CN2366879Y

CN2366879Y - 极速交流稳压器

Info

Publication number: CN2366879Y
Application number: CN 98242418
Authority: CN
Inventors: 刘祖武; 刘强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2000-03-01
Anticipated expiration: 2008-10-16

Abstract

本实用新型公开了一种极速交流稳压器,包括调压信号源、调压控制功能块和调压部件,特点为调压控制功能块包括正弦波恢复电路、同步检出器、A/D交流模数转换电路、单片机和包括高位和低位开关组的数码开关,先由“0”编码,低位开关组个数就是低位向高位进位制,两组开关组成开关数字量,正弦波调压信号经模数转换,由单片机运算,译码输出控制信号,驱动开关调压。本实用新型以极限速度调压,兼有宽调限、高精度的特点。

Description

极速交流稳压器

本实用新型涉及一种交流稳压器，尤其涉及一种极速交流稳压器。

现有的交流稳压器，通常由三部分组成：1)调压信号源：位于稳压器的始端，指调压信号拾取的部位，一般是稳压器的输入端或输出端的某部位。2)调压元件：位于稳压器的终端，指的是变压器部分，或单自耦变压器，或自耦变压器加补偿变压器，或各种三相变压器。3)调压控制功能块：这是交流稳压器的核心部分，它的好坏直接影响调压速度和性能，它由三个小部分组成，(1)信号处理器：调压信号经整流、滤波成直流信号；(2)控制信号发生器：直流信号经直流电压比较或直流模数转换，把直流信号电压变为控制信号；(3)调压执行元件：在控制信号作用下完成调压动作，通常采用触点开关或电子开关。若用方块表示各部分，用“→”表示信号方向，调压控制功能块如图7所示，简单用代号“DCT”表示，因而传统的交流稳压器结构以框图表达如图8所示。由于调压信号源选择的位置不同，或调压元件所选用的变压器个数和种类不同，或“DCT”中调压执行元件所选用的开关不同，就构成了种类繁多的交流稳压器。但它们均有共同的“DCT”模式： “交流→直流→比较→单列开关”。“交流→直流”延长了信号处理时间，也无法做到逐波控制的目的。“直流→比较”电压偏差大的需几次完成。有的即使采用了模数转换，但用单列开关调压也不能一次到位。特别采用触点开关的应变能力更差。许多补偿式交流稳压器标称应变时间为0.5秒，但在这段时间内已有25个周波的异常电压通过，无安全和精度可言。

本实用新型的目的在于提供一种快调速、宽调限、高精度的极速交流稳压器。

本实用新型的目的是这样实现的，所述的极速交流稳压器，包括稳压器的交流电源输入端、调压信号源、调压控制功能块、调压部件和稳压器输出负载端，调压信号源指调压信号拾取的部位；其结构特点为所述的调压控制功能块的结构包括1)信号处理器，由正弦波恢复电路U1和同步检出器D组成，从调压信号源拾取的调压信号经过正弦波恢复电路U1的阻容滤波、补偿、分离恢复成与输出交流电压有效值成一固定比值的正弦波调压信号和同步信号，经同步检出器D检出同步；2)控制信号发生器，包括单片机外另设的交流的A/D模数转换电路或单片机内设的交流A/D模数转换电路和单片机，正弦波调压信号经交流A/D模数转换电路逐波转换成电压数字量，由单片机进行数学逻辑运算，译码输出高位开关和低位开关的控制信号Kg1和Kg2；3)调压执行元件：采用数码开关，数码开关包括高位开关组K1和低位开关组K2，两开关组分别从“0”开始依序编码，先确定低位开关个数为n，低位开关向高位开关进位“逢n进1”，两组开关组成开关数字量；控制信号发生器输出的高位开关和低位开关的控制信号Kg1和Kg2，控制高位开关组K1和低位开关组K2中各某一开关同时动作，驱动调压部件调压。

本实用新型的目的还可通过以下技术方案实现的，所述的极速交流稳压器，其特点在于调压部件包括补偿变压器B1和自耦变压器B2，补偿变压器B1次级线圈L2的一端与自耦变压器B2的上端相交于端点G，端点G经过开关SW是稳压器输出负载端点O，稳压器的公共端点Vss，自耦变压器B2的另一端接在公共端点Vss上，经过开关SW与负载并联，调压信号从补偿变压器B1的次级线圈L2与自耦变压器B2的交接端点G拾取或拾取端点G对地电压的一部分。所述的极速交流稳压器，其特点在于补偿变压器B1的初级有两组线圈，高位开关K1拆分为两组开关组K11和K12，并接在自耦变压器B2上部分粗调线圈抽头上。

本实用新型由于采用了调压信号直接恢复成正弦波，逐波模数转换，由单片机快速进行数学逻辑运算，且采用数码开关。具体优点如下：

1)以极限快的速度调压。快速调压是交流稳压器的首要指标，舍此则无安全防患和精度要求可言。本实用新型采用了调压信号直接恢复成正弦波，逐波数码转换，由单片机快速进行数学逻辑运算，且采用数码开关，在时间上，从信号跟踪到正弦波形成约3.5毫秒，从检取信号到开关零电压断闸约1.5毫秒，开关隔离到零电流(感性电流)合闸约5毫秒。从信号形成到完成开关动作这一人为可控时间仅10毫秒。检测在先控制在后，首先被检测的半波必被溜过无法控制，可控制的只能是10毫秒后的电压，赶在可控电压之前的10毫秒内完成所有调压动作，这已达到极限快速度。而且不管调幅多大均一次完成。2)调压范围宽、精度高。这是由于采用了数码开关。一个高位开关就等于几个低位开关，调压的档次大大增多。以实施例为例，6个高位开关和四个低位开关就有4×6＝24个调压档次，若按传统的调压方式，自耦变压器上24个抽头接24个开关才行，这工艺难且造价高。一般用增加高位开关来加宽调节宽度，改变补偿变压器的初、次线圈的变比可获得任一精度要求。作为实施例的极速理想交流稳压器除了具有上述优点外还具有(1)调压信号是从补偿变压器B1的次级线圈L2与自耦变压器B2的上端相交于G点拾取，它反映了输出电压，因而稳压器的输出动态电阻为零，输出的中心电压不随负载的变化而变化；另正弦波调压信号逐波模数转换，经单片机运算限幅输出，对中心电压的可能最大偏移量固定不变，保证了精度要求。但通常的稳压器从输入端取样，由于稳压器内阻的存在，中心电压随负载的变化而变化；另由整流、滤波成直流调压信号上夹有纹波，对中心电压可能最大偏移量是有变化。本实施例整机工作不受电网电压波动和波形畸变的影响，工作稳定。(2)功率大、效率高，改变变压器和开关容量，则可做成不同额定功率的单、三相交流稳压器，小至几十瓦、大至几百千瓦，效率可达98％以上。

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明：

图1为本实用新型的调压控制功能块连接图。

图2为本实用新型的极速功能块“ACK”连接图。

图3为本实用新型的极速交流稳压器的连接框图。

图4为本实用新型的自耦变压器调压的交流稳压器的连接图。

图5为本实用新型的补偿式调压的交流稳压器的连接图。

图6为本实用新型的极速理想交流稳压器的连接图。

图7为现有的调压控制功能块“DCT”连接框图。

图8为现有的交流稳压器的连接框图。

图9为本实用新型的实施例极速理想交流稳压器的电原理图。

本实用新型所述的极速交流稳压器，是采用如图1所示的新的调压控制功能块代替现有的“DCT”，新的调压控制功能块的结构包括(1)信号处理器，由正弦波恢复电路U1和同步检出器D组成，调压信号经过正弦波恢复电路U1的阻容滤波、补偿、分离恢复成与输出交流电压有效值成一固定比值的正弦波调压信号和同步信号，经同步检出器D检出同步，所以它是双信号处理器。(2)控制信号发生器，包括单片机外另设的交流A/D模数转换电路或单片机内设的交流A/D模数转换电路和单片机，正弦波调压信号经交流A/D模数转换电路逐波模数转换成电压数字量，由单片机进行数学逻辑运算，译码输出高位开关和低位开关的控制信号Kg1和Kg2；(3)调压执行元件：采用数码开关，数码开关包括高位开关组K1和低位开关组K2，两开关组分别从“0”开始依序编码，先确定低位开关个数为n，低位开关向高位开关进位“逢n进1”，两组开关组成开关数字量；控制信号发生器输出的高位开关和低位开关的控制信号Kg1和Kg2控制高位开关组K1和低位开关组K2中各某一开关同时动作，驱动调压部件调压，从而达到稳压目的。由于能以极限快的速度调压，故把新的调压控制功能块称为极速功能块“ACK”，如图2所示，上述的极速功能块“ACK”，若以虚框为界，暂不看框内的具体内容，那么只剩下框外的几个端点，左侧上下两端点为直流供电端点，上端接电源正极V_dd，下端接地Vss，中间为调压信号输入端点G。上方KL、Kh，其中KL为低位开关组公共连接端，Kh为高位开关组公共连接端。KL、Kh分别接交流电源两输入端或接补偿变压器初级线圈两端。右侧K₁₀、K₁₁……K_1(m-1)分别是高位开关组K1各开关另一端点，它们接在等匝数的粗调线圈抽头上。下方K₂₀、K₂₁……K_2(n-1)分别是低位开关组K2各开关另一端点，它们接在等匝数的细调线圈抽头上。粗调线圈与细调线圈的匝数比为n(n为整数)，n即为低位开关的个数。整个极速功能块“ACK”就用图2表示。这样极速交流稳压器构造如图3表示。由于调压信号或调压部件不同，或变更它们相对位置，可组成各式各样的极速交流稳压器。现举其中一、二例看它的连接方法：

1)自耦变压器调压，调压信号来自稳压器输出负载端，见图4所示；

2)补偿式调压，自耦变压器接稳压器的电源输入端分压，补偿变压器调压，调压信号来自稳压器的电源输入端，见图5所示。

上述稳压器除了“极速”相同外，其它性能都有大的差别。比如：图4所示的串联调压，负载电流经过开关，功率受到限制，效率不高。图5所示的补偿式稳压器，虽克服上例缺点，但调压信号取自稳压器的电源输入端，由于稳压器内阻的存在，中心电压随负载的变化而变化，工作不稳定。现举出一个既具有“极速”又有调压范围宽、精度高、功率大、效率高、整机工作稳定的极速理想交流稳压器作为本实用新型的实施例，它单相5千瓦、输入电压162.5～277.5V、输出电压220±2.5V，它方块连接图如图6所示，电原理图如图9所示，图中虚线框内是题外内容。现结合图9说明其结构。补偿变压器B1的次级线圈L2的一端接电源输入端I点，另一端与自耦变压器B2的上端相交于端点G，过开关SW便是稳压器的输出负载端。补偿变压器B1的初级线圈只有一组线圈L1，其两端接K1的公共端Kh和K2的公共端KL，初级线圈L1与次级线圈L2的变比为120V∶60V＝2∶1。自耦变压器B2的下端接地Vss，开关SW闭合时自耦变压器B2与外接负载并联。在自耦变压器B2上有五组粗调线圈，每组40伏，有6个粗调线圈抽头0、1、2、3、4、5分别与高位开关K₁₀、K₁₁……K₁₅相接。中间粗调线圈内有四组细调线圈，每组10伏，有四个细调线圈抽头0、1、2、3分别与低位开关K₂₀、K₂₁……K₂₃相接。经补偿变压器B1的线圈L1与线圈L2的变比，实际粗档调20伏，细档调5伏。选双向可控硅BCR作高速开关，光耦MC驱动。调压信号取自稳压器的输出电压，调压信号经过正弦波恢复电路U1的阻容滤波、补偿、分离恢复成与输出交流电压有效值成一固定比值的正弦波调压信号和同步信号，同步信号经同步检出器D检出同步，A/D模数转换电路在单片机内，对正弦波逐波进行模数转换，由单片机U2择出高、低位开关控制信号Kg1和Kg2驱动数码开关组K1、K2中各某一开关同时动作，达到调压目的。当自耦变压器B2的初级有一组时，利用高位开关对低位开关上下位置变化来改变偿电压的极性；当补偿变压器B1的初级有两组线圈，高位开关K1拆分为两组开关组K11和K12，并接在自耦变压器B2上部分粗调线圈抽头上，利用两组绕向相反的线圈来改变补偿电压的极性，两种接法不同但本质一样。本实施例扩展电压使用范围在输入电压152.5～287.5V的情况下，仍有安全电压输出，本实施例还设自检，对超高压、超低压、漏电、过载、过流、失电、失控进行保护，其中头四项保护可自动恢复，后三项保护属机子毛病，需停机修理。为调试方便，还设中心电压调准，指示灯为一只双色发光二极管，指示各种工作状态和保护状态，其中漏电和过载还用报警通知用户。

Claims

1、一种极速交流稳压器，包括稳压器的交流电源输入端、调压信号源、调压控制功能块、调压部件和稳压器输出负载端，调压信号源指调压信号拾取的部位；其特征在于所述的调压控制功能块的结构包括1)信号处理器，由正弦波恢复电路(U1)和同步检出器(D)组成，从调压信号源拾取的调压信号经过正弦波恢复电路(U1)的阻容滤波、补偿、分离恢复成与输出交流电压有效值成一固定比值的正弦波调压信号和同步信号，经同步检出器(D)检出同步；2)控制信号发生器，包括单片机外另设的交流A/D模数转换电路或单片机内设的交流A/D模数转换电路和单片机(U2)，正弦波调压信号经交流A/D模数转换电路逐波转换成电压数字量，由单片机进行数学逻辑运算，译码输出高位开关和低位开关的控制信号(Kg1)和(Kg2)；3)调压执行元件：采用数码开关，数码开关包括高位开关组(K1)和低位开关组(K2)，两开关组分别从“0”开始依序编码，先确定低位开关个数为n，低位开关向高位开关进位“逢n进1”，两组开关组成开关数字量；控制信号发生器输出的高位开关和低位开关的控制信号(Kg1)和(Kg2)，控制高位开关组(K1)和低位开关组(K2)中各某一开关同时动作，驱动调压部件调压。

2、根据权利要求1所述的极速交流稳压器，其特征在于调压部件包括补偿变压器(B1)和自耦变压器(B2)，补偿变压器(B1)的次级线圈(L2)的一端与自耦变压器(B2)的上端相交于端点(G)，端点(G)经过开关(SW)是稳压器输出负载端点(O)，稳压器的公共端点(Vss)，自耦变压器(B2)的另一端接在公共端点(Vss)上，经过开关(SW)与负载并联，调压信号从补偿变压器(B1)的次级线圈(L2)与自耦变压器(B2)的交接端点(G)拾取或拾取端点(G)对地电压的一部分。

3、根据权利要求2所述的极速交流稳压器，其特征在于补偿变压器(B1)的初级有两组线圈，高位开关(K1)拆分为两组开关组(K11)和(K12)，并接在自耦变压器(B2)上部分粗调线圈抽头上。