CN2788504Y - 高精度多段调压照明调控装置 - Google Patents

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Abstract

高精度多段调压照明调控装置分为主回路和控制部分，主回路包括输入空气开关、补偿变压器和多抽头变压器，补偿变压器和多抽头变压器的次级串联在电网的火线和智能照明调控装置电压输出端之间，通过双向可控硅的开关作用，将多抽头变压器不同等级的电压选通来改变智能照明调控装置的输出电压。在多抽头变压器的初级一侧有6个抽头，电压分别0V、104V、143V、182V、221V、338V(其中0V和221V这两个抽头是变压器的初级)，次级电压为20V，它的主要作用是产生不同等级的电压供给补偿变压器，用以完成对主回路电压的补偿。

Description

高精度多段调压照明调控装置
技术领域
本实用新型涉及一种照明电路电压调控节能装置，特别是一种高输出电压精度的多段调压照明调控装置。
背景技术
目前照明节能技术，方兴未艾，新的照明调控技术更是如雨春笋。现在市场上的自耦降压式调控装置是通过一个自耦变压器机芯，根据输入电压高低情况，接连不同的固定变压器抽头，将电网电压降低5、10、15、20V等几个档，从而达到降压节电的目的。
这类调控装置为了能做到额定电压正常启动，并在过电压和欠电压时跳到旁路(设备的安全保护)，一般用的都是采用晶闸管作为切换元件，可以对主回路起到较好的保护作用。此外，响应速度也较快。辅以好的控制技术，在电压稳定的场所，会有不错的节能效果。
尽管此类产品存在很多优点，但仍有其不足之处。首先，只能降压，不能升压。如果电网电压波动(电网中有频繁启动的大设备或其它原因导致的电网波动)或用电高峰时，灯具的工作电压必然受到影响。当该电压低于灯具的极限工作电压50mS以上，高压气体放电灯(如高压钠灯、金卤灯、高压汞灯等)就会熄灭。前面已经提到，这种灯在熄灭以后，必须等到灯管冷却，蒸气压下降后才能再点亮，一般需要5-10min左右。并且，由于节能时，如果要获得好的节能效果，节能装置的输出电压一般设置在接近于灯具极限工作电压位置，而气体放电灯在刚启动时，为保证内部气体启辉，需要足够高的电压(额定电压220V)并维持一定时间，所以即使电网电压恢复正常后，该节能装置所输出的节能电压(低于200V)仍不能使已熄灭的灯具正常点亮，如果这些灯具是作为路灯使用，就会使部分路灯无法正常工作，出现所谓的斑马效应，为交通和公共安全带来隐患，另一方面，还会影响灯具的使用寿命。其次，由于节能档位较少，一般设置为5V，10V，15V，20V  4档，所以即使当电网电压较高时(有些场所电网电压在240V以上)，由于只降低20V，还是不能获得很好的节能效果。主回路设计结构决定了整机效率很难高于95％，而作为中等功率节能产品，即使效率升高1％，几年内节约的电费也是相当可观的。
目前较为节能效果较好的是一种单补偿变压器型调控装置，图3所示为其基本电路图。图中TR2是一台独立的补偿变压器，串联在输入UI与U0之间，它的初级电源由变压器TR1提供，TR2的次级补偿电压ΔU由TR1次级改变抽头时进行调整，TR2的一端接在TR1次级中心抽头0点上，所以可以改变TR2次级电压的极性和大小，从而实现升压和降压。变压器TR1的次级有12个抽头，由12只双向可控硅S1-S12用作开关给TR2初级提供电压，每次只有一只双向可控硅导通，当S7-S12中有一只导通时，ΔU与UI反相，输出为降压；当S1-S6中有一只导通时，ΔU与UI同相，输出为升压。哪一只双向可控硅导通由控制电路进行判断和选择。
稳压器可靠地运行是很重要的，因某种原因造成两支双向可控硅共同导通时将出现变压器两个抽头间短路的情况，会造成双向可控硅烧毁。目前市场上所见的稳压器多数采用串入限流电阻的办法，见图3中的R1-R12，R取值依据下式：
R＝1/I[U2-(U1+2US)]
PR＝I2*R
式中：U2-应关断的抽头电压(V)
U1-应开通的抽头电压(V)
US-双向可控硅压降(V)
I-可控硅在半周期内所能承受的最大冲击电流(A)
PR-串入电阻器R承受的功率(V)
因此在实际应用中，该电阻基本上在10Ω以上，根据PR＝I2*R。一旦此电路应用于大功率，损耗随功率的增大按比例增长。直接影响设备的效率。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高效率、且成本较低的高精度多段调压照明调控装置，以克服现有技术中存在的问题。
为了实现本实用新型的目的，本实用新型采用了一台补偿变压器TF1和一台多抽头变压器TF2，补偿变压器(TF1)和多抽头变压器(TF2)的次级串联在电网的火线和照明调控装置电压输出端之间，多抽头变压器(TF2)的初级一侧有6个抽头，1和5抽头作为TF2的初级，直接与电网L和N相连，如果市电电压为221V，那么初级一侧的各抽头电压分别为0V、104V、143V、221V和338V，次级侧输出电压为-20V。可控硅接法如图所示，Q1、Q2、Q3一端并接于TF2的初级非同名端，另一端分别接于TF2初级一侧的5、4、3抽头；Q4、Q5、Q6、Q7一端并接在一起，通过双向二极管D1与TF1初级的同名端相接，另一端与分别接于TF2初级一侧的1、2、5、6抽头。在这里我们命名Q4、Q5、Q6、Q7属第一组可控硅，Q1、Q2、Q3属第二组可控硅，当第一组和第二组可控硅分别只有一支导通时，多抽头变压器TF2不同等级电压就会直接供给至TF1的初级，从而耦合到主回路，使智能照明调控装置的输出电压升高或降低。D1的作用在于检测加在TF1初级的电压的过零点，只有在D1两端无电压时，才可通过可控硅的开关作用，选通下一组抽头，使合适的电压加在TF1初级。交流电压输入端与输出端之间还串联一支双向可控硅Q8，平时正常工作时Q8处于关断状态，当智能照明调控装置发生故障时，令Q8导通，交流输入电压通过Q8直接连接到电压输出端输出。所述补偿变压器TF1的匝数比为6.11∶1，多抽头变压器TF2的匝数比为5.2∶1.95∶1.95∶1.95∶5.85(初级一侧)∶1(次级)。
本实用新型与现有技术的电压调控设备相比减少了双向可控硅的使用数量，大大降低了成本，同时去掉了限流电阻，从而提高了设备的效率，因为我们的设备是作为节能设备使用的，如果功率较大，即使是1％的提高，效果也相当可观。目前我们于2005年1月在华东电力试验研究院完成检测，一台80KVA的设备，效率可达98.4％。并且，随着设备功率的增加，效率还会更高一些。此外，由于增加了静态旁路双向可控硅Q8，使得可以避免由于故障而导致的断电现象，提高了设备的可靠性。
附图说明
图1为现有技术中稳压器主电路原理图。
图2为本实用新型主电路原理图。
具体实施方式
本实用新型主电路的输入电压与输出电压的关系如下式，Vout＝Vin+X/221*Vin/6.11-Vin/11
式中X是可控制的变量，通过置于设备中的微电脑选通TF1的对应抽头，来决定X的取值。
若要维持Vout的相对恒定，随着Vin的升高，X取值依次为：
221
182
143
221-104＝117
221-143＝78
221-182＝39
0
182-221＝-39
143-221＝-78
221-338＝-117
182-338＝-156
143-338＝-195
稳压精度可通过调整多抽头变压器线圈之间电压来改变。升降压转折点可通过改为式1中的比例因子(6.11，11)来改变，也可通过变换多抽头与可控硅的连接方式来改变，由于此装置用于节能，一般来说，升压功能是辅助的，而降压功能才是主要的，它是针的输入电压过高而设计，所以当输入电压很高时，都能获得很满意的效果(见表1)。
下表中列出了120KVA产品在不同输入电压情况下，不同可控硅导通而起的输出电压的变化，因此只要设定了输出电压，总会有相应的可控硅导通，使调控装置的输出电压在额定电压范围之内(精度2％)。例如，当输出电压设定为220V，相应可控硅导通，从而使输出电压稳定在220±2％之内(表1黑体下划线的数据)。
表1
  输入电压 187 193 198 204 209 215 220 226 231 237 242 248 253 259 264 270 275 281 286
  可控硅 输出电压覆盖范围
  Q4-Q1   201   207   212   218   224   230   236   242   248   254   260   266   271   277   283   289   295   301   307
  Q4-Q2   195   201   207   212   218   224   230   235   241   247   253   258   264   270   276   281   287   293   299
  Q4-Q3   190   195   201   207   212   218   223   229   234   240   246   251   257   262   268   274   279   285   290
  Q5Q1   186   192   197   203   208   214   219   225   230   235   241   246   252   257   263   268   274   279   285
  Q5-Q2   181   186   191   197   202   207   213   218   223   229   234   239   245   250   255   261   266   271   277
  Q5-Q3   175   181   186   191   196   201   206   212   217   222   227   232   237   242   248   253   258   263   268
  Q6-Q1   170   175   180   185   190   195   200   205   210   215   220   225   230   235   240   245   250   255   260
  Q6-Q2   165   169   174   179   184   189   194   198   203   208   213   218   223   228   232   237   242   247   252
  Q6-Q3   159   164   169   173   178   183   187   192   197   201   206   211   215   220   225   229   234   239   243
  Q7-Q1   154   158   163   167   172   176   181   185   190   195   199   204   208   213   217   222   226   231   235
  Q7-Q2   148   153   157   161   166   170   175   179   183   188   192   196   201   205   210   214   218   223   227
  Q7-Q3   143   147   151   156   160   164   168   173   177   181   185   189   194   198   202   206   210   215   219
本实用新型可降低设备成本，比较图1、图2可知，两种设计方案都各使用了一个补偿变压器，一个多抽头变压器，但图1方案使用了12支可控硅，其多抽头变压器有12个抽头；而图2方案只使用了7支可控硅，多抽头变压器只有6个抽头，但实现的效果却是一致的，因为图1方案每次只有1支可控硅导通，所以调压的级数是C12 1＝12，图2每次有2支可控硅导通，调压的级数是C4 1*C3 1＝12，因此节省了5支可控硅。此外由于变压器抽头数目的减少，也给加工带来便利；本实用新型中没有限流电阻，这需要归功于独特的控制方式，即需要转换开关(双向可控硅)转换时，先由系统内的微电脑发出关断信号，彻底关断后，二极管D1上的电压将消失，这时再开启新的一组开关，科学而巧妙的避免了变压器抽头间短路的问题，从而提高了设备的效率，因为我们的设备是作为节能设备使用的，如果功率较大，即使是1％的提高，效果也相当可观。目前我们于2005年1月在华东电力试验研究院完成检测，一台80KVA的设备，效率可达98.4％。并且，随着设备功率的增加，效率还会更高一些。
此外，由于增加了静态旁路双向可控硅Q8，当主电路发生故障时，Q8变为导通状态，可以避免由于故障而导致的断电现象，提高了设备的可靠性。

Claims (5)

1、一种高精度多段调压照明调控装置，包括补偿变压器(TF1)和多抽头变压器(TF2)，补偿变压器(TF1)将不同等级的电压耦合到主回路上，多抽头变压器(TF2)获得不同等级的电压给补偿变压器(TF1)，实现主回路输出电压的增减，其特征在于：补偿变压器(TF1)和多抽头变压器(TF2)的次级串联在电网的火线和照明调控装置电压输出端之间，通过第一组和第二组分别与多抽头变压器(TF2)初级的各个抽头连接的双向可控硅的开关作用，将多抽头变压器不同等级的电压选通来改变照明调控装置的输出电压。
2、根据权利要求1所述的高精度多段调压照明调控装置，其特征在于：所述多抽头变压器(TF2)的初级一侧有6个抽头，抽头(1)和抽头(5)直接与电网(L)和(N)相连，当市电电压为221V时，初级的各抽头电压分别为0V、104V、143V、182V、221V和338V，次级输出电压为20V且与初级电压的相位相反。
3、根据权利要求1所述的高精度多段调压照明调控装置，其特征在于：第一组双向可控硅(Q4、Q5、Q6、Q7)一端并接在一起，通过双向二极管(D1)与补偿变压器(TF1)初级的同名端相接，另一端分别接于多抽头变压器(TF2)初级一侧的抽头(1、2、5、6)，第二组双向可控硅(Q1、Q2、Q3)一端并接于补偿变压器(TF1)的初级非同名端，另一端分别接于多抽头变压器(TF2)初级一侧的抽头(5、4、3)；当第一组和第二组双向可控硅分别只有一支导通时，多抽头变压器(TF2)不同等级电压就会直接供给至补偿变压器(TF1)的初级，从而耦合到主回路，使照明调控装置的输出电压升高或降低；双向可控硅(D1)用于在新的一路双向可控硅导通前，检测先前导通着的双向可控硅是否关断，只有在双向可控硅(D1)两端无电压时，才可通过可控硅的开关作用，选通下一组抽头，使合适的电压加在补偿变压器(TF1)初级。
4、根据权利要求1所述的高精度多段调压照明调控装置，其特征在于：在电网的(L)和(U)之间串接双向可控硅(Q8)，当照明调控装置发生故障时双向可控硅(Q8)导通，交流输入电压通过(Q8)直接连接到电压输出端输出。
5、根据权利要求1所述的高精度多段调压照明调控装置，其特征在于：所述补偿变压器TF1的匝数比为6.11∶1，多抽头变压器(TF2)的匝数比为5.2∶1.95∶1.95∶1.95∶5.85∶1。
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