CN111338411A - 一种交流稳压器及交流供电设备 - Google Patents

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杨文泉
蒋日乾
白秋梁
陈志彬
上官昌焜
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Zhangzhou Kehua Technology Co Ltd
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Xiamen Kehua Hengsheng Co Ltd
Zhangzhou Kehua Technology Co Ltd
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    • H02P13/06—Arrangements for controlling transformers, reactors or choke coils, for the purpose of obtaining a desired output by tap-changing; by rearranging interconnections of windings

Abstract

本发明适用于稳压技术领域，提供了一种交流稳压器及交流稳压设备，所述交流稳压器包括：变压模块、补偿电压大小控制模块和补偿电压方向控制模块；变压模块包括N个补偿变压器，N个补偿变压器的次级绕组串联连接形成串联支路，串联支路的第一端用于连接交流输入的火线输入端，第二端作为火线输出端，各补偿变压器的初级绕组的第一端通过补偿电压大小控制模块、补偿电压方向控制模块连接至各补偿电压器的初级绕组的第二端。其中，各补偿变压器的初级绕组各自并联一个可控开关，当某个补偿变压器不被选通时，该补偿变压器的初级绕组对应的可控开关导通。本发明能够提高交流稳压器的稳压精度。

Description

一种交流稳压器及交流供电设备
技术领域
本发明属于稳压技术领域，尤其涉及一种交流稳压器及交流供电设备。
背景技术
交流稳压器被广泛使用在各行业中，用于对交流输入的电压进行稳压，现有的交流稳压器通常包括多个串联的补偿变压器，一般根据待补偿的电压大小控制各补偿变压器的初级绕组的施加电压的大小，根据待补偿的电压方向控制各补偿变压器的初级绕组的施加电压的方向，以在各补偿变压器的次级绕组得到对交流输入的电压进行补偿的补偿电压。
由于在控制各补偿变压器的初级绕组的施加电压的大小时，将不需要进行电压补偿的补偿变压器的初级绕组调整到开路状态，以使初级绕组上施加0电压，但由于开路状态的初级绕组无法感应其对应的次级绕组，致使该次级绕组产生了压降，而该压降会影响交流稳压器的稳压值，从而降低了交流稳压器的稳压精度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种交流稳压器及交流供电设备，旨在解决现有技术中的交流稳压器的稳压精度较低的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种交流稳压器，所述交流稳压器包括：
变压模块、补偿电压大小控制模块和补偿电压方向控制模块；
所述变压模块包括N个补偿变压器，所述N个补偿变压器的次级绕组串联连接形成串联支路，所述串联支路的第一端用于连接交流输入的火线输入端，第二端作为火线输出端，其中，N为不小于2的整数；
各补偿变压器的初级绕组的第一端通过所述补偿电压大小控制模块、所述补偿电压方向控制模块连接至各补偿电压器的初级绕组的第二端；
所述补偿电压大小控制模块用于根据待补偿的电压大小从各补偿变压器中选通相应的补偿变压器工作以提供该待补偿的电压大小；
所述补偿电压方向控制模块用于根据待补偿的电压方向控制各补偿变压器的初级绕组的施加电压的方向；
其中，各补偿变压器的初级绕组各自并联一个可控开关，当某个补偿变压器不被选通时，该补偿变压器的初级绕组对应的可控开关导通。
可选的，所述补偿电压大小控制模块包括N个可控开关，每个可控开关的第一端对应连接至一个补偿变压器的初级绕组的第一端，每个可控开关的第二端通过所述补偿电压方向控制模块连接至各补偿变压器的初级绕组的第二端。
可选的，所述补偿电压方向控制模块包括并联连接的第一可控开关支路和第二可控开关支路，所述补偿电压方向控制模块的第一端连接至所述火线输出端，第二端连接至零线端；
其中，所述第一可控开关支路包括串联连接的两个可控开关，该两个可控开关的公共连接端连接至各补偿变压器的初级绕组的第二端；
所述第二可控开关支路也包括串联连接的两个可控开关，该两个可控开关的公共连接端连接至所述补偿电压大小控制模块的各可控开关的第二端。
可选的，所述补偿电压方向控制模块的第一端与所述火线输出端之间还连接有过流保护模块。
可选的，所述交流稳压器还包括补偿电压确定模块，用于检测所述交流输入的电压，并根据所述交流输入的电压确定补偿电压，以及，根据所述补偿电压确定各补偿电压的初级绕组的施加电压的大小、各补偿变压器的初级绕组的施加电压的方向。
可选的，所述补偿电压确定模块包括真值有效值转换芯片。
可选的，各补偿变压器的初级绕组各自并联的可控开关包括双向晶闸管、继电器或绝缘栅双极型晶体管。
可选的，每个双向晶闸管并联一个RC吸收电路。
可选的，所述补偿电压确定模块包括真有效值芯片。
本发明实施例的第二方面提供了一种交流稳压设备，所述交流稳压设备包括调压变压器以及如上任一项所述的交流稳压器，所述调压变压器用于将输入的第一交流电压转换为第二交流电压，所述交流稳压器连接所述调压变压器，用于将所述第二交流电压稳定在预设值并输出给负载。
可选的，所述调压变压器为三相输出时，每一相输出连接一个如上任一项所述的交流稳压器。
本发明与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明各补偿变压器的初级绕组各自并联一个可控开关，当某个补偿变压器不被选通时，该初级绕组对应的可控开关导通。导通的可控开关可以将该补偿变压器的初级绕组短路，而短路的初级绕组能够感应其对应的次级绕组，并在该次级绕组得到0V的电压。本发明能够将不被选通的补偿变压器的初级绕组由开路状态转变为短路状态，使不被选通的补偿变压器的初级绕组能够感应其对应的次级绕组，避免了该初级绕组对应的次级绕组产生压降，从而提高了交流稳压器的稳压精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术的交流稳压器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的交流稳压器的结构示意图；
图3是本发明另一实施例提供的交流稳压器的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
现有技术中的交流稳压器包括多个串联的补偿变压器，一般根据待补偿的电压大小控制各补偿变压器的初级绕组的施加电压的大小，根据待补偿的电压方向控制各补偿变压器的初级绕组的施加电压的方向，以在各补偿变压器的次级绕组得到对交流输入的电压进行补偿的补偿电压。
参见图1，其示出了现有技术中的交流稳压器的结构示意图，图中包括3个补偿变压器，分别是T1、T2和T3。补偿变压器T1的初级绕组和次级绕组的变比为220:11，补偿变压器T2的初级绕组和次级绕组的变比为220:5.5，补偿变压器T3的初级绕组和次级绕组的变比为220:5.5，其中，通过调节可控开关S4、S5、S6和S7，控制每个补偿变压器的初级绕组施加电压的方向，通过调节可控开关S1的通断，控制补偿变压器T1的初级绕组施加电压的大小，在S1导通时，补偿变压器T1施加电压为220V，在S1断开时，补偿变压器T2的初级绕组施加电压为0V。但是S1断开时，补偿变压器T1的初级绕组处于开路状态，导致无法感应补偿变压器T1的次级绕组，补偿变压器T1的次级绕组相当于电感，同时由于次级绕组上的电流作用，在补偿变压器T1的次级绕组上产生了压降，该压降影响了交流稳压器的补偿电压，进而降低了交流稳压器进行稳压的精度。
本发明通过在各补偿变压器的初级绕组并联一个可控开关，当某个补偿变压器不被选通时，该补偿变压器的初级绕组施加电压为0V，该初级绕组对应的可控开关导通，导通的可控开关可以将施加电压为0的补偿变压器的初级绕组短路，而短路的初级绕组能够感应其对应的次级绕组，并在该次级绕组得到0V的电压。本发明能够将不被选通的补偿变压器的初级绕组由开路状态转变为短路状态，使不被选通的补偿变压器的初级绕组能够感应其对应的次级绕组，避免了该初级绕组对应的次级绕组产生压降，从而提高了交流稳压器的稳压精度。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
参见图2，其示出了本发明实施例提供的交流稳压器的结构示意图，详述如下：
交流稳压器2包括：
变压模块21、补偿电压大小控制模块22和补偿电压方向控制模块23；
变压模块21包括N个补偿变压器，所述N个补偿变压器的次级绕组串联连接形成串联支路，所述串联支路的第一端Lin用于连接交流输入的火线输入端，第二端Lout作为火线输出端，其中，N为不小于2的整数；
各补偿变压器的初级绕组的第一端通过所述补偿电压大小控制模块、所述补偿电压方向控制模块连接至各补偿电压器的初级绕组的第二端；
补偿电压大小控制模块22用于根据待补偿的电压大小从各补偿变压器中选通相应的补偿变压器工作以提供该待补偿的电压大小；
补偿电压方向控制模块23用于根据待补偿的电压方向控制各补偿变压器的初级绕组的施加电压的方向；
其中，各补偿变压器的初级绕组各自并联一个可控开关，当某个补偿变压器不被选通时，该补偿变压器的初级绕组对应的可控开关导通。
在本发明实施例中，交流输入可以为220V交流电，该220V交流电可以由380V的交流电经调压变压器的调压得到，补偿变压器可以包括补偿变压器T1、补偿变压器T2和补偿变压器T3，本发明的每个补偿变压器的初级绕组并联了一个可控开关，其中，补偿变压器T1的次级绕组并联了可控开关S8，补偿变压器T2的次级绕组并联了可控开关S9，补偿变压器T3的次级绕组并联了可控开关S10，当某个补偿变压器不被选通时，该补偿变压器的初级绕组的施加电压为0V，该初级绕组对应的可控开关导通。示例性的，补偿电压大小控制模块22控制补偿变压器T1的初级绕组的施加电压为0V，可控开关S8导通，可控开关S8导通后，可以将补偿变压器T1的初级绕组短路，使补偿变压器T1的初级绕组能够感应补偿变压器T1的次级绕组，进而使补偿变压器T1的次级绕组感应得到0V的电压，避免了补偿变压器T1的次级绕组产生压降，从而提高了交流稳压器的稳压精度。
由上可知，本发明通过各补偿变压器的初级绕组各自并联一个可控开关，能够将不被选通的变压器的初级绕组由开路状态转变为短路状态，使施加电压为0的初级绕组能够感应其对应的次级绕组，避免了其对应的次级绕组产生压降，从而提高了交流稳压器的稳压精度。
参见图3，其示出了本发明另一实施例提供的交流稳压器的结构示意图，详述如下：
补偿电压大小控制模块22包括N个可控开关，每个可控开关的第一端对应连接至一个补偿变压器的初级绕组的第一端，每个可控开关的第二端通过所述补偿电压方向控制模块连接至各补偿变压器的初级绕组的第二端。
在本发明实施例中，参见图3，所述补偿电压大小模块包括可控开关S1、可控开关S2和可控开关S3，其中，可控开关S1控制补偿变压器T1，可控开关S2控制补偿变压器T2，可控开关S3控制补偿变压器T3，示例性的，在可控开关S1未导通时，补偿变压器T1未选通，使补偿变压器T1处于开路状态，此时补偿变压器T1施加的电压为0V。
可选的，补偿电压方向控制模块23包括并联连接的第一可控开关支路和第二可控开关支路，补偿电压方向控制模块23的第一端连接至所述火线输出端，第二端连接至零线端；
其中，所述第一可控开关支路包括串联连接的两个可控开关，该两个可控开关的公共连接端连接至各补偿变压器的初级绕组的第二端；
所述第二可控开关支路也包括串联连接的两个可控开关，该两个可控开关的公共连接端连接至所述补偿电压大小控制模块的各可控开关的第二端。
在本发明实施例中，参见图3，补偿电压方向控制模块23中第一可控开关支路包括可控开关S4和S6，第二可控开关支路包括可控开关S5和S7。
可控开关S4的一端连接所述火线输出端，可控开关S4的另一端通过所述各补偿变压器的初级绕组、补偿电压大小控制模块22连接至可控开关S7的一端，可控开关S7的另一端连接所述交流输入的零线端；
可控开关S5的一端连接所述火线输出端，可控开关S5的另一端通过补偿电压大小控制模块22、所述各补偿变压器的初级绕组连接至可控开关S6的一端，可控开关S6的另一端连接所述交流输入的零线端。
在本发明实施例中，补偿电压方向控制模块23控制各补偿变压器初级绕组施加电压的方向，在可控开关S4和可控开关S7导通，可控开关S5和可控开关S6关闭时，各补偿变压器初级绕组施加正向电压，在可控开关S4和可控开关S7关闭，可控开关S5和可控开关S6导通时，各补偿变压器初级绕组施加负向电压。
在本发明实施例中，补偿变压器T1的初级绕组的第一端通过可控开关S1连接至可控开关S5和S7之间，补偿变压器T2的初级绕组的第一端通过可控开关S2连接至可控开关S5和S7之间，补偿变压器T3的初级绕组的第一端通过可控开关S3连接至可控开关S5和S7之间，补偿变压器T1的初级绕组的第二端、补偿变压器T2的初级绕组的第二端和补偿变压器T3的初级绕组的第二端均连接至可控开关S4和S6之间。其中，补偿电压方向控制模块23的第一端连接至所述火线输出端，第二端连接至零线端。各补偿变压器初级绕组的第一端可以为同名端，各补偿变压器初级绕组的第二端可以为异名端。
图3中补偿变压器T1的变比为220：11，补偿变压器T2的变比为220：5.5，补偿变压器T3的变比为220：5.5。通过控制补偿电压大小控制模块22中可控开关的通断，可以控制各补偿变压器的初级绕组的施加电压的大小，通过可控补偿电压方向控制模块23中可控开关的通断，可以控制各补偿变压器的初级绕组的施加电压的方向，进而得到补偿电压。参见表1，表1示出了各可控开关的通断状态和补偿电压的对应关系，“√”表示导通，每个补偿变压器对应的补偿电压大小控制模块22中的一个可控开关导通时，该补偿变压器的初级绕组施加220V交流电压，可控开关关闭时，该补偿变压器的初级绕组施加0V电压。
表1
Figure BDA0002431180430000081
表1表示，交流输入正常值为220V，在实际交流输入的范围为240至244V时，补偿电压为-22V，可控开关S1、S2、S3、S5和S6导通；在交流输入的范围为234.2至240V时，补偿电压为-16.5V，可控开关S1、S3、S5、S6和S9导通，或者可控开关S1、S2、S5、S6和S10导通；在交流输入的范围为228.8至234.2时，补偿电压为-11V，可控开关S1、S5、S6、S9和S10导通；在交流输入的范围为224.4至228.8时，补偿电压为-5.5V，可控开关S2、S5、S6、S8和S10导通，或者控开关S3、S5、S6、S8和S9导通；在交流输入的范围为212.0至216V时，补偿电压为5.5V，可控开关S3、S4、S7、S8和S9导通，或者S2、S4、S7、S8和S10导通；在交流输入的范围为206.8至212V时，补偿电压为11V，可控开关S1、S4、S7、S9和S10导通。在交流输入的范围为201.4至206.8V时，补偿电压为16.5V，可控开关S1、S2、S4、S7和S10导通，或者可控开关S1、S3、S4、S7和S9导通；在交流输入的范围为196.0至201.4V时，补偿电压为22V，可控开关S1、S2、S3、S4和S7导通。
可选的，所述补偿电压方向控制模块的第一端与所述火线输出端之间还连接有过流保护模块。
在本发明实施例中，所述过流保护模块器可以包括保险丝或断路器，以在补偿电压方向控制模块中的各个可控开关在控制补偿电压的方向时，避免因电压方向控制模块中的各可控开关控制不及时，导致可控开关流过的电流过大烧坏控制模块中的可控开关。示例性的，由于控制可控开关不及时，使可控开关S5和S6同时导通，引起可控开关S5和S6流过的过大电流，过流保护模块在流过较大电流时可以断开连接，避免可控开关S5和S6流过较大电流，起到过流保护的作用。
可选的，所述交流稳压器还包括补偿电压确定模块，用于检测所述交流输入的电压，并根据所述交流输入的电压确定补偿电压，以及，根据所述补偿电压确定各补偿电压的初级绕组的施加电压的大小、各补偿变压器的初级绕组的施加电压的方向。
在本发明实施例中，补偿电压确定模块可以检测交流输入的电压，由于交流输入的电压会产生波动，需要根据检测的交流输入的电压确定交流输入的补偿电压的大小和方向，而补偿电压的大小是由各补偿变压器的初级绕组的施加电压的大小确定的，补偿电压的方向是由各补偿变压器的初级绕组的施加电压的方向确定的。
可选的，所述补偿电压确定模块包括真值有效值转换芯片。
在本发明实施例中，所述真值有效值转换芯片的型号可以为AD637、AD536或AD736，可以将真有效值芯片当作采样处理器，以检测交流输入的电压。由于常规的采样处理电路包括整流滤波平均值处理电路，其在对非线性负载电压波形采样时会有严重失真的特性，采样输出结果会比实际有效值偏小，这样导致稳压闭环电路失效，无法确保输出稳压精度的要求。
在交流输入的电压为220V时，真值有效值转换芯片可以检测并得到交流输入的真有效值，真值有效值转换芯片的转换原理是可以将输入的交流电压进行平方，取平均值和开平方，以将输入的交流电压直接转换成一定比例的直流电平，因此，真有效值芯片比整流滤波平均值处理电路测量典型波形的误差更小，真有效值芯片作为采样处理器，比整流滤波后的平均值处理电路更具有高精度，更宽频率范围，具有较高的采样精度，精度可以提高至0.5％。
可选的，各补偿变压器的初级绕组各自并联的可控开关包括双向晶闸管、继电器或绝缘栅双极型晶体管。
在本发明实施例中，各补偿变压器的初级绕组各自并联的可控开关可以包括双向晶闸管、继电器或绝缘栅双极型晶体管，使可控开关导通时，将其并联的初级绕组短路。
可选的，每个双向晶闸管并联一个RC吸收电路。
在本发明实施例中，各补偿变压器的初级绕组各自并联的可控开关会产生反峰电压，在该可控开关包括双向晶闸管时，各双向晶闸管可以各自并联一个RC吸收电路，以吸收投切时的反峰电压，示例性的，可以将反峰电压控制在700V左右，选用1600V的晶闸管能确保可靠工作。
在本发明实施例中，可以对补偿变压器的阻抗百分比进行设计，如增加补偿变压器的漏感或增加补偿变压器的阻抗，可以抑制闭合晶闸管时变压器的励磁电流。正常的励磁电流约有1000A，此时需要配很大的晶闸管。增加阻抗百分比，励磁电流可以控制到500A，可以选用较小的晶闸管，成本可以做到最低，并且散热器体积可以做的很小，更改散热器的型号，可以做到晶闸管的自然散热。
本发明提供一种交流稳压设备，所述交流稳压设备包括调压变压器以及如上任一项所述的交流稳压器，所述调压变压器用于将输入的第一交流电压转换为第二交流电压，所述交流稳压器连接所述调压变压器，用于将所述第二交流电压稳定在预设值并输出给负载。
在本发明实施例中，参见图3，交流电压装置可以包括调压变压器，该调压变压器设置在电网和交流稳压器之间，起到隔离的作用，用于将电网输入的380V交流电压转换为220V交流电压，交流稳压器使该220V交流电压稳定在220V交流电压，并将稳定的220V交流电压输出到负载。
可选的，所述调压变压器为三相输出时，每一相输出连接一个如上任一项所述的交流稳压器。
在本发明实施例中，调压变压器可以为三相变压器，其每一相输出连接一个任一项交流稳压器。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交流稳压器，其特征在于，所述交流稳压器包括：
变压模块、补偿电压大小控制模块和补偿电压方向控制模块；
所述变压模块包括N个补偿变压器，所述N个补偿变压器的次级绕组串联连接形成串联支路，所述串联支路的第一端用于连接交流输入的火线输入端，第二端作为火线输出端，其中，N为不小于2的整数；
各补偿变压器的初级绕组的第一端通过所述补偿电压大小控制模块、所述补偿电压方向控制模块连接至各补偿电压器的初级绕组的第二端；
所述补偿电压大小控制模块用于根据待补偿的电压大小从各补偿变压器中选通相应的补偿变压器工作以提供该待补偿的电压大小；
所述补偿电压方向控制模块用于根据待补偿的电压方向控制各补偿变压器的初级绕组的施加电压的方向；
其中，各补偿变压器的初级绕组各自并联一个可控开关，当某个补偿变压器不被选通时，该补偿变压器的初级绕组对应的可控开关导通。
2.根据权利要求1所述的交流稳压器，其特征在于，所述补偿电压大小控制模块包括N个可控开关，每个可控开关的第一端对应连接至一个补偿变压器的初级绕组的第一端，每个可控开关的第二端通过所述补偿电压方向控制模块连接至各补偿变压器的初级绕组的第二端。
3.根据权利要求2所述的交流稳压器，其特征在于，所述补偿电压方向控制模块包括并联连接的第一可控开关支路和第二可控开关支路，所述补偿电压方向控制模块的第一端连接至所述火线输出端，第二端连接至零线端；
其中，所述第一可控开关支路包括串联连接的两个可控开关，该两个可控开关的公共连接端连接至各补偿变压器的初级绕组的第二端；
所述第二可控开关支路也包括串联连接的两个可控开关，该两个可控开关的公共连接端连接至所述补偿电压大小控制模块的各可控开关的第二端。
4.根据权利要求3所述的交流稳压器，其特征在于，所述补偿电压方向控制模块的第一端与所述火线输出端之间还连接有过流保护模块。
5.根据权利要求1至4任一项所述的交流稳压器，其特征在于，所述交流稳压器还包括补偿电压确定模块，用于检测所述交流输入的电压，并根据所述交流输入的电压确定补偿电压，以及，根据所述补偿电压确定各补偿电压的初级绕组的施加电压的大小、各补偿变压器的初级绕组的施加电压的方向。
6.根据权利要求5所述的交流稳压器，其特征在于，所述补偿电压确定模块包括真值有效值转换芯片。
7.根据权利要求1至4任一项所述的交流稳压器，其特征在于，各补偿变压器的初级绕组各自并联的可控开关包括双向晶闸管、继电器或绝缘栅双极型晶体管。
8.根据权利要求7所述的交流稳压器，其特征在于，每个双向晶闸管并联一个RC吸收电路。
9.一种交流稳压设备，其特征在于，所述交流稳压设备包括调压变压器以及如权利要求1至8任一项所述的交流稳压器，所述调压变压器用于将输入的第一交流电压转换为第二交流电压，所述交流稳压器连接所述调压变压器，用于将所述第二交流电压稳定在预设值并输出给负载。
10.根据权利要求9所述的交流稳压设备，其特征在于，所述调压变压器为三相输出时，每一相输出连接一个如权利要求1至8任一项所述的交流稳压器。
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