CN1056589A

CN1056589A - 电子切换式自动交流稳压装置

Info

Publication number: CN1056589A
Application number: CN 90102786
Authority: CN
Inventors: 杨亿欣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1991-11-27

Abstract

本发明公开了一种非接触式工频低压交流自动调整电压装置，对于保证电子仪器，设备的正常工作它完全可以充当交流稳压器。本发明的电子切换式自动交流稳压装置由自耦变压器，电子开关，控制电路组成。电子开关为双向可控硅组，控制电路由电压检测/转换，采样/锁存和选择/驱动部分组成。本发明控制电路简单，成本低，体积小，响应快(5-15毫秒)，效率高(满载时97-99％)，稳压范围宽 (160-270V)，轻便，波形失真小，无自身干扰，极适宜用在中小功率范围内作为稳压器使用。

Description

本发明涉及一种非接触式工频低压交流自动调整电压装置，对于保证电子仪器设备的正常工作它完全可以充当交流稳压器。

市售的交流稳压装置，历史久远，种类繁多，诸如电子式，磁饱和式，全自动和串联补偿式等。采用磁放大的电子交流稳压器耗费大量硅钢片和铜材，成本高，体积大，苯重，但响应快，精度高;磁饱和稳压器同样不能造的很轻巧，且波形失真，效率略低;全自动稳压器用伺服电机带动调压器进行调压，虽然它具有体积小，轻便，效率高等优点，但是响应慢，故障率高，机械动作时发出噪声并产生较大干扰，串联补偿式稳压器是用继电器接通补偿变压器初级线圈以不同抽头使串接在电源与负载之间的次级产生不同的补偿电压，它具有以上三种电源的许多优点，但由于采用继电器作为开关，会使补偿电压在变换时瞬间中断，使输出波形失真产生干扰，故障率高，寿命短。针对后者存在的问题，中国专利CN86108115公开了《一种开关电压补偿式自动交流调压装置》，它用双向可控硅代替继电器解决了一些问题，但随之带来了控制电路复杂，成本高等缺欠，不利于将其作为稳压装置用在10KVA容量的中小功率场合。

本发明的目的是设计出高性能，低能耗，低成本的稳压装置，集中前述各种稳压器的绝大部分优点，使之更适合中小功率场合作为稳压使用的交流稳压装置。

本发明主要是以串联补偿式稳压器的原理为参考，它由变压器，电子开关及控制电路三部分组成，采用自耦变压器代替补偿变压器，自耦变压器有多个抽头，每个抽头通过一个电子开关与电源输入连接。控制电路导通不同抽头的一个电子开关执行输入，输出直通或升压，降压等功能实现对输出电压的调整。作为电子开关的双向可控硅组的所有阴极连在一起并与本装置的输入端之一及控制电路电源的正极相连，这种连接方式可对可控硅进行直接触发，不需任何隔离元件，控制电路对输入检测然后进行10毫秒一次的采样/锁存，再由链式选择/驱动部分选通一个可控硅，整个控制电路十分简单且响应速度极快。

本发明的基本原理参照图1阐述如下：

图1中Z为自耦变压器，Kn为一组开关，输入端B直接与输出端D相连，同时还与自耦变压器Z的S端相连，输入端通过K开关组分别连接在Z的M，N，O，P，Q，R抽头上，输出端C与Z的O端相连。当输入电压在所规定的稳压精度范围内时，K4接通，即AC两端直通;当输入电压低于稳压精度范围时，K3，K2，K1其中一个接通，使Z的输入线圈匝数小于输出线圈匝数。它变成升压自耦变压器，其中K1接通使输出升压值最大，K2次之，K3再次;当输入电压高于稳压精度范围时，K5，K6其中一个接通，使Z的输入线圈匝数大于输出线圈匝数，它变成降压自耦变压器，其中K6接通使输出降压值最大，K5次之。依上述原理，当输入电压在很大范围内变化时，接通不同的开关可以把输出电压控制在很好的精度范围内。

本发明对6个电子开关的稳压装置实施的线路见图2，它是由自耦变压器，电子开关组及控制电路三个主要部分构成。电子开关由双向可控硅及与其并联的阻容滤波元件组成，工作时只有一个电子开关导通，其余部关断，当导通状态变换到不同的电子开关上时，切换在电网周波过零点处进行，关断与导通是同时进行的。此种切换可防止自耦变压器的两抽头发生瞬时短路，从而清除了很大的短路电流可能使输出波形产生的严重失真，甚至可控硅的烧毁。此外，该切换方式使调整前后的输出波形按正弦曲线在过零处平滑衔接，只是在幅度上有所改变，无切换干扰，波形失真及断周现象。触发可控硅采用直流电压，保证其两端的电压波形不变。

控制电路由电压检测/转换，采样/锁存和选择/驱动三个部分组成（见图2，图3）。图3为其核心电路接线图。电压检测/转换部分主要由5个电压比较器组成，它把输入电压分为六个范围进行模数转换;采样/锁存部分是由5个锁存器组成，它在每个过零点处把比较器组的输出状态锁存，同时更新了其输出数据。这相当于对输入电压每10毫秒采样一次;选择/驱动部分由6个异或非门组成，它们的输入端采用链式连接，输出分别连在可控硅的触发极上，每个异或非门对应一个输出电压范围。当输入电压在检测，转换电路的其中一个范围内时，与之对应的异或非门的两端输入电平不同，其输出为低电平，其它异或非门都因两输入端电平相同，它们的输出都为高电平，故仅只对应的一个可控硅导通。

本发明的特点还在于，自耦变压器是多抽头的，它的多个输入抽头中，有一个也是输出抽头。自耦变压器具有升降电压及负载电流自适应两种功能，最大调整电压可达50伏。控制电路对输入电压进行检测，依此决定调整电压的大小，这种根据输入电压进行调整的方式，自耦变压器可适应不同负载情况，空满载输出电压偏差小于0.5%，基本上可按着普通理论设计自耦变压器。

自耦变压器的容量不大于整个装置输出容量的1/4，计算其最大容量如下：

设△μ为输入电压最大波动率，

则

自耦变压器的容量为：

△Pm＝P_AB-P_CD＝I_mlU_AB-ImoU_CD

＝Imo｜U_AB-U_CD｜＝Imo·U_CD·△μ

＝P_mo△μ

其中I_ml为装置最大输入电流，Imo为装置最大输出电流，Pom为装置最大输出电压，△Pm为自耦变压器最大输出功率（容量）。

计算表明，自耦变压器最大容量接近最大输出功率与输入电压最大波动率的乘积。

若△μ＝25%，自耦变压器的最大容量即为：

△Pm＝Pom×25%＝1/4Pom，即仅为整个装置最大输出容量的四分之一。

本发明的显著特点是自耦变压器有多个抽头，每个抽头通过一个电子开关与电源输入端连接，且这多个输入抽头中有一个也是输出抽头。作为电子开关的双向可控硅组，它的阴极连结在一起并与电源输入端以及控制电路的电源正极相连接，阴极分别接在自耦变压器的不同输入抽头上，控制电路对输入电压进行检测在过零点处进行锁存，选择是由一组异或非门逻辑关系的电路组成（见图3）。所述的电子开关双向可控硅与控制电路的驱动部分直接连接，无隔离元件，其触发信号采用直流电。控制电路导通多个电子开关中适当的输入，输出，直通的一个，自耦变压器随之执行升压，降压功能，实现对输出电压的调整。

本发明电子切换式自动交流稳压装置继承了现有各类交流稳压器的绝大部分优点，又克服了它们的不足之处。本发明的稳压装置控制电路简单，成本低，体积小是突出的几个优点，与现有交流稳压电源相比，它具有响应快（5-15毫秒），效率高（满载时97-99%），稳压范围宽（160-270v），体积小，轻便，波形失真小，无自身干扰等许多优点。极宜用在中，小功率范围内作稳压器使用。

本发明还可作成三相稳压装置，采用三相自耦变压器，其输入以星形接线，用三套控制电路检测三相电压，然后导通三组电子开关调整三个火线电压。此外，本发明亦可制成大功率交流调压装置，但要选用一组大电流可控硅，这样会使成本增加，因此它最适合在中小功率范围内使用。

Claims

1、一种电子切换式自动交流稳压装置由变压器，电子开关及控制电路三个部分组成，其特征是变压器为自耦变压器，电子开关为双向可控硅组，控制电路由电压检测/转换，采样/锁存和选择/驱动部分组成。

2、根据权利要求1所述的交流稳压装置，其特征是自耦变压器有多个抽头，每个抽头通过一个电子开关与电源输入端连接。

3、根据权利要求1，2所述的交流稳压装置，其特征是自耦变压器的多个输入抽头中，有一个也是输出抽头。

4、根据权利要求1所述的交流稳压装置，其特征是作为电子开关的双向可控硅组，它们的阴极连结在一起并与电源输入端以及控制电路的电源正极相连接，阴极分别接在自耦变压器的不同输入抽头上。

5、根据权利要求1所述的交流稳压装置，其特征是控制电路对输入电压进行检测，在过零点处进行锁存，选择是由一组异或非门逻辑开关电路组成。

6、根据权利要求1，4所述的交流稳压装置，其特征是所述的电子开关一双向可控硅与控制电路的驱动部分直接连接，无隔离元件，其触发信号采用直流电。

7、根据权利要求1所述的交流稳压装置，其特征是控制电路导通多个电子开关中的适当的输入，输出直通的一个，自耦变压器随之执行升压，降压功能实现对输出电压的调整。