CN106100355A - 数字化交流电压调节装置以及由其组成的补偿式调压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字化交流电压调节装置，该装置由变压器T、开关组K₀和开关组K₁组成，所述变压器T的原边绕组接输入电压U_i，副边绕组的个数与开关组K₀内所包含的开关的个数、开关组K₁内所包含的开关的个数一致；第一个副边绕组与开关组K₀的第一个开关、开关组K₁的第一个开关串联并组成串联回路，依次类推，两相邻的串联回路之间串联，第一个串联回路的引出线和第N个串联回路的引出线共同作为该装置的电压输出端，输出电压U_o。本发明还公开了一种由数字化交流电压调节装置组成的补偿式调压装置。本发明采用多副边绕组变压器即变压器T，实现原边绕组与副边绕组彻底的电隔离、负载能力大幅度提高、自损耗大大降低；实现了2^N个补偿调压档位和2^N+1个调压档位。

Description

数字化交流电压调节装置以及由其组成的补偿式调压装置

技术领域

本发明涉及交流调压、稳压技术领域，尤其是一种数字化交流电压调节装置以及由其组成的补偿式调压装置。

背景技术

交流调压器可分为电机型、变压器型和电力电子器件型三大类，在变压器型调压器中，自耦调压器、补偿式自耦调压器的应用最为广泛。

自耦调压器的原理如图1所示，由碳刷进行接触式滑动，改变输入线圈对输出线圈的匝数比，可使输出电压连续平滑可调。然而，自耦调压器具有原边与副边非电隔离、响应速度慢、负载能力低、自损耗大、使用寿命短等缺点。

补偿式自耦调压器如图2所示，在负载和电源之间串联一个变压器，提供一个补偿电压△U。该变压器的初级绕组由自耦调压器供电，次级绕组串接在负载与电源之间，通过电刷的滑动改变串联变压器原边绕组电压的大小和极性，从而改变补偿电压△U的大小和极性，达到调压的目的。与自耦调压器相比，补偿式自耦调压器负载能力虽然大幅度提高，但是，由于自耦变压器的存在，原边与副边非电隔离、响应速度慢、自损耗大、工作寿命短等缺点依然存在。无触点补偿式自耦调压器如图3所示，与图2所示的区别在于将接触滑动式调节改为无触点开关有级式调节，其优点在于提高了调节的快速性、延长了使用寿命，然而，由于仍然采用自耦变压器，原边与副边非电隔离、自损耗大等缺点依然存在，同时还出现了一个突出的缺点，即由于调节档位有限，调节精度低。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种能够实现原边与副边彻底的电隔离、负载能力大幅度提高、自损耗大大降低，响应速度快、工作寿命长的数字化交流电压调节装置。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种数字化交流电压调节装置，该装置由变压器T、开关组K₀和开关组K₁组成，所述变压器T的原边绕组接输入电压U_i，所述变压器T具有N个副边绕组，副边绕组的个数与开关组K₀内所包含的开关的个数、开关组K₁内所包含的开关的个数一致；第一个副边绕组与开关组K₀的第一个开关、开关组K₁的第一个开关串联并组成串联回路，依次类推，第N个副边绕组与开关组K₀的第N个开关、开关组K₁的第N个开关串联并组成串联回路，两相邻的串联回路之间串联，第一个串联回路的引出线和第N个串联回路的引出线共同作为该装置的电压输出端，输出电压U_o。

假设输出电压的最小增量为u，各个副边绕组的输出电压为：

U_oi＝2^i-1u，i＝1，2，…，N

该装置输出电压的最小值为：

U_omin＝u

该装置输出电压的最大值为：

$U_{omax}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{2}^{i-1}u$

则该装置输出电压U_o的调节范围为U_omin～U_omax。

所述开关组K₀，K₀＝[K_0i，i＝1，2，…，N]和开关组K₁，K₁＝[K_1i，i＝1，2，…，N]之间

的关系为：即

表1

所述输出电压U_o和开关组K₀、开关组K₁之间的关系如上表表1所示。

本发明的另一目的在于提供一种补偿式调压装置，该装置包括如权利要求1至4中任一项所述的数字化交流电压调节装置、补偿变压器TB、第一组双刀开关和第二组双刀开关，所述第一组双刀开关由双刀开关KF1和双刀开关KF2组成，所述第二组双刀开关由双刀开关KZ1和双刀开关KZ2组成，所述数字化交流电压调节装置的输入端C端和输入端D端之间接输入电压U_in，输入端C端与补偿变压器TB的副边绕组的一端相连，补偿变压器TB的副边绕组的另一端B端和数字化交流电压调节装置的D端引出线N端共同作为该装置的电压输出端，输出电压U_out；数字化交流电压调节装置的其一输出端E端一方面通过双刀开关KF1接补偿变压器TB的原边绕组的一端F端，另一方面通过双刀开关KZ1接补偿变压器TB的原边绕组的一端G端，数字化交流电压调节装置的另一输出端H端一方面通过双刀开关KF2接补偿变压器TB的原边绕组的一端G端，另一方面通过双刀开关KZ2接补偿变压器TB的原边绕组的一端F端。

所述输出电压U_out＝U_in+△U，其中，△U为输入端C端、补偿变压器TB的副边绕组的B端之间的补偿电压，即补偿变压器TB的副边电压，其大小与原边电压成比例关系；补偿变压器TB原边电压的大小由数字化交流电压调节装置中的开关组K₀和开关组K₁的状态决定；补偿极性由第一组双刀开关和第二组双刀开关决定：当双刀开关KZ1、双刀开关KZ2闭合，双刀开关KF1、双刀开关KF2断开时，为正补偿，U_out>U_in；当双刀开关KZ1、KZ2断开，双刀开关KF1、KF2闭合时，为负补偿，U_out<U_in；当双刀开关KZ1、双刀开关KZ2闭合，双刀开关KF1、双刀开关KF2闭合时，为零补偿，U_out＝U_in。

由上述技术方案可知，本发明的优点在于：第一，本发明采用多副边绕组变压器即变压器T，实现原边绕组与副边绕组彻底的电隔离、负载能力大幅度提高、自损耗大大降低；第二，采用数字化切换控制，精度高、响应速度快；第三，可采用可控无触点开关，使工作寿命大幅度延长；第四，N个副边绕组的变压器T与开关组K₀、开关组K₁的组合，实现了2^N个补偿调压档位；第五，结合第一组双刀开关和第二组双刀开关的使用，实现了2^N+1个调压档位，即2^N个正补偿和2^N个负补偿调压档位。

附图说明

图1为接触滑动式自耦调压器的电路原理图；

图2为补偿式自耦交流调压器的电路原理图；

图3为无触点补偿式自耦交流调压器的电路原理图；

图4为本发明中数字化交流电压调节装置的电路原理图；

图5为本发明中补偿式调压装置的电路原理图。

具体实施方式

如图4所示，一种数字化交流电压调节装置，该装置由变压器T、开关组K₀和开关组K₁组成，所述变压器T的原边绕组接输入电压U_i，所述变压器T具有N个副边绕组，副边绕组的个数与开关组K₀内所包含的开关的个数、开关组K₁内所包含的开关的个数一致；第一个副边绕组与开关组K₀的第一个开关、开关组K₁的第一个开关串联并组成串联回路，依次类推，第N个副边绕组与开关组K₀的第N个开关、开关组K₁的第N个开关串联并组成串联回路，两相邻的串联回路之间串联，第一个串联回路的引出线和第N个串联回路的引出线共同作为该装置的电压输出端，输出电压U_o。

假设输出电压的最小增量为u，各个副边绕组的输出电压为：

U_oi＝2^i-1u，i＝1，2，…，N

该装置输出电压的最小值为：

U_omin＝u

该装置输出电压的最大值为：

$U_{omax}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{2}^{i-1}u$

则该装置输出电压U_o的调节范围为U_omin～U_omax。

所述开关组K₀，K₀＝[K_0i，i＝1，2，…，N]和开关组K₁，K₁＝[K_1i，i＝1，2，…，N]之间

的关系为：

即

表1

所述输出电压U_o和开关组K₀、开关组K₁之间的关系如上表表1所示。

如图5所示，一种补偿式调压装置，该装置包括数字化交流电压调节装置、补偿变压器TB、第一组双刀开关和第二组双刀开关，所述第一组双刀开关由双刀开关KF1和双刀开关KF2组成，所述第二组双刀开关由双刀开关KZ1和双刀开关KZ2组成，所述数字化交流电压调节装置的输入端C端和输入端D端之间接输入电压U_in，输入端C端与补偿变压器TB的副边绕组的一端相连，补偿变压器TB的副边绕组的另一端B端和数字化交流电压调节装置的D端引出线N端共同作为该装置的电压输出端，输出电压U_out；数字化交流电压调节装置的其一输出端E端一方面通过双刀开关KF1接补偿变压器TB的原边绕组的一端F端，另一方面通过双刀开关KZ1接补偿变压器TB的原边绕组的一端G端，数字化交流电压调节装置的另一输出端H端一方面通过双刀开关KF2接补偿变压器TB的原边绕组的一端G端，另一方面通过双刀开关KZ2接补偿变压器TB的原边绕组的一端F端。

所述输出电压U_out＝U_in+△U，其中，△U为输入端C端、补偿变压器TB的副边绕组的B端之间的补偿电压，即补偿变压器TB的副边电压，其大小与原边电压成比例关系；补偿变压器TB原边电压的大小由数字化交流电压调节装置中的开关组K₀和开关组K₁的状态决定；补偿极性由第一组双刀开关和第二组双刀开关决定：当双刀开关KZ1、双刀开关KZ2闭合，双刀开关KF1、双刀开关KF2断开时，为正补偿，U_out>U_in；当双刀开关KZ1、KZ2断开，双刀开关KF1、KF2闭合时，为负补偿，U_out<U_in；当双刀开关KZ1、双刀开关KZ2闭合，双刀开关KF1、双刀开关KF2闭合时，为零补偿，U_out＝U_in。

综上所述，本发明解决了自耦调压器存在的原边与副边非电隔离、负载能力低、自损耗大、响应速度慢、工作寿命短等技术问题；本发明采用多副边绕组变压器，实现原边与副边彻底的电隔离、负载能力大幅度提高、自损耗大大降低；可采用数字化切换控制，精度高、响应速度快；可采用可控无触点开关，使工作寿命大幅度延长；本发明采用N个副边绕组的变压器T与开关组K₀、开关组K₁的组合，实现了2^N个补偿调压档位；第五，结合第一组双刀开关和第二组双刀开关的使用，实现了2^N+1个调压档位，即2^N个正补偿和2^N个负补偿调压档位。

Claims (6)

1.一种数字化交流电压调节装置，其特征在于：该装置由变压器T、开关组K₀和开关组K₁组成，所述变压器T的原边绕组接输入电压U_i，所述变压器T具有N个副边绕组，副边绕组的个数与开关组K₀内所包含的开关的个数、开关组K₁内所包含的开关的个数一致；第一个副边绕组与开关组K₀的第一个开关、开关组K₁的第一个开关串联并组成串联回路，依次类推，第N个副边绕组与开关组K₀的第N个开关、开关组K₁的第N个开关串联并组成串联回路，两相邻的串联回路之间串联，第一个串联回路的引出线和第N个串联回路的引出线共同作为该装置的电压输出端，输出电压U_o。

2.根据权利要求1所述的数字化交流电压调节装置，其特征在于：假设输出电压的最小增量为u，各个副边绕组的输出电压为：

U_oi＝2^i-1u，i＝1，2，…，N

该装置输出电压的最小值为：

U_omin＝u

该装置输出电压的最大值为：

$U_{omax}=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{2}^{i-1}u$

则该装置输出电压U_o的调节范围为U_omin～U_omax。

3.根据权利要求1所述的数字化交流电压调节装置，其特征在于：所述开关组K₀，K₀＝[K_0i，i＝1，2，…，N]和开关组K₁，K₁＝[K_1i，i＝1，2，…，N]之间的关系为：

即i＝1，2，…，N。

4.根据权利要求1所述的数字化交流电压调节装置，其特征在于：

表1

所述输出电压U_o和开关组K₀、开关组K₁之间的关系如上表表1所示。

5.一种补偿式调压装置，其特征在于：该装置包括如权利要求1至4中任一项所述的数字化交流电压调节装置、补偿变压器TB、第一组双刀开关和第二组双刀开关，所述第一组双刀开关由双刀开关KF1和双刀开关KF2组成，所述第二组双刀开关由双刀开关KZ1和双刀开关KZ2组成，所述数字化交流电压调节装置的输入端C端和输入端D端之间接输入电压U_in，输入端C端与补偿变压器TB的副边绕组的一端相连，补偿变压器TB的副边绕组的另一端B端和数字化交流电压调节装置的D端引出线N端共同作为该装置的电压输出端，输出电压U_out；数字化交流电压调节装置的其一输出端E端一方面通过双刀开关KF1接补偿变压器TB的原边绕组的一端F端，另一方面通过双刀开关KZ1接补偿变压器TB的原边绕组的一端G端，数字化交流电压调节装置的另一输出端H端一方面通过双刀开关KF2接补偿变压器TB的原边绕组的一端G端，另一方面通过双刀开关KZ2接补偿变压器TB的原边绕组的一端F端。

6.根据权利要求5所述的补偿式调压装置，其特征在于：所述输出电压U_out＝U_in+△U，其中，△U为输入端C端、补偿变压器TB的副边绕组的B端之间的补偿电压，即补偿变压器TB的副边电压，其大小与原边电压成比例关系；补偿变压器TB原边电压的大小由数字化交流电压调节装置中的开关组K₀和开关组K₁的状态决定；补偿极性由第一组双刀开关和第二组双刀开关决定：当双刀开关KZ1、双刀开关KZ2闭合，双刀开关KF1、双刀开关KF2断开时，为正补偿，U_out>U_in；当双刀开关KZ1、KZ2断开，双刀开关KF1、KF2闭合时，为负补偿，U_out<U_in；当双刀开关KZ1、双刀开关KZ2闭合，双刀开关KF1、双刀开关KF2闭合时，为零补偿，U_out＝U_in。