CN2672703Y - 电压调整装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电压调整装置，包括串联于被控制电路中的电压调整变压器，电压调整变压器的原边工作线圈(51)一端与电源电连接，另一端与负载电路电连接，电压调整变压器的副边(52)作控制线圈，控制线圈有多极抽头，与工作线圈的输入抽头分别有同名端(1，3)；还包括控制线圈切换电路，连接于所述工作线圈与所述控制线圈的同名端(1，3)之间，用于通过切换所述控制线圈的抽头控制电压；还包括切换过渡电路，用于在所述控制线圈切换电路切换所述控制线圈的抽头前，先进行过渡切换；还包括升降压切换电路，可实现升降压功能切换；被调控电压的回路没有电流断流现象，整个调整可以通过自动控制来实现在线有载调整。

Description

电压调整装置

技术领域

本实用新型涉及一种电压调整装置，尤其是用于节电器或稳压器中的串联型电压调整装置。

背景技术

目前，公知的节电器或稳压器电压调整技术是使用自耦变压器、可控硅、电动自耦调压器等方式来完成的。

如图1所示的电动自耦调压器原理图，调压变压器5的一次绕组接成Y形，连接在稳压器的输出端，二次绕组连补偿变压器4的一次绕组，而补偿变压器的二次绕组串联在主电路中。现以A相为列，说明其稳压工作原理，若不计补偿变压器阻抗压降，则从图1可知：

U₂＝U₁+U₃

式中：U₁---稳压器A相输入电压；

      U₂---稳压器A相输出电压；

      U₃---稳压器A相补偿电压；

其原理是：当A相输入电压U₁增加ΔU₁时，补偿电压U₃也相应改变ΔU₃，且ΔU₃＝-ΔU₁，使A相输出电压U₂保持不变，同理B相、C相也如此。

其稳压过程是：根据输出电压的变化，由电压检测单元采样，检测并输出信号控制伺服电机转动，经减速机构并由链条带动调压变压器5上的电刷组滑动(或滚动)来调节调压变压器的二次电压，以改变补偿电压的极性和大小，实现输出电压自动稳定在稳压整定精度允许的范围内，从而达到自动稳压的目的。使用电动自耦调压器，由于主要是通过伺服电机带动滑动端滑动来调整电压，在调整过程当中碳刷及线圈都受到磨损，容易造成接触不良所引起的打火等故障，造成设备瞬间断流，使设备受到电流冲击，因此，需要的维护量大，维护成本高。

使用自耦变压器调整时，通过倒换抽头来完成，切换装置的主触头流过电流大，因此控制成本高，电流冲击大，切换时甚至有电流断流现象发生。使用可控硅调压，仅能通过控制导通角来调整电压，产生大量谐波污染，同时电压的峰值并没有被改变，电路元器件也容易发热损坏；由于峰值的瞬间冲击，对负载的寿命构成影响；使多余电能转换成热能，运行温度升高，增加了损耗，降低了用电效率。

发明内容

本实现新型的发明目的是：克服上述现有技术中的不足，提供一种能克服断流和峰值的瞬间冲击，有效保护负载、易维护的电压调整装置。

为此本实用新型提出了如下的技术方案是：一种电压调整装置，包括电压调整变压器，所述电压调整变压器有从原边工作线圈51两端(1，2)分别引出的输入端子5和输出端子6，用于将所述原边工作线圈51串联于被控制电路中；

所述电压调整变压器有共用铁芯，所述原边工作线圈51与副边控制线圈52绝缘隔离并通过所述共用铁芯磁路耦合；

所述电压调整变压器的每相控制线圈52有多极抽头3，与工作线圈51的输入抽头1分别有同名端(1，3)；

还包括控制线圈切换电路，连接于所述工作线圈51与所述控制线圈52的同名端(1，3)之间，用于通过切换所述控制线圈52的抽头控制电压。

所述的电压调整装置，其还包括切换过渡电路，连接于所述工作线圈51的输入抽头1与所述控制线圈52的多极抽头3的第一抽头L5之间，用于在所述控制线圈切换电路切换所述控制线圈52的抽头前，先进行过渡切换；所述切换过渡电路包括过渡交流接触器QR和过渡电阻R，二者串联。

控制线圈切换电路包括与所述控制线圈52多极抽头数量相等的多个交流接触器，所述交流接触器一端分别连接于所述多极抽头，另一端连接成公共端10，所述公共端10与所述工作线圈51的输入抽头1直接连接。

所述的电压调整装置还包括控制线圈短接开关Q0，连接于所述控制线圈52的第一抽头L5与所述控制线圈52的公共端4之间，用于切换所述控制线圈52的第一抽头L5与所述控制线圈52的公共端4之间短接或断开。

所述的电压调整装置还包括升降压切换电路，连接于所述控制线圈切换电路与所述工作线圈51的输入抽头1之间，用于将所述控制线圈52的公共端4在所述电压调整变压器的输入端和零线之间作切换连接，同时将所述控制线圈52的多极抽头3在零线和所述电压调整变压器的输入端作切换连接。所述升降压切换电路包括切换开关K4、第十一至第十四交流接触器Q11-Q14；所述切换开关K4、所述第十一交流接触器Q11和所述第十二交流接触器Q12依次串联，连接于所述电压调整变压器的输入端5与零线端7之间；所述第十三交流接触器Q13与所述第十四交流接触器Q14串联，并联于前述第十一交流接触器Q11和所述第十二交流接触器Q12串联支路；所述第十一交流接触器Q11和所述第十二交流接触器Q12的连接端8还连接于所述控制线圈切换电路的公共端10；所述第十三交流接触器Q13与所述第十四交流接触器Q14的连接端9与所述控制线圈52的公共端4连接。

所述的电压调整装置，还包括输入开关K1、输出开关K2和旁路开关K3；所述输入开关K1串接于所述电压调整变压器的输入端5与所述电压调整变压器的同名端(1，3)之间，所述输出开关K2串接于所述工作线圈51的输出抽头2与所述电压调整变压器输出端子6之间，所述旁路开关K3串接于所述电压调整变压器的输入端子5与输出端子6之间。

电压调整装置，所述电压调整变压器是单相变压器或三相变压器。

由于采用上述技术方案，使用一个单相或三相电压调整变压器，结构简单；电压调整变压器的工作线圈与控制线圈隔离，工作线圈与控制线圈通过磁路耦合来互相作用，在使用时将工作线圈串联在将要控制的电路中，需要降压时，控制线圈切换电路切换控制线圈的同名端接火线，这样在控制线圈组的工作线圈产生了一个与供电电流相反的电动势，其输出的电压的矢量和刚好是相减的关系，通过开关电路调整线圈组的控制线圈所设的多极抽头，来获得不同的电压值。不需要改变电压时，只需将控制线圈的供电电源切断，并且将控制线圈的首尾短接，这时输入电压等于输出电压。当需要升压时，控制线圈的公共端接火线、同名端接零线，这样工作线圈产生的电动势与供电电源的矢量和为相加的关系，即可达到提升输出电压的目的。通过控制线圈切换电路调整控制线圈的抽头以获得不同的电压输出，而升降压的转换可由升降压切换电路来实现，在可以方便控制电压的同时，保证供给负载的电源无断流现象，还实现了以较小电流控制较大电流的效果。

而切换过渡电路在控制线圈切换电路切换线圈抽头前，先投入过渡电阻，其限流作用可以减少切换过程中各接触器触点上的电弧，避免触点氧化产生不必要的能耗；同时减少瞬变冲击通过磁路耦合对负载的冲击，提高用电效率，延长负载的使用寿命；自身不产生谐波，在工作中还能滤除部分谐波。

输入开关、输出开关和旁路开关的设置，使本装置在出现故障时，既可以旁路开关保证对负载的供电，又可以切断输入开关、输出开关，使本装置断电，减少了维护难度，便于维修更换。

附图说明

图1电动自耦调压器稳压原理图；

图2本实用新型基本电路原理图；

图3本实用新型第二实施例电路原理图；

图4本实用新型第三实施例电路原理图；

图5本实用新型第四实施例电路原理图.

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图2是本实用新型基本电路原理图，也是第一个实施例的电路原理图。输入端子5一端与供电电源的火线连接，输入端子5另一端与输入开关K1的输入端电连接，K1的输出端与电压调整变压器T的工作线圈51的1端连接，线圈51的另一端2端与输出开关K2的输入端电连接，输出开关的输出端与输出端子6电连接，6的另一端与负载电连接；旁路开关K3的一端与输入端子5电连接，另一端与输出端子6电连接，构成了旁路开关与调压装置并联的关系。控制线圈52的公共端4与零线端7电连接；交流接触器Q1的一端，与电压调整变压器T的控制线圈52抽头L1电连接，Q1的另一端与输入开关K1电连接；交流接触器Q2的一端，与电压调整变压器T的控制线圈52抽头L2电连接，Q2的另一端与输入开关K1电连接；交流接触器Q3的一端，与电压调整变压器T的控制线圈52抽头L3电连接，Q3的另一端与输入开关K1电连接；交流接触器Q4的一端，与电压调整变压器T的控制线圈52抽头L4电连接，Q4的另一端与输入开关K1电连接；交流接触器Q5的一端，与电压调整变压器T的控制线圈52抽头L5电连接，Q5的另一端与输入开关K1电连接；交流接触器QR的一端与输入开关K1电连接，另一端与过渡电阻R的一端电连接，过渡电阻R的另一端与L5电连接。Q0的一端与L5电连接，另一端与公共端4电连接，这里QR及R是起切换过渡作用，用以减少切换过程中，各接触器触点上的电弧，避免触点氧化产生不必要的能耗，同时减少瞬变冲击通过磁路耦合对负载的冲击，提高用电效率，延长负载的使用寿命。当然将接触器QR和过渡电阻R取消，该电路也可以不受任何影响正常工作。

在Q0导通时，此时在线圈5 1上只有电流流过，而没有电压产生，因此，装置的输出电压等于输入电压。

当要开始降压时，先使QR导通，投入过渡电阻R，以便减小在切换过程当中，交流接触器上的电弧，延长交流接触器触头寿命，减小触头表面氧化产生的能耗；再断开Q0，然后使Q5导通，这时再断开QR，使过渡电阻退出，L5开始工作，输出端电压就为工作线圈两端的电压U₅₁与输入电压U₀的矢量和，根据其矢量关系推算，约等于U₀的有效值减去U₅₁的有效值，输出端的电压被降低。如果还需再降低时，再使QR导通，投入过渡电阻，使电流主要流过QR，然后断开Q5，再使Q4导通，切换到抽头L4，断开QR，L4投入工作，电压又被降低一档。依次切换，使电压调整装置的输出电压逐步降低，直至设定值为止。当切换到抽头L1时，输出端的电压最低，也就是降压幅度最大。

上述交流接触器也可以用晶闸管等电子开关替代。整个电压调整过程是通过自动控制装置在线自动调节的，实现了在线有载实时调节，保证供给负载一个稳定的电源。当然，在某些不需要自动实时调整的场合，也可以直接用手动方式一次设定。具体的变比、抽头的多少可根据实际需要设置。QR和电阻R可以不用，电路照样可以正常的实现在线电压实时调节，而不会出现电流断流的情况。当不需要调控电压，或者是对本电压调整装置进行检修时，将输入开关K1、输出开关K2断开，将旁路开关合上，就可使负载照常运行，而电压调整装置内部不带电了。开关K1、K2、K3、K4一般可以使用空气开关手动控制，对于有些场合，K1、K2与K3可以换成合适容量的交流接触器，通过控制电路实现自动切换。

在图3所示实施例中，输入端子5与输入开关K1的输入端电连接，将K1输出端与电压调整变压器T线圈51的输入抽头1电连接，输出抽头2与K2电连接，K2的另一端与输出端子6电连接。Q11、Q13与切换开关K4的一端电连接；K4的另一端与K1电连接；Q12、Q14与零线端7电连接；当需要升压时，Q12和Q13导通，使控制线圈52的公共端4与输入开关K1连接，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5与零线端7相连，当Q1导通时，工作线圈51两端电压最高，那么输出端电压就为U₅₁与输入电压U₀的矢量和，约等于U₅₁加上U₀的电压值。依此类推，控制Q1至Q5的导通来选择不同的抽头，就可获得不同的电压输出。需要降压时，使Q11和Q14同时导通，这时通过控制Q1至Q5的导通，来选择不同的抽头；这时在线圈51上产生的电动势，与输入的电源电压的矢量和约等于U₀减去U₅₁，这时输出电压就被降低了。当不需要调整电压时，将Q1、Q2、Q3、Q4、Q5以及Q11、Q12、Q13、Q14断开，使Q0导通，此时在线圈51上只有电流流过，而没有电压产生，因此，装置的输出电压等于输入电压。同样在切换抽头时，使用QR和R作为切换过渡电路，其工作过程和原理与上述基本电路相同，技术效果也是一样的。

在图4所示实施例中，是一款节电器中的应用。

同理将输入端子5与输入开关K1的输入端电连接，将输入开关K1的输出端与电压调整变压器T工作线圈51的输入抽头电连接，输出抽头2与K2的一端电连接，另一端与输出端子6电连接。旁路开关K3的一端与5电连接，另一端与6电连接。控制线圈52的公共端4与零线端7电连接。切换开关K4的一端与输入开关K1的电连接；Q0一端与控制线圈52的公共端4电连接，另一端与L5电连接；Q1一端与L1电连接，另一端与K4电连接；Q2一端与L2电连接，另一端与K4电连接；Q3一端与L3电连接，另一端与K4电连接；Q4一端与L4电连接，另一端与K4电连接；Q5一端与L5电连接，另一端与K4电连接；QR另一端与K4的一端电连接，另一端与R电连接；R的另一端与L5电连接。在Q0导通时，不对电压进行调整，输出电压等于输入电压；当需要节能时，先吸合QR，再将Q0断开，然后使Q5导通，断开QR，切换到抽头L5，使输出端的电压被降低。如果还需再降低时，使QR导通，断开Q5，使Q4导通，再断开QR，切换到抽头L4。依次切换，当切换到抽头L1时，输出的电压最低，也就是降压幅度最大。当电网电压降低时，要保证输出电压在设定值，需要减小压降，那么还是先使QR导通，再切换抽头，然后再使QR断开，这样就可使电压被控制在设定值了。具体的调压范围和调压精度、抽头的多少，均可根据实际需要，在制作电压调整变压器T时设置。通过对输出电压的调整与控制，使输出电压保持在设定值，这样就减小了由于供电电压较高引起的不必要的能耗。我们可以通过以下计算看出节电的效果。

例如：某地供电电压为239V，负载的阻抗值为R₂，则其功率为：

$P_1=\sqrt{3}\frac{U^2}{R_X}=\sqrt{3}\frac{{239}^2}{R_X}=\sqrt{3}\frac{57121}{R_X}$

当我们把电压调整为210V时，其功率为：

$P_2=\sqrt{3}\frac{U^2}{R_X}=\sqrt{3}\frac{{210}^2}{R_X}=\sqrt{3}\frac{44100}{R_X}$

那么这时的节电效果为：

$\mathrm{\η}=\frac{P_1-P_2}{P_1}\×100\%=\frac{\sqrt{3}(\frac{57121}{R_X}-\frac{44100}{R_X})}{\sqrt{3}\frac{57121}{R_X}}\×100\%\≅22.8\%$

在实际应用中，根据供电情况的不同，和用电负载特性的不同，节电率也有所不同，一般节电在10％～35％。在节电的同时，还能有效的延长负载设备的使用寿命。

在图5实施例是本实用新型在三相节电器中的应用，其A、B、C三相每一相的电路连接方式与工作原理都与前例中单相节电器的连接方式与工作原理相同。

本实施例可以在控制电路的控制下进行同时切换或各相分别控制，调整输出电压，使输出电压满足设定要求；具体的调压范围和调压精度、抽头的多少，均可根据实际需要，在制作电压调整变压器T时设置。通过控制电路对输出电压的调整与控制，使输出电压保持在设定值，这样就减小了由于供电电压较高引起的不必要的能耗。

Claims (9)

1、一种电压调整装置，包括电压调整变压器，其特征在于：

所述电压调整变压器有从原边工作线圈(51)两端(1，2)分别引出的输入端子(5)和输出端子(6)，用于将所述原边工作线圈(51)串联于被控制电路中；

所述电压调整变压器有共用铁芯，所述原边工作线圈(51)与副边控制线圈(52)绝缘隔离并通过所述共用铁芯磁路耦合；

所述电压调整变压器的控制线圈(52)有多极抽头(3)，与工作线圈(51)的输入抽头(1)分别有同名端(1，3)；

所述电压调整装置还包括控制线圈切换电路，连接于所述工作线圈(51)与所述控制线圈(52)的同名端(1，3)之间，用于通过切换所述控制线圈(52)的抽头控制电压。

2、根据权利要求1所述的电压调整装置，其特征在于：其还包括切换过渡电路，连接于所述工作线圈(51)的输入抽头(1)与所述控制线圈(52)的多极抽头(3)的第一抽头(L5)之间，用于在所述控制线圈切换电路切换所述控制线圈(52)的抽头前，先进行过渡切换。

3、根据权利要求2所述的电压调整装置，其特征在于：所述控制线圈切换电路包括与所述控制线圈(52)多极抽头数量相等的多个交流接触器，所述交流接触器一端分别连接于所述多极抽头，另一端连接成公共端(10)，所述公共端(10)与所述工作线圈(51)的输入抽头(1)直接连接。

4、根据权利要求2所述的电压调整装置，其特征在于：所述切换过渡电路包括过渡交流接触器(QR)和过渡电阻(R)，二者串联。

5、根据权利要求3所述的电压调整装置，其特征在于：其还包括控制线圈短接开关(Q0)，连接于所述控制线圈(52)的第一抽头(L5)与所述控制线圈(52)的公共端(4)之间，用于切换所述控制线圈(52)的第一抽头(L5)与所述控制线圈(52)的公共端(4)之间短接或断开。

6、根据权利要求5所述的电压调整装置，其特征在于：其还包括升降压切换电路，连接于所述控制线圈切换电路与所述工作线圈(51)的输入抽头(1)之间，用于将所述控制线圈(52)的公共端(4)在所述电压调整变压器的输入端和零线之间作切换连接，同时将所述控制线圈(52)的多极抽头(3)在零线和所述电压调整变压器的输入端之间作切换连接。

7、根据权利要求6所述的电压调整装置，其特征在于：所述升降压切换电路包括切换开关(K4)、第十一至第十四交流接触器(Q11-Q14)；所述切换开关(K4)、所述第十一交流接触器(Q11)和所述第十二交流接触器(Q12)依次串联，连接于所述电压调整变压器的输入端(5)与零线端(7)之间；所述第十三交流接触器(Q13)与所述第十四交流接触器(Q14)串联，并联于前述第十一交流接触器(Q11)和所述第十二交流接触器(Q12)串联支路；所述第十一交流接触器(Q11)和所述第十二交流接触器(Q12)的连接端(8)还连接于所述控制线圈切换电路的公共端(10)；所述第十三交流接触器(Q13)与所述第十四交流接触器(Q14)的连接端(9)与所述控制线圈(52)的公共端(4)连接。

8、根据权利要求1-7中任一项所述的电压调整装置，其特征在于：其还包括输入开关(K1)、输出开关(K2)和旁路开关(K3)；所述输入开关(K1)串接于所述电压调整变压器的输入端(5)与所述电压调整变压器的同名端(1，3)之间，所述输出开关(K2)串接于所述工作线圈(51)的输出抽头(2)与所述电压调整变压器输出端(6)之间，所述旁路开关(K3)串接于所述电压调整变压器的输入端(5)与输出端(6)之间。

9、根据权利要求1-7中任一项所述的电压调整装置，其特征在于：所述电压调整变压器是单相变压器或三相变压器。

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