CN204886191U - 一种交流自动稳压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交流自动稳压装置，包括外壳，外壳内装设有铁芯、可调磁场发生器、竖向设置的固定金属杆以及横向设置的滑动金属杆，可调磁场发生器设置于所述铁芯和固定金属杆之间，滑动金属杆垂直于可调磁场发生器产生的磁场，且滑动金属杆的两端均通过一可移动碳刷分别与铁芯的副边线圈和固定金属杆滑动接触，副边线圈与固定金属杆之间连接一调试电路，调试电路与负载并联连接，铁芯的原边线圈通过电源开关连接于交流电源输入端。本实用新型的交流自动稳压装置能在无人操作的情况下持续向用电器输出需要的恒定电压、原理简单可靠、响应时间较短，可广泛用于各种交流电路和各种用电器。

Description

一种交流自动稳压装置

技术领域

本实用新型涉及稳压/调压技术领域，具体涉及一种磁电式交流自动稳压装置。

背景技术

对于常见的城市电网，其对用户的输出电压的大小在一天的范围内是波动的，这是因为在城市的电网上接了大量的大功率的电感性、电容性或是电阻性的用电器，数量较大，它们的接入或是撤出对于电网而言或多或少都是有影响的，在白天的用电高峰期间，用电器所得到的实际电压可能会低于其额定电压；而在晚上的用电低谷期间，用电器所得到的实际电压可能会高于其额定电压。对于用电器而言，加在其两端的电压无论是低于其额定电压还是高于其额定电压都会能使用电器处于非正常的工作状态，显然这对用电器是不利的，因此设计了一款接在插座和用电器之间的一套交流自动稳压装置用以保护用电器。

传统或是现在常用的稳压器主要采用电子电路稳压，该种稳压器的结构较为复杂，设备本身体积较大，成本高且不便于携带，且所得输出电压仍有小幅波动。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能在无人操作的情况下持续向用电器输出需要的恒定电压，且输出电压波动极小、原理简单可靠、响应时间较短、可广泛用于各种交流电路的交流自动稳压装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种交流自动稳压装置，包括外壳，所述外壳内装设有铁芯、可调磁场发生器、竖向设置的固定金属杆以及横向设置的滑动金属杆，所述可调磁场发生器设置于所述铁芯和固定金属杆之间，所述滑动金属杆垂直于所述可调磁场发生器产生的磁场，且滑动金属杆的两端均通过一可移动碳刷分别与所述铁芯的副边线圈和固定金属杆滑动接触，所述副边线圈与固定金属杆之间连接一调试电路，所述调试电路与负载并联连接，所述铁芯的原边线圈通过电源总开关连接于交流电源输入端。

作为对上述技术方案的进一步改进：

优选的，所述可调磁场发生器包括直流电源、固定铁芯、可动铁芯以及带有滑轨的底座，所述固定铁芯固定于所述底座上，所述可动铁芯装设于所述底座的滑轨内并能沿所述滑轨移动以调整固定铁芯和可动铁芯之间的间隙，所述滑动金属杆穿设于所述间隙中，所述固定铁芯上绕设有左线圈，可动铁芯上绕设有右线圈，所述右线圈并联于左线圈上，所述左线圈的两端通过磁场产生开关和保护电阻与所述直流电源连接，且并联有电压表。

优选的，所述调试电路包括相串联的滑动变阻器、交流电流表和调试电路开关，所述滑动变阻器连接于所述固定金属杆上，且滑动变阻器的两端并联一转换开关，所述调试电路开关与所述负载并联。

优选的，所述副边线圈倾斜缠绕于所述铁芯上。

优选的，所述外壳内于滑动金属杆的两端位置处还分别设有一根固定绝缘限位杆和一根可微幅移动的绝缘限位杆，所述固定绝缘限位杆紧靠所述铁芯的内边缘设置，所述可微幅移动的绝缘限位杆靠近所述固定金属杆并与其平行设置，外壳的相应位置处开设有卡槽，可微幅移动的绝缘限位杆穿设于该卡槽中，上端稍伸出外壳。

优选的，所述铁芯的副边线圈上与原边线圈等匝数的位置处设置有220V原副线圈等匝数标志。

优选的，所述外壳上与所述原副线圈等匝数标志对应位置处设置有观察窗。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的交流自动稳压装置，因交流电源输入端的电压值发生变化使得滑动金属杆能自动上下移动，以调整其平衡位置，从而能够在无人操作的情况下持续向用电器输出需要的恒定电压、原理简单可靠、响应时间较短，同时其结构简单、体积相对较小、成本低廉、低能耗、便于携带，可以广泛地用于各种交流电路、各种用电器等优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中滑动金属杆穿设于可调磁场发生器间隙中的结构示意图。

图例说明：

1、总开关；2、铁芯；3、原边线圈；4、副边线圈；5、滑动金属杆；6、固定金属杆；7、可调磁场发生器；8、调试电路开关；9、滑动变阻器；10、交流电流表；11、负载；12、底座；13、固定铁芯；14、可动铁芯；15、左线圈；16、右线圈；17、磁场产生开关；18、直流电源；19、保护电阻；20、固定绝缘限位杆；21、可微幅移动的绝缘限位杆；22、观察窗；23、原副线圈等匝数标志；24、外壳。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。

如图1和图2所示，一种本实用新型的交流自动稳压装置实施例，包括外壳24，外壳24内装设有铁芯2、可调磁场发生器7、固定金属杆6以及滑动金属杆5，可调磁场发生器7设置于铁芯2和固定金属杆6之间，固定金属杆6竖向设置，滑动金属杆5横向设置并垂直穿过可调磁场发生器7产生的匀强磁场，滑动金属杆5的两端均设有一可移动碳刷，滑动金属杆5的两端分别通过碳刷与铁芯2的副边线圈4和固定金属杆6滑动接触，副边线圈4与固定金属杆6之间还连接一调试电路，该调试电路用于与负载11并联连接，铁芯2的原边线圈3通过电源总开关1连接于交流电源输入端。当输入端的电压值由于某种原因高于需要值或低于需要值时，滑动金属杆中通过的电流将会相应增加或减小，使其所受的安培力也将暂时性地大于或小于其重力，从而使滑动金属杆上滑或下滑，因而减少或增加副边线圈接入输出端的线圈匝数，从而相应降低或增加副边线圈端的电压值，最终使得滑动金属杆中通过的电流降低或升高，其所受的重力与安培力将达到平衡，实现自动调/稳压，结构简单，能够在无人操作的情况下持续向用电器输出需要的恒定电压、原理简单可靠、响应时间较短、可广泛用于各种交流电路的稳压装置。

本实施例中，铁芯2的副边线圈4上与原边线圈3等匝数的位置处设置有220V原副线圈等匝数标志23(可以在副边线圈4上刷颜色)，且外壳24上对应原副线圈等匝数标志23处开设有观察窗22，便于观察滑动金属杆5的平衡位置。可调磁场发生器7包括直流电源18、固定铁芯13、可动铁芯14以及带有滑轨的底座12，固定铁芯13固定于底座12上，可动铁芯14装设于底座12的滑轨内，拉动其拉环可使其沿滑轨移动，如图2中的箭头所示，以调整固定铁芯13和可动铁芯14之间的间隙，改变其产生的磁场强度。滑动金属杆5穿设于该间隙中。本实施例中，外壳24内于滑动金属杆5的两端位置处还分别设有一根固定绝缘限位杆20和一根可微幅移动的绝缘限位杆21，用于在接入用电器时暂时夹住处于平衡状态的滑动金属杆5，以免其产生位移。固定绝缘限位杆20紧靠铁芯2的内边缘设置，可微幅移动的绝缘限位杆21靠近固定金属杆6并与其平行设置，外壳24的相应位置处开设有卡槽，可微幅移动的绝缘限位杆21穿设于该卡槽中，上端稍伸出外壳24，便于用手调整。

固定铁芯13上绕设有左线圈15，可动铁芯14上绕设有右线圈16，右线圈16并联于左线圈15上，左线圈15的两端通过磁场产生开关17以及一保护电阻19与直流电源18连接，且并联有电压表。

本实施例中，调试电路包括相串联的滑动变阻器9、交流电流表10和调试电路开关8，滑动变阻器9连接于固定金属杆6上，且滑动变阻器9的两端并联一转换开关K2，调试电路开关8与负载11并联。

本实施例中，副边线圈4可倾斜缠绕于铁芯2上，使得在输入电压稳定时期，滑动金属杆5在正弦信号一个周期内的正常波动所移动的距离较小(小于1毫米)，从而使输出电流的波动在正常情况下可忽略不计。

本实用新型的设计原理如下：

(一)稳压原理：

使用时，闭合电源总开关K1以及磁场产生开关，闭合调试电路开关。此时，用电器未接入电路。调节调试电路中的滑动变阻器的阻值R，使得交流电流表示数I与所需电流相等。并且调节可动铁芯使滑动金属杆稳定在标定的220V原副线圈等匝数标志位置处，在调节过程中，滑动金属杆在安培力与重力的作用下会平衡在某一固定位置(注1)，此时移动可微幅移动的绝缘限位杆，使其暂时夹住可动金属杆，再接入用电器，即断开调试电路开关，接通用电器开关即可，并松开可微幅移动的绝缘限位杆。

此后，若输入端电压值由于某种原因高于需要值，滑动金属杆中通过的电流I’将会大于I，此时，滑动金属杆所受的安培力将暂时性地大于其重力，从而使滑动金属杆上滑，因而减少了副边线圈接入输出端的线圈匝数，则降低了副边线圈端的电压值，最终使滑动金属杆中通过的电流I’又降至I，其所受的重力与安培力再次平衡(注2)；若输入端电压值由于某种原因低于需要值，滑动金属杆中通过的电流I’会小于I，此时其所受的安培力暂时小于自身的重力，从而使滑动金属杆下滑，因而增加了副边线圈的匝数，则提高了副边线圈的输出电压，最终使得电流I’又升高至I，滑动金属杆所受的重力与安培力再次平衡(注3)，实现了自动调/稳压。

(二)定量计算：

(1)稳定工作情况下，由于输入电压按正弦形式变化使得可滑动金属杆产生微幅振动位移的计算：

上文中(注1)、(注2)、(注3)三处所指的“平衡”实际上指的是滑动金属杆在理论平衡位置附近的、振幅极其微小的振动，下面对这个微幅振动的值做一个大致的数量级估算：

取t＝0时，v＝0，位移x＝0，设滑动金属杆的质量是m，磁感应强度大小是B，磁场区域宽度是l，又设交流电流瞬时值表达式为：i(t)＝I_msinωt，

(i).安培力与重力同向的半个周期：

有： $a\left(t\right)=\frac{{\mathrm{BlI}}_{m}sin\mathrm{\ω}t}{m}+g,$

$\stackrel{.}{\mathrm{..}}v\left(t\right)=\∫a\left(t\right)dt=-\frac{{\mathrm{BlI}}_m}{m\mathrm{\ω}}cos\mathrm{\ω}t+gt+\frac{{\mathrm{BlI}}_m}{m\mathrm{\ω}},$

则： $x\left(t\right)=\∫v\left(t\right)dt=-\frac{{\mathrm{BlI}}_m}{{\mathrm{m\ω}}^2}sin\mathrm{\ω}t+\frac{{\mathrm{gt}}^2}{2}+\frac{{\mathrm{BlI}}_{m}t}{m\mathrm{\ω}}.$

在上式中，取mg＝BlI_m，则： $x\left(t\right)=-\frac{gsin\mathrm{\ω}t}{{\mathrm{\ω}}^2}+\frac{{\mathrm{gt}}^2}{2}+\frac{gt}{\mathrm{\ω}},$

取g＝9.8(m/s^-2)，工频下，取ω＝314(rad/s)，t＝0.01(s)，则x≈8×10^-4(m)＝0.8(mm)

(ii).安培力与重力反向：

在安培力与杆的重力同向的半个周期内，滑动金属杆的位移仅约为0.8mm，则在安培力与重力反向的半个周期内，滑动金属杆的位移应更加小于0.8mm。可见，这位移是基本上可以被忽略的。

振动后，尽管滑动金属杆的位置略有下降，但可将副线圈倾斜缠绕，使得稳定工作情况下，由于输入电压按正弦形式变化使得副边线圈的线圈接入匝数改变极小，则输出电流在正常情况下波动可予以忽略。

(2)关于匀强磁场产生的定量计算：

利用磁路定理：磁场强度式中N为线圈匝数，I为线圈中的电流大小，μ为铁芯介质磁导率，l₁、S₁分别为铁芯U型部分的长度和截面积，l₂、S₂分别为铁芯相对面的长度和截面积，l₃、S₃分别为铁芯两相对面之间空气间隙的长度和截面积，其中，l₃可调节。所产生的磁感应强度大小在1(T)左右。

本实用新型可以广泛地用于家庭、学校、企业等凡是使用到较精密用电器的单位，可以标准化、批量化生产，同时具有同时具有结构简单、体积相对较小、成本低廉、低能耗、便于携带、可以广泛适用于各种用电器等优点。可靠性高，可以长期使用。

Claims (7)

1.一种交流自动稳压装置，包括外壳(24)，其特征在于：所述外壳(24)内装设有铁芯(2)、可调磁场发生器(7)、竖向设置的固定金属杆(6)以及横向设置的滑动金属杆(5)，所述可调磁场发生器(7)设置于所述铁芯(2)和固定金属杆(6)之间，所述滑动金属杆(5)垂直于所述可调磁场发生器(7)产生的磁场，且滑动金属杆(5)的两端均通过一可移动碳刷分别与所述铁芯(2)的副边线圈(4)和固定金属杆(6)滑动接触，所述副边线圈(4)与固定金属杆(6)之间连接一调试电路，所述调试电路与负载(11)并联连接，所述铁芯(2)的原边线圈(3)通过电源总开关(1)连接于交流电源输入端。

2.根据权利要求1所述的交流自动稳压装置，其特征在于：所述可调磁场发生器(7)包括直流电源(18)、固定铁芯(13)、可动铁芯(14)以及带有滑轨的底座(12)，所述固定铁芯(13)固定于所述底座(12)上，所述可动铁芯(14)装设于所述底座(12)的滑轨内并能沿所述滑轨移动以调整固定铁芯(13)和可动铁芯(14)之间的间隙，所述滑动金属杆(5)穿设于所述间隙中，所述固定铁芯(13)上绕设有左线圈(15)，可动铁芯(14)上绕设有右线圈(16)，所述右线圈(16)并联于左线圈(15)上，所述左线圈(15)的两端通过磁场产生开关(17)和保护电阻(19)与所述直流电源(18)连接，且并联有电压表。

3.根据权利要求1所述的交流自动稳压装置，其特征在于：所述调试电路包括相串联的滑动变阻器(9)、交流电流表(10)和调试电路开关(8)，所述滑动变阻器(9)连接于所述固定金属杆(6)上，且滑动变阻器(9)的两端并联一转换开关，所述调试电路开关(8)与所述负载(11)并联。

4.根据权利要求1所述的交流自动稳压装置，其特征在于：所述副边线圈(4)倾斜缠绕于所述铁芯(2)上。

5.根据权利要求1所述的交流自动稳压装置，其特征在于：所述外壳(24)内于滑动金属杆(5)的两端位置处还分别设有一根固定绝缘限位杆(20)和一根可微幅移动的绝缘限位杆(21)，所述固定绝缘限位杆(20)紧靠所述铁芯(2)的内边缘设置，所述可微幅移动的绝缘限位杆(21)靠近所述固定金属杆(6)并与其平行设置，外壳(24)的相应位置处开设有卡槽，可微幅移动的绝缘限位杆(21)穿设于该卡槽中，上端稍伸出外壳(24)。

6.根据权利要求1所述的交流自动稳压装置，其特征在于：所述铁芯(2)的副边线圈(4)上与原边线圈(3)等匝数的位置处设置有220V原副线圈等匝数标志(23)。

7.根据权利要求6所述的交流自动稳压装置，其特征在于：所述外壳(24)上与所述原副线圈等匝数标志(23)对应位置处设置有观察窗(22)。