CN1571236A - 无弧补偿式单相调压稳压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无弧补偿式单相调压稳压装置，它包括保护电器、采样控制电路、控制电路和补偿电路，其特征在于：所述的控制电路包括若干个继电器，该各个继电器的控制线圈受所述采样控制器的控制，其相应触点控制补偿电路。所述的补偿电路包括一台补偿变压器，补偿变压器的次级绕组线圈串接于电源与负载之间，初级绕组设若干个串接的线圈，各线圈抽头接线端分别通过控制电路的若干个继电器的相应触点与相线或零线连接。在使用过程中电压电流不间断，初级绕组线圈在采样控制器和控制电路的控制下通过延时无弧投切不同的线圈组别，对次级输出进行正向或反向补偿，实现调节及稳定输出电压的功能。适用于单相调压稳压供电。

Description

无弧补偿式单相调压稳压装置

技术领域

本发明涉及一种交流干线补偿无功功率的电路装置，尤其是交流供电单相调压稳压装置。

背景技术

现有的单相调压稳压装置主要分为伺服电机式和自耦变压器式，伺服电机式由于是利用碳刷来进行调压，在碳刷换线头槽时产生拉弧现象容易烧坏转子。故障率高，不适应在较为恶劣的环境中使用。自耦变压器式在调压切换过程中存在瞬时断电现象，产生弧闪，烧坏触头，故只能用于特定负载，如空调装置等。

发明内容

本发明的目的是提供一种无弧补偿式单相调压稳压装置，它应在工作中无弧闪现象，稳定地输出正弦波电压，供任何单相需要调压和稳压的负载使用。

本发明包括保护电路、采样控制器、控制电路和补偿电路，其特征在于：

所述的控制电路包括若干个继电器，各个继电器的控制线圈受所述采样控制器的控制，其相应触点控制补偿电路；

所述的补偿电路包括一台补偿变压器，补偿变压器的次级绕组串接于电源与负载之间，初级绕组设若干个串接的线圈，各个线圈抽头接线端分别通过控制电路的若干个继电器的相应触点与相线或零线连接。

所述控制电路对各继电器的控制方法为：

在负责初偿变压器初级线圈各抽头间切换的继电器和负责相线与零线间换相切换的继电器的触点产生切换动作之前，另一控制电源输入相线的继电器触点先切断控制电路的电源若干时间后，负责抽头间切换的继电器和负责换相线与零线切换的继电器才动作，并且待各个继电器完成切换后，控制电源输入相线的这一继电器再接通电源线，实现无压无弧切换调压稳压。

负责通/断电源线的继电器可采用过零关断技术以减少飞弧，虽然继电器吸合或分断阻尼时间存在离散性。当然，也可采用固态继电器。

上述结构的单相调压稳压装置次级绕组串接于电源与负载之间，在使用过程中电压电流不间断，初级绕组各线圈在采样控制器和控制电路的控制下通过投入不同的线圈组别，其中，采样控制器和控制电路对相应的继电器进行延时控制，使其中控制各初级线圈抽头的继电器触头在无电压状态下切换，即无弧切换，对次级输出进行正向或反向补偿，实现调节及稳定输出电压的功能。该装置与现有技术相比，具有电压调节范围广，稳压精度高，输出波形好，电压调节过程无弧闪，成本低，器件寿命长，可靠性高的特点，满足户内外调压和稳压供电的需要。适用于需要稳压的负荷以及需要在运行过程中根据不同时段提供不同调压稳压中心值的负荷，尤其是照明负荷。

附图说明

图1所示，是本发明结构框图。

图2所示，是本发明补偿电路及部分控制电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对发明进行详细说明。

图1所示，是本发明的结构框图，由图中可知，它由保护电路、采样控制器、控制电路和补偿电路构成。保护电路一般由过流、过压继电器和熔断器构成，是常规电路。采样控制器一般包括单片机，其工作原理是从输出端采集信号，对信号进行分析判断后向保护电路和控制电路发出控制信号。它也是现有技术。本发明的特点是，补偿电路包括一台补偿变压器，控制电路含若干个继电器及应设的延时电路，保护电路和采样控制器结构采用现有的技术，根据采样信号来控制保护电路和控制电路及补偿电路。本框图的工作原理为：本装置通电后，采样控制器从输出端采集到电压信号，并对该信号进行整理后进入单片机系统，经计算、分析和判断后，单片机系统发出相应的控制信号控制控制电路中相应的继电器，使各继电器产生相应的动作，接通相应补偿变压器的初级绕组线圈，补偿变压器进入相应的正向或反向的叠加电压补偿，反映在补偿变压器的次级上，使输出电压为逼近程序设定的调压稳压中心值。在继电器的控制中，对其中控制电源相线的继电器进行延时单稳态控制，在其他继电器的触点切换之前，先切断输入电源，使各触点在无压下切换，无飞弧产生。控制电源相线继电器的控制可同时采用现有交流过零通/断技术控制以减少飞弧，或采用固态继电器。

在图2的变压器补偿电路及部分控制电路中可知，补偿电路主要由变压器T组成，变压器T的次级线圈n串接于电源与负载之间，初级绕组由若干个线圈串接及相应的抽头构成。在这里由三个绕组线圈N₁、N₂和N₃串接组成，主要从控制精度上考虑。初级线圈的各个抽头接线端由控制电路的若干个继电器控制。在图2中三个串接的初级线圈N₁～N₃及其相应的四个抽头由五个继电器J1～J5控制，其中继电器J5的触点控制电源输入相线L的通断。补偿变压器T的三个初级线圈相应匝数为N1和N2及N3，次级线圈的匝数为n。为了简明起见，变压器各绕组的标号与其匝数标号取相同。控制电路包括五个继电器J1、J2、J3、J4、J5及其相应的延时电路构成。第四继电器J4的公共接点与第一继电器J1的公共接点连接，继电器J4的常闭触点与补偿变压器T的初级线圈N1的首端连接，常开触点与线圈N1的尾端连接。第一继电器J1的常闭触点与零线N连接，常开触点与第三继电器J3和第5继电器J5的常开触点相互连接，并通过第5继电器J5的常开触点与相线L连接。第三继电器J3的常闭触点与零线N连接。第二继电器J2的公共接点与第三继电器J3的公共接点相互连接，常闭触点与补偿变压器T初级线圈N3的尾端连接，常开接点与初级线圈N3的首端连接。补偿变压器T初级绕组线圈N2的首端与线圈N1的尾端连接，尾端与线圈N3的首端连接。从交流电原理中可知，在交流电路中，相线L与零线N互换，用电器还能工作，故，以上电路的相线L与零线N可互换。并接在线圈N₃首尾接线端之间的电容C在继电器触点切换时有续流和吸收尖峰电压的作用。

在图2中还看到，补偿变压器T的三个初级绕组线圈匝数分别为N1、N2和N3，次级绕组线圈匝数为n，工作时，设变压器T次级上得到的补偿电压为ΔU，输入电压为Uλ，输出电压U出，当输出电压低于设定值时，由采样控制器及控制电路控制，继电器J5闭合的情况下有：

补偿第一档正电压为：ΔU＝Uλ/[(N2+N3)/n]，继电器J3、J4动作。

补偿第二档正电压为：△U＝Uλ/[N2/n]，继电器J2、J3、J4动作。

当输出电压高于设定值时，

补偿第一档负电压为：ΔU＝-Uλ/[(N1+N2+N3)/n]，继电器J1动作。

补偿第二档负电压为：ΔU＝-Uλ/[(N1+N2)/n]，继电器J1、J2动作。

当输出电压在设定值精度范围内时：

ΔU＝0        继电器J1～J4全不动作

原理公式为：U出＝Uλ+ΔU调压稳压装置通过调节ΔU的值，使U_出始终处于设定值的精度范围内，从而达到调压、稳压的目的，本发明巧妙的利用了继电器常开、常闭触点的机械式转换特点，即使采样控制器工作不正常以致于乱发控制信号时，由于继电器触点实现机械和电气互锁的原因也不会造成相线L与零线N之间短路或变压器线圈绕组之间的匝间短路事故发生。第五继电器J5的作用是当需要调节补偿电压ΔU的时刻，各继电器J1～J4动作前，一般约为几十毫秒的时刻通过延时控制，先切断继电器J5与电源线L的连接触点，等继电器J1～J4完成切换动作后才重新闭合，使继电器J1～J4在无电压下切换，即零压切换。避免了继电器触点在闭、开的转换过程中产生电气飞弧烧坏触点事故的发生，特别是继电器J1、J3的常闭触点接零线N，常开触点通过继电器触点J5接相线L，且常开触点和常闭触点距离非常近，转换行程非常小，在回路未断电的情况下继电器J1、J3触点换相切换时非常容易发生飞弧引起相线与零线短路事故。现在由于继电器J1～J4是在无电压下切换的，无飞弧。因此继电器J1～J4可以选择容量很小的普通继电器，从而大大降低成本。当然，若要在继电器的触点在切换时无飞弧也可选择固态继电器，但是固态继电器的成本很高，是普通继电器的15倍以上，而且，相关的若干个固态继电器之间很难做到电气互锁，在控制信号不良时易产生短路，损坏电路，造成较大的经济损失。在本电路中，继电器J5可使用固态继电器，性能会进一步提高。

以上采用包括五个继电器J1～J5及三个初级线圈N₁、N₂和N₃说明了本发明的结构原理及工作方法，实际上根据需要可设置相应数量的继电器和初级线圈。所以，不管设置多少个继电器和补偿变压器的初级线圈，只要采用了上述的结构及工作方法的均为本发明的保护范围。

本装置调压稳压精度高，可靠性好，耐久性强，易于维护，成本低，适应在恶劣环境中使用。同时输出波形为正弦波，有各种完善的保护，完全满足各种负载的供电要求。

Claims (5)

1、一种补偿式单相调压稳压装置，它包括保护电路、采样控制器、控制电路和补偿电路，其特征在于：

所述的控制电路包括若干个继电器(J1、J2、J3、J4和J5)，各个继电器的控制线圈受所述采样控制器的控制，其相应触点控制补偿电路；

所述的补偿电路包括一台补偿变压器(T)，补偿变压器(T)的次级绕组(n)串接于电源与负载之间；初级绕组设若干个串接的线圈(N₁、N₂和N₃)，线圈各抽头接线端分别通过控制电路相应的继电器(J1～J5)的相应触点与相线(L)或零线(N)连接。

2、根据权利要求1所述的补偿式单相调压稳压装置，其特征在于：

在若干个继电器(J1～J5)中，设一个继电器(J5)的触点控制电源输入相线(L)的通/断，其余的分成两部分，一部分继电器(J2、J4)的触点负责补偿变压器(T)初级线圈(N₁～N₃)各抽头间的切换，每个继电器的常开、常闭触点分别与一个初级线圈的首尾端连接；另一部分继电器(J1、J3)的触点负责相线和零线间的换相切换，相应继电器(J4与J1、J2与J3)的公共接点互相连接。

3、根据权利要求1所述的无弧补偿式单相调压稳压装置，其特征在于：

补偿变压器(T)的一个初级线圈(N₃)的线圈首尾端与一个续流和吸峰电容器(C)首尾端并联。

4、根据权利要求1或2所述的无弧补偿式单相调压稳压装置，其特征在于所述控制电路对各个继电器的控制方法为：

在负责初偿变压器初级线圈各抽头间切换的继电器和负责相线与零线间换相切换的继电器的触点产生切换动作之前，另一控制电源输入相线的继电器触点先切断控制电路的电源若干时间后，负责抽头间切换的继电器和负责换相线与零线切换的继电器才动作，并且待各个继电器完成切换后，控制电源输入相线的这一继电器再接通电源线，实现无压无弧切换调压稳压。

5、根据权利要求4所述的补偿式单相调压稳压装置，其特征在于：

所述的控制电路控制电源输入相线的继电器可采用固态继电器。

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