。

变压器的功率＝15KVA×110％＝16.5KVA；前面的110％中含有10％的余量，该余量是考虑到涡流损耗、励磁电流损耗、铜线损耗，等等；属于变压器技术领域常规的设计、计算所使用的措施。

按1.65KVA功率，查找有关数据表，选择、确定合适的矽钢片型号、规格、牌号等。上述“有关数据表”，在众多的变压器技术书籍和手册中为常见。

初级线圈的电流＝16.5KVA÷220V＝75A，并可由此确定初级线圈的铜线直径。初级线圈的匝数要和铁心(矽钢片)的情况配套考虑。铁心(矽钢片)的情况，除了要考虑矽钢片的型号、规格、牌号等，还要考虑矽钢片的叠厚，即：还要考虑铁心的截面积。

初级线圈的匝数确定后，就可以确定次级线圈的匝数。每一个次级线圈的匝数＝初级线圈的匝数×110V÷220V×K；K的取值一般为1.05～1.10，该值先暂定，以后经试样、检测后再最终确定。K值不可以取1，如果K值取1的话，则在工作状态时，次级线圈的电压肯定低于110V。

当试样的单相变压器制造出来后，可以接入电源和负载进行检测。

通过检测，可以得知K值是否合适，同时，对其他的参数进行检测、验证，并在下一轮的修改设计中一并予以调整。

经过二、三轮，或更多轮的试样、修改，单相变压器的全部技术设计参数可以最终确定下来，然后就可以进行大批量的生产，并组装生产全套的发明装置。

以上介绍可结合图1和图2进行理解。

附录：

图4是稳压装置中使用的自动化控制电路的电原理图，其所涉及的均为普通的现有技术，也为本领域的技术人员所熟知；为了给专利文件的阅读者带来便利，发明人在本附录部分用了一定的篇幅、对图4的电原理作了比较详细的说明和介绍，详见如下。

图4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。

在图4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3中稳压装置输出的A端和N端(此两端电压约为220V)。图4中，右侧的TR6变压器是信号采样变压器，它采集稳压装置输出端的电压信号，其输入端接在图3中稳压装置输出的A端和N端(此两端电压约为220V)。图4的电原理图，计有上面、中间、下面三个部分。

图4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，会通过电阻的反馈对输入端的电压数值产生影响。

图4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，这样稳压装置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4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)，调压器的三个碳刷也不滑动。

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J11-2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4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，带动三相调压器的三个碳刷向上移动，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，带动三相调压器的三个碳刷向下移动，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。

Claims (3)

1.一种三相稳压器，包括稳压装置(WYZ)；所述的稳压装置(WYZ)包括：自动化控制电路，补偿变压器(BY-a)，使用电机(M)驱动和使用碳刷接触连接的调压器(TY-a)；稳压装置(WYZ)的输入部分与三相四线制的供电电源(DY)连接；所述的四线为三根相线和一根中性线；

其特征是：包括三相平衡装置(SPZ)；所述的三相平衡装置(SPZ)包括：三相四线制的输入部分，第一单相变压器(T1)，第二单相变压器(T2)，第三单相变压器(T3)，三相四线制的交流输出部分；

稳压装置(WYZ)的输出部分和三相平衡装置(SPZ)的输入部分共用三个连接端，共用的三个连接端分别是：A端(A)、B端(B)和C端(C)；换言之，稳压装置(WYZ)通过A端(A)、B端(B)、C端(C)和中性线向三相平衡装置(SPZ)输出交流电，三相平衡装置(SPZ)通过A端(A)、B端(B)、C端(C)和中性线从稳压装置(WYZ)输入交流电；

第一单相变压器(T1)包括：1号初级线圈(N1)、1号次级线圈(NC-1)、2号次级线圈(NC-2)和3号次级线圈(NC-3)；第二单相变压器(T2)包括：2号初级线圈(N2)、4号次级线圈(NC-4)、5号次级线圈(NC-5)和6号次级线圈(NC-6)；第三单相变压器(T3)包括：3号初级线圈(N3)、7号次级线圈(NC-7)、8号次级线圈(NC-8)和9号次级线圈(NC-9)；

所述的三相平衡装置(SPZ)，其交流输出部分包括：U端(U)、V端(V)、W端(W)和中性线的N′端(N′)；N′端(N′)位于中性线上；

A端(A)，1号初级线圈(N1)的同名端、异名端，中性线顺序串联连接；

B端(B)，2号初级线圈(N2)的同名端、异名端，中性线顺序串联连接；

C端(C)，3号初级线圈(N3)的同名端、异名端，中性线顺序串联连接；

U端(U)，1号次级线圈(NC-1)的同名端、异名端，5号次级线圈(NC-5)的异名端、同名端，8号次级线圈(NC-8)的异名端、同名端，N′端(N′)顺序串联连接；

V端(V)，4号次级线圈(NC-4)的同名端、异名端，9号次级线圈(NC-9)的异名端、同名端，3号次级线圈(NC-3)的异名端、同名端，N′端(N′)顺序串联连接；

W端(W)，7号次级线圈(NC-7)的同名端、异名端，2号次级线圈(NC-2)的异名端、同名端，6号次级线圈(NC-6)的异名端、同名端，N′端(N′)顺序串联连接；

在三只单相变压器中，所有的初级线圈匝数相同，所有的次级线圈匝数相同，所有的铁心相同。

2.根据权利要求1所述的一种三相稳压器，其特征是：所述的单相变压器，在初级线圈施加220V、50Hz、正弦波交流电的时候，其次级线圈输出的交流电为109V～112V。

3.根据权利要求1所述的一种三相稳压器，其特征是：所述的单相变压器，其初级线圈施加的交流电压与次级线圈输出的交流电压之比为100∶49.5～50.5。

Images