CN1170358C

CN1170358C - 防触电防短路多功能无触点稳压器

Info

Publication number: CN1170358C
Application number: CNB011423048A
Authority: CN
Inventors: 陈金明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: CN1389768A

Abstract

本发明专利是一种110V～450V防触电防短路多功能无触点稳压器。可取代稳调压、冰箱延时、触电保安、充电、逆变、打鼠、电焊等电器。由取样、控制、光电耦合、无触点开关等电路与变压器初级绕组配合完成初级调磁线路。由控制、光电耦合、无触点开关、电容充电延时电路配合次级绕组，组成110V、220V防短路、防触电、延时、稳压输出线路。由桥体、逆变、倍压整流等元件与次级绕组组成充电、逆变、打鼠、电焊等输出线路，达到一器多用。

Description

防触电防短路多功能无触点稳压器

所属技术领域

本发明专利是在本发明人《多功能防触电平压调压器》91105186.4的专利基础上，进一步发明的一种110V～450V交流电源防触电防短路多功能大范围无触点稳压器。

背景技术

因220V交流电波动性大，在130V～250V间变化，这对使用220V电源的电器影响极大，有时烧坏电器，给人们带来经济损失。

为解决电压不稳，人们也研制生产几种电器：(1)调压器。(2)电子稳压器。(3)自动补偿式调压器等。其原理和缺点如下：

一、调压器：电压不稳时，人工用手调节旋扭，旋扭开关转动调自耦变压器抽头来达到调压目的。其缺点：(1)调节触点易打火烧损。(2)人工调节费事。(3)当人不注意时仍烧坏电器。(4)输出端人碰住线易触电。(5)当380V电压串入时，不稳压且烧坏电器。

二、电子稳压器：一般常用的(如图4)，是用两个电子电路控制继电器调自耦变压器抽头来调节输出电压的高低。从160V～250V它只有三个调节点，每调一次需40V以上，跨度大，电压低时它调得过高，高时调得过低。其缺点：(1)继电器触点易打火损坏。(2)调节跨度大。(3)输出端人碰住线易触电。(4)当380V电压串入时，不稳压且烧坏电器。

三、自动补偿式调压器：是用调压器作为调整元件的闭环反馈型交流稳压器。它的控制电压可从稳压器的输出电压整流滤波比较和放大取得。放大了的控制信号控制电机的转动状态，正转、停、反转。其缺点：(1)滑动碳刷打火易损。(2)控制电机碳刷易损。(3)输出端人碰住线易触电。(4)当380V电压串入时，不稳压且烧坏电器。

以上稳压电器均在160V～250V内调节，缺点已指出。但还有两种特殊情况：(1)当380V任意一相火线与零线并线时，将零线保险丝熔断后，这时总线路中其它两相均成了380V的火线，使用户的电视、电灯爆炸、电器着火。(2)当负荷过大，总电源零线熔断时(这时由于用户是在三根不同的火线与零线上连接)，总电路上用户就形成了三路串接法，当然负荷多电压低，负荷少电压高，这时负荷少的一路就会烧坏电器和电视、电灯爆炸。遇这两种情况，稳压器就不行了。

一般稳压器只限于局部电器使用，但如家中其它线路发生短路着火时，稳压器不能控制也是极大缺点。

发明内容

本发明专利目的就在于克服现有稳压器所存在的不足和不易解决难题，而提供一种家庭全线路110V～450V防触电防短路多功能大范围无触点稳压器。

本发明专利110V～450V防触电防短路多功能无触点稳压器其中包括初、次级绕组，初、次级绕组如绕在如(图2)A、B式样时，初级绕组从0～250V以内的导线截面与次级绕组从0～225V内的导线截面相同；而初级绕组从250V～450V以内的导线截面比初级绕组从0～250V以内的导线截面小1/2。初、次级绕组绕在如(图2)C式样的壳式铁芯骨架上时，初级绕组0～250V以内的设计匝数绕在中间B型架上，250V～450V以内设计的绕组导线按初级0～250V绕组导线截面的1/4，绕在壳式铁芯两边的A架上任意两槽内并联后与初级0～250V的绕组串接；次级绕组按初级0～250V绕组导线截面的1/2绕在壳式铁芯两边剩余两槽内并联。根据输入电压高低改变初级绕组的匝数，调节抽头，改变磁性，达到在次级绕组输出稳定220V电压的目的。110V～450V电源经开关K₁、电压表V₁、保险管BX₃进入初级输入端与由隔直流电容C₇、降压电阻R₃₂、全波整流管D₁₅、D₁₆、π型滤波电容C₆、C₈、调压电阻RP₉、分压电阻R₃₁、4.5V稳压管W₁组成的取样检测电路连接；取样检测电路与由控制管BG₁～BG₁₅、光电耦合器DG₁～DG₈、检波管D₁～D₁₁、稳压管W₂、偏置电阻R₁～R₃₀、调节电阻RP₁～RP₈组成的八路控制电路相连接；八路控制电路分别与由桥体整流DT₁～DT₈、双向可控硅BCR₁～BCR₈组成的八块无触点开关电路中双向可控硅的八端触发极连接；八块无触点开关的一端与初级绕组中的八个抽头2～9分别连接，另一端相互连接后与初级绕组的首端配合引进输入电源；R₃₃与C₈串联接初级绕组的首尾端和初级绕组组成谐振。次级绕组与控制管BG₁₆、BG₁₇、光电耦合器DG₉、DG₁₀、偏置电阻R₃₆～R₄₃、调节电阻RP₁₀、RP₁₁、延时充电电容C₁、C₂控制电路和无触点开关电路DT₉、DT₁₀、BCR₉、BCR₁₀相配合组成输出端110V、220V两路防短路、防触电、稳压、延时保护线路。控制电路与直流6V电源相连接；桥体整流DT₁₂～DT₁₄分别与1、2、3抽头和抽头1、2的中心抽头连接组成6V、12V、24V的直流充电线路；逆变器组件UPK2436、R₃₄、R₃₅、两个专用管KP110A与12V蓄电瓶组成逆变线路，与抽头1、2及1、2的中心抽头相连接；抽头5、6组成电焊线路；C₃～C₅与D₁₂～D₁₄倍压整流电路与输出电源连接，组成电子打鼠线路；空气开关S₄与抽头6连接，和次级绕组首端配合指示灯组成应急备用220V电源线路。220V输出端并接指示灯与电压表组成电源显示线路。

附图说明

图1总电路原理图

图2初、次级绕组骨架在壳式及心式铁芯上的三种安装图

图3绕组骨架图

图4、传统的稳压器电路图

表1、5KW实施例各部位工作情况及数据

电路原理见(图1)。

图中TM是一个控制变压器，初级绕组有八个抽头，分别与8个无触点开关线路连接，次级绕组的4、6抽头分别与两个无触点开关线路连接。根据(表1)的数据，输入电压的高低，改变初级绕组匝数，增减磁性强弱，在次级输出端即可得到稳定的220V电源电压。BG₁～BG₈分别是光电耦合器DG₁～DG₈的控制管，BG₉～BG₁₅分别是BG₁～BG₈的控制管，双向可控硅BCR₁～BCR₈和DT₁～DT₈分别组成八个无触点开关管，它取决于变压器初级绕组是否输入交流电。当110V～450V交流电输入后，由隔直流电容C₇、降压电阻R₃₂、全波整流管D₁₅、D₁₆、滤波电容C₆、调节电阻RP₉、分压电阻R₃₁、4.5V稳压管W₁组成的取样检测电路中的AV点检测出取样电压。当电源输入交流电110V电压使检测点AV对应达到6V电压时，6V电压经R₁₆使控制管BG₁导通，光电耦合器DG₁初级发光二极管导通发亮，DG₁次级光敏管阻值降低而导通，这时4.5V电压经光敏管和调可控硅导通角电阻RP₁给无触点电路中双向可控硅触发极一个偏压，使其导通，这时变压器抽头LA₂接入110V交流电源。看(表1)在次级输出端输出空载225V的电压(因表1设计为1匝承受1伏的电压，所以初级在110匝抽头接入110V电压时在次级225匝处就感应出225V的电压，因电路中有电磁耗和电压降，所以多设计5～10V电压)。当电网输入交流电上升到122.8V电压时，使检测点AV对应达到6.7V电压时，由于二级管D₁的管压降为0.7V，D₁的负端刚好为6V电压，经R₁₇使BG₂导通光电耦合器DG₂导通，抽头LA₃接入122.8V交流电源，查(表1)次级输出端为221V电压。与此同时6V电压经R₂₄使控制管BG₉导通，使BG₁的基极对地短路，BG₁失偏压而同时截止，光电耦合器DG₁截止，BCR₁、DT₁开关管截止。原理一此类推，具体输入电压和输出电压及各级控制电路的工作，停止情况，及初、次级绕组的匝数详看(表1)。无论输入电压从110V～450V任何情况下输出电压均为220V左右。而次级输出的220V交流电根据本人发明的《多功能防触电平压调压器》91105186.4专利可知，因次级绕组与大地毫无关联形不成回路，所以碰住任何引出线都安全不触电。

无触点开关原理：

当交流电压110V～450V内的电源输入时，在桥式一体整流管DT₁～DT₈的正、负端连接点，也就是双向可控硅的两端均产生正、负直流电压，双向可控硅不导通，各个桥式一体整流管均不能使交流电源与控制变压器抽头连接，当取样检测电路检测点AV检测出6V直流电压时，控制管BG₁导通，光电耦合器DG₁的初级发光二级管亮，次级光敏管导通，4.5V直流电压经双向可控硅导通角可调电阻RP₁，给双向可控硅触发极一个触发电压，使双向可控硅BCR₁导通，这时桥式一体整流管中的四个二极管形成二路二极管串连后又并连导通的形式，使控制变压器JM的初级绕组LA₂抽头接入交流电源，当取样检测点电压为6.7V时，抽头LA₃接入交流电源，在控制管GB₉的作用下抽头LA₂断开交流电源……往下一此类推。

次级的无触点开关中桥式一体整流管中的直流电压来自输出电压表、指示灯、负荷的回路取得，其工作原理不在详述。

防短路原理：参看(图1)次级电路

当输出端220V线路短路时，在电路中电压瞬间降为零，直流电压也降为零，而供应BG₁₆工作的直流电均为零，BG₁₆迅速停止工作，光电耦合器DG₉截止，CR₁₀、DT₁₀组成的无触点开关截止。同时，C₁向R₄₀迅速放电。这时输出端停止供电。当无触点开关截止后，6V直流电路工作正常，给控制管BG₁₆电路供电，这时由于直流电对C₁充电而基极没有电压，所以BG₁₆不能导通工作，待到C₁充满后才开始工作(一般充电时间调10分钟左右)，这时如果输出端继续短路，也没有什么影响，如10分钟后继续短路，待C₁充电满时，BG₁₆导通，DG₉导通，BCR₁₀ DT₁₀无触点开关导通，瞬间短路，各部电压均为零，BG₁₆又停止工作，DG₉截止，无触点开关BCR₁₀、DT₁₀截止，这为第一个脉冲停、送、停，待10分钟后C₁充满，再进入第二个脉冲，第三个脉冲……但对电路无影响，所以达到防短路着火的目的。待故障排除后，电路供电恢复正常。

控制变压器的绕制改进原理：见(图2)C

控制变压器的绕制方法均采用壳式或心式两种。壳式绕制法就是将(图3)A型骨架绕上初、次级绕组，再如(图2)A形状装壳式铁芯中间柱上。心式绕制法就是将初、次数绕组绕在两个(图3)的B型架上，如(图2)B形状装上心式铁芯。

以上两种绕法，铁芯重量一样，但心式绕法比壳式绕法在导线上能节省材料，但有失磁现象。而壳式法不失磁，但浪费导线，增加成本。它们各有优缺点。

本发明专利绕制法补充了以上两种绕制法的不足，既不失磁，又节省原材料，达到一举两得。

绕制法是将初级绕组0～250V以内设计的匝数绕在(图2)C壳式铁芯中间的B型骨架上；将设计的250V～450V匝数的初级绕组分别绕在壳式铁芯两边的A型架上任意两槽内，导线截面按初级绕组0～250V以内设计的导线截面的1/4，绕后两绕组按绕向并接后再与初级绕组0～250V的设计绕组串接；次级绕组绕在壳式铁芯(图2)C两边A型架上剩余的两槽内，若导线截面选用与初级绕组0～250V的设计绕组的导线截面相同，两绕组匝数按次级0～225V设计匝数1/2绕后串接，若导线截面选用初级绕组0～250V设计绕组导线截面的1/2时，则两边绕组按次级0～225V的设计匝数绕制，绕后并接。

本方法绕制后有以下几大好处：

(1)节省1/3导线原材料，减少成本；(2)减少失磁现象，减少磁干扰；(3)缩小体积，减少重量；(4)散热好；(5)绝缘好；(6)功率不变。

具体实施方式

本发明专利下面以5KW110V～450V防触电防短路多功能大范围无触点稳压器为例介绍其实施例：

首先按5KW的功率，控制变压器用18000高斯的高导磁硅钢片，铁芯截面为50平方厘米加工为壳式的，初级绕组0～260匝用12mm²的导线，260～450匝用3mm²的导线，次级绕组0～180匝用6mm²的导线，180～225匝12mm²的导线。将初级绕组绕在如(图2)C形状中间A形绕组骨架上，待绕到110、125、150、175、200、225、260匝时抽头；将次级绕组导线绕在如(图2)C两边B型骨架的任意两个槽内(因有磁耗和电压降，一般多绕5～10V的匝数)，为225匝，从初端绕到7、14、25、113、180、225匝时抽头，然后根据绕向并联，后用初级绕组导线截面1/4的导线，绕在如(图2)C两边A形骨架上剩余两槽内200匝，根据绕向并接后，再与初级绕组串接。然后将绕组浸漆烘干，采用壳式铁芯结构如(图2)C将其耦合。

将无触点开关电路设计在一个线板上，一端与控制变压器初级绕组的抽头分别连接，另端相互连接后配合初级绕组首端引出，并接电压表，串接电源开关、保险管与输入电源连接，取样电路与控制电路装在一块线路板上分别与可控硅触发极连接，取样线路另端并接输入电源。次级桥体DT12、DT13、DT14与逆变器组件、专用管连接，引出充电、逆变线路；110V、220V次级输出的防短路控制线路装在一块线路板上，控制电路一端连接6V直流电源，输出的无触点开关与次级抽头4、6分别连接后与次级首端配合输出为次级防短路、防触电、110V、220V的稳压及延时保护电源，输出电路并接电压表、指示灯，空气开关S₄串接次级抽头6与次级首端配合输出为备用应急电源，倍压整流装一小块线路板与输出电源并接后输出为电子打鼠线路。次级抽头5、6引出为次级电焊线路。

然后安装在设计的外壳内，装上外部控制元件，调试后即可。

本电器组装成型后设计有两种：壁式、台式。安装电表下，使整个家庭全部使用本电器的输出电源，用它有如下优点：(1)防触电，人带电碰住线不会发生人身危险。(2)防短路，家庭不会因短路引起火灾，保证财产安全。(3)电压110V～450V内任何电源进入家庭，电压均稳定在220V左右，保护所有的电器寿命长，不会有爆炸、着火现象。(4)可给汽车、摩托、应急灯等电瓶充电。(5)停电时有逆变器，家庭照常用电。(6)可电焊，小维修方便。(7)可打鼠为家庭消灭四害。(8)内部用的是无触点开关，不会有触点损坏而费事修理的麻烦。(9)延时保护电路，可保护家中的空调、冰箱不被烧坏。(10)可带动进口的国外110V电器。用上它可取代原有的稳压器、调压器、冰箱延时保护器、触电保安器、充电器、逆变器、电焊器、打鼠器等，达到一器多用途，是家庭使用最理想的电器产品，等于一种无形的人身、财产双保险。

本发明专利填补了当今市场上没有此种电器的空白，解决了带电碰线不触电，并线短路不着火，450V电源仍稳压的难题，是一种理想的安全家用多功能电器。

表1 5KW实施例各部位工作情况及数据

输入电压(V)	110	122.8	148.5	174.2	199.8	225.5	251.2	450
输入电压(V)	110	122.8	148.5	174.2	199.8	225.5	251.2	450	AV电压(V)	6	6.7	8.1	9.5	10.9	12.3	13.7	24.5
导通的控制管	BG₁	BG₂BG₉	BG₃BG_9-10	BG₄BG_9-11	BG₅BG_9-12	BG₆BG_9-13	BG₇BG_9-14	BG₈BG_9-15	AV电压(V)	6	6.7	8.1	9.5	10.9	12.3	13.7	24.5
导通的控制管	BG₁	BG₂BG₉	BG₃BG_9-10	BG₄BG_9-11	BG₅BG_9-12	BG₆BG_9-13	BG₇BG_9-14	BG₈BG_9-15	工作的光电耦合器	DG₁	DG₂	DG₃	DG₄	DG₅	DG₆	DG₇	DG₈
导通的可控硅	BCR₁	BCR₂	BCR₃	BCR₄	BCR₅	BCR₆	BCR₇	BCR₈	工作的光电耦合器	DG₁	DG₂	DG₃	DG₄	DG₅	DG₆	DG₇	DG₈
导通的可控硅	BCR₁	BCR₂	BCR₃	BCR₄	BCR₅	BCR₆	BCR₇	BCR₈	入网的抽头	2	3	4	5	6	7	8	9
入网抽头的匝数	110	125	150	175	200	225	260	440	入网的抽头	2	3	4	5	6	7	8	9
入网抽头的匝数	110	125	150	175	200	225	260	440	次级输出电压(V)	225	221	222	223	224	225	217	230
次级输出抽头匝数						225			次级输出电压(V)	225	221	222	223	224	225	217	230

Claims

1、一种110V～450V交流电源防触电防短路多功能无触点大范围稳压器，它包括控制变压器的初、次级绕组，其特征在于初级绕组(LA₁)与隔直流电容(C₇)、降压电阻(R₃₂)、初级第一、第二整流二极管(D₁₅、D₁₆)、π型滤波第一、第二电容(C₆、C₈)、第一可调电阻(RP₉)、第一分压电阻(R₃₁)、第一稳压管(W₁)连接，组成取样电路；初级第一至第十五三极管(BG₁～BG₁₅)、第二至第三十一偏置电阻(R₁～R₃₀)、第三至第十三0.7V降压整流二极管(D₁～D₁₁)、第二稳压二极管(W₂)、第一至第八光电耦合器(DG₁～DG₈)、第二至第九双向可控硅触发极导通角可调电阻(RP₁～RP₈)与取样电路连接，组成鉴别输入电压的八路控制电路；初级第一至第八桥式整流管(DT₁～DT₈)、第一至第八双向可控硅(BCR₁～BCR₈)连接，组成八路无触点开关电路；无触点开关电路中的八路双向可控硅触发极分别与控制电路的八路控制连接头连接，八路无触点开关电路一端的八个接头相互连接后和第二整流管(D₁₆)相接，然后直接与输入的110V～450V交流电源线的任意一根线连接，而八路无触点开关另一端的八个接头分别与初级绕组的第二至第九个抽头(LA₂～LA₉)连接；初级绕组的第一个抽头(LA₁)与输入的110V～450V交流电源线的另一根电源线连接；然后配合连接输入电压表(V₁)、保险管、电源开关等组成初级自动调磁电路；次级绕组抽头(LB_1、2、3及LB_1.2的中心抽头)与次级第一至第三桥体整流管(DT₁₂～DT₁₄)、逆变器组合件UPK2436、两套专用管KP110A、第一、第二偏置电阻(R₃₄、R₃₅)等连接，组成直流6V、12V、24V充电电路和10V～12V直流电源变220V交流电源的逆变电路；次级第一控制三极管(BG₁₆)、第三至第六偏置电阻(R₃₆、R₃₈、R₄₀、R₄₂)、第一延时充电电容(C₁)、第一光电耦合器(DG₉)、第一双向可控硅触发极导通角可调电阻(RP₁₀)与次级6V直流电源连接，组成第一路控制电路；次级第一桥式整流管(DT₁₀)、第一双向可控硅(BCR₁₀)连接组成第一路无触点开关；可控硅触发极与第一控制电路连接头连接，无触点开关的一端与次级绕组的第六抽头(LB₆)连接，一端配合次级绕组的第一抽头(LB₁)与220V使用电器连接，然后配合连接220V输出电压表(V₂)、输出指示灯(DX₁)组成220V防触电、防短路、延时保护及无触点开关的稳压输出电路；次级第二控制三极管(BG₁₇)、第七至第十偏置电阻(R₃₇、R₃₉、R₄₁、R₄₃)、第二延时充电电容(C₂)、第二光电耦合器(DG₁₀)、第二双向可控硅触发极导通角可调电阻(RP₁₁)与次级6V直流电源连接，组成第二路控制电路；次级第二桥式整流管(DT₉)、第二双向可控硅触发极导通角可调电阻(RP₁₁)与次级6V直流电源连接，组成第二路控制电路；次级第二桥式整流管(DT₉)、第二双向可控硅(BCR₉)连接，组成第二路无触点开关；可控硅触发极与第二控制电路连接头连接，无触点开关的一端与次级绕组的第四抽头(LB₄)连接，一端配合次级绕组的第一抽头(LB₁)与110V使用电器连接；然后配合110V输出电压表、指示灯，组成110V防触电、防短路、延时保护及无触点开关的稳压输出电路；次级绕组第五抽头(LB₅)与第六抽头(LB₆)组成电焊输出线路；次级空气开关(S₄)与次级绕组第一抽头(LB₁)连接，配合第六抽头(LB₆)，组成220V应急电源线路输出；次级输出的220V电路与次级第一至第三倍压二极管(D₁₂～D₁₄)、第三至第五自举电容(C₃～C₅)连接，组成倍压打鼠电路。

2、根据权利要求1所述的110V～450V防触电防短路多功能无触点大范围稳压器，其特征在于控制变压器的初、次级绕组可绕制固定在壳式铁芯的三个柱上，也可绕制固定在心式铁芯两个柱上，还可绕制固定在壳式铁芯的中间一个柱上。

3、根据权利要求1、2所述的110V～450V防触电防短路多功能无触点大范围稳压器，其特征在于控制变压器的初、次级绕组根据功率确定匝/伏比后，若初、次级绕组固定在壳式铁芯中间柱和心式铁芯两个柱上时，次级绕组的总比例匝数是初级绕组总比例匝数的1/2左右，而次级绕组的总匝数则刚好是220V电压的比例匝数，初级绕组0～250V比例匝数抽头内的导线截面积与次级绕组的导线截面积相同，则初级250V～450V内的比例匝数导线的截面积是次级绕组导线截面积的1/2；若初、次级绕组固定在壳式铁芯的三个铁芯截面柱上时，初、次级绕组的匝数比例与上相同，但次级绕组导线截面积是初级绕组0～250V比例匝数内导线截面积的1/2，绕制在两边柱上并连，初级0～250V比例匝数的绕组绕制在中间柱上，初级250V～450V比例匝数的绕组导线截面积是初级0～250V比例匝数绕组导线截面积的1/4，绕制在两边柱上，并连后再与0～250V比例匝数的绕组串连。

4、根据权利要求1所述的110V～450V防触电防短路多功能无触点大范围稳压器，其特征在于次级输出的两路防触电、防短路、延时保护、稳定的110V、220V电源绕组与初级绕组、大地及铁芯间互相绝缘，毫无关联。

5、根据权利要求1所述的110V～450V防触电防短路多功能无触点大范围稳压器，其特征在于初、次级的无触点开关由桥式一体整流管和双向可控硅组成。

6、根据权利要求1所述的110V～450V防触电防短路多功能无触点大范围稳压器，其特征在于初级自动调磁线路由取样电路和八组控制无触点开关电路与初级绕组抽头连接所组成，次级防触电、防短路、延时保护，稳压线路由次级绕组抽头、两组控制无触点开关线路与充电延时线路连接所组成。