CN201489383U - 无级相控补偿式交流稳压调压装置 - Google Patents

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CN201489383U CN2009201411180U CN200920141118U CN201489383U CN 201489383 U CN201489383 U CN 201489383U CN 2009201411180 U CN2009201411180 U CN 2009201411180U CN 200920141118 U CN200920141118 U CN 200920141118U CN 201489383 U CN201489383 U CN 201489383U
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骆武宁
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Abstract

本实用新型公开了一种无级相控补偿式交流稳压调压装置，包括有补偿变压器，其次级绕组串接于电源与负载之间；该装置还包括有配接有工作电源的相位调整电路，串接于电源与该相位调整电路之间的相位检测电路，串接于该相位调整电路与负载之间的采样电路；所述补偿变压器的初级绕组接至所述相位调整电路的输出端。由于本实用新型的电压补偿仅通过调整相位调整电路的输出电压相位即可实现，所以容易实现无级补偿，并且，调节精度高、应变迅速、效率高，稳压效果好；同时，还可节省补偿变压器绕组及铁心耗材的使用量，可较大降低整机制造成本、整机体积及重量。本实用新型可供任何单相三相需要稳压的负载使用，适用于现有电网所有电压等级。

Description

无级相控补偿式交流稳压调压装置
技术领域
本实用新型涉及一种交流稳压装置，更具体地说，是涉及一种无级相控补偿式交流稳压调压装置。
背景技术
交流稳压装置广泛应用于工业自动化，成套设备、道路节能照明、数控机床、轻纺、医疗、宾馆、广播电视、通讯设备等各种需要稳定的交流电源供电的场合。
常用的交流稳压器以补偿式较多，是利用连接在主回路上的补偿单元产生的压降和输入电压叠加得到稳定输出电压。获得合适的补偿电压的方法有多种，可通过调整补偿变压器上初级侧工作绕组和次级绕组的变比实现，也可通过调整补偿变压器上初级绕组上所加电压的方式实现。
实用新型内容
本实用新型的目的，即在于提供一种新型的、适用于现有电网所有电压等级的相控补偿式交流稳压调压装置。与现有技术相比，本实用新型更能节省补偿变压器绕组及铁心耗材，且可供任何单相三相需要稳压的负载使用，同时，还可实现无级补偿。
本文中所指补偿式交流稳压调压装置包括有补偿变压器，该补偿变压器的次级绕组串接于电源与负载之间，其初级绕组的两端接至控制电路。
技术原理及思路：
对于补偿式交流稳压调压装置来说，其输入电压输出电压
Figure G2009201411180D00012
与补偿电压
Figure G2009201411180D00013
的关系为(假设
Figure G2009201411180D00014
与
Figure G2009201411180D00015
的相位角为Φ)：
Figure G2009201411180D00016
Figure G2009201411180D00017
Figure G2009201411180D00019
特别地，当
Figure G2009201411180D000110
与
Figure G2009201411180D000111
同相位时，幅值U出＝U入+ΔU；
当与
Figure G2009201411180D000113
反相位时，幅值U出＝U入-ΔU。
由以上分析得知：显然，仅仅通过人为调整
Figure G2009201411180D000114
与
Figure G2009201411180D000115
的相位角Φ，就可以达到调整输出电压值的目的。而且，还可以实现无级调压。这与传统的通过调整补偿变压器变比以调压或稳压的方式相比，显然可以节省变压器绕组的消耗，同时，也更简单、方便、高效。
此外，由于
Figure G2009201411180D000116
与
Figure G2009201411180D000117
的相位角Φ可以为-180°～0～180°，所以，当与ΔU幅值不变时，必然存在着在特定相位角θ和-θ时，
Figure G2009201411180D00021
与
Figure G2009201411180D00022
在幅值上完全相等，而
Figure G2009201411180D00023
超前或滞后θ角。这可以应用于输入电压与输出电压幅值要求相同、而其相位相异的某些特殊场合。
根据如上原理及思路，本实用新型所述补偿式交流稳压调压装置包括有补偿变压器，所述补偿变压器的次级绕组串接于电源与负载之间；本装置还包括有：
1)配接有工作电源的相位调整电路，用于输出相位可调整的正弦波移相电压；本相位调整电路的输出端接所述补偿变压器的初级绕组；
2)串接于装置电源输入端与该相位调整电路之间的相位检测电路，用于检测本装置输入电源的相位信息并反馈至相位调整电路；
3)串接于该相位调整电路与负载之间的采样电路，用于采集本装置负载侧电压信号，并反馈至所述相位调整电路。
上述相位调整电路，包括有依次相连的整流电路、脉宽调制移相逆变电路、高频变压电路及滤波输出电路；所述整流电路的输入端接工作电源，所述滤波电路的输出端接至所述补偿变压器的初级绕组；所述脉宽调制移相逆变电路还与前述相位检测电路及采样电路的输出端相连。
本装置供电电源及所述相位调整电路的工作电源可为单相或三相交流电源。
本实用新型所述补偿式交流稳压调压装置的设计工作流程如下：
1、相位检测电路及采样电路对装置输入、输出侧电压进行检测、采样；
2、采样得到的输出电压值与目标值进行比较；
3、以装置输入侧电压相位为基准，调整加在补偿变压器初级绕组两端的电压相位，以在其次级绕组两端获得方向及大小合适的补偿电压。具体为：
1)先对控制电路的工作电源进行整流；
2)与采样得到的输出电压值及检测得到的输入侧电源电压相位比较，计算出所需电压相位的调整值，然后进行脉宽调制移相逆变；
3)逆变得到的交流电经高频变压、滤波后输出与装置输入电源同频的正弦波移相电压。
4、该补偿电压与输入侧电源电压相量叠加的结果，即在输出端上获得所需的目标电压。
因此，当电网电压波动或负载变动造成装置输出侧电压波动时，根据对装置输出侧采样得到的电压值，与目标值进行比较；配合以对装置输入侧电源相位进行检测的结果，调整加在补偿变压器初级绕组两端的电压相位，即可在其次级绕组两端获得方向及大小合适的补偿电压。该补偿电压与输入电压矢量叠加，即可使输出电压达到目标值，从而使该装置具有稳压功能。主动调压时情形亦可同理进行分析。
由于本实用新型的电压补偿仅通过调整补偿变压器初级绕组供电电源相位即可实现，所以，容易实现无级补偿，并且，调节精度高、应变迅速、效率高，稳压效果好；同时，还可节省补偿变压器绕组及铁心耗材的使用量，可在较大程度上降低整机制造成本、整机体积及重量。此外，本实用新型无级相控补偿式交流稳压调压装置适用范围广，可供任何单相三相需要稳压的负载使用，适用于现有电网所有电压等级。
附图说明
图1是本实用新型无级相控补偿式交流稳压调压装置的一个实施例的电路原理图。
图2是本实用新型无级相控补偿式交流稳压调压装置相位调整电路的一个实施例的电路框图。
图3是
Figure G2009201411180D00031
与间相位角为Φ时，输入电压
Figure G2009201411180D00033
输出电压
Figure G2009201411180D00034
与补偿电压间的矢量关系图。
图4是与
Figure G2009201411180D00037
同相位时，输入电压
Figure G2009201411180D00038
输出电压
Figure G2009201411180D00039
与补偿电压
Figure G2009201411180D000310
的矢量关系图。
图5是
Figure G2009201411180D000311
与
Figure G2009201411180D000312
反相位时，输入电压
Figure G2009201411180D000313
输出电压与补偿电压
Figure G2009201411180D000315
的矢量关系图。
图6是
Figure G2009201411180D000316
与
Figure G2009201411180D000317
幅值保持不变的情形下，随着相位角Φ变化时，输入电压
Figure G2009201411180D000318
输出电压
Figure G2009201411180D000319
与补偿电压
Figure G2009201411180D000320
的矢量关系变化示意图。
附图标记说明：
Figure G2009201411180D000321
-本装置输入端电压(接电源)        
Figure G2009201411180D000322
-本装置输出端电压(接负载)
-补偿电压                        T-补偿变压器
Q初-补偿变压器T的初级绕组    Q次-补偿变压器T的次级绕组
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型无级相控补偿式交流稳压调压装置作进一步的说明：
如图1所示的本实用新型无级相控补偿式交流稳压调压装置，包括有补偿变压器T，其次级绕组Q次串接于电源与负载之间(即U入与U出之间)；本装置还包括有配接有工作电源的相位调整电路、电源输入端与该相位调整电路之间设有的相位检测电路、相位调整电路与负载之间设有的采样电路；相位调整电路的输出端与补偿变压器的初级绕组Q初相接。
采样电路用于采集本装置负载侧U出的电压信号，并反馈至相位调整电路；
相位检测电路用于检测本装置输入电源
Figure G2009201411180D000324
的相位信息，并反馈至相位调整电路；
相位调整电路根据上述信息与目标电压值进行比较后，对工作电源的相位进行调整，然后输出至补偿变压器的初级绕组Q初。
图中的本装置供电电源及所述相位调整电路的工作电源，可根据实际需要选用单相或三相交流电源。
图2是相位调整电路的一个电路示意框图。如图所示，该相位调整电路包括有依次相连的整流电路、脉宽调制移相逆变电路、高频变压电路及滤波输出电路；所述整流电路的输入端接工作电源，所述滤波电路的输出端接至所述补偿变压器的初级绕组；所述脉宽调制移相逆变电路还与前述相位检测电路及采样电路的输出端相连。
整流电路，用于实现将工作电源的AC/DC变换；
脉宽调制移相逆变电路，包括DC/AC转换电路及脉宽调制移相信号产生电路；脉宽调制移相信号产生电路，用于产生脉宽调制信号(PWM)，并用于控制所述AC电压；其中PWM信号产生部分包括有相位调节部分，所述相位调节部分可根据装置采样电路及相位检测电路中获得的输出输入电压相位信息与目标电压值进行比较，将所述PWM信号相对于装置输入电源U入的相位进行移相调节。
高频变压电路及滤波输出电路，用于将从脉宽调制移相逆变电路输出的、与装置供电电源同频率的SPWM波转换为正弦波后输出至补偿变压器的初级绕组Q初。
各部分电力电子电路均有现有技术可以借鉴，在此不再详述。
稳压工作过程分析：当电网电压U入波动或负载变动等原因造成输出电压U出波动时，采样电路将输出电压的变化反馈至相位调整电路，相位调整电路中的脉宽调制移相逆变电路根据其与目标电压值的差异，以相位检测电路得到的输入电源
Figure G2009201411180D00041
的相位值为基准，将相位调整电路的输出电压作相应角度的超前或滞后移相处理后加在补偿变压器的初级绕组Q初上，从而在次级绕组Q次两端获得方向及大小都合适的补偿电压该补偿电压ΔU与输入电压
Figure G2009201411180D00043
Figure G2009201411180D00044
矢量叠加，从而可使输出电压值U出保持稳定。
调压工作过程也可同理分析，在此从略。
Figure G2009201411180D00045
与
Figure G2009201411180D00046
间相位角为Φ时，输入电压
Figure G2009201411180D00047
输出电压与补偿电压
Figure G2009201411180D00049
间的矢量关系图如图3所示。由图可知，调节
Figure G2009201411180D000410
与
Figure G2009201411180D000411
间的相位角Φ，可以达到等效补偿电压从-ΔU到+ΔU的平滑调节，如果选择适当的变比，可以形成较宽的稳压、调压范围。
其两个特例、与同相位及反相位时的输入电压
Figure G2009201411180D000414
输出电压
Figure G2009201411180D000415
与补偿电压
Figure G2009201411180D000416
的矢量关系图如图4和图5所示。
图6是与
Figure G2009201411180D000418
幅值均保持不变的情形下，随着相位角Φ变化时，输入电压
Figure G2009201411180D000419
、输出电压
Figure G2009201411180D000420
与补偿电压
Figure G2009201411180D000421
的矢量关系变化示意图。如图，在特定相位角θ和-θ时，
Figure G2009201411180D000422
与
Figure G2009201411180D000423
在幅值上完全相等，而
Figure G2009201411180D000424
超前或滞后θ角。

Claims (3)

1.一种无级相控补偿式交流稳压调压装置，包括有补偿变压器，所述补偿变压器的次级绕组串接于电源与负载之间；其特征在于还包括有：
1)配接有工作电源的相位调整电路，用于输出相位可调整的正弦波移相电压；
2)串接于装置电源输入端与该相位调整电路之间的相位检测电路，用于检测输入电源的相位信息并反馈至相位调整电路；
3)串接于该相位调整电路与负载之间的采样电路，用于采集负载侧电压信号，并反馈至所述相位调整电路；
所述补偿变压器的初级绕组接至所述相位调整电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的无级相控补偿式交流稳压调压装置，其特征在于：所述相位调整电路包括有依次相连的整流电路、脉宽调制移相逆变电路、高频变压电路及滤波输出电路；所述整流电路的输入端接工作电源，所述滤波输出电路的输出端接至所述补偿变压器的初级绕组；
所述脉宽调制移相逆变电路还与前述相位检测电路及采样电路的输出端相连。
3.根据权利要求1或2所述的无级相控补偿式交流稳压调压装置，其特征在于：所述装置供电电源及相位调整电路工作电源为单相或三相交流电源。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102638171A (zh) * 2012-04-10 2012-08-15 四川大学 一种无隔离恒幅矢量交流调压器
CN102638174A (zh) * 2012-04-10 2012-08-15 四川大学 一种工频变压器隔离的恒幅矢量交流调压器

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Owner name: GUANGXI NORMSBAY ELECTRIC CO., LTD.

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CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 530001, No. 304-1, hope road, Nanning, the Guangxi Zhuang Autonomous Region

Patentee after: Guangxi Normsbay Electrical Co., Ltd.

Address before: 530001, No. 304-1, hope road, Nanning, the Guangxi Zhuang Autonomous Region

Patentee before: Nanning Micro Control Technology Co., Ltd.

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Effective date of abandoning: 20090729