CN109407742B - 自耦补偿三相交流稳压器 - Google Patents

Abstract

一种自耦补偿三相交流稳压器，包括自耦补偿式三相主电路、补偿控制单元、触发单元、检错控制单元。每相主电路均包括补偿变压器、自耦变压器、晶闸管开关组和继电器保护开关，采用相同的补偿方式实现补偿。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，发出触发信号控制三相主电路中晶闸管开关组中晶闸管的通断；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/停止对三相主电路中晶闸管开关组的保护。所述稳压器在实现互锁控制的同时，还对控制电路是否出现逻辑错误来对晶闸管开关组进行开路保护，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过程更加稳定、可靠。

Description

自耦补偿三相交流稳压器

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其是一种自耦补偿三相交流稳压器。

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，本发明提供了一种自耦补偿三相交流稳压器，包括自耦补偿式三相主电路、补偿控制单元、触发单元、检错控制单元。自耦补偿式三相主电路为三相四线制电路，每相的交流电源相电压采用相同的补偿电路与补偿方式实现补偿；每相主电路均包括补偿变压器、自耦变压器、晶闸管开关组和继电器保护开关。

每一相中，交流电源相电压波动区间范围的电压被分成多个电压等级区间来进行补偿控制；由晶闸管开关组中晶闸管的通断组合状态控制选择自耦变压器多个输出电压中的0个，或者是1个，或者是多个电压叠加，作为补偿变压器的励磁线圈电压，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；晶闸管开关组中晶闸管的通断组合状态由触发控制信号通过触发单元发出的触发脉冲控制。

所述补偿控制单元由三个包括模数转换编码电路、延时保护电路、互锁控制电路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，输出相应的三相触发控制信号；三个补偿控制电路结构相同，其中的模数转换编码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。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，发出触发信号至自耦补偿式三相主电路，控制三相主电路中晶闸管开关组中晶闸管的通断；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/停止对三相主电路中晶闸管开关组的保护。

每一相中，模数转换编码电路对交流电源相电压进行电压采样，输出与多个电压等级区间对应的电压等级编码值；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，交流电源相电压波动区间范围的电压被分成M个电压等级区间；电压等级编码值中共有M个有效编码值，该M个有效编码值与M个电压等级区间一一对应。

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，关断所控制的晶闸管开关组中所有晶闸管；不触发区控制信号无效且电压等级编码值为M个有效编码值中的1个时，互锁控制电路对应输出M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。

每一相中，互锁控制电路输出的的有效触发控制信号共有M+1组，包括用于实现交流电源相电压的补偿控制的M组有效触发控制信号和用于关断晶闸管开关组中的所有晶闸管的1组有效触发控制信号。所述M为大于等于2的整数。

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+1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，控制三相晶闸管开关组处于保护状态，具体方法是，控制断开自耦补偿式三相主电路中所有自耦变压器的输入侧供电电压来对三相晶闸管开关组进行保护；三相晶闸管开关组处于保护状态下，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开关组的保护状态。当检错控制单元判断输入的三相触发控制信号错误时，控制切断供电电源向触发单元的供电，停止控制三相晶闸管开关组中晶闸管通断触发脉冲的发出；当检错控制单元判断输入的三相触发控制信号正确时，维持供电电源向触发单元的供电，恢复触发脉冲的发出，实现对三相晶闸管开关组中晶闸管的通断控制。

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开关组中晶闸管的通断组合状态时，在其先后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。

每一相的延时保护电路中，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，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K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；K个延时检测电路分别对K位电压等级编码值进行信号延迟，得到延迟后的K位电压等级编码值，以及对K位电压等级编码值进行边沿检测，得到K个边沿检测信号；不触发区控制信号产生模块将输入的K个边沿检测信号转换为不触发区控制信号输出。

每一相的K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K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。

又或者是，每一相的K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K个输入信号端的或门FY10；或门FY10的K个输入信号端分别连接至K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。

三相晶闸管开关组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：所述方法应用于采用补偿变压器组和晶闸管开关组进行电压补偿的自耦补偿三相交流稳压器，在保证了自耦补偿三相主电路各相晶闸管开关组中同侧晶闸管不同时导通，即实现了晶闸管互锁控制的同时，还对可能出现的电路故障或者是逻辑错误进行判断，根据判断结果控制触发脉冲是否发出，同时断开自耦变压器的一次侧供电，进行三相晶闸管开关组的保护，有效地加强了所述自耦补偿三相交流稳压器针对工作过程异常的保护力度；在晶闸管开关组处于保护状态时，如果电路故障或者是逻辑错误消除并重新进入正常的逻辑控制状态，则能够自动停止晶闸管开关组的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。上述功能使补偿式三相交流稳压的工作过程更加稳定、可靠。

附图说明

图1为自耦补偿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为自耦补偿三相主电路实施例1中的A相主电路；

图4为自耦补偿三相主电路实施例2中的A相主电路；

图5为A相模数转换编码电路实施例1；

图6为A相模数转换编码电路实施例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A相不触发区控制信号产生模块实施例；

图12为A相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A相互锁控制电路实施例1，图13(b)为A相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SR1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为自耦补偿三相交流稳压器的系统组成框图，补偿控制单元输出与A、B、C三相对应的触发控制信号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至自耦补偿三相主电路，控制A、B、C三相主电路晶闸管开关组中晶闸管的通断；检错控制单元判断输入的三相触发控制信号P5A、P5B、P5C是否均为有效触发控制信号，并依据判断结果控制触发单元的工作电源，发出保护控制信号至自耦补偿三相主电路，对三相主电路中的晶闸管开关组进行保护。

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，模数转换编码电路对A相交流电源相电压进行电压采样，经模数转换后输出A相的电压等级编码值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A相不触发区控制信号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、C相交流电源相电压进行电压采样和控制，输出B相、C相触发控制信号P5B、P5C。

图3为自耦补偿三相主电路实施例1中的A相主电路，包括补偿变压器TB1和自耦变压器TB2，6个双向晶闸管SR1-SR6共同组成A相晶闸管开关组，熔断器FU1和继电器常开开关KA-1、继电器常闭开关KA-2组成A相继电器保护电路。

补偿变压器TB1的补偿线圈串联在A相相线上，相线输入端为LA1，输出端为LA2。TB1励磁线圈上的电压由A相晶闸管开关组控制。自耦变压器TB2有3个输出抽头C1、C2、C3，双向晶闸管SR1、SR3、SR5的一端并联后连接至TB1励磁线圈的一端，SR1、SR3、SR5的另外一端分别连接至抽头C1、C2、C3；双向晶闸管SR2、SR4、SR6的一端并联后连接至TB1励磁线圈的另外一端，SR2、SR4、SR6的另外一端则分别连接至抽头C1、C2、C3。设自耦变压器TB2抽头C1、C2间的输出电压U12与C2、C3间的输出电压U23不同，则晶闸管开关组最多有正向U12、正向U23、正向U12+U23、反向U12、反向U23、反向U12+U23共6种励磁线圈电压补偿状态，外加一种输入电压在正常范围之内时的0电压补偿状态，A相相线输入端LA1输入的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，G11、G12至G61、G62分别为双向晶闸管SR1至SR6的触发信号输入端。图3中，双向晶闸管SR1、SR3、SR5组成同侧晶闸管，双向晶闸管SR2、SR4、SR6组成另一同侧晶闸管；为避免短路，同侧晶闸管中不能同时有2个及2个以上的晶闸管同时导通；例如，SR1、SR3不能同时导通，SR4、SR6不能同时导通，等等。

图4为自耦补偿三相主电路实施例2中的A相主电路，包括补偿变压器TB1和自耦变压器TB2，8个双向晶闸管SR1-SR8共同组成A相晶闸管开关组，熔断器FU1和继电器常开开关KA-1、继电器常闭开关KA-2组成A相继电器保护电路。

图4中，补偿变压器TB1的补偿线圈串联在A相相线上，相线输入端为LA1，输出端为LA2。TB1励磁线圈上的电压由晶闸管开关组控制。自耦变压器TB2有4个输出抽头C1、C2、C3、C4，双向晶闸管SR1、SR3、SR5、SR7的一端并联后连接至TB1励磁线圈的一端，SR1、SR3、SR5、SR7的另外一端分别连接至抽头C1、C2、C3、C4；双向晶闸管SR2、SR4、SR6、SR8的一端并联后连接至TB1励磁线圈的另外一端，SR2、SR4、SR6、SR8的另外一端则分别连接至抽头C1、C2、C3、C4。设自耦变压器TB2抽头C1、C2间的输出电压U12，C2、C3间的输出电压U23，C3、C4间的输出电压U34各不不同，则晶闸管开关组包括正向U12、正向U23、正向U34、正向U12+U23、正向U23+U34、正向U12+U23+U34、反向U12、反向U23、反向U34、反向U12+U23、反向U23+U34、反向U12+U23+U34共12种励磁线圈电压补偿状态，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LA1输入的A相交流电源相电压能够被分成最多13个电压区间进行补偿控制。图4中，N为零线，G11、G12至G81、G82分别为双向晶闸管SR1至SR8的触发信号输入端。图4中，双向晶闸管SR1、SR3、SR5、SR7组成同侧晶闸管，双向晶闸管SR2、SR4、SR6、SR8组成另一同侧晶闸管；为避免短路，同侧晶闸管中不能同时有2个及2个以上的晶闸管同时导通；例如，SR1、SR7不能同时导通，SR4、SR8不能同时导通，等等。

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。

自耦补偿三相主电路为三相四线制电路，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。

模数转换编码电路对交流电源相电压进行电压采样，将交流电源相电压波动区间范围的电压，经模数转换后输出二进制构成的电压等级编码值。对A、B、C三相交流电源相电压进行电压采样并输出电压等级编码值均采用相同的电路。

图5为A相模数转换编码电路实施例1，FD1为真有效值检测器件LTC1966，LTC1966与变压器TV1、电容CV1、电容CV2、电阻RV1、电阻RV2构成有效值检测电路，针对从相线LA1和零线N输入的A相交流电源相电压有效值进行测量，得到A相交流电源相电压采样值U1。当相线LA1分别改为连接B相、C相的相线时，分别得到B相、C相的交流电源相电压采样值。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5中，FD2为双积分型A/D转换器ICL7109，用于将交流电源相电压波动区间范围的电压区分为电压等级区间并转换为二进制构成的电压等级编码值输出。图5中，ICL7109的运行/保持端RUN、低字节使能端LBEN、测试端TEST接高电平，片选端CE/LOAD、模式端MODE、高字节使能端HBEN、振荡器选择端OSC SEL接低电平，其工作在持续(即自动重复)转换方式及高字节直接输出模式；晶振XT1连接至ICL7109的振荡器输入端OSC IN和振荡器输出端OSC OUT；积分电容C11、积分电阻R11、自动调零电容C12的一端连结组成积分电路，另外一端分别连接至ICL7109的积分电容端INT、缓冲器输出端BUF、自动调零电容端AZ；ICL7109的差分输入高端INHOL输入交流电源相电压采样值U1，差分输入低端IN LO连接至基准电压输出端REF OUT；电阻RF1、电阻RF2对基准电压分压，在电阻RF2上得到参考电压Uref，Uref输入至参考电压正输入端REF IN+和参考电压负输入端REF IN-；参考电容C13连接至参考电容正输入端REF CAP+和参考电容负输入端REF CAP-；ICL7109的V+为正电源端，连接至电源+VCC；ICL7109的V-为负电源端，连接至电源-VCC；ICL7109的GND为数字地端，COMMON为模拟地端，均连接至公共地GND。

以A相为例，设输入的交流电源相电压波动范围为220V±10％，要求采用补偿式主电路实施例1将其稳定在220V±2％的范围内输出，交流电源相电压波动区间范围是242V至198V，此时采用图5的模数转换编码电路实施例1，可以将输入在242V至198V之间的A相相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，且自耦变压器TB2的输出电压U12低，U23高；电压U23是电压U12的2倍；则自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，仅用输出电压U12做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为6.4V；自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，仅用输出电压U23做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为12.8V；自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，同时使用输出电压U12、U23做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为19.2V。图5中，ICL7109对从差分输入高端INHOL和差分输入低端IN LO之间的差分电压进行A/D转换；6.4V的7个电压等级区间对应的实际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；差分输入低端IN LO输入的、从基准电压输出端REF OUT输出的基准电压Ucp应该与交流电源相电压波动区间范围的低限理论值197.6V对应；因此，确定变压器TV1的变比和电阻RV1、电阻RV2的分压比，应该在交流电源相电压为低限理论值197.6V时，使交流电源相电压采样值U1等于基准电压输出端REF OUT输出的基准电压Ucp。图5用于A相时，模数转换编码电路输出的电压等级编码值P2A由从ICL7109最高4位B12、B11、B10、B9输出的数据Y14、Y13、Y12、Y11组成；Y14、Y13、Y12、Y11与电压从低到高7个电压等级区间一一对应的7个电压等级编码值分别是0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110，通过调节参考电压Uref的大小来实现。调节参考电压Uref大小的方法一是：交流电源相电压在最高2个电压等级区间的分界电压236V处上下波动时，整定(即调节)电阻RF1、电阻RF2的分压比，使Y14、Y13、Y12、Y11的数值在0110和0101之间波动；调节参考电压Uref大小的方法二是：设Ux为交流电源相电压在197.6V至242.4V的理论范围波动时，从差分输入高端INHOL和差分输入低端IN LO输入的电压变化范围，有

Ux的变化范围对应B12、B11、B10、B9的7个最小编码值；设对应B12、B11、B10、B9的10个BCD编码值的输入变化满量程输入电压范围是Um，有

ICL7109的参考电压为满量程输入电压的1/2，有

因此，只需要调整电阻RF1、电阻RF2的分压比，使Uref等于式(1)的计算值即可。

同样以A相为例，设输入的交流电源相电压波动范围为220V+10％至220V-20％，要求采用补偿式主电路实施例2将其稳定在220V±2％的范围内输出，交流电源相电压波动区间范围是242V至176V，此时采用图5的模数转换编码电路实施例1，可以将输入在242V至176V之间的A相相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，且自耦变压器TB2的输出电压U12最低，U23最高；电压U23是电压U12的3倍，电压U34是电压U12的2倍；则自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，仅用输出电压U12做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为7V；自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，仅用输出电压U23做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为21V；自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，仅用输出电压U34做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为14V；自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，同时使用输出电压U12、U23做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为28V；等等。此时，7V的10个电压等级区间对应的实际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；差分输入低端IN LO输入的、从基准电压输出端REF OUT输出的基准电压Ucp应该与交流电源相电压波动区间范围的低限理论值174.5V对应；因此，确定变压器TV1的变比和电阻RV1、电阻RV2的分压比，应该在交流电源相电压为低限理论值174.5V时，使交流电源相电压采样值U1等于基准电压输出端REF OUT输出的基准电压Ucp。同样地，图5实施例用于A相时，模数转换编码电路输出的电压等级编码值P2A由从ICL7109最高4位B12、B11、B10、B9输出的数据Y14、Y13、Y12、Y11组成，Y14、Y13、Y12、Y11与电压从低到高10个电压等级区间一一对应的10个电压等级编码值分别是0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，通过调节参考电压Uref的大小来实现。调节参考电压Uref大小的方法一是：交流电源相电压在最高的两个电压等级区间分界处(即交流电源相电压的235.4V)上下波动时，整定(即调节)电阻RF1、电阻RF2的分压比，使Y14、Y13、Y12、Y11的数值在1000和1001之间波动；调节参考电压Uref大小的方法二是：设Uy为交流电源相电压在174.5V至244.5V的理论范围波动时，从差分输入高端IN HOL和差分输入低端IN LO输入的电压变化范围，有

Uy的变化范围对应B12、B11、B10、B9输出BCD码的10个编码值，为满量程输入，有

因此，此时只需要调整电阻RF1、电阻RF2的分压比，使Uref等于式(2)的计算值即可。

图5中，LTC1966、ICL7109的其他外围元件参数可以通过阅读相应的器件数据手册进行确定。交流电源相电压采样值U1还可以采用其他检测电路来实现，ICL7109也可以采用其他器件，例如，采用双积分A/D转换器MAX139、MAX140、ICL7107等替换ICL7109，MAX139、MAX140、ICL7107等输出的二进制编码为7段代码，其作用与ICL7109输出的BCD码相同。

图6为A相模数转换编码电路实施例2，从相线LA1和零线N输入的交流电源相电压经变压器TV2降压后，由二极管DV1-DV4组成的整流桥整流，再经电容CV3滤波和电阻RV3、电阻RV4分压，得到与输入的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U2。相线LA1分别改为连接B相、C相的相线时，分别得到B相、C相的交流电源相电压采样值。电阻RV5和稳压管WV1组成低限阈值电压电路，稳压管WV1上电压为与交流电源相电压波动区间范围的低限值对应的低限阈值电压U2cp。交流电源相电压采样值U2也可以送至图5中ICL7109的差分输入高端IN HOL，由ICL7109转换为二进制构成的电压等级编码值输出。

图6中，FD3为双积分型A/D转换器MC14433，用于将交流电源相电压波动区间范围的电压区分为电压等级区间并转换为二进制构成的电压等级编码值输出。图6中，MC14433的转换结束输出端EOC连接至转换结果输出控制端DU，使其工作在自动重复转换状态；积分电阻R14和积分电容C14连接至MC14433的外接积分元件端R1、R1/C1、C1；振荡电阻R15连接至MC14433的时钟外接元件端CP0、CP1；补偿电容C15连接至MC14433的外接补偿电容端C01、C02；电阻RF3、电阻RF4对电源+VCC进行分压，在电阻RF4上得到参考电压Uref1，Uref1输入至参考电压输入端VREF；VDD为MC14433的正电源端，连接至电源+VCC；VSS为数字地端，VAG为模拟地端，均连接至公共地。

图6中，FD4为4路D锁存器CD4042，CD4042的4位数据输入端D0-D3连接至MC14433的4位数据输出端Q0-Q3；CD4042的触发时钟输入端CP连接至MC14433的百位选通信号输出端DS2；CD4042的时钟极性控制端POL接高电平，正电源端VDD连接至电源+VCC，数字地端VSS连接至公共地。CD4042将MC14433每次转换结束后分时输出的百位BCD数据进行锁存。图6实施例用于A相时，模数转换编码电路输出的电压等级编码值P2A由从CD4042输出端Q3、Q2、Q1、Q0输出的数据Y14、Y13、Y12、Y11组成。CD4042可以用其他锁存器来代替。

以A相为例，设输入的交流电源相电压波动范围为220V±10％，要求采用补偿式主电路实施例1将其稳定在220V±2％的范围内输出，交流电源相电压波动区间范围是242V至198V，此时采用图6的模数转换编码电路实施例2，可以将输入在242V至198V之间的A相相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。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，且自耦变压器TB2的输出电压U12低，U23高；电压U23是电压U12的2倍；则自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，仅用输出电压U12做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为6.4V；自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，仅用输出电压U23做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为12.8V；自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，同时使用输出电压U12、U23做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为19.2V。

图6中，MC14433的被测电压输入端VX连接至交流电源相电压采样值U2的输出端，而低限阈值电压U2cp被连接至公共地GND，因此，MC14433是对交流电源相电压采样值U2与低限阈值电压U2cp之间的电压差值进行转换；6.4V的7个电压等级区间对应的实际交流电源电压波动区间为242.4V至197.6V，低限阈值电压U2cp与交流电源相电压波动区间范围的低限理论值197.6V对应；因此，变压器TV2的变比和电阻RV3、电阻RV4的分压比，应该在交流电源相电压为低限理论值197.6V时，使交流电源相电压采样值U2等于低限阈值电压U2cp。图6实施例用于A相时，模数转换编码电路输出的电压等级编码值P2A由从MC14433百位输出的数据Y14、Y13、Y12、Y11组成；由于要求将输入在242.4V至197.6V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，Y14、Y13、Y12、Y11与电压从低到高7个电压等级区间一一对应的7个电压等级编码值分别是0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110，通过调节输入至MC14433的参考电压U2ref大小来实现。调节参考电压U2ref大小的方法一是：交流电源相电压在最高2个电压等级区间的分界电压236V处上下波动时，令参考电压从最大值开始减小，调节电阻RF3、电阻RF4的分压比，使Y14、Y13、Y12、Y11的数值在0110和0101之间波动；调节参考电压U2ref大小的方法二是：设此时Ux为交流电源相电压在197.6V至242.4V的理论范围波动时的电压变化范围，有

由于MC14433的测量输出为3位半BCD数据，对应满量程输入，千位加上百位共有20个BCD编码值，Ux的变化范围对应其中的7个最小编码值；设此时对应20个BCD编码值的输入变化满量程输入电压范围是Uz，有

MC14433的参考电压等于满量程输入电压，有

因此，此时只需要调整电阻RF3、电阻RF4的分压比，使U2ref等于式(3)的计算值即可。

同样以A相为例，设输入的交流电源相电压波动范围为220V+10％至220V-20％，要求采用补偿式主电路实施例2将其稳定在220V±2％的范围内输出，交流电源相电压波动区间范围是242V至176V，此时采用图6的模数转换编码电路实施例2，可以将输入在242V至176V之间的A相相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。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，且自耦变压器TB2的输出电压U12最低，U23最高；电压U23是电压U12的3倍，电压U34是电压U12的2倍；则自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，仅用输出电压U12做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为7V；自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，仅用输出电压U23做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为21V；自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，仅用输出电压U34做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为14V；自耦变压器TB2的输入电压为交流220V，同时使用输出电压U12、U23做TB1的励磁线圈电压时，TB1补偿电压为28V；等等。7V的10个电压等级区间对应的实际交流电源电压波动区间为244.5V至174.5V，低限阈值电压U2cp与交流电源相电压波动区间范围的低限值理论值174.5V对应；因此，变压器TV2的变比和电阻RV3、电阻RV4的分压比，应该在交流电源相电压为低限理论值174.5V时，使交流电源相电压采样值U2等于低限阈值电压U2cp。图6实施例用于A相时，模数转换编码电路输出的电压等级编码值P2A由从MC14433百位输出的数据Y14、Y13、Y12、Y11组成，Y14、Y13、Y12、Y11与电源电压从低到高10个电压等级区间一一对应的10个电压等级编码值分别是0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，通过调节参考电压U2ref的大小来实现。调节参考电压U2ref大小的方法一是：交流电源相电压在最高的两个电压等级区间分界处(即交流电源相电压的235.4V)上下波动时，令参考电压从最大值开始减小，调节电阻RF3、电阻RF4的分压比，使Y14、Y13、Y12、Y11的数值在1000和1001之间波动；调节参考电压U2ref大小的方法二是：设此时Uy为交流电源相电压在176V至242V范围波动时的电压变化范围，有

Uy的变化范围对应MC14433千位加上百位共有20个BCD编码值中的10个最小编码值；设此时对应20个BCD编码值的输入变化满量程输入电压范围是Uz，有

MC14433的参考电压等于满量程输入电压，有

因此，此时只需要调整电阻RF3、电阻RF4的分压比，使U2ref等于式(4)的计算值即可。

图6中，MC14433的其他外围元件参数可以通过阅读相应的器件数据手册进行确定。交流电源相电压采样值U2还可以采用其他检测电路来实现，例如，采用各种真有效值检测芯片来实现。交流电源相电压采样值U2与相应的低限阈值电压之间的差值也可以采用其他方法得到，例如，用模拟电压减法器电路，将交流电源相电压采样值U2减去相应的低限阈值电压值。

上述各实施例中，当采用图3的自耦补偿三相主电路实施例1进行电压补偿，利用图5的模数转换编码电路实施例1或者是图6的模数转换编码电路实施例2，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，或者是7个以下的电压等级区间时，电压等级编码值的最高位恒等于0。以P2A为例，由Y14、Y13、Y12、Y11组成的A相电压等级编码值P2A中，Y14恒等于0，因此，此时实际的电压等级编码值也可以认为是由3位组成，即P2A由Y13、Y12、Y11组成，A相电压等级编码值P2A与电压从低到高7个电压等级区间一一对应的7个电压等级编码值分别是000、001、010、011、100、101、110。

A、B、C三相采用相同的延时保护电路。图7为A相延时保护电路实施例框图，延时检测模块YC1分别对输入的电压等级编码值信号Y14、Y13、Y12、Y11进行延迟得到延迟后的电压等级编码值信号Y24、Y23、Y22、Y21，Y24、Y23、Y22、Y21组成P3A；YC1模块同时分别对Y14、Y13、Y12、Y11进行边沿检测得到边沿检测信号Y34、Y33、Y32、Y31；不触发区控制信号产生模块YC2将输入的边沿检测信号Y34、Y33、Y32、Y31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输入的电压等级编码值信号有Y14、Y13、Y12、Y11等4位，K等于4；如果K等于3，延时检测模块YC1输入的电压等级编码值由3位二进制值组成，例如，由Y13、Y12、Y11时，其进行信号延迟得到延迟后的电压等级编码值相应也只有Y23、Y22、Y21等3位，其对Y13、Y12、Y11进行边沿检测得到边沿检测信号也只Y33、Y32、Y31等3位，不触发区控制信号产生模块YC2输入的边沿检测信号也只有Y33、Y32、Y31等3位。

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A、B、C三相的电压等级编码值均由4位二进制数值组成，则共需要12个延时检测电路；12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Y34、Y33、Y32、Y31，输出为A相不触发区控制信号P4A。图11实施例中，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，不触发区控制信号低电平有效。如果输入的边沿检测信号Y34、Y33、Y32、Y31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，实现负逻辑的或逻辑功能。如果输入的边沿检测信号只有3位时，例如，只有边沿检测信号Y33、Y32、Y31时，图11中的或门，或者是用于实现不触发区控制信号产生模块功能的其他门，例如，或非门，与非门，与门等，也相应的为3输入门电路。B、C两相采用与A相相同的不触发区控制信号产生模块。

图12为A相延时保护电路中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相电压等级编码值信号；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发生上升沿改变时，电压等级编码值中的Y12、Y13、Y14没有发生改变，此时其对应的边沿检测信号Y32、Y33、Y34没有产生正脉冲；设当Y11发生下降沿改变时，电压等级编码值中的Y12同时发生改变，Y13、Y14没有发生改变，此时其对应的边沿检测信号Y32中产生与Y12变化相关的正脉冲；因Y33、Y34维持低电平没有变化，图12中未画出。依据前述的不触发区控制信号产生模块的逻辑功能，不触发区控制信号产生模块输出的单脉冲宽度与输入的边沿检测信号中共同产生该单脉冲的输入脉冲中最宽的脉冲宽度相同。图12中，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，则两者宽度一致；A相不触发区控制信号P4A中的第2个正脉冲由边沿检测信号Y31中的第2个负脉冲和边沿检测信号Y32中的负脉冲共同影响产生，其宽度与产生该正脉冲的2个负脉冲中宽度最宽的负脉冲宽度相同；从图12可知，Y32中的负脉冲宽度较宽，P4A中的第2个正脉冲宽度与Y23中的负脉冲宽度相同。这种宽度差异是因不同延时检测电路中决定T2、T3的电阻、电容值的差异所造成。

在图8延时保护电路中的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的延时保护电路中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，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自耦补偿三相主电路实施例1的A相主电路中，自耦变压器TB2的输出电压U12低，U23高；电压U23是电压U12的2倍。表1为采用图3自耦补偿三相主电路实施例1的A相主电路进行补偿控制，利用图5的模数转换编码电路实施例1或者是图6的模数转换编码电路实施例2，将电源电压分为7个电压等级区间，由Y13、Y12、Y11，或者是延迟后的Y23、Y22、Y21组成7个电压等级编码值时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。采用ROM存储器实现互锁控制电路的逻辑功能时，P4A、Y23-Y21分别依次连接至ROM存储器的地址输入端A3-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P51-P56组成触发控制信号P5A。

表1

表1中，A相不触发区控制信号无效，P4A等于0，电压等级编码值P3A为与电压等级1-7对应的值时，互锁控制电路控制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，输入电压为最低的电压等级1时，控制P51、P56输出为0去开通双向晶闸管SR1、SR6，控制P52等其他输出为1去关断其他双向晶闸管，采用输出电压U12+U23做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；输入电压为电压等级2时，控制P53、P56输出为0去开通双向晶闸管SR3、SR6，控制P51等其他输出为1去关断其他双向晶闸管，仅采用输出电压U23做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；输入电压为电压等级4时，控制P55、P56输出为0去开通双向晶闸管SR5、SR6，控制P51等其他输出为1去关断其他双向晶闸管，实现0电压补偿；输入电压为电压等级5时，控制P52、P53输出为0去开通双向晶闸管SR2、SR3，控制P51等其他输出为1去关断其他双向晶闸管，仅采用反向输出电压U12做TB1的励磁线圈电压进行反向补偿；等等。当A相不触发区控制信号有效，即实施例P4A等于1时，表明交流电源相电压存在波动，使电压等级编码值产生了变化，需要进行晶闸管开关组通断组合状态的切换，改变补偿方式。在晶闸管电子开关的切换过程中，为避免晶闸管开关组中晶闸管切换时，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，即实施例的P4A等于1时，关断A相晶闸管开关组中所有双向晶闸管，互锁控制电路控制P51-P56全部输出1。

表1中，M等于7。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P4A有效(P4A等于1)时对应有1组有效触发控制信号，A相的互锁控制电路共输出有8组有效触发控制信号。当P4A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，A相互锁控制电路对应有1组特定的无效触发控制信号。利用图5的模数转换编码电路实施例1或者是图6的模数转换编码电路实施例2，将电源电压分为7个电压等级区间，由Y13、Y12、Y11输出7个电压等级编码值的有效编码值，Y13、Y12、Y11或者是Y23、Y22、Y21只可能存在1个无效编码值的输出，为111。表1中，该1组无效触发控制信号使P56输出为0，P51-P55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TB1励磁线圈接至自耦变压器TB2的一个抽头且励磁电压为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P55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为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)为互锁控制电路实施例2，其中的YR2为ROM存储器。设图4自耦补偿三相主电路实施例2的A相主电路中，自耦变压器TB2的输出电压U12最低，U23最高；电压U23是电压U12的3倍，电压U34是电压U12的2倍。表2为采用图4自耦补偿三相主电路实施例2的A相主电路进行补偿控制，利用图5的模数转换编码电路实施例1或者是图6的模数转换编码电路实施例2，将电源电压分为10个电压等级区间，由Y14、Y13、Y12、Y11，或者是延迟后的Y24、Y23、Y22、Y21组成10个电压等级编码值时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％至220V-20％，要求将其稳定在220V±2％的范围内输出。采用ROM存储器YR2实现其逻辑功能时，输入P4A、Y24-Y21分别依次连接至ROM存储器的地址端A4-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P51-P58组成触发控制信号P5。表2中，A相不触发区控制信号无效，P4A等于0，电压等级编码值P3A为与电压等级1-10对应的值时，A相互锁控制电路控制自耦补偿三相主电路实施例2的A相主电路进行相应的电压补偿；例如，输入电压为电压等级7时，控制P57、P58输出为0去开通双向晶闸管SR7、SR8，控制P51等其他输出为1去关断其他双向晶闸管，实现0电压补偿；输入电压为电压等级8时，控制P52、P53输出为0去开通双向晶闸管SR2、SR3，控制P51等其他输出为1去关断其他双向晶闸管，仅采用反向输出电压U12做TB1的励磁线圈电压进行反向补偿；输入电压为电压等级9时，控制P56、P57输出为0去开通双向晶闸管SR6、SR7，控制P51等其他输出为1去关断其他双向晶闸管，仅采用反向输出电压U34做TB1的励磁线圈电压进行反向补偿；输入电压为电压等级10时，控制P54、P55输出为0去开通双向晶闸管SR4、SR5，控制P51等其他输出为1去关断其他双向晶闸管，仅采用反向输出电压U23做TB1的励磁线圈电压进行反向补偿；输入电压为电压等级6时，控制P51、P54输出为0去开通双向晶闸管SR1、SR4，控制P52等其他输出为1去关断其他双向晶闸管，仅采用输出电压U12做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；输入电压为电压等级4时，控制P53、P56输出为0去开通双向晶闸管SR3、SR6，控制P51等其他输出为1去关断其他双向晶闸管，仅采用输出电压U23做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；输入电压为电压等级3时，控制P51、P56输出为0去开通双向晶闸管SR1、SR6，控制P52等其他输出为1去关断其他双向晶闸管，采用输出电压U12+U23做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；输入电压为电压等级1时，控制P51、P58输出为0去开通双向晶闸管SR1、SR8，控制P52等其他输出为1去关断其他双向晶闸管，采用输出电压U12+U23+U34做TB1的励磁线圈电压进行正向补偿；等等。不触发区控制信号有效，即实施例的P4A等于1时，表明A相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，需要进行晶闸管开关组通断组合状态的切换，改变补偿方式，此时关断A相晶闸管开关组中所有双向晶闸管，A相互锁控制电路控制P51-P58全部输出1。

表2中，M等于10。A相不触发区控制信号无效(实施例P4A等于0)时，10个电压等级编码值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P2A改变使A相不触发区控制信号有效(实施例P4A等于1)时，对应有1组有效触发控制信号，A相互锁控制电路共有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A相互锁控制电路输入的电压等级编码值P3A为无效编码值时，A相互锁控制电路对应有1组特定的无效触发控制信号；利用图5的模数转换编码电路实施例1或者是图6的模数转换编码电路实施例2，将电源电压分为10个电压等级区间，由Y14、Y13、Y12、Y11组成的电压等级编码值P2A共输出10个电压等级编码值的有效编码值，4位电压等级编码值Y14、Y13、Y12、Y11，或者是Y24、Y23、Y22、Y21还可能存在6个无效编码值的输出，均使A相互锁控制电路输出同样的1组无效触发控制信号；表2中，该1组无效触发控制信号使P58输出为0，P51-P57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TB1励磁线圈接至自耦变压器TB2的一个抽头且励磁电压为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P57输出为0，其他的输出为1。

表2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2

表1或者是表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SR1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P51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自耦补偿三相主电路实施例1的A相主电路中双向晶闸管SR2-SR6，或者是触发图4自耦补偿三相主电路实施例2的A相主电路中双向晶闸管SR2-SR8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，与触发双向晶闸管SR1的电路结构一样。图14的交流触发光耦UG1从G11、G12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、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中受控电源的源电源。

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开关组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，此时自耦变压器有3个抽头、由6个双向晶闸管组成晶闸管开关组；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，其判断逻辑与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。

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得电，使图3自耦补偿式三相主电路实施例1的A相主电路中继电器常开开关KA-1闭合，继电器常闭开关KA-2断开；继电器线圈KA得电同时控制自耦补偿式三相主电路实施例1的B相和C相主电路中相应的继电器常开开关断合，继电器常闭开关断开，电路处于补偿工作状态。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失电，使图3自耦补偿式三相主电路实施例1的A相主电路中继电器常开开关KA-1断开，继电器常闭开关KA-2闭合，使施加在励磁线圈上的电压为0；继电器线圈KA失电同时控制自耦补偿式三相主电路实施例1的B相和C相主电路中相应的继电器常开开关断开，继电器常闭开关断合，电路处于保护工作状态，实现对三相晶闸管开关组的保护。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，互锁控制电路发出的保护控制信号有效，实现对晶闸管开关组的保护；因此，无论是因为各相模数转换编码电路出现编码错误的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开关组进行保护。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P51-P56；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，此时自耦变压器有4个抽头、每相由8个双向晶闸管组成晶闸管开关组。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P51-P58；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得电，使图3自耦补偿式三相主电路实施例1的A相主电路中继电器常开开关KA-1闭合，继电器常闭开关KA-2断开；继电器线圈KA得电同时控制自耦补偿式三相主电路实施例1的B相和C相主电路中相应的继电器常开开关断合，继电器常闭开关断开，电路处于补偿工作状态。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P7信号为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失电，使图3自耦补偿式三相主电路实施例1的A相主电路中继电器常开开关KA-1断开，继电器常闭开关KA-2闭合，使施加在励磁线圈上的电压为0；继电器线圈KA失电同时控制自耦补偿式三相主电路实施例1的B相和C相主电路中相应的继电器常开开关断开，继电器常闭开关断合，电路处于保护工作状态，实现对三相晶闸管开关组的保护。

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，有一组及一组以上不是有效触发控制信号时，发出保护控制信号有效，使A相、B相、C相的晶闸管开关组同时处于保护状态；此时，自耦补偿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交流电源相电压。在A相、B相、C相的晶闸管开关组同时处于保护状态时，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开关组的保护状态，A相、B相、C相的晶闸管开关组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开关组均处于保护状态；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自耦补偿式三相主电路各相晶闸管开关组中同侧晶闸管不同时导通，即实现了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，包括各相模数转换编码电路出现编码错误，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开关组处于保护状态；在晶闸管开关组处于保护状态时，如果检错控制单元判断自耦补偿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开关组的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自耦补偿三相交流稳压器针对工作过程异常的保护力度，使所述自耦补偿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正单电源+VCC供电。除说明书所述的技术特征外，自耦补偿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)

1.一种自耦补偿三相交流稳压器，其特征在于：包括自耦补偿式三相主电路、补偿控制单元、触发单元、检错控制单元；自耦补偿式三相主电路为三相四线制电路，每相的交流电源相电压采用相同的补偿电路与补偿方式实现补偿；每相主电路均包括补偿变压器、自耦变压器、晶闸管开关组和继电器保护开关；

补偿控制单元由三个包括模数转换编码电路、延时保护电路、互锁控制电路的补偿控制电路组成，三个结构相同的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；

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三相触发控制信号，发出三相触发信号至自耦补偿式三相主电路，控制三相主电路中晶闸管开关组中晶闸管的通断；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/停止对三相主电路中晶闸管开关组的保护；

每一相中，模数转换编码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；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，电压等级编码值中共有M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+1组；所述M+1组有效触发控制信号中，M组用于实现交流电源相电压的补偿控制，1组用于关断晶闸管开关组中的所有晶闸管；所述M为大于等于2的整数；

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，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，关断晶闸管开关组中所有晶闸管；不触发区控制信号无效且电压等级编码值为M个有效编码值中的1个时，互锁控制电路对应输出M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；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+1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，控制三相晶闸管开关组处于保护状态；当检错控制单元判断输入的三相触发控制信号错误时，控制切断触发单元的供电电源。

2.根据权利要求1所述的自耦补偿三相交流稳压器，其特征在于：控制三相晶闸管开关组处于保护状态的具体方法是，控制断开自耦补偿式三相主电路中所有自耦变压器的输入侧供电电压来对三相晶闸管开关组进行保护。

3.根据权利要求2所述的自耦补偿三相交流稳压器，其特征在于：三相晶闸管开关组处于保护状态下，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开关组的保护状态。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的自耦补偿三相交流稳压器，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K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；K个延时检测电路分别对K位电压等级编码值进行信号延迟，得到延迟后的K位电压等级编码值，以及对K位电压等级编码值进行边沿检测，得到K个边沿检测信号；不触发区控制信号产生模块将输入的K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所述的自耦补偿三相交流稳压器，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所述的自耦补偿三相交流稳压器，其特征在于：每一相中，不触发区控制信号产生模块为具有K个输入信号端的或门FY10；或门FY10的K个输入信号端分别连接至K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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