TW201527917A - 可調節輸出功率的機車穩壓器 - Google Patents

Abstract

本發明為一種可調節輸出功率的機車穩壓器，該穩壓器設置在發電機與負載之間，包括：一由複數個SCR(矽控整流器)所組成之矽控整流迴路、一能控制矽控整流迴路之SCR進行相位調變的控制電路，以及一由複數個整流二極體所組成之整流二極體迴路，所述控制電路能偵測輸入至負載端的電壓進而對矽控整流迴路之SCR進行相位調變，藉此讓穩壓器能夠依照負載端所需的電壓大小來調節發電機的輸出功率，使得引擎動力輸出可以完全供應在轉速上，並減少不必要的熱能消耗，穩壓器零件也可以因為溫度降低而延長使用年限。

Description

可調節輸出功率的機車穩壓器

本發明係為一種機車穩壓器，尤指一種可以依照負載端的電壓大小來調節發電機輸出功率的機車穩壓器。

一般機車係藉由引擎同步帶動發電機持續運轉來產生電力，發電機所產生的電力可以對電瓶充電以及供應其他負載所需，藉此確保機車能夠持續正常運作。

在電路設計上，機車的發電機與負載之間設有供電電路，習知供電電路上設有與負載並聯的電壓調節器以及複數整流二極體，該電壓調節器包含複數SCR(矽控整流器)、以及一能控制複數SCR全導通或不導通的控制電路；如第一圖所示，係表示發電機半週電流的波形是從0°~180°，SCR於全導通時會使半週的電流全部流經SCR與整流二極體，造成零件發熱溫度上升。

一般在發電機持續輸出固定功率的情況下，電壓調節器之SCR用以控制輸入到負載端的電壓維持在負載所能承受的數值內，而多餘的電力則經由電壓調節器轉變成熱能消耗，長時間使用下，不但形成能源的浪費，也常導致電壓調節器的零組件因高溫而劣化損壞，降低發電機功率輸出。

尤其是大功率的負載開啟，或同時有多數個負載開啟時，SCR會縮短不導通的時間並呈現長時間短路的狀態，藉以增加流往負載端的供電，此時電壓調節器中的SCR和整流二極體會承受全相位的輸出電流，因而導致零件溫度上升，在長時間使用下，最後可能使得SCR溫度過 高而無法斷路，同樣也會造成負載端元件因持續輸入過高的電壓而損壞。

有鑑於此，本發明人乃累積多年相關領域的研究以及實務經驗，特發明出一種可調節輸出功率的機車穩壓器，以解決習知技術是利用SCR消耗多餘功率，造成SCR發熱、調節器電路不穩定，影響到發電機輸出功率的缺失。

本發明之目的在於提供一種可調節輸出功率的機車穩壓器，該穩壓器可以依照負載端的電壓大小來調節發電機輸出功率，以減少穩壓器消耗多餘電力的情形，使穩壓器零件能夠因溫度降低而延長使用年限，並且避免大功率負載在長時間使用下使得SCR溫度過高而無法斷路，造成負載端元件因持續輸入過高電壓而損壞。此外，穩壓器依照負載端的電壓大小來調節發電機輸出功率後，也能藉此讓引擎動力輸出可以完全供應在轉速上，並減少不必要的熱能消耗，達到省油的目的。

為達成上述目的，本發明可調節輸出功率的機車穩壓器係設置在發電機與負載之間，包括：一由複數個SCR所組成之矽控整流迴路、一能控制矽控整流迴路之SCR進行相位調變的控制電路，以及一由複數個整流二極體所組成之整流二極體迴路，所述發電機輸出交流電經過整流二極體迴路整流後，輸出正電壓至負載端與控制電路的正極端，再經由控制電路負極端回到發電機形成一封閉迴路。

所述控制電路能偵測輸入至負載端的電壓進而對矽控整流迴路之SCR進行相位調變；在發電機通過穩壓器的輸出電壓低於負載端的設定電壓時，控制電路能令矽控整流迴路之SCR的開啟角度由180°相位朝向0°方向移動，升高提供給負載端的電壓並增加輸出功率；在發電機通過穩壓器的輸出電壓高於負載端的設定電壓時，控制電路能令矽控整流迴路之SCR的開啟角度由0°相位朝向180°方向移動，以降低提供給負載端的電壓並減少輸出功率，當矽控整流迴路之SCR的開啟角度越接近180°相位時，發電機的輸出功率便越低，也就會降低引擎負載，達到省油之目的。

藉由上述構造，穩壓器能夠依照負載端所需的電壓大小來調 節發電機的輸出功率，使得引擎動力輸出可以完全供應在轉速上，並減少不必要的熱能消耗，穩壓器零件也可以因為溫度降低而延長使用年限，同時避免習知技術中矽控整流迴路之SCR溫度過高無法斷路，造成負載端持續輸入過高電壓而損壞的問題。此外，上述負載端的設定電壓，可以根據機車上各種負載元件的耗電量加以預先設定，並配合車廠需求調高或調低，以達到擴大適用範圍之目的。

以下進一步說明各元件之實施方式：實施時，該控制電路進一步包含一用以偵測穩壓器各元件溫度的熱敏電阻，該熱敏電阻偵測穩壓器各元件溫度高於設定溫度時，通過控制電路令矽控整流迴路之SCR降低導通角度，減低電流使溫度下降至一安全值內，避免穩壓器各元件溫度過高而損壞。

實施時，所述發電機為單相發電機，所述矽控整流迴路具有二個SCR，所述整流二極體迴路具有二個整流二極體；該單相發電機分別與二個SCR的正極電連接，二個SCR的負極分別和控制電路、負載電連接，所述控制電路、負載分別與二個整流二極體的正極電連接，每一整流二極體負極分別與一SCR正極電連接。

實施時，所述發電機為三相發電機，所述矽控整流迴路具有三個SCR，所述整流二極體迴路具有三個整流二極體；該三相發電機分別與三個SCR的正極電連接，三個SCR的負極分別和控制電路、負載電連接，所述控制電路、負載分別與三個整流二極體的正極電連接，每一整流二極體負極分別與一SCR正極電連接。

相較於習知技術，本發明具有以下優點：

1.穩壓器的矽控整流迴路之SCR可以依照負載電壓大小進行相位調變，調節發電機的輸出功率，減少利用矽控整流迴路之SCR消耗多餘功率，延長穩壓器零件的使用年限。

2.穩壓器讓引擎動力輸出可以完全供應在轉速上，並減少不必要的熱能消耗，達到省油之目的。

3.能避免大功率負載在長時間使用下使得SCR溫度過高而無法斷路，造成負載端元件因持續輸入過高的電壓而損壞。

4.負載端的設定電壓，可以根據機車上各種負載元件的耗電量加以預先設定，並配合車廠需求調高或調低，以達到擴大適用範圍之目的。

以下依據本發明之技術手段，列舉出適於本發明之實施方式，並配合圖式說明如後：

100‧‧‧穩壓器

200‧‧‧發電機

300‧‧‧負載

10‧‧‧矽控整流迴路

20‧‧‧控制電路

21‧‧‧熱敏電阻

30‧‧‧整流二極體迴路

D1、D2、D3‧‧‧整流二極體

SCR1、SCR2、SCR3‧‧‧SCR(矽控整流器)

第一圖：發電機半週電流的波形示意圖。

第二圖：本發明第一實施例之組成架構示意圖。

第三圖：本發明矽控整流迴路之SCR在發電機輸出波形中靠近0°相位的觸發位置圖。

第四圖：本發明矽控整流迴路之SCR在靠近0°相位觸發後，負載端的波形示意圖。

第五圖：本發明矽控整流迴路之SCR在發電機輸出波形中靠近180°相位的觸發位置圖。

第六圖：本發明矽控整流迴路之SCR在靠近180°相位觸發後，負載端的波形示意圖。

第七圖：本發明第二實施例之組成架構示意圖。

如第二圖所示，本發明可調節輸出功率的機車穩壓器100係設置在發電機200與負載300之間，包括：一由複數個SCR所組成之矽控整流迴路10、一能控制矽控整流迴路10之SCR進行相位調變的控制電路20，以及一由複數個整流二極體所組成之整流二極體迴路30，所述發電機200輸出交流電經過整流二極體迴路30整流後，輸出正電壓至負載300與控制電路20的正極端，再經由控制電路20負極端回到發電機200形成一封閉迴路。

實施時，所述發電機200為三相發電機，所述矽控整流迴路10具有三個SCR，分別為SCR1、SCR2、SCR3，所述整流二極體迴路30具 有三個整流二極體，分別為D1、D2、D3。

如圖所示，該三相發電機200的W、V、U輸出端分別與 SCR1、SCR2、SCR3的正極電連接，以及和整流二極體D1、D2、D3的負極電連接。所述SCR1、SCR2、SCR3的負極分別和控制電路20、負載300電連接，所述控制電路20、負載300分別與整流二極體D1、D2、D3的正極電連接，所述整流二極體D1、D2、D3的負極分別與SCR1、SCR2、SCR3正極電連接。

所述控制電路20能偵測輸入至負載300的電壓進而對矽控 整流迴路10之SCR進行相位調變；如第三圖所示，在發電機200通過穩壓器100的輸出電壓低於負載300端的設定電壓時，控制電路20能令矽控整流迴路10之SCR的開啟角度由180°相位朝向0°方向移動，並使矽控整流迴路10之SCR在靠近0°相位的位置觸發，升高提供給負載300的電壓並增加輸出功率，形成如第四圖所示中負載300的波形。

如第五圖所示，在發電機200通過穩壓器100的輸出電壓高 於負載300端的設定電壓時，控制電路20能令矽控整流迴路10之SCR的開啟角度由0°相位朝向180°方向移動，並使矽控整流迴路10之SCR在靠近180°相位的位置觸發，降低提供給負載300的電壓並減少輸出功率，形成如第六圖所示中負載300的波形。當矽控整流迴路10之SCR的開啟角度越接近180°相位時，發電機200的輸出功率便越低，也就會降低引擎負載300，達到省油之目的。

實施時，上述負載300端的設定電壓，可以根據機車上各種 負載元件的耗電量加以預先設定，並配合車廠需求調高或調低，以達到擴大適用範圍之目的。此外，該控制電路20進一步包含一用以偵測穩壓器100各元件溫度的熱敏電阻21，該熱敏電阻21偵測穩壓器100各元件溫度高於設定溫度時，通過控制電路20令矽控整流迴路10之SCR降低導通角度，減低電流使溫度下降至一安全值內，避免穩壓器100各元件溫度過高而損壞。

如第七圖所示，所述發電機200為單相發電機200，所述矽 控整流迴路10具有二個SCR，分別為SCR1、SCR2，所述整流二極體迴路 30具有二個整流二極體，分別為D1、D2；該單相發電機200分別與SCR1、SCR2的正極電連接，所述SCR1、SCR2的負極分別和控制電路20、負載300電連接，所述控制電路20、負載300分別與二個整流二極體D1、D2的正極電連接，整流二極體D1、D2的負極分別與SCR1、SCR2的正極電連接。

藉由上述構造，該穩壓器100能夠依照負載300所需的電壓大小來調節發電機200的輸出功率，使得引擎動力輸出可以完全供應在轉速上，並減少不必要的熱能消耗，穩壓器100零件也可以因為溫度降低而延長使用年限，同時避免習知技術中矽控整流迴路10之SCR溫度過高無法斷路，造成負載300持續輸入過高電壓而損壞的問題。

惟，以上之實施說明及圖式所示，係舉例說明本發明之較佳實施例者，並非以此侷限本發明。是以，舉凡與本發明之構造、裝置、特徵等近似或相雷同者，均應屬本發明之創設目的及申請專利範圍之內。

100‧‧‧穩壓器

200‧‧‧發電機

300‧‧‧負載

10‧‧‧矽控整流迴路

20‧‧‧控制電路

21‧‧‧熱敏電阻

30‧‧‧整流二極體迴路

D1、D2、D3‧‧‧整流二極體

SCR1、SCR2、SCR3‧‧‧SCR(矽控整流器)

Claims (4)

1. 一種可調節輸出功率的機車穩壓器，該穩壓器設置在發電機與負載之間，包括：一由複數個SCR所組成之矽控整流迴路、一能控制矽控整流迴路之SCR進行相位調變的控制電路，以及一由複數個整流二極體所組成之整流二極體迴路，所述發電機輸出交流電經過整流二極體迴路整流後，輸出正電壓至負載端與控制電路的正極端，再經由控制電路負極端回到發電機形成一封閉迴路；所述控制電路能偵測輸入至負載端的電壓進而對矽控整流迴路之SCR進行相位調變；在發電機通過穩壓器的輸出電壓低於負載端的設定電壓時，控制電路能令矽控整流迴路之SCR的開啟角度由180°相位朝向0°方向移動，升高提供給負載端的電壓並增加輸出功率；在發電機通過穩壓器的輸出電壓高於負載端的設定電壓時，控制電路能令矽控整流迴路之SCR的開啟角度由0°相位朝向180°方向移動，以降低提供給負載端的電壓並減少輸出功率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可調節輸出功率的機車穩壓器，其中，該控制電路進一步包含一用以偵測穩壓器各元件溫度的熱敏電阻，該熱敏電阻偵測穩壓器各元件溫度高於設定溫度時，通過控制電路令矽控整流迴路之SCR降低導通角度，減低電流使溫度下降至一安全值內。
3. 如申請專利範圍第1或2項中任一項所述之可調節輸出功率的機車穩壓器，其中，所述發電機為單相發電機，所述矽控整流迴路具有二個SCR，所述整流二極體迴路具有二個整流二極體；該單相發電機分別與二個SCR的正極電連接，二個SCR的負極分別和控制電路、負載電連接，所述控制電路、負載分別與二個整流二極體的正極電連接，每一整流二極體負極分別與一SCR正極電連接。
4. 如申請專利範圍第1或2項中任一項所述之可調節輸出功率的機車穩壓器，其中，所述發電機為三相發電機，所述矽控整流迴路具有三個SCR，所述整流二極體迴路具有三個整流二極體；該三相發電機分別與三個SCR的正極電連接，三個SCR的負極分別和控制電路、負載電連接，所述控制電路、負載分別與三個整流二極體的正極電連接，每一整流二極體負極分別與一SCR正極電連接。