CN109407739B - 补偿式三相交流稳压器 - Google Patents

Abstract

一种补偿式三相交流稳压器，包括补偿式三相主电路单元、补偿控制单元、触发单元、检错控制单元；补偿控制单元由三个包括采样比较电路、延时保护电路、互锁控制电路的补偿控制电路组成，分别对三相的交流电源相电压进行电压采样，输出对应的三相触发控制信号；检错控制单元判断输入的三相触发控制信号是否错误来对三相主电路中的晶闸管桥进行开路保护。所述稳压器在实现互锁控制的同时，检错控制单元还对控制电路是否出现逻辑错误来对晶闸管桥进行开路保护，有效地加强了针对工作过程异常的保护力度，使交流稳压器的工作更加稳定、可靠。

Description

补偿式三相交流稳压器

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其是一种补偿式三相交流稳压器。

背景技术

现有的补偿式单相和三相交流稳压器，其优点是稳压范围宽，波形几乎没有失真，整机效率高，负载适应性强。其原理是根据输入电压的高低情况，自动控制补偿变压器上初级绕组的不同绕组线圈的投切，利用初级侧工作绕组和次级绕组的变比关系，或者通过调整初级绕组上所加电压的方式，提供双向多档的电压补偿，从而实现调压稳压的目的。

现有补偿式交流稳压器的不足之处是：采用电机控制碳刷移动来改变向补偿变压器励磁线圈施加不同电压时，碳刷容易磨损，经常出现故障。采用电子开关切换的方式来进行补偿变压器上初级绕组的不同绕组线圈的投切，或者调整初级绕组上所加电压时，电子开关的延迟关断容易造成电源短路故障；采用单片机、PLC等的程序方式控制电子开关切换时，程序飞跑、死机等问题也会造成稳压器失效，或者是因控制逻辑错误造成电源短路故障。

发明内容

为了解决现有补偿式交流稳压器所存在的问题，本发明提供了一种补偿式三相交流稳压器，包括补偿式三相主电路单元、补偿控制单元、触发单元、检错控制单元。

补偿式三相主电路单元为三相四线制电路，每相交流电源相电压均采用相同的补偿电路与补偿方式实现补偿，每相主电路均包括多个补偿变压器组成的补偿变压器组、晶闸管桥和继电器保护开关。每相主电路均由本相晶闸管桥中晶闸管的通断组合，控制本相补偿变压器组中各补偿变压器励磁线圈电压的大小及极性组合，实现不同的补偿工作状态。

补偿控制单元由三个功能与结构相同的补偿控制电路组成，三个补偿控制电路分别对三相的交流电源相电压进行电压采样，输出对应的三相触发控制信号。补偿控制单元输出三相触发控制信号至触发单元和检错控制单元；触发单元将三相触发控制信号转换为晶闸管触发信号，发出触发信号至补偿式三相主电路单元，实现对三相晶闸管桥中晶闸管的通断控制。检错控制单元依据输入的三相触发控制信号是否错误来启动或者停止对三相晶闸管桥的开路保护。

每一相的补偿控制电路均包括采样比较电路、延时保护电路、互锁控制电路，每一相的采样比较电路功能与结构相同，延时保护电路功能与结构相同，互锁控制电路功能与结构相同。每一相补偿控制电路中，采样比较电路对交流电源相电压进行电压采样，输出电压等级编码值；延时保护电路输入电压等级编码值，输出延迟后的电压等级编码值和不触发区控制信号；互锁控制电路输入延迟后的电压等级编码值和不触发区控制信号，输出触发控制信号。电压等级编码值为二进制值。

每一相中，交流电源相电压波动使电压等级编码值发生变化，导致需要改变晶闸管桥中晶闸管的通断组合状态时，在晶闸管桥中晶闸管的先后2种不同的通断组合状态之间，维持一个不触发区时间，关断晶闸管桥中的所有晶闸管；维持一个不触发区时间由不触发区控制信号实现。每一相补偿控制电路中，控制不触发区控制信号在电压等级编码值发生改变后输出一个单脉冲；不触发区控制信号在输出单脉冲期间有效，在非输出单脉冲期间无效；进一步地，所述单脉冲的宽度时间在10ms至30ms之间选取。

每一相补偿控制电路中，延时保护电路延迟的电压等级编码值信号改变时刻晚于电压等级编码值发生改变后不触发区控制信号中单脉冲的前沿时刻，且早于电压等级编码值发生改变后不触发区控制信号中单脉冲的后沿时刻。

每一相中，延时保护电路由延时检测模块和不触发区控制信号产生模块组成；延时检测模块中包括M个相同的延时检测电路，每个延时检测电路对输入信号进行延迟得到延迟后的输出信号，同时对输入信号进行边沿检测，输出边沿检测信号；M个延时检测电路分别对M位电压等级编码值进行信号延迟，得到延迟后的M位电压等级编码值，以及对M位电压等级编码值进行边沿检测，得到M个边沿检测信号；不触发区控制信号产生模块将输入的M个边沿检测信号转换为不触发区控制信号输出。

每一相的M个相同的延时检测电路中，每个延时检测电路均包括电阻RY3、电容CY3、反相器FY5、反相器FY6、与非门FY7、或门FY8、与非门FY9；反相器FY5输入端连接至输入信号端；电阻RY3的一端连接至反相器FY5输出端，另外一端分别连接至电容CY3的一端、与非门FY7的一个输入端、或门FY8的一个输入端、反相器FY6的输入端；电容CY3的另外一端连接至地端，与非门FY7的另外一个输入端连接至输入信号端，或门FY8的另外一个输入端连接至输入信号端；与非门FY9的2个输入端分别连接至与非门FY7输出端、或门FY8输出端；反相器FY6输出端为延迟后的输出信号端；与非门FY9输出端为边沿检测信号输出端。

或者是，每一相的M个相同的延时检测电路中，每个延时检测电路包括电阻RY0、电阻RY1、电阻RY2、电容CY0、电容CY1、电容CY2、二极管DY1、二极管DY2、驱动门FY0、反相器FY1、反相器FY2、反相器FY3、与非门FY4；电阻RY0连接在输入信号端和驱动门FY0输入端之间，电容CY0连接在驱动门FY0输入端和地端之间，驱动门FY0输出端为延迟后的输出信号端；电容CY1连接在输入信号端和反相器FY1输入端之间，电阻RY1连接在反相器FY1输入端和地端之间，二极管DY1阴极连接至反相器FY1输入端、阳极连接至地端；反相器FY2输入连接至输入信号端；电容CY2连接在反相器FY2输出端和反相器FY3输入端之间，电阻RY2连接在反相器FY3输入端和地端之间，二极管DY2阴极连接至反相器FY3输入端、阳极连接至地端；与非门FY4的2个输入端分别连接至反相器FY1输出端、反相器FY3输出端；与非门FY4的输出端为边沿检测信号输出端。

或者是，每一相的M个相同的延时检测电路中，每个延时检测电路包括电阻RY1、电阻RY2、电容CY1、电容CY2、二极管DY1、二极管DY2、反相器FY1、反相器FY2、反相器FY3、反相器FY11、反相器FY12、反相器FY13、反相器FY14、与非门FY4；反相器FY11输入端连接至输入信号端，反相器FY12输入端连接至反相器FY11输出端，反相器FY13输入端连接至反相器FY12输出端，反相器FY14输入端连接至反相器FY13输出端，反相器FY14输出端为延迟后的输出信号端；电容CY1连接在输入信号端和反相器FY1输入端之间，电阻RY1连接在反相器FY1输入端和地端之间，二极管DY1阴极连接至反相器FY1输入端、阳极连接至地端；反相器FY2输入连接至输入信号端；电容CY2连接在反相器FY2输出端和反相器FY3输入端之间，电阻RY2连接在反相器FY3输入端和地端之间，二极管DY2阴极连接至反相器FY3输入端、阳极连接至地端；与非门FY4的2个输入端分别连接至反相器FY1输出端、反相器FY3输出端；与非门FY4输出端为边沿检测信号输出端。

每一相中，不触发区控制信号产生模块为具有M个输入信号端的或门FY10；或门FY10的M个输入信号端分别连接至M个延时检测电路中的边沿检测信号输出端；或门FY10的输出端输出不触发区控制信号。

每一相中，交流电源相电压波动区间范围的电压被分成M+1个电压等级区间来进行补偿控制；由晶闸管桥中晶闸管的通断组合状态控制选择多个补偿变压器中的0个，或者是1个，或者是多个补偿变压器来进行电压补偿，实现与电压等级区间对应的电压补偿状态；交流电源相电压的每个电压等级区间对应一个电压补偿状态；电压等级编码值共有与M+1个电压等级区间一一对应的M+1个有效编码值。每一相补偿控制电路中，互锁控制电路输出的有效触发控制信号共有M+2组，其中M+1组用于实现交流电源相电压M+1个电压补偿状态的补偿控制，1组用于关断本相晶闸管桥中的所有晶闸管。所述M为大于等于1的整数。

每一相中，当不触发区控制信号有效时，互锁控制电路输出1组有效触发控制信号，关断本相晶闸管桥中所有晶闸管；当不触发区控制信号无效且电压等级编码值为M+1个有效编码值中的1个时，互锁控制电路对应输出M+1组有效触发控制信号中的1组，实现对交流电源相电压的补偿控制；当不触发区控制信号无效且电压等级编码值为无效编码值时，互锁控制电路输出1组无效触发控制信号。

检错控制单元判断输入的三相触发控制信号是否错误的依据是，输入的三相触发控制信号中，每相的触发控制信号均为本相M+2组有效触发控制信号中的1组时，三相触发控制信号正确，否则错误。

当检错控制单元判断输入的三相触发控制信号错误时，控制三相晶闸管桥处于开路保护状态，具体方法是，控制继电器保护开关断开三相晶闸管桥，即A相、B相、C相晶闸管桥的所有上桥臂来对晶闸管桥进行开路保护，或者是控制继电器保护开关断开三相晶闸管桥，即A相、B相、C相晶闸管桥的所有下桥臂来对晶闸管桥进行开路保护。

三相晶闸管桥处于开路保护状态下，检错控制单元判断输入的三相触发控制信号恢复为正确信号时，自动停止三相晶闸管桥的开路保护状态。

当检错控制单元判断输入的三相触发控制信号错误时，切断触发单元的工作电源，触发单元停止发出晶闸管触发脉冲；当检错控制单元判断输入的触发控制信号没有错误时，开通触发单元的工作电源，触发单元依据输入的触发控制信号发出相应的晶闸管触发脉冲，实现对三相晶闸管桥中晶闸管的通断控制。

三相晶闸管桥中的晶闸管为双向晶闸管，或者是2个单向晶闸管反向并联形成的晶闸管交流开关。

本发明的有益效果是：所述采用补偿变压器组和晶闸管桥进行电压补偿的补偿式三相交流稳压器在保证了同一全桥电路上下桥臂晶闸管不能同时导通，即实现了同一全桥电路上下桥臂晶闸管互锁控制的同时，还对可能出现的采样比较电路出现故障且输出了无效编码值，以及互锁控制电路出现逻辑错误且输出了无效触发控制信号的情况，停止发出晶闸管触发脉冲且进行晶闸管桥的开路保护，有效地加强了所述补偿式三相交流稳压器针对工作过程异常的保护力度；在晶闸管桥处于开路保护状态时，如果所述补偿式三相交流稳压器重新进入正常的逻辑控制状态，则能够自动停止晶闸管桥的开路保护状态并使其重新处于补偿工作状态；未采用单片机、PLC等的程序方式控制晶闸管的通、断切换，避免了程序飞跑、死机等问题造成的稳压器故障。上述功能使所述补偿式三相交流稳压器的工作更加稳定、可靠。

附图说明

图1为补偿式三相交流稳压器的系统组成框图；

图2为A相补偿控制电路的组成框图；

图3为补偿式三相主电路单元实施例1中的A相主电路；

图4为补偿式三相主电路单元实施例2中的A相主电路；

图5为A相补偿控制电路中采样比较电路实施例1；

图6为A相补偿控制电路中采样比较电路实施例2；

图7为A相延时保护电路实施例框图；

图8为延时检测模块针中对电压等级编码值信号Y11的延时检测电路实施例1；

图9为延时检测模块针中对电压等级编码值信号Y11的延时检测电路实施例2；

图10为延时检测模块针中对电压等级编码值信号Y11的延时检测电路实施例3；

图11为不触发区控制信号产生模块实施例；

图12为延时保护电路中部分相关波形示意图；

图13为互锁控制电路的实施例，其中，图13(a)为互锁控制电路实施例1，图13(b)为互锁控制电路实施例2；

图14为触发单元中触发双向晶闸管SR1A的触发电路实施例；

图15为检错控制单元实施例。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

图1为补偿式三相交流稳压器的系统组成框图，补偿控制单元输出A、B、C三相的触发控制信号P5A、P5B、P5C至触发单元和检错控制单元；触发单元根据输入的三相触发控制信号P5A、P5B、P5C，发出三相触发信号P6至补偿式三相主电路单元，控制A、B、C三相主电路晶闸管桥中晶闸管的通断；检错控制单元判断输入的触发控制信号P5A、P5B、P5C是否均为有效触发控制信号，并依据判断结果发出保护控制信号至补偿式三相主电路单元，对三相主电路中的晶闸管桥进行开路保护。

补偿控制单元由A、B、C三相的补偿控制电路组成，图2为A相补偿控制电路的组成框图，采样比较电路对A相交流电源相电压进行电压采样，输出电压等级编码值P2A；延时保护电路输入电压等级编码值P2A，输出延迟后的电压等级编码值P3A和不触发区控制信号P4A；互锁控制电路输入延迟后的电压等级编码值P3A和不触发区控制信号P4A，输出A相的触发控制信号P5A。B相、C相的补偿控制电路的结构、功能、控制逻辑与A相相同，分别对B相交流电源相电压、C相交流电源相电压进行电压采样和控制，输出触发控制信号P5B、P5C。

图3为补偿式三相主电路单元实施例1中的A相主电路，补偿变压器TB1A、TB2A组成A相补偿变压器组，6个双向晶闸管SR1A-SR6A共同组成A相晶闸管桥，熔断器FU1和继电器常开开关KA-1、KA-2、KA-3，继电器常闭开关KA-5、KA-6组成A相继电器保护电路。

图3中，补偿变压器TB1A、TB2A的补偿线圈均串联在A相的相线上，相线输入端为L1A，输出端为L2A。1个晶闸管全桥电路包括上、下2个晶闸管桥臂。TB1A、TB2A励磁线圈的一端并联后连接至SR1A与SR2A组成的晶闸管全桥电路，TB1A、TB2A励磁线圈的另一端分别连接至SR3A与SR4A、SR5A与SR6A组成的晶闸管全桥电路。TB1A、TB2A励磁线圈上的电压由A相晶闸管桥控制。设TB1A、TB2A的补偿电压不相同，不考虑补偿电压相互抵消的补偿方式，则A相补偿变压器组共包括有正向TB1A、正向TB2A、正向TB1A+TB2A、反向TB1A、反向TB2A、反向TB1A+TB2A等6种电压补偿状态，外加一种输入电压在正常范围之内时的0电压补偿状态，相线输入端L1A输入的A相交流电源相电压能够最多被分成7个电压区间进行补偿控制。图3中，N为零线，G11A、G12A至G61A、G62A分别为双向晶闸管SR1A至SR6A的触发信号输入端。

图4为补偿式三相主电路单元实施例2中的A相主电路，补偿变压器TB1A、TB2A、TB3A组成A相补偿变压器组，8个双向晶闸管SR1A-SR8A共同组成A相晶闸管桥，熔断器FU1和继电器常开开关KA-1、KA-2、KA-3、KA-4，继电器常闭开关KA-4、KA-5、KA-6组成A相继电器保护电路。

图4中，补偿变压器TB1A、TB2A、TB3A的补偿线圈均串联在A相的相线上，相线输入端为L1A，输出端为L2A。TB1A、TB2A、TB3A励磁线圈上的电压由A相晶闸管桥控制，TB1A、TB2A、TB3A励磁线圈的一端并联后连接至SR1A与SR2A组成的晶闸管全桥电路，TB1A、TB2A、TB3A励磁线圈的另一端分别连接至SR3A与SR4A、SR5A与SR6A、SR7A与SR8A组成的晶闸管全桥电路。设TB1A、TB2A、TB3A的补偿电压均不相同，不考虑补偿电压相互抵消的补偿方式，则A相补偿变压器组最多共有正向7种，反向7种，共14种电压补偿状态，外加一种输入电压在正常范围之内时的0电压补偿状态，相线输入端L1A输入的交流电源相电压能够最多被分成15个电压区间进行补偿控制。图4中，N为零线，G11A、G12A至G81A、G82A分别为双向晶闸管SR1A至SR8A的触发信号输入端。

图3、图4中的每个双向晶闸管均可以用2个反向并联的单向晶闸管替代。图3、图4中，继电器常开开关和继电器常闭开关组成继电器保护开关。

补偿式三相主电路单元为三相四线制电路，A、B、C三相的主电路采用相同的电路结构与形式，分别对A、B、C相的相电压进行补偿，即B、C两相采用与A相主电路相同的电路结构与补偿方式，分别对B、C相的相电压进行补偿。

采样比较电路包括交流电源相电压采样电路和比较电路。图5为A相补偿控制电路中采样比较电路实施例1，针对补偿式三相主电路单元实施例1进行补偿控制。图5的交流电源相电压采样电路中，从A相相线L1A和零线N输入的A相交流电源相电压经变压器TV降压后，由二极管DV1-DV4组成的整流桥整流后，再经电容CV1滤波和电阻RV1、RV2分压，得到与输入的A相交流电源相电压有效值成正比例关系的A相交流电源相电压采样值U1。

图5的比较电路中，电阻RF1-RF7组成分压电路，对电源+VCC1分压后，得到6个阈值电压UF1-UF6。6个比较器FA1-FA6实现A相交流电源相电压采样值U1与6个阈值电压UF1-UF6的比较，输出的A相电压等级编码值P2A由6个比较器FA1-FA6的输出Y11-Y16组成，为6位二进制编码，将A相交流电源相电压波动区间范围的电压分成7个电压等级区间。运放FA0组成跟随器，A相交流电源相电压采样值U1经跟随器FA0驱动后，被同时送至比较器FA1-FA6的同相输入端；6个阈值电压UF1-UF6被分别送至比较器FA1-FA6的反相输入端。图5中，还可以用其他的精密电源来替换电源+VCC1，分压电路对精密电源进行分压，使得阈值电压更加精确。运放FA0和比较器FA1-FA6均优选采用单电源+VCC1供电的轨到轨运放，例如，LMV324、LMV358、AD8517、TLV2432、TLV2434等。

设输入的A相交流电源相电压波动范围为220V±10％，要求将其稳定在220V±2％的范围内输出。采用图5采样比较电路实施例1，可以将输入在242V至198V之间的电压分为区间电压大小为6.4V的7个电压等级区间，其中的3个电压等级区间的电压高于要求的输出电压范围，需要进行降压补偿；3个电压等级区间的电压低于要求的输出电压范围，需要进行升压补偿；1个电压等级区间在要求的输出电压范围之内，进行0电压补偿，即不补偿。6.4V的电压区间不大于220V±1.5％，满足输出控制在220V±2％之内的要求；6.4V的7个电压等级区间对应的交流电源电压波动区间为242.4V至197.6V，覆盖了实际波动的范围。采用图3补偿式主电路实施例1中的A相主电路进行补偿，且TB1A补偿电压低，TB2A补偿电压高；TB2A的补偿电压为TB1A补偿电压的2倍，则此时励磁线圈上电压为交流220V时，TB1A补偿电压为6.4V，TB2A补偿电压为12.8V。阈值电压UF1-UF6的选择和A相交流电源相电压采样值U1与A相交流电源相电压之间的比例相关；设A相交流电源相电压采样值U1与A相交流电源相电压之间的比例为0.01，即A相交流电源相电压采样值U1为A相交流电源相电压有效值的1％，则将A相交流电源相电压分为区间电压大小为6.4V的7个电压等级区间的6个阈值电压UF1-UF6分别为2.36V、2.296V、2.232V、2.168V、2.104V、2.04V，为与分隔7个电压等级区间的交流电源相电压值相对应的相电压采样值的6个中间分隔电压值；根据6个阈值电压UF1-UF6和+VCC1的大小，可以计算出电阻RF1-RF7的大小。

图5中，电阻R11、电阻R12与比较器FA1组成施密特比较器，合理选择电阻R11、电阻R12的阻值，可以控制回滞电压区间的大小，避免A相交流电源相电压在比较器的比较临界点附近波动时，造成A相晶闸管桥中电晶闸管子开关的频繁切换。电阻R21、电阻R22至电阻R61、电阻R62的作用相同，分别与比较器FA2至比较器FA6组成施密特比较器。由于补偿式三相主电路单元的补偿方式自动具有施密特特性，比较器FA1至比较器FA6也可以不组成施密特比较器，此时，电阻R12至电阻R62无需使用与连接，电阻R11至电阻R61则保留或者是各自短路连接。

图5的采样比较电路实施例1也可以针对补偿式三相主电路单元实施例2进行补偿控制，此时，需要将各相的交流电源相电压波动区间范围的电压分成更多的电压等级区间。例如，将A相交流电源相电压波动区间范围的电压分成15个电压等级区间时，图5的电路应该扩展至14个比较器，与14个大小不同的阈值电压进行比较，输出的A相电压等级编码值P2A将由14位，例如，Y11-Y114组成。

图5的A相采样比较电路实施例1无论是用于对补偿式三相主电路单元实施例1，还是对补偿式三相主电路单元实施例2进行补偿控制，B相、C相均采用与A相结构、功能相同的采样比较电路；A、B、C三相采样比较电路中的阈值电压，可以由同一个分压电路提供，也可以由各自的分压电路提供。

图6为A相补偿控制电路中采样比较电路实施例2，针对补偿式三相主电路单元实施例2进行补偿控制。图6中，FD1为真有效值检测器件LTC1966，LTC1966与变压器TV1、电容CV2、电容CV3构成交流电源相电压采样电路，对从A相相线L1A和零线N输入的A相交流电源相电压进行测量，得到交流电源相电压采样值U2。LTC1966的UIN1、UIN2为交流电压差分输入端，USS为可以接地的负电源输入端，UDD为正电源输入端，GND为地端，EN为低电平有效的使能控制输入端，UOUT为电压输出端，COM为输出电压返回端。

图6中，FD2、电阻RD1、电阻RD2组成比较电路；FD2为10级比较显示驱动器LM3914，内部含10个1kΩ精密电阻串联起来的内分压器电路，形成10个比较阈值电压分别连接至内部10个比较器的正输入端；6脚为内分压器电路高端，经电阻RD1连接至7脚的内部标准电源输出VREF；4脚为内分压器电路低端，经电阻RD2连接至地；8脚为内部标准电源低端，连接至地；2脚为负电源端，连接至地；3脚为正电源端，连接至电源+VCC1；5脚为信号输入端，连接至A相交流电源相电压采样值U2，内部连接至10个比较器的负输入端；LM3914的10脚至18脚输出信号Y11至Y19为与最高9个比较阈值电压的比较输出结果，其中Y11比较电压最高，依次降低，Y19比较电压最低；Y11至Y19均低电平有效，Y11的优先级最高，Y11至Y19组成A相电压等级编码值P2A，为9位二进制编码；9脚的模式控制端连接至3脚，实现Y11至Y19的条状(连续)输出。图6中，内分压器电路高端也可以经电阻RD1连接至其他电源，例如，电源+VCC1。

图6中使用了LM3914内部10个比较器中的9个比较器，将A相交流电源相电压比较区分为10个电压等级区间。设A相交流电源相电压波动范围为220V+10％至220V-20％，要求将其稳定在220V±2％的范围内输出。采用图6的采样比较电路实施例2，将输入在242V至176V之间的电压分为区间电压大小为7V的10个电压等级区间，其中的3个电压等级区间的电压高于要求的输出电压范围，需要进行降压补偿；6个电压等级区间的电压低于要求的输出电压范围，需要进行升压补偿；1个电压等级区间在要求的输出电压范围之内，进行0电压补偿，即不补偿。7V的电压区间为220V±1.6％，满足输出控制在220V±2％之内的要求；7V的10个电压等级区间对应的交流电源电压波动区间为244.5V至174.5V，覆盖了实际波动的范围。采用图4补偿式主电路实施例2中的A相主电路进行补偿，且TB1A补偿电压最低，TB3A补偿电压最高；TB2A的补偿电压为TB1A补偿电压的2倍，TB3A的补偿电压为TB2A补偿电压的2倍，则此时励磁线圈上电压为交流220V时，TB1A补偿电压为7V，TB2A补偿电压为14V，TB3A补偿电压为28V。阈值电压的选择和A相交流电源相电压采样值U2与A相交流电源相电压之间的比例相关；设A相交流电源相电压采样值U2与A相交流电源相电压之间的比例为0.005，即A相交流电源相电压采样值U2为A相交流电源相电压有效值的0.5％，则将A相交流电源相电压分为区间电压大小为7V的10个电压等级区间的9个阈值电压分别为1.1875V、1.1525V、1.1175V、1.0825V、1.0475V、1.0125V、0.9775V、0.9425V、0.9075V，为与分隔10个电压等级区间的交流电源相电压值相对应的相电压采样值的9个中间分隔电压值；内分压器电路高端的电压接至最高比较器正输入端，故6脚电压为1.1875V。根据该9个阈值电压和内部标准电源输出VREF(1.2V或者1.25V)的大小，可以计算出电阻RD1、RD2的大小。如果要求提高电压补偿的精度或者是输入电压的波动范围更大，要求图6的A相采样比较电路实施例2将电压等级区分为更多的电压等级区间时，例如，需要将A相交流电源相电压波动区间范围的电压分成15个电压等级区间时，可采用2片LM3914实现，将2片LM3914中的内分压器电路串联，形成20个比较阈值电压，构成20级比较电路；选择其中的14级比较输出，输出的电压等级编码值将由14位，例如，Y11-Y114组成。

图6的A相采样比较电路实施例2也可以用于对补偿式三相主电路单元实施例1进行补偿控制，此时只需将输入的交流电源相电压波动区间范围的电压区分为不超过7个电压等级区间，选择其中不超过6级的比较输出即可。

图6的A相采样比较电路实施例2无论是用于对补偿式三相主电路单元实施例1，还是对补偿式三相主电路单元实施例2进行补偿控制，B相、C相均采用与A相结构、功能相同的采样比较电路。

图5、图6的采样比较电路实施例1、2中，当输入的交流电源相电压高过最大电压等级区间范围时，输出的电压等级编码值等同为最大电压等级区间的电压等级编码值并进行相应的补偿；当输入的交流电源相电压低于最小电压等级区间范围时，输出的电压等级编码值等同为最小电压等级区间的电压等级编码值并进行相应的补偿。

各相的采样比较电路对本相的交流电源相电压进行电压采样得到相应的交流电源相电压采样值，由M个比较器对本相的交流电源相电压采样值进行比较，输出M位二进制数构成的本相的电压等级编码值。除图5或者图6的A相采样比较电路实施例外，针对补偿式三相主电路单元实施例1或者是实施例2进行补偿控制，三相采样比较电路还可以选择其他的交流电源相电压采样电路和比较电路，实现采样比较电路所要求的功能。图5交流电源相电压采样电路输出的交流电源相电压采样值U1，可以送至图6的比较电路进行比较，输出电压等级编码值；图6交流电源相电压采样电路输出的交流电源相电压采样值U2，可以送至图5的比较电路进行比较，输出电压等级编码值。

图7为A相延时保护电路实施例框图，其中，延时检测模块YC1分别对输入的M位A相电压等级编码值Y11-Y1M进行信号延迟得到延迟后的A相电压等级编码值Y21-Y2M，Y21-Y2M组成P3A；YC1模块同时分别对M位Y11-Y1M信号进行边沿检测得到M位边沿检测信号Y31-Y3M；不触发区控制信号产生模块YC2将输入的边沿检测信号Y31-Y3M转换为A相不触发区控制信号P4A输出。图7的实施例框图中，延时检测模块YC1的输入为图5中A相补偿控制电路采样比较电路实施例1输出的A相电压等级编码值时，M等于6。图7的实施例框图中，延时检测模块YC1的输入为图6中A相补偿控制电路采样比较电路实施例2输出的A相电压等级编码值时，M等于9。B相、C相采用与A相相同的延时保护电路。

图8为延时检测模块针中对电压等级编码值信号Y11的延时检测电路实施例1。电阻RY0、电容CY0、驱动门FY0实现对Y11的信号延迟，得到Y11经延迟后的信号Y21。电阻RY1、电容CY1、二极管DY1、反相器FY1组成针对输入信号Y11的上升沿检测电路，反相器FY1的输出信号YP1中，在Y11上升沿之后输出与之相应的负脉冲形式的单脉冲。电阻RY2、电容CY2、二极管DY2、反相器FY2、FY3组成针对输入信号Y11的下降沿检测电路，反相器FY3的输出信号YP2中，在Y11下降沿之后输出与之相应的负脉冲形式的单脉冲。与非门FY4实现的是或逻辑(负逻辑下)功能，当输入信号YP1、YP2中有负脉冲产生时，与非门FY4输出的边沿检测信号Y31中产生正脉冲，即当输入信号Y11有变化时，与非门FY4输出一个正脉冲形式的单脉冲。图8中，驱动门FY0、反相器FY1、反相器FY3优选带施密特输入的器件，例如，反相器选择74HC14，CD40106等等；驱动门FY0可由2个带施密特输入的反相器组成。

图9为延时检测模块针中对电压等级编码值信号Y11的延时检测电路实施例2。反相器FY5、电阻RY3、电容CY3对输入信号Y11进行反相和延迟，得到Y11经延迟的反相信号YP0；反相器FY6再将YP0反相，得到Y11经延迟后的信号Y21。与非门FY7输入的信号为Y11和Y11经延迟的反相信号YP0，输出信号YP1中产生与Y11上升沿相应的负脉冲形式的单脉冲；或门FY8输入的信号为Y11和Y11经延迟的反相信号YP0，输出信号YP2中产生与Y11下降沿相应的负脉冲形式的单脉冲。与非门FY9实现的是或逻辑(负逻辑下)功能，当输入信号YP1、YP2中有负脉冲产生时，与非门FY9输出的边沿检测信号Y31中产生正脉冲，即当输入信号Y11有变化时，与非门FY9输出一个正脉冲形式的单脉冲。图9中，反相器FY6、与非门FY7、或门FY8优选带施密特输入的器件，例如，反相器选择74HC14，CD40106等等；与非门选择74HC132、CD4093等等；或门选择74HC7032，或者是选择2个带施密特输入的反相器和1个与非门来实现或门功能。

图10为延时检测模块针中对电压等级编码值信号Y11的延时检测电路实施例3，其中由电阻RY1、电容CY1、二极管DY1、反相器FY1组成针对输入信号Y11的上升沿检测电路，和由电阻RY2、电容CY2、二极管DY2、反相器FY2、FY3组成针对输入信号Y11的下降沿检测电路，以及利用与非门FY4输出边沿检测信号Y31的电路与图8的实施例1相同。图10中，由反相器FY11、FY12、FY13、FY14实现对Y11的信号延迟，得到Y11经延迟后的信号Y21。

针对电压等级编码值中的信号Y11的延时检测电路可以选择图8、图9、图10实施例1-3中的任何一种；通常情况下，针对A、B、C三相电压等级编码值中的所有信号，均采用同一种延时检测电路。例如，设M等于6，A、B、C三相的电压等级编码值均由6位二进制数值组成，则共需要18个延时检测电路；18个延时检测电路可以全部采用图8的实施例1，或者是全部采用图9的实施例2，或者是全部采用图10的实施例3。延时检测电路也可以采用满足要求的其他电路来实现其功能。

各相的不触发区控制信号产生模块功能是，当输入针对本相电压等级编码值的边沿检测信号中的任何一个或者多个产生有与边沿相关的单脉冲时，该相的不触发区控制信号中输出一个单脉冲。

图11为A相不触发区控制信号产生模块实施例，由包括有M个输入的或门FY10实现相应的功能，或门FY10的输入信号为A相的边沿检测信号Y31-Y3M，输出为A相不触发区控制信号P4A。图11实施例中，A相不触发区控制信号输出的单脉冲为正脉冲，即不触发区控制信号高电平有效；当或门FY10换成或非门时，不触发区控制信号输出的单脉冲为负脉冲。如果输入的边沿检测信号Y31-Y3M中产生的有与边沿相关的单脉冲为负脉冲，则图11中的或门应该更改为与非门或者是与门，实现负逻辑下的或逻辑功能。

图12为延时保护电路中的部分相关波形示意图。图12中，A相电压等级编码值中的Y11分别发生一次上升沿改变和下降沿改变，Y21是Y11延迟T1时间后的A相电压等级编码值；在图8的延时检测电路实施例1中，T1由电阻RY0与电容CY0的乘积大小(即时间常数大小)决定；在图9的延时检测电路实施例2中，T1由电阻RY3与电容CY3的乘积大小决定；在图10的延时检测电路实施例3中，T1由反相器FY11、FY12、FY13、FY14本身的门延迟时间大小决定。图12中，信号YP1中因Y11上升沿产生的负脉冲宽度为T2；在图8的延时检测电路实施例1和图10的延时检测电路实施例3中，T2由电阻RY1与电容CY1的乘积大小决定；在图9的延时检测电路实施例2中，T2由电阻RY3与电容CY3的乘积大小决定。图12中，信号YP2中因Y11下降沿产生的负脉冲宽度为T3；在图8的延时检测电路实施例1和图10的延时检测电路实施例3中，T3由电阻RY2与电容CY2的乘积大小决定；在图9的延时检测电路实施例2中，T3由电阻RY3与电容CY3的乘积大小决定。图12中，边沿检测信号Y31中的2个正脉冲分别与信号YP1中因Y11上升沿产生的负脉冲和信号YP2中因Y11下降沿产生的负脉冲对应。设在图12电压等级编码值中的Y11发生上升沿和下降改变时，电压等级编码值中的Y12-Y1M没有发生改变，此时其对应的边沿检测信号Y32-Y3M没有产生正脉冲，在Y11下降沿之后，A相电压等级编码值中的Y12发生一次变化，其边沿检测信号Y32产生的一个相应的正脉冲；在此期间，Y11、Y12之外的其他电压等级编码值信号没有发生变化，与Y11、Y12之外其他电压等级编码值信号相应的边沿检测信号均为低电平，图12中未画出。图12中，依据前述的不触发区控制信号产生模块的逻辑功能，A相不触发区控制信号P4A中的第1个正脉冲由边沿检测信号Y31中的第1个负脉冲产生，第2个正脉冲由边沿检测信号Y31中的第2个负脉冲产生，第3个正脉冲由边沿检测信号Y32中的负脉冲产生。从图5、图6的A相补偿控制电路中采样比较电路实施例1、实施例2可知，由于电压波动时，正常情况下只可能有一个比较器的输出发生变化，即电压等级编码值Y12-Y1M发生改变时，只有其中的一位发生变化。

在图8的延时保护电路中延时检测电路实施例1中，电压等级编码值发生改变至对应的不触发区控制信号单脉冲前沿的延迟时间为门电路FY1、FY4以及图11中FY10的延迟时间之和，或者是门电路FY3、FY4以及图11中FY10的延迟时间之和；由电阻RY0与电容CY0的乘积大小决定的电压等级编码值的信号延迟时间T1的选择范围是ms数量级，显然，大于电压等级编码值发生改变至对应的不触发区控制信号单脉冲前沿的延迟时间，即等级编码值信号延迟改变的时刻晚于电压等级编码值发生改变后输出的单脉冲的前沿时刻。严格来说，T1实际上包括电阻RY0与电容CY0所造成的滞后时间，以及门电路FY0的延迟时间之和。图8实施例1中，在选择参数时，要使T2的值和T3的值均大于T1的值，使等级编码值信号延迟改变的时刻满足需早于电压等级编码值发生改变后输出的单脉冲的后沿时刻的要求。

在图9延时保护电路中的延时检测电路实施例2中，电压等级编码值发生改变至对应的不触发区控制信号单脉冲前沿的延迟时间为门电路FY7、FY9以及图11中FY10的延迟时间之和，或者是门电路FY8、FY9以及图11中FY10的延迟时间之和；T1为ms数量级的数值，显然，此时由电阻RY3与电容CY3的乘积大小决定的电压等级编码值的信号延迟时间T1大于电压等级编码值发生改变至对应的不触发区控制信号单脉冲前沿的延迟时间，即电压等级编码值信号延迟改变的时刻晚于电压等级编码值发生改变后输出的单脉冲的前沿时刻。图9的延时检测电路实施例2中，电压等级编码值信号延迟改变的时刻与电压等级编码值发生改变后输出的单脉冲的后沿时刻均受信号YP0改变的影响；电压等级编码值信号延迟改变的时刻为信号YP0改变后再经门电路FY6的延迟；电压等级编码值发生改变后输出的单脉冲的后沿时刻为信号YP0改变后再经门电路FY7、FY9和图11中FY10的延迟时间之和，或者是信号YP0改变后再经门电路FY8、FY9和图11中FY10的延迟时间之和；显然，此时电压等级编码值信号延迟改变的时刻比电压等级编码值发生改变后输出的单脉冲的后沿时刻少经过2个门电路的延迟时间，满足电压等级编码值信号延迟改变的时刻需早于电压等级编码值发生改变后输出的单脉冲的后沿时刻的要求。

图13为互锁控制电路的实施例，其中，图13(a)为A相互锁控制电路实施例1，其中的YR1为ROM存储器。设图3补偿式三相主电路单元实施例1的A相主电路中，TB1A补偿电压低，TB2A补偿电压高；且TB2A的补偿电压为TB1A补偿电压的2倍。表1为A相互锁控制电路实施例1针对图5的A相补偿控制电路中采样比较电路实施例1输出且经延时保护电路延迟的A相电压等级编码值进行逻辑控制的逻辑真值表；交流电源相电压波动范围为220V±10％，要求将其稳定在220V±2％的范围内输出，A相交流电源相电压被比较区分为7个电压等级区间。采用ROM存储器实现互锁控制电路的逻辑功能时，P4A、Y26-Y21分别依次连接至ROM存储器的地址输入端A6-A0，ROM存储器的数据输出D0-D5为互锁控制电路的逻辑输出，6个输出信号P51A-P56A组成A相触发控制信号P5A。从图5可知，当A相交流电源相电压在最高的、电压等级为7的区间时，Y16-Y11均输出高电平；当A相交流电源相电压处于次高区间，即电压等级为6的区间时，Y11输出低电平，Y16-Y12均输出高电平；当A相交流电源相电压处于最低区间，即电压等级为1的区间时，Y16-Y11均输出低电平。表1中，与电压等级1-7对应的7个Y26-Y21的值为电压等级编码值的有效编码值，Y26-Y21是Y16-Y11经延时保护电路延迟后的信号。

表1

表1中，A相不触发区控制信号无效，即实施例P4A等于0，电压等级编码值为与电压等级1-7对应的值时，互锁控制电路控制补偿式三相主电路单元实施例1的A相主电路进行相应的电压补偿；例如，A相输入电压为最低的电压等级1时，控制P51A、P54A、P56A输出为0去开通双向晶闸管SR1A、SR4A、SR6A，控制P52A、P53A、P55A输出为1去关断双向晶闸管SR2A、SR3A、SR5A，使TB1A、TB2A均进行正向补偿；A相输入电压为电压等级2时，控制P51A、P53A、P56A输出为0去开通双向晶闸管SR1A、SR3A、SR6A，控制P52A、P54A、P55A输出为1去关断双向晶闸管SR2A、SR4A、SR5A，仅使TB2A进行正向补偿；A相输入电压为电压等级4时，控制P51A、P53A、P55A输出为0去开通双向晶闸管SR1A、SR3A、SR5A，控制P52A、P54A、P56A输出为1去关断双向晶闸管SR2A、SR4A、SR6A，实现0电压补偿，即TB1A、TB2A均不进行补偿；A相输入电压为电压等级5时，控制P52A、P53A、P56A输出为0去开通双向晶闸管SR2A、SR3A、SR6A，控制P51A、P54A、P55A输出为1去关断双向晶闸管SR1A、SR4A、SR5A，仅使TB1A进行反向补偿；等等。不触发区控制信号有效，P4A等于1时，表明交流电源相电压存在波动，使其电压等级编码值产生了变化，需要进行晶闸管电子开关的切换，改变A相的补偿方式。在电子开关的切换过程中，为避免晶闸管桥中上下桥臂切换时，因为电子开关延迟关断的因素造成电源短路，在不触发区控制信号有效期间，即A相实施例的P4A等于1时，关断A相晶闸管桥中所有双向晶闸管，A相互锁控制电路控制P51A-P56A全部输出1。

表1中，A相不触发区控制信号无效(P4A等于0)时，7个电压等级编码值P3A的有效编码值对应有7组有效触发控制信号，相应实现7种电压补偿状态的控制；当P2A改变使不触发区控制信号有效(P4A等于1)时对应有1组有效触发控制信号，互锁控制电路共输出有8组有效触发控制信号。当不触发区控制信号无效(P4A等于0)，且互锁控制电路输入的电压等级编码值P3A为无效编码值时，互锁控制电路输出的触发控制信号对应有1组无效触发控制信号。图5的电路实施例1输出的电压等级编码值P2A由6位二进制编码组成，经过延迟后得到6位二进制编码组成的电压等级编码值P3A，共有64种可能的编码输出；不触发区控制信号无效(P4A等于0)时，除7个电压等级编码值P3A的有效编码值外，还存在57组无效编码值，可能因为比较器故障等原因，使互锁控制电路输出此57组无效编码值中的1组；在不触发区控制信号无效且P3A为无效编码值时，互锁控制电路输出1组特定的无效触发控制信号；表1中，该1组特定的无效触发控制信号使P51A输出为0，P52A-P56A输出为1；该特定的无效触发控制信号不进行晶闸管的实际控制，即使起到了晶闸管的触发控制作用，也仅使TB1A、TB2A的励磁线圈接零线N且励磁电压为0，不进行电压补偿；该1组特定的无效触发控制信号还可以选择其他不能进行电压补偿的触发组合，例如，使P53A输出为0，其他的输出为1。

表1中，互锁控制电路输出的触发控制信号触发双向晶闸管导通时低电平有效。如果互锁控制电路输出的触发控制信号要求触发双向晶闸管导通时高电平有效，则表1逻辑真值表的输出信号中的1需要改变为0，0需要改变为1；用ROM存储器实现其功能时，存储单元的内容按照表1反相即可。

图13(b)为A相互锁控制电路实施例2，其中的YR2为ROM存储器。设图4补偿式三相主电路单元实施例2的A相主电路中，TB1A补偿电压最低，TB3A补偿电压最高；且TB2A的补偿电压为TB1A补偿电压的2倍，TB3A的补偿电压为TB2A补偿电压的2倍。表2为互锁控制电路针对图6的A相补偿控制电路中采样比较电路实施例2输出且经延时保护电路延迟的A相电压等级编码值进行逻辑控制时的逻辑真值表；交流电源相电压波动范围为220V+10％至220V-20％，要求将其稳定在220V±2％的范围内输出，A相交流电源相电压被比较区分为10个电压等级区间。采用图13(b)的A相互锁控制电路的实施例2，即采用ROM存储器YR2实现其逻辑功能时，输入P4A、Y29-Y21连接至ROM存储器的地址端A9-A0，ROM存储器的数据输出D0-D7为互锁控制电路的逻辑输出，8个输出信号P51A-P58A组成A相触发控制信号P5A。Y29-Y21是Y19-Y11经延时保护电路延迟后的信号。

从图6及LM3914的功能可知，当A相交流电源相电压在最高区间，即电压等级为10的区间时，Y19-Y11均输出低电平；当A相交流电源相电压处于次高区间，即电压等级为9的区间时，Y11输出高电平，Y19-Y12均输出低电平；当A相交流电源相电压处于最低区间，即电压等级为1的区间时，Y19-Y11均输出高电平。表2中，与电压等级1-10对应的10个Y19-Y10的值为电压等级编码值的有效编码值。

表2

表2中，A相不触发区控制信号无效，P4A等于0，A相电压等级编码值为与电压等级1-10对应的值时，A相互锁控制电路控制补偿式三相主电路单元实施例2的A相主电路进行相应的电压补偿；例如，A相输入电压为电压等级7时，控制P51A、P53A、P55A、P57A输出为0去开通双向晶闸管SR1A、SR3A、SR5A、SR7A，控制P52A、P54A、P56A、P58A输出为1去关断双向晶闸管SR2A、SR4A、SR6A、SR8A，实现0电压补偿，即TB1A、TB2A、TB3A均不进行补偿；A相输入电压为电压等级8时，控制P52A、P53A、P56A、P58A输出为0去开通双向晶闸管SR2A、SR3A、SR6A、SR8A，控制P51A、P54A、P55A、P57A输出为1去关断双向晶闸管SR1A、SR4A、SR5A、SR7A，使TB1A进行反向补偿；A相输入电压为电压等级9时，控制P52A、P54A、P55A、P58A输出为0去开通双向晶闸管SR2A、SR4A、SR5A、SR8A，控制P51A、P53A、P56A、P57A输出为1去关断双向晶闸管SR1A、SR3A、SR6A、SR7A，使TB2A进行反向补偿；A相输入电压为电压等级10时，控制P52A、P53A、P55A、P58A输出为0去开通双向晶闸管SR2A、SR3A、SR5A、SR8A，控制P51A、P54A、P56A、P57A输出为1去关断双向晶闸管SR1A、SR4A、SR6A、SR7A，使TB1A、TB2A同时进行反向补偿；A相输入电压为电压等级6时，控制P51A、P54A、P55A、P57A输出为0去开通双向晶闸管SR1A、SR4A、SR5A、SR7A，控制P52A、P53A、P56A、P58A输出为1去关断双向晶闸管SR2A、SR3A、SR6A、SR8A，使TB1A进行正向补偿；A相输入电压为电压等级4时，控制P51A、P54A、P56A、P57A输出为0去开通双向晶闸管SR1A、SR4A、SR6A、SR7A，控制P52A、P53A、P55A、P58A输出为1去关断双向晶闸管SR2A、SR3A、SR5A、SR8A，使TB1A、TB2A同时进行正向补偿；A相输入电压为电压等级3时，控制P51A、P53A、P55A、P58A输出为0去开通双向晶闸管SR1A、SR3A、SR5A、SR8A，控制P52A、P54A、P56A、P57A输出为1去关断双向晶闸管SR2A、SR4A、SR6A、SR7A，使TB3A进行正向补偿；A相输入电压为电压等级1时，控制P51A、P53A、P56A、P58A输出为0去开通双向晶闸管SR1A、SR3A、SR6A、SR8A，控制P52A、P54A、P55A、P57A输出为1去关断双向晶闸管SR2A、SR4A、SR5A、SR7A，使TB2A、TB3A同时进行正向补偿；等等。不触发区控制信号有效，P4A等于1时，表明交流电源相电压存在波动，使A相电压等级编码值产生了变化，需要进行电子开关的切换，改变补偿方式，此时关断A相晶闸管桥中所有双向晶闸管，A相互锁控制电路控制P51A-P58A全部输出1。

表2中，A相不触发区控制信号无效(P4A等于0)时，10个A相电压等级编码值P3A的有效编码值对应有10组有效触发控制信号，相应实现10种电压补偿状态的控制；当A相电压等级编码值P2A改变使A相不触发区控制信号有效(P4A等于1)时对应有1组有效触发控制信号，互锁控制电路共输出有11组有效触发控制信号。当A相不触发区控制信号无效(P4A等于0)，且互锁控制电路输入的A相电压等级编码值P3A为无效编码值时，互锁控制电路输出的触发控制信号对应有1组特定的无效触发控制信号。图6的电路实施例2输出的电压等级编码值P2A由9位二进制编码组成，经过延迟后得到9位二进制编码组成的电压等级编码值P3A，共有512种可能的编码输出；不触发区控制信号无效(P4A等于0)时，除10个电压等级编码值P3A的有效编码值外，还存在502组无效编码值，可能因为比较器故障等原因，使互锁控制电路输出此502组无效编码值中的1组；在不触发区控制信号无效且P3A为无效编码值时，互锁控制电路输出1组特定的无效触发控制信号；表2中，该1组无效触发控制信号使P51A输出为0，P52A-P58A输出为1，使TB1A、TB2A、TB3A的励磁线圈接零线N且励磁电压为0，不进行电压补偿；该1组特定的无效触发控制信号还可以选择其他不能进行电压补偿的触发组合，例如，使P53A输出为0，其他的输出为1。

表2中，A相互锁控制电路输出的触发控制信号触发双向晶闸管导通时低电平有效。如果互锁控制电路输出的触发控制信号要求为触发双向晶闸管导通时高电平有效，则表2逻辑真值表的输出信号中的1需要改变为0，0需要改变为1；用ROM存储器实现其功能时，存储单元的内容按照表2反相即可。

表1或者表2真值表中的组合逻辑功能，也可以采用ROM存储器之外的其他方式去实现。B相和C相的互锁控制电路采用与A相互锁控制电路相同的电路与控制逻辑。

图14为触发单元中触发A相主电路中双向晶闸管SR1A的触发电路实施例，由交流触发光耦UG1、电阻RG1、电阻RG2组成，触发控制信号P51A低电平有效。交流触发光耦UG1可以选择MOC3021、MOC3022、MOC3023、MOC3051、MOC3052、MOC3053等移相型双向晶闸管输出光电耦合器。电源+VCCK为由检错控制单元控制的受控电源。触发图3补偿式三相主电路单元实施例1的A相主电路中双向晶闸管SR2A-SR6A，或者是触发图4补偿式三相主电路单元实施例2的A相主电路中双向晶闸管SR2A-SR8A的触发电路，以及触发B相和C相主电路中双向晶闸管的触发电路，与触发A相主电路中双向晶闸管SR1A的电路结构一样。图14的交流触发光耦UG1从G11A、G12A输出的触发脉冲，和触发单元中其他交流触发光耦输出的触发脉冲共同组成触发信号P6。

图15为检错控制单元实施例，其中，YR3、YR4、YR5均为ROM存储器，YR3、YR4、YR5组成判别模块，用于分别判断输入的A、B、C相的触发控制信号P5A、P5B、P5C是否为有效触发控制信号；与门FK1、三极管VT、三极管VK1、三极管VK2、继电器线圈KA、继电器线圈KB、继电器线圈KC、续流二极管VD、电阻RK1、电阻RK2、电阻RK3组成保护控制电路。+VCC2为继电器线圈的供电电源和触发单元受控电源的源电源。

图15的检错控制单元实施例用于针对控制每相由6个双向晶闸管组成晶闸管桥时所发出的触发控制信号进行判断。表3为判断A相互锁控制电路实施例1发出的触发控制信号是否为有效触发控制信号的逻辑真值表；当A相互锁控制电路实施例1发出的触发控制信号为表3中前面8行所列的8组有效触发控制信号中的1组时，ROM存储器YR3输出的A相触发控制判别信号有效，即P7A为1，表示A相触发控制信号为有效触发控制信号；当A相互锁控制电路实施例1发出的触发控制信号为其他信号，不是表3中前面8行所列的8组有效触发控制信号中的任何1组时，YR3输出的A相触发控制判别信号无效，即P7A为0，表示A相触发控制信号不是有效触发控制信号；当A相互锁控制电路实施例1的输入为无效编码值，并输出无效触发控制信号时，从表3可以看出，YR3输出的P7A同样为0。ROM存储器YR4用于对B相互锁控制电路输出的6位触发控制信号进行判断，ROM存储器YR5用于对C相互锁控制电路输出的6位触发控制信号进行判断，其原理与ROM存储器YR3用于对A相互锁控制电路输出的6位触发控制信号进行判断的原理相同。当B相互锁控制电路输出的6位触发控制信号P5B为8组有效触发控制信号中的1组时，YR4输出的P7B为1，否则为0；当C相互锁控制电路输出的6位触发控制信号P5C为8组有效触发控制信号中的1组时，YR5输出的P7C为1，否则为0。

当A相、B相、C相互锁控制电路发出的触发控制信号全部为有效触发控制信号时，补偿式三相交流稳压器处于补偿工作状态；当A相、B相、C相互锁控制电路发出的触发控制信号不是全部为有效触发控制信号时，补偿式三相交流稳压器处于晶闸管桥的开路保护状态。图15中，当P7A、P7B、P7C全部为1，A相、B相、C相互锁控制电路发出的触发控制信号全部为有效触发控制信号时，与门FK1输出的触发控制判别总信号P7有效，即P7为1，三极管VK1、VK2导通，受控电源+VCCK得电，触发单元正常工作，依据触发控制信号发出相应的触发脉冲。P7为1同时控制三极管VT导通，继电器线圈KA、KB、KC得电，图3补偿式三相主电路单元实施例1中A相主电路中的继电器常开开关KA-1、KA-2、KA-3闭合，继电器常闭开关KA-5、KA-6断开，A相晶闸管桥处于补偿工作状态；同样，B相、C相主电路中的继电器开关分别由继电器线圈KB、KC控制，使B相、C相晶闸管桥均处于补偿工作状态。当P7A、P7B、P7C不是全部为1，A相、B相、C相互锁控制电路发出的触发控制信号不全部为有效触发控制信号时，与门FK1的输出信号无效，P7为0，三极管VK1、VK2截止，受控电源+VCCK失电，触发单元不工作，即不发出触发晶闸管的触发脉冲。P7为0同时控制三极管VT截止，继电器线圈KA、KB、KC失电，图3补偿式三相主电路单元实施例1中A相主电路中的继电器常开开关KA-1、KA-2、KA-3断开，使A相晶闸管桥处于开路保护状态，继电器常闭开关KA-5、KA-6闭合，使施加在TB1A、TB2A励磁线圈上的电压为0；同样，此时B相、C相主电路中的继电器开关分别由继电器线圈KB、KC控制，使B相、C相晶闸管桥均处于开路保护状态。与门FK1输出的触发控制判别总信号和输入三相的触发控制判别信号均高电平有效。

表3

从表3可以看出，当A相互锁控制电路实施例1的输入为无效编码值，并输出无效触发控制信号时，判别模块中YR3同样输出为0，实现对晶闸管桥的开路保护；因此，无论是因为各相采样比较电路出现了故障导致输出了无效编码值，还是各相互锁控制电路出现了控制错误导致输出了无效触发控制信号，检错控制单元均启动对晶闸管桥进行开路保护。当表3判别模块中A相判别的逻辑真值表采用ROM存储器实现时，ROM存储器的地址输入需要6位，即表3中的a0-a5，对应连接输入信号P51A-P56A；ROM存储器的数据输出需要1位，即表3中的d0，对应连接输出的控制信号P7A；此时，进行B相和C相判别也分别采用有6位地址输入、1位数据输出的ROM存储器来实现相应的功能。

表4为检错控制单元针对图13(b)A相互锁控制电路实施例2发出的触发控制信号是否为有效触发控制信号的逻辑真值表，输入的触发控制信号为8位。当表4的逻辑真值表采用ROM存储器实现时，ROM存储器的地址输入需要8位，即表4中的a0-a7，对应连接输入信号P51A-P58A；ROM存储器的数据输出需要1位，即表4中的d0，为输出的控制信号P7A；此时，当采用图15的实施例实现检错控制单元的功能时，只需要将图15中ROM存储器YR3、YR4、YR5的地址输入从6位更改为8位即可，图15中其他电路的工作原理与过程与控制6位触发控制信号时一样。

表4

当A相互锁控制电路实施例2发出的触发控制信号为表4中前面11行所列的11组有效触发控制信号中的1组时，ROM存储器YR3输出的A相触发控制判别信号有效，即P7A为1，表示A相触发控制信号为有效触发控制信号；当A相互锁控制电路实施例2发出的触发控制信号为其他信号，不是表4中前面11行所列的11组有效触发控制信号中的任何1组时，YR3输出的A相触发控制判别信号无效，即P7A为0，表示A相触发控制信号不是有效触发控制信号；当A相互锁控制电路实施例2的输入为无效编码值，并输出无效触发控制信号时，从表4可以看出，YR3输出的P7A同样为0。ROM存储器YR4用于对B相互锁控制电路输出的8位触发控制信号进行判断，ROM存储器YR5用于对C相互锁控制电路输出的8位触发控制信号进行判断，其原理与ROM存储器YR3用于对A相互锁控制电路输出的8位触发控制信号进行判断的原理相同。当B相互锁控制电路输出的8位触发控制信号P5B为11组有效触发控制信号中的1组时，YR4输出的P7B为1，否则为0；当C相互锁控制电路输出的8位触发控制信号P5C为11组有效触发控制信号中的1组时，YR5输出的P7C为1，否则为0。当P7A、P7B、P7C全部为1，A相、B相、C相互锁控制电路发出的触发控制信号全部为有效触发控制信号时，与门FK1输出的触发控制判别总信号P7有效，即P7为1，三极管VK1、VK2导通，受控电源+VCCK得电，触发单元正常工作，依据触发控制信号发出相应的触发脉冲。P7为1同时控制三极管VT导通，继电器线圈KA、KB、KC得电，图4补偿式三相主电路单元实施例2中A相主电路中的继电器常开开关KA-1、KA-2、KA-3、KA-4闭合，继电器常闭开关KA-5、KA-6、KA-7断开，A相晶闸管桥处于补偿工作状态；同样，B相、C相主电路中的继电器开关分别由继电器线圈KB、KC控制，使B相、C相晶闸管桥均处于补偿工作状态。当P7A、P7B、P7C不是全部为1，A相、B相、C相互锁控制电路发出的触发控制信号不全部为有效触发控制信号时，与门FK1的输出无效，P7为0，三极管VK1、VK2截止，受控电源+VCCK失电，触发单元不工作，即不发出触发晶闸管的触发脉冲。P7为0同时控制三极管VT截止，继电器线圈KA、KB、KC失电，图4补偿式三相主电路单元实施例2中A相主电路中的继电器常开开关KA-1、KA-2、KA-3、KA-4断开，使A相晶闸管桥处于开路保护状态，同时控制继电器常闭开关KA-5、KA-6、KA-7闭合，使施加在TB1A、TB2A、TB3A励磁线圈上的电压为0；同样，此时B相、C相主电路中的继电器开关分别由继电器线圈KB、KC控制，使B相、C相晶闸管桥均处于开路保护状态。

表3或者是表4真值表中的组合逻辑功能，也可以采用ROM存储器之外的其他方式去实现。

当检错控制单元判断输入的A相、B相、C相共三组触发控制信号中，有一组及以上不是有效触发控制信号时，发出保护控制信号至补偿式三相主电路单元，使A相、B相、C相的晶闸管桥同时处于开路保护状态时，此时，补偿式三相交流稳压器不对输入电压进行补偿，稳压器输出的电压即为输入的三相交流电源相电压。在A相、B相、C相的晶闸管桥同时处于开路保护状态时，如果检错控制单元判断输入的A相、B相、C相共三组触发控制信号全部恢复为有效触发控制信号，则检错控制单元自动终止晶闸管桥的开路保护状态，A相、B相、C相的晶闸管桥全部重新处于补偿工作状态。

从以上的实施例及其工作过程可知，检错控制单元只要判断出输入的三组触发控制信号不全是有效触发控制信号，则在不发出触发晶闸管的触发脉冲的同时，启动并使三相的晶闸管桥均处于开路保护状态；A相、B相、C相互锁控制电路分别输至检错控制单元的有效触发控制信号在保证了各相同一全桥电路上下桥臂晶闸管不同时导通，即实现了同一全桥电路上下桥臂晶闸管互锁控制的同时，稳压器还对出现的其他非正常的控制逻辑错误，包括各相采样比较电路出现故障，输出了无效编码值，以及互锁控制电路出现逻辑错误，输出了无效触发控制信号时，也在不发出触发晶闸管的触发脉冲的同时，由检错控制单元启动并使晶闸管桥处于开路保护状态；在晶闸管桥处于开路保护状态时，如果检错控制单元判断补偿式三相交流稳压器重新进入正常的逻辑控制状态，即检错控制单元判断输入的三组触发控制信号全部恢复为有效触发控制信号时，则能够自动停止晶闸管桥的开路保护状态并使其重新处于补偿工作状态。上述功能有效地加强了补偿式三相交流稳压器针对工作过程异常的保护力度，使所述补偿式三相交流稳压器的工作更加可靠。

在以上的各实施例附图中，所有ROM存储器、逻辑门电路和逻辑功能集成电路均采用单电源+VCC1供电。除说明书所述的技术特征外，补偿式三相交流稳压器的其他技术均为本领域技术人员所掌握的常规技术。

Claims (6)

1.一种补偿式三相交流稳压器，其特征在于：包括补偿式三相主电路单元、补偿控制单元、触发单元、检错控制单元；

补偿控制单元输出三相触发控制信号至触发单元和检错控制单元；触发单元根据输入的触发控制信号，发出触发信号至补偿式三相主电路单元，控制补偿式三相主电路单元中晶闸管桥中晶闸管的通断；检错控制单元依据输入的三相触发控制信号是否错误来启动/停止对补偿式三相主电路单元中晶闸管桥的开路保护；

所述补偿控制单元由三个结构相同的补偿控制电路组成，三个补偿控制电路分别对三相交流电源相电压进行电压采样，输出三相触发控制信号；

每一相中 补偿控制电路包括采样比较电路、延时保护电路、互锁控制电路；采样比较电路对交流电源相电压进行电压采样，输出电压等级编码值；延时保护电路输入电压等级编码值，输出延迟后的电压等级编码值和不触发区控制信号；互锁控制电路输入延迟后的电压等级编码值和不触发区控制信号，输出触发控制信号；

每一相中 控制不触发区控制信号在电压等级编码值发生改变后输出一个单脉冲；不触发区控制信号在输出单脉冲期间有效，在非输出单脉冲期间无效；

每一相中 延时保护电路中，延迟的电压等级编码值信号改变时刻晚于电压等级编码值发生改变后不触发区控制信号中单脉冲的前沿时刻，且早于电压等级编码值发生改变后不触发区控制信号中单脉冲的后沿时刻；

每一相中 电压等级编码值共有M+1个有效编码值，互锁控制电路输出的有效触发控制信号共有M+2组；所述M+2组的有效触发控制信号中，M+1组用于实现交流电源相电压的补偿控制，1组用于关断晶闸管桥中的所有晶闸管；所述M为大于等于1的整数；

每一相中 不触发区控制信号有效时互锁控制电路输出1组有效触发控制信号，关断晶闸管桥中所有晶闸管；当不触发区控制信号无效且电压等级编码值为M+1个有效编码值中的1个时，互锁控制电路对应输出M+1组有效触发控制信号中的1组，实现对交流电源相电压的补偿控制；当不触发区控制信号无效且电压等级编码值为无效编码值时，互锁控制电路输出1组无效触发控制信号；

检错控制单元判断输入的三相触发控制信号是否错误的依据是，输入的三相触发控制信号中，每相触发控制信号均为本相M+2组有效触发控制信号中的1组时，三相触发控制信号正确，否则错误；

当检错控制单元判断输入的三相触发控制信号错误时，控制三相晶闸管桥处于开路保护状态。

2.根据权利要求1所述的补偿式三相交流稳压器，其特征在于：控制三相晶闸管桥处于开路保护状态的具体方法是，控制继电器保护开关断开三相晶闸管桥的所有上桥臂来对晶闸管桥进行开路保护；

控制三相晶闸管桥处于开路保护状态的具体方法或者是，控制继电器保护开关断开三相晶闸管桥的所有下桥臂来对晶闸管桥进行开路保护。

3.根据权利要求2所述的补偿式三相交流稳压器，其特征在于：三相晶闸管桥处于开路保护状态下，检错控制单元判断输入的三相触发控制信号恢复为正确信号时，自动停止三相晶闸管桥的开路保护状态。

4. 根据权利要求1所述的补偿式三相交流稳压器，其特征在于：每一相中 延时保护电路由延时检测模块和不触发区控制信号产生模块组成；延时检测模块中包括M个相同的延时检测电路，每个延时检测电路对输入信号进行延迟得到延迟后的输出信号，同时对输入信号进行边沿检测，输出边沿检测信号；M个延时检测电路分别对M位电压等级编码值进行信号延迟，得到延迟后的M位电压等级编码值，以及对M位电压等级编码值进行边沿检测，得到M个边沿检测信号；不触发区控制信号产生模块将输入的M个边沿检测信号转换为不触发区控制信号输出。

5.根据权利要求4所述的补偿式三相交流稳压器，其特征在于：每一相的延时检测模块中，每个延时检测电路包括电阻RY3、电容CY3、反相器FY5、反相器FY6、与非门FY7、或门FY8、与非门FY9；反相器FY5输入端连接至输入信号端；电阻RY3的一端连接至反相器FY5输出端，另外一端分别连接至电容CY3的一端、与非门FY7的一个输入端、或门FY8的一个输入端、反相器FY6的输入端；电容CY3的另外一端连接至地端，与非门FY7的另外一个输入端连接至输入信号端，或门FY8的另外一个输入端连接至输入信号端；与非门FY9的2个输入端分别连接至与非门FY7输出端、或门FY8输出端；反相器FY6输出端为延迟后的输出信号端；与非门FY9输出端为边沿检测信号输出端。

6. 根据权利要求4所述的补偿式三相交流稳压器，其特征在于：每一 不触发区控制信号产生模块为具有M个输入信号端的或门FY10；或门FY10的M个输入信号端分别连接至M个延时检测电路中的边沿检测信号输出端；或门FY10的输出端输出不触发区控制信号。

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