CN107123993B

CN107123993B - 切换电路

Info

Publication number: CN107123993B
Application number: CN201710571275.4A
Authority: CN
Inventors: 李阳
Original assignee: Dongguan Atewei Electrical Co ltd
Current assignee: Dongguan Atewei Electrical Co ltd
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2037-07-13
Also published as: CN107123993A

Abstract

本发明提供了一种切换电路，其与补偿变压器电性连接，包括：晶闸管开关和电阻；所述晶闸管开关和所述电阻串联后接入所述补偿变压器的输入端；所述电阻的阻值等于所述补偿变压器的最大负载阻值；所述晶闸管开关为全周期投切。该切换电路中的电阻可有效吸收变压器的反向电动势和能量，避免晶闸管被击穿。

Description

切换电路

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及切换电路。

背景技术

稳压器由于用电负载比较复杂，其中就包括了感性负载，稳压器中的半周期投切或随机投切等效负载电阻电路，在电流过零点投切的情况下，会出现负载电流半周期不平衡，变压器的直流成分导致变压器磁饱合，在晶闸管断开瞬间，稳压器中的补偿变压器及用电负载会有反向能量对晶闸管释放，由于感性负载在释放能量时电压是无限上升的，直到电压被箝位，然后通过电流释放掉。如果我们只是利用晶闸管自身来承受这个能量的话，当晶闸管达到最大雪崩能量时，就会导致永久性的雪崩击穿短路。但是，这个反向能量太大了，根据能量公式W＝1/2*L*I*I，大变压器电感动辄上1H，电流动辄上100A，能量算下来达到几千焦耳，而晶闸管的雪崩能量是按毫焦做单位的，相差太大。因此很容易导致晶闸管过流损坏。

发明内容

为克服现有技术中的问题，本发明提供了一种切换电路，在电压过零点把电阻投切进去，电阻的阻值等于变压器的最大负载阻值，可以使负载电流相互抵消，变压器无直流成分产生。由于电阻的阻值等于变压器的最大负载阻值，所以切换时变压器的反向电动势和能量被电阻有效的吸收，不会击穿晶闸管。

具体地，本发明提供了一种切换电路，其与补偿变压器电性连接，包括：晶闸管开关和电阻；所述晶闸管开关和所述电阻串联后接入所述补偿变压器的输入端；所述电阻的阻值等于所述补偿变压器的最大负载阻值；所述晶闸管开关为全周期投切。

作为上述技术方案的进一步改进，所述晶闸管开关的全周期投切由单片机控制完成。

作为上述技术方案的进一步改进，所述单片机为ARM单片机。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电阻为线绕大功率电阻。

作为上述技术方案的进一步改进，所述晶闸管开关为一个双向晶闸管或两个单向晶闸管组成双向。

作为上述技术方案的进一步改进，所述切换电路还与电压切换电路电性连接，所述电压切换电路用于调节所述补偿变压器的输入端电压。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电压切换电路为编码式无触点电压切换电路。

作为上述技术方案的进一步改进，所述编码式无触点电压切换电路由绕组和开关组成，所述绕组用于提供不同的交流电压输入，所述开关用于控制所述绕组是否接入所述补偿变压器的输入端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述绕组的个数为N时，所述开关的个数为2(N+2)。

作为上述技术方案的进一步改进，所述编码式无触点电压切换电路由单片机控制完成不同电压切换。

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，至少具有如下有益效果：

(1)在无触点稳压切换前的电压过零点把电阻投切进去，并在一整个频率周期都不关断，电阻的阻值等于变压器的最大负载阻值，可以使负载电流相互抵消，变压器无直流成分产生。由于电阻的阻值等于变压器的最大负载阻值，所以切换时变压器的反向电动势和能量被电阻有效的吸收，不会击穿晶闸管。

(2)晶闸管开关的全周期投切由单片机控制完成方便实现自动化操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种切换电路的电路连接示意图。

图2为本发明另一实施例提供的一种切换电路的电路连接示意图。

主要元件符号说明：

11-电压切换电路；12-切换电路。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本公开的各种实施例中，表述“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本公开的各种实施例中使用的术语“用户”可指示使用电子装置的人或使用电子装置的装置(例如，人工智能电子装置)。

在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

切换电路主要用于交流稳压器中，用于防止交流稳压器中的晶闸管过流损坏，交流稳压器大多都是通过晶闸管开关来控制电压切换电路中的绕组是否接入来实现稳压。而晶闸管开关容易过流损坏，引入切换电路，可以有效吸收交流稳压器中的补偿变压器及用电负载的反向能量，防止电压切换电路中的晶闸管开关损坏。交流稳压器包括：电压切换电路和补偿变压器。电压切换电路由绕组和晶闸管开关组成。

如图1所示，一种切换电路12，包括：晶闸管开关S0和电阻R1；晶闸管开关S0和电阻R1串联接入补偿变压器T1的输入端；电阻R1的阻值等于补偿变压器T1的最大负载阻值；所述切换电路的晶闸管开关S0为全周期投切。

全周期投切中的全周期指一个频率周期，因为现有的切换电路中电阻都是随机投切的，就会有给变压器充磁导致磁饱合的现象。控制晶闸管开关S0每次投切时都是一个频率周期下电阻投切到补偿变压器T1上，就不会引起磁饱合的问题。

晶闸管开关S0的全周期投切由单片机控制完成。

进一步，所述单片机为ARM单片机。

电阻R1为线绕大功率电阻。

线绕电阻是用电阻丝绕在绝缘骨架上构成的。电阻丝一般采用具有一定电阻率的镍铬、锰铜等合金制成。

绝缘骨架是由陶瓷、塑料、涂覆绝缘层的金属等材料制成管形、扁形等各种形状。电阻丝在骨架上根据需要可以绕制一层，也可绕制多层，或采用无感绕法等。

线绕电阻分固定和可变两种。线绕电阻的特点是工作稳定，耐高压冲击，耐热性能好，短时间过负载性能好，低杂音，阻值经年无变化，误差范围小,阻值精度极高，阻值可精确到0.001欧。

绕线电阻主要用来在低频交流电路中发挥降压、分流、负载、反馈、转能、匹配等作用，或在电源电路中起到吸收器和分压器的作用，也可用作震荡回路和变压器内衰减调整及脉冲形成电路中的分流器。此外，也可用于整流器中滤波级电容器的放电和消火花。同时可广泛应用于家电、医疗设备、汽车行业、铁路、航空、军用设备仪器等领域。

晶闸管开关S0为一个双向晶闸管或两个单向晶闸管组成双向。晶闸管开关S0要能够保证开启时，双向都能导通。

晶闸管开关S0和电阻R1串联还与电压切换电路11电性连接，电压切换电路11用于调节补偿变压器T1的输入端电压。

电压切换电路11为编码式无触点电压切换电路。

所述编码式无触点电压切换电路由单片机控制完成不同电压切换。

进一步，所述单片机为ARM单片机。

补偿变压器T1为降低输出电压从而提高输出电流的变压器。

补偿变压器T1外接的用电负载和补偿变压器T1产生的反向能量通过电阻R1释放，能量不会全部加载到晶闸管开关S0上了。

实施例2

如图2所示，一种切换电路12，包括：晶闸管开关S0和电阻R1。

晶闸管开关S0和电阻R1串联接入补偿变压器T1的输入端；电阻R1的阻值等于补偿变压器T1的最大负载阻值；所述切换电路的晶闸管开关S0为全周期投切。

晶闸管开关S0的全周期投切由单片机控制完成。

所述单片机为ARM单片机。

具体可以通过高低电平控制晶闸管开关S0的接通与断开。当电平为高点(例如，用编码1表示)表示开关为接通状态；当电平为低点(例如，用编码0表示)表示开关为断开状态。当需要将电阻R1投切时，将晶闸管开关S0的编码设置为1。

电阻R1为线绕大功率电阻。

晶闸管开关S0和电阻R1串联还与电压切换电路11电性连接，电压切换电路11与补偿变压器T1的输入端电性连接，电压切换电路11用于调节补偿变压器T1的输入端电压。

电压切换电路11为编码式无触点电压切换电路。

在本实施例中，电压切换电路11包括：4个绕组(分别为绕组W1、绕组W2、绕组W3和绕组W4)、12个编码控制开关(分别为开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、开关S7、开关S8、开关S9、开关S10、开关S11和开关S12)。12个编码控制开关用于控制4个绕组是否接入补偿变压器T1的输入端；每个绕组提供固定的交流电压输入值，不同绕组提供的交流电压输入值各不相同；补偿变压器T1用于降低输出电压从而提高输出电流。

12个编码控制开关均为晶闸管开关。

在本实施例中，绕组W1的交流电压输入值为220V，绕组W2的交流电压输入值为110V，绕组W3的交流电压输入值为55V，绕组W4的交流电压输入值为27.5V。4个绕组提供的交流电压输入值呈等比数列，所述等比数列的公比为0.5。由于绕组提供的最小交流电压为27.5V,所以该电压切换电路的电压步进值为27.5V。

绕组W1直接取用市电供电网。绕组W2、绕组W3和绕组W4通过变压器降压分别得到110V、55V和27.5V输出。

每个绕组与一个编码控制开关串联后与另一个编码控制开关并联构成一个绕组选择电路，每个绕组选择电路中的两个编码控制开关为一断开一接通状态，多个所述绕组选择电路串联后接入所述补偿变压器的输入端。

绕组W4与开关S11串联后与开关S12并联构成绕组W4选择电路，绕组W3与开关S9串联后与开关S10并联构成绕组W3选择电路，绕组W2与开关S7串联后与开关S8并联构成绕组W2选择电路，绕组W1与开关S5串联后与开关S6并联构成绕组W1选择电路。绕组W4选择电路、绕组W3选择电路、绕组W2选择电路和绕组W1选择电路依次串联。

开关S5至开关S12用于控制4个绕组是否接入补偿变压器T1的输入端从而控制补偿大小。

开关S12与开关S11必须为一断开一接通状态，开关S10与开关S9必须为一断开一接通状态，开关S8与开关S7必须为一断开一接通状态，开关S6与开关S5必须为一断开一接通状态，否则绕组会因为短路而烧毁。

开关S1至开关S4这4个编码控制开关用于控制补偿类型是正补偿还是反补偿。当开关S4和开关S2为接通状态，开关S3和开关S1为断开状态时，实现正补偿。当开关S4和开关S2为断开状态，开关S3和开关S1为接通状态时，实现反补偿。

编码控制开关采用单片机电路实现，所述编码控制开关通过隔离变压器驱动。通过高低电平控制开关的接通与断开。当电平为高点(用编码1表示)表示开关为接通状态，当电平为低点(用编码0表示)表示开关为断开状态。

将开关S12、开关S11、开关S10、开关S9、开关S8、开关S7、开关S6、开关S5、开关S4、开关S3、开关S2、开关S1的状态从高位到低位依次排列编码成12位二进制控制编码，用于调节补偿变压器T1的输入端电压。

所述单片机为ARM单片机。

补偿变压器T1为降低输出电压从而提高输出电流的变压器。

晶闸管开关均为一个双向晶闸管或两个单向晶闸管组成双向。晶闸管开关要能够保证开启时，双向都能导通。

补偿变压器T1的变比选择以及绕组的电压步进值需要根据稳压电路的外接负载和稳压调整范围有关。在本实施例中，补偿变压器T1的变比为10:1。

在本实施例中，电压切换电路11中绕组的数量为4个，开关的个数为12个，在其他实施例中，绕组以及开关的数量可以是其它数值，只要满足绕组的个数为N时，开关的个数为2(N+2)即可,其中N为任意正整数。

下面以补偿变压器T1的功率为100KVA为例加以说明，因为补偿变压器的输出端电压为220V。

所以输出端的最大电流I＝P/U＝100KVA/220V＝455A。

由于补偿变压器T1的变比为10:1，输入端与输出端的电压比值为10:1，电流比值为1:10；所以补偿变压器T1输入端的电流为45.5A。

当补偿变压器T1的输入电压为420V时,补偿变压器T1的最大负载阻值R＝U/I＝420V/45.5A＝9.23Ω,因此电阻R1电阻需要设置为9.23Ω。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种切换电路，其与补偿变压器电性连接，其特征在于，包括：晶闸管开关和电阻；所述晶闸管开关和所述电阻串联后接入所述补偿变压器的输入端；所述电阻的阻值等于所述补偿变压器的最大负载阻值；所述切换电路在电压过零点将所述电阻进行投切，所述晶闸管开关为全周期投切；所述晶闸管开关为一个双向晶闸管或两个单向晶闸管组成双向；所述晶闸管开关的全周期投切由单片机控制完成；

所述切换电路还与电压切换电路电性连接，所述电压切换电路与所述补偿变压器的输入端电性连接，所述电压切换电路用于调节所述补偿变压器的输入端电压。

2.根据权利要求1所述的切换电路，其特征在于，所述单片机为ARM单片机。

3.根据权利要求1所述的切换电路，其特征在于，所述电阻为线绕大功率电阻。

4.根据权利要求1所述的切换电路，其特征在于，所述电压切换电路为编码式无触点电压切换电路。

5.根据权利要求4所述的切换电路，其特征在于，所述编码式无触点电压切换电路由绕组和开关组成，所述绕组用于提供不同的交流电压输入，所述开关用于控制所述绕组是否接入所述补偿变压器的输入端。

6.根据权利要求5所述的切换电路，其特征在于，所述绕组的个数为N时，所述开关的个数为2(N+2)。

7.根据权利要求4所述的切换电路，其特征在于，所述编码式无触点电压切换电路由单片机控制完成不同电压切换。