CN106329945A - 阶跃型精密调压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阶跃型精密调压器，其是由工作原理一致的主、辅两个变压器及相应的控制电路构成，采用电气开关或无触点电子开关控制变压器原边的各个分接头，实现分级精细调压。变压器副边绕组匝数不变，原边由多组独立的绕组构成，各组绕组之间和绕组供电输入端前均接有控制开关，可根据负载需要进行无缝分级切换。原边各组绕组输入端均通过常开开关接至电网，使开关动作瞬间不会产生过高的超过电网的电压值，使运行更加安全。这样，根据需要合理设计变压器原、副边绕组匝数比与接线方式，能有效实现阶跃式升压、降压或稳压的精密调压功能。

Description

阶跃型精密调压器

技术领域

本发明涉及一种调压装置，特别是涉及一种阶跃型精密调压器的技术方案，属于调压与控制技术领域。

背景技术

调压器即匝数比连续可调的自耦变压器，当调压器电刷借助于手轮主轴和刷架的作用沿着线圈的磨光表面滑动时，就可以连续改变匝数比，从而使输出电压平滑地从零调节到最大值。而因为调压器电刷在转移、移动的过程中，与线圈接触面间会形成一层薄膜，产生一定的电压降和功率损耗，长时间运行会因接触点温升过高烧坏线圈表面和电刷触头，尤其对于大功率大电流的调压器而言，电刷在转移、移动的过程中，由于接触电流太大会发生打火现象，时间久了会烧毁线圈表面和电刷触头，因此大功率的调压器产品很难实现，也很难做到高效安全运行。

而本发明就是为解决上述接触调压器的难点，采用粗调、微调两个原理完全一致的多抽头变压器和合理的控制电路实现电压的安全、精密调节。其中变压器原边由多组线圈构成，线圈组数与各组匝数均可按需要设计，且各组线圈间都由开关连接，根据负载需要，有序控制开关动作，从而调节变压器原边线圈的匝数，即变比，进行电压的阶跃精密调节，并且可有效避免分级调压过程中的过电压、大电流。

发明内容

本发明是为解决接触调压器长时间运行接触压降增大，功率损耗随之增加，易引发线圈表面和电刷触头烧损，进而使大功率、大电流调压器难以实现这一实际问题而发明设计的。阶跃型精密调压器主要由主变压器，辅助变压器和相应的控制电路构成。其中主变压器实现电压的粗调，其原边由多组独立绕组构成，且各组绕组间均由开关连接，开关可以选择性能可靠、反应迅速的电气开关，也可以选择无触点的电子开关，例如：IGBT、可控硅、达林顿管等，副边线圈匝数固定，按需要合理设计各组变比，可实现电压的阶跃调节。辅助变压器即实现电压的微调，其工作原理与主变压器一致，可合理设计其变比，实现电压的精密调节。控制电路用于控制各变压器分接开关，根据负载情况，控制选择不同的变压比，并确保切换过程不断电。

该发明主变压器为自耦变压器，可按需要将其设计为降压或升压式，其原边的各组线圈匝数可以根据实际负载特性的需要来设计，副边线圈匝数固定。并且原边各组线圈之间均由常闭开关相连接，各组线圈输入端均通过常开开关与电网连接，使得调压切换过程不会出现高于电网的大电压和冲击电流，如此通过合理的控制各个开关的动作顺序，选择不同的变压器变比，可实现安全、合理的调压过程。

辅助变压器的工作原理与接线方式和主变压器一致，与主变压器配合使用，将二者原边并联，副边串联，控制电路根据负载需要控制主变压器选择合适的变比，将输出电压调节到某一合适的档位，然后再由控制电路控制辅助变压器进行电压的精密调节。

本发明的有益效果：

1.整个调压过程中没有断电，即各个电压等级可无缝切换；

2.采用粗调与微调两个多抽头变压器实现电压的任一等级的精密调节；

3.变压器各组线圈间的连接开关和各分接开关具有多种选择性，可选用工作寿命长，动作迅速的接触器、继电器等高可靠性的电气开关，也可以选用体积小、反应速度快的可控硅、IGBT、达林顿管等无触点电子开关；

4.调压器原边各组线圈间由开关连接，各组线圈输入侧通过常开开关与电网连接，可有效避免电压调节过程中的大电压和冲击电流的产生；

5.调压器原边相邻绕组的异名端相连，感应压降最低，使得调压过程更加安全，不易发生打火现象；

6.可有效降低调压器运行中的功率损耗；

7.在开关容量允许的条件下，该调压器的功率选择不受限制；

8.应用范围广，适用于所有的大功率调压或精密调压产品。

附图说明

图1为阶跃型精密调压器的原理图。

其中：C1为主变压器；C2为辅助变压器；N11、N12、N13、N1x、N1n为主变压器原边绕组；N210为主变压器的副边绕组；N21、N22、N2x、N2n为辅助变压器的原边绕组；N220为辅助变压器副边绕组；u_i为输入电压；u_oh为主变压器副边电压；u_og为辅助变压器副边电压；u₀为调压器总输出。

图2为主变压器原理图。

其中：u_i为输入电压；u₀为变压器副边电压；u_out为变压器总输出电压；N11、N12、N13、N14为变压器原边绕组；K1、K2、K3为常开开关；Kb1、Kb2、Kb3为常闭开关。

图3为多抽头变压器原理图。

其中：K1、K2、K3、K4为变压器原边绕组分接头；n1、n2、n3、n4为原边四组分抽头绕组；N2为副边绕组。

具体实施方式

下面将配合附图对本发明做详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

常规接触调压器长期运行，线圈表面和电刷触头磨损严重，接触压降会增加，接触点温升过高，易发生打火，而也正因为此，大功率、大电流的调压器更是难以实现，而本发明，阶跃型精密调压器就是为解决上述问题而发明设计的。该发明主要由主变压器、辅助变压器、控制电路构成。

主变压器C1如图1所示，为自耦变压器，原边由N11、N12、N13…N1n共n组相互独立的绕组串接而成，并且相邻绕组异名端相连，具有最低的感应电压差，可使调压过程更加安全可靠，避免打火。原边各绕组间由常闭开关连接，绕组输入端分别通过常开开关接至电网，如此便可避免调压过程中，由于开关频繁切换，造成过电压和冲击电流，而是限定开关电压不会超过电网电压值，如此即可实现调压器的安全可靠运行，同时在控制开关容量允许的前提下，也让大功率、大电流的调压器得以安全实现。

如图2所示为主变压器的一种结构示意图，原边绕组分为N11～N14四组，各绕组间分别由常闭开关Kb1～Kb3连接，K1～K3为常开开关，此处的开关类型不受限，可以是接触器等的高性能电气开关，也可以是可控硅、IGBT、达林顿管等的电子开关。根据实际需要，原边各绕组的匝数可任意设计，当变比选为N11/N20时，需由控制电路控制常闭开关Kb1断开，同时常开开关K1闭合，其他开关保持常态；当变比选为(N11+N12)/N20时，需要首先断开开关K1，Kb2，同时闭合开关K2和Kb1；接着当变比继续增大为(N11+N12+N13)/N20时，同理需要同时断开K2、Kb3，然后同时闭合K3、Kb1、Kb2；变比增至最大(N11+N12+N13+N14)/N20时，断开K3，同时闭合Kb1～Kb3。也就是说调压过程中，常开开关K1～K3为互锁，同一时刻最多只能有一个为闭合状态，其他均断开，且K1与Kb1，K2与Kb2，K3与Kb3均各为互锁关系，并确保每次切换时，先断开开关，再闭合相关开关，这样即可实现阶跃调压，而不会发生匝间短路。并且，根据变压器原理，总输出u_out＝u_l±u₀，当原副边同名端相连时，为升压变压器，原边匝数越多，升压越慢，即输出电压越低；当原副边异名端相连时，为降压变压器，原边匝数越多，输出电压越高。当然，如果能够保持原边线圈匝数与输入电压均等比例增加，可保证副边电压保持不变。

图1所示，C2为辅助变压器，N21～N2n为相互独立的原边绕组，N22为副边绕组，其原边与主变压器C1并联，副边与主变压器C1串联，且辅助变压器的变比大于主变压器，二者配合使用，可实现电压的分级精密调节。对于辅助变压器，其工作原理与主变压器完全一致，各分接开关的控制原理也相同，这里不再赘述。图1所示的阶跃型调压器的总输出为u₀＝u_l±u_oh±u_og。

实际应用中，可将图1中所示粗调的自耦主变压器C1通过开关控制选择升压调节或降压调节方式。例如所需电压高于市电，则需选择升压调节，即要把原边与副边绕组的同名端相连；反之，需要电压低于市电，选择降压调节方式，将原边与副边绕组的异名端相连即可实现。该发明的原边绕组的输入端均由常开开关连接到同一电源输入端，与图3所示的多抽头变压器接法相比，可有效避免合闸过程产生大电流、高电压而引发的放电现象。图3中K1～K4为变压器分接点，n1～n4为原边绕组，N2为副边绕组。

最后需要说明的是：上述仅为本发明的实施例，并非是对本发明的实施方式进行限定，凡是利用本发明说明书及附图内容，将本发明运用到其他相关技术领域的，均应涵盖在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种阶跃型精密调压器主要由主变压器、辅助变压器和控制电路构成，其中主变压器为原边由多组独立绕组构成的自耦变压器，辅助变压器原理与主变压器一致，控制电路用于根据负载需求控制主、辅变压器的分接开关，选择合适的变比，即输出电压等级，其特征在于：可通过主、辅两个变压器及控制开关安全地实现电压的阶跃式精密调节。

2.根据权利要求1所述的一种阶跃型精密调压器，其特征在于：所述主变压器为多抽头的自耦变压器，即可根据负载特性分为多个电压变比。

3.根据权利要求1所述的一种阶跃型精密调压器，其特征在于：所述主变压器原边各个独立的绕组间由常闭开关连接，且各绕组输入端均通过常开开关与电压输入端相连，可有效避免电压切换过程的高电压、大电流，从而在提高安全性的同时也降低了功耗。

4.根据权利要求1所述的一种阶跃型精密调压器，其特征在于：所述主变压器实现电压的粗调，辅助变压器实现电压的微调。

5.根据权利要求1所述的一种阶跃型精密调压器，其特征在于：所述辅助变压器的原边与主变压器原边并联，而其副边与主变压器副边串联，二者配合实现电压的精密调节。

6.根据权利要求1所述的一种阶跃型精密调压器，其特征在于：所述控制电路根据负载情况控制主、辅变压器的各个分接开关，从而选择合适的变比，实现各电压等级的精密调节。

7.根据权利要求1所述的一种阶跃型精密调压器，其特征在于：所述控制电路合理控制变压器各分接开关，可实现电压的无缝精密调节。

8.根据权利要求1所述的一种阶跃型精密调压器，其特征在于：所述主、辅变压器的开关可选择高性能、反应灵敏的如接触器、继电器这样的电气开关，也可选择如可控硅、IGBT、达林顿这样的无触点电子开关。

9.根据权利要求1所述的一种阶跃型精密调压器，其特征在于：所述主、辅变压器均可通过开关控制而自由选择电压调节方式，即升压或降压。

10.根据权利要求1所述的一种阶跃型精密调压器，其特征在于：所述主、辅变压器原边各相邻绕组间异名端相连，感应压降最低，调压过程更安全。