高效寬域級數疊加式交流穩壓器的製作方法
2023-06-19 14:34:21
專利名稱：高效寬域級數疊加式交流穩壓器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高效寬域級數疊加式交流穩壓器，由一組變壓器及控制裝置組成。其中各變壓器之間的關係是按級數排列的，由微電腦控制切換，使其按照正弦電壓矢量的疊加原理投入運行。
由於供電電源電壓不穩定，使許多電器不能正常工作。為解決這一普遍性的同題，便有了各種交流穩壓器。這些交流穩壓器主要有以下幾種1.變壓器抽頭式交流穩壓器它是由電子線路控制繼電器切換交流變壓器的抽頭而實現穩壓的。它具有效率高、波形失真小等優點。但存在電壓不能連續調節，抗幹擾能力差，以及繼電器觸點的存在使可靠性下降等缺點。
2.自動調壓器式交流穩壓器這種穩壓器採用電子線路控制伺服電動機來驅動自耦調壓器的碳刷實現自動調壓。這種穩壓器實現了電壓的連續調節，具有穩壓精度高、效率高、失真小等優點。但存在反應速度慢，電刷磨損並產生火花，使抗幹擾能力和可靠性都受到較大的影響。
3.磁飽和式交流穩壓器它利用飽和電抗器與相應電容器組合後給定的伏安特性而製成的交流穩壓器。具有簡單可靠，且有過載保護能力等優點。但存在體積大，效率低，波形失真大等缺點。
4.磁放大式交流穩壓器這種交流穩壓器是把磁放大器與自耦變器結合起來，通過改變磁放大器的阻抗而實現穩壓的。具有穩壓精度高、波形失真小等優點。但存在效率低，可靠性差等缺點。
5.交流參數穩壓器它與磁飽和式交流穩壓器的區別在於磁路結構的不同，但其基本原理是相同的。它具有穩壓範圍寬，精度高、輸出失真小、可靠性高且具有過載保護能力等優點。但存在體積大、價格高、效率較低等缺點。
本實用新型提供一種交流穩壓器，它兼有穩壓範圍寬、精度高、效率高、體積小、輸出失真小、可靠耐用等優點，並具有智能性的過載保護功能。
本實用新型是這樣實現的1.一組變壓器B1，B2，……，Bx，其二次側的輸出電壓Uo1，Uo2，…，Uox則被設計成按二進位級數排列。並要求每個變壓器二次側的額定輸出電流是相同的。即該變壓器組中前級變壓器的二次側輸出電壓是與其相鄰的後級變壓器二次側輸出電壓的一半。
在具體實例中，x＝4。其一次側輸入電壓設計為Ui1＝Ui2＝Ui3＝Ui4＝220V。二次側的輸出電壓依次為Uo1＝6V，Uo2＝12V，Uo3＝24V，Uo4＝48V。各變壓器的容量分別為Wb1＝50VA，Wb2＝100VA，Wb3＝200VA，Wb4＝400VA；它們的變比分別是Kb1＝0.025，Kb2＝0.05，Kb3＝0.1，Kb4＝0.2；都是按二進位級數排列的。
2.將供電電壓輸入端與該變壓器組中每個變壓器的二次側的輸出端串聯。按照正弦電壓矢量的疊加原理，將供電電壓Uin與變壓器B1，B2，……，Bx二次側的輸出電壓串聯，產生該穩壓器的輸出電壓Uout，即Uout＝Uin＋Uo1＋Uo2＋…＋Uoi＋…＋Uox由此可見，其穩壓精度為Uo1/2。當0＜i＜x＋1時(i，x都是整數)，上式中各項間存在如下關係
Uoi＝Kbi*(Uin＋Uo1－Jo2＋…＋Uoi-1)(注本說明書中的符號"*"為乘號；符號"/"為除號)在具體實例中，x＝4。則Uo1＝Uin*Kb1＝0.2*UinUo2＝(Uin＋Uo1)*Kb2＝0.12*UinUo3＝(Uin＋Uo1＋Uo2)*Kb3＝0.066*UinUo4＝(Uin＋Uo1＋Uo2＋Uo3)*Kb4＝0.03465*Uin那麼，該穩壓器的輸出電壓Uout＝Uin＋Uo1＋Uo2＋Uo3＋Uo4＝Uin*(1＋0.2＋0.12＋0.066＋0.03465)＝1.42065*Uin可求出，當Uout＝220V時Uin＝Uout/1.42065＝154.8V若允許Uout的下限值為200V，則Uin的下限值Uin＝Uout/1.42065＝140.8V3，通過對變壓器組B1，B2，……，Bx一次側輸入電壓Ui1，Ui2，……，Uix的控制，使其二次側輸出電壓Uo1，Uo2，……，Uox以不同的組合與供電電壓Uin相疊加，補償輸入電壓Uin的波動，產生穩定的輸出電壓Uout。從而達到穩壓的目的。
4.由於採用正弦電壓矢量的疊加的原理，則該交流穩壓器的效率η取決於輸入電壓Uin與輸出電壓Uout之間的電壓差和變壓器組中各變壓器的效率ηBiη＝1－|(Uout－Uin)/Uout|＋ηBi*|(Uout－Uin)/Uout上式中ηBi是變壓器組中第i個變壓器的效率。
若變壓器組中各變壓器的效率為ηBi＝0.9，則當 |(Uout－Uin)/Uout|＝10％時穩壓器的效率η＝(1－0.1)＋(0.1*0.9)＝0.99＝99％當 |(Uout－Uin)/Uout|＝20％時穩壓器的效率
η＝(1－0.2)＋(0.2*0.9)＝0.98＝98％當 |(Uout－Uin)/Uout|＝30％時穩壓器的效率η＝(1－0.3)＋(0.3*0.9)＝0.97＝97％當 |(Uout－Uin)/Uout|＝40％時穩壓器的效率η＝(1－0.4)＋(0.4*0.9)＝0.96＝96％本實用新型與已有技術比較其優點是1.把二進位級數逐步近似的特點與正弦矢量的疊加原理結合，使其既有比變壓器抽頭式交流穩壓器還高的效率，又可達到其它各類穩壓器的穩壓精度。
2.變壓器組投入組合的變化採用在一次側控制的方式，具有控制電流小，觸點切換時無火花的優點。又因為其二次側各繞組串接且其間無觸點切換，因此該交流穩壓器具有可靠耐用的優點。
3.由於變壓器組二次側各繞組串接，其等效電感L與電容C1，C2，……，Cx組成大功率低通濾波器，有效地抑制各種幹擾，對輸出電壓起到了靜化作用。
4.由於採用了電腦控制，在出現過壓，欠壓，過流等故障時，具有智能性的延時動作。
5.也可使用雙向可控矽作為切換變壓器組投入的器件，應用過零切換的控制技術，既可以減小幹擾，又有響應時間快的優點。
6.根據具體應用環境，選定合理的變壓器數量x，並對其中最小的變壓器B1採用磁飽和等穩壓技術。這樣，既可以在減少變壓器數量x的基礎上達到高精度，又可保持高效率。
說明書附圖中B1，B2，B3，B4組成x＝4時的變壓器組；JC0，JC1，JC2，JC3，JC4，JC5是繼電器；N1，N2，N3，N4，N5是開關電晶體；D1，D2，D3，D4，D5是續流二極體；C1，C2，C3，C4是電容器；CT是電流互感器；F是保險絲；K1是電源開關；K2是復位按鈕CPU CARD是電腦控制板，CPU採用美國Microchip公司生產的PIC16C5X單片機。
下面結合具體實例對本實用新型進一步說明
圖1(見說明書附圖)是本實用新型的電路原理圖。
說明書附圖中B1，B2，B3，B4組成x＝4時的變壓器組，變壓器組中每個變壓器的一次側輸入電壓均設計成220V；而二次側輸出電壓依次設計成6V，12V，24V和48V。
輸入電壓Uin的一端Uin1通過電源開關K1接到輸出端Uout1和控制板CPU CARD的u1輸入端。輸入電壓Uin的另一端Uin2通過保險絲F，變壓器B1，B2，B3，B4的二次線圈，接到控制板CPU CARD的u2輸入端，並且通過電流互感器CT的一次線圈到達過流過(欠)壓保護繼電器JC0的常開觸點。當該觸點吸合時，接通輸出端Uout2，產生輸出電壓Uout。
接通開關K1控制板CPU CARD的u1和u2輸入端得到該板的供電電壓U12(此時U12＝Uin)，控制板CPU CARD開始工作，並產生控制各繼電器動作電路所需的電源VCC。
首先，控制板CPU CARD檢測u1和u2輸入端的電壓，根據其與標準電壓值的誤差，產生一組合理的輸出電位P1，P2，P3，P4，P5的組合，控制開關管N1，N2，N3，N4，N5驅動繼電器JC1，JC2，JC2，JC4，JC5按此給定的組合動作；同時，還在P0端產生輸出電位，控制開關管N0導通，使繼電器JC0吸合，產生與標準電壓值接近的輸出電壓Uout並向負載供電，整個交流穩壓器進入正常工作狀態。
進入正常工作狀態之後，控制板CPU CARD不斷地檢測u1和u2端電壓U12和CT1，CT2端的電壓Uct。當電壓U12的值與標準電壓值的誤差大於允許值(具體實例中為3伏)時，控制板CPU CARD產生一組更為合理的輸出電位P1，P2，P3，P4，P5的組合，控制開關管N1，N2，N3，N4，N5驅動繼電器JC1，JC2，JC2，JC4，JC5按此給定的組合動作，使輸出電壓Uout向標準電壓值接近。如此，周而復始。
在以上過程中，如果控制板CPU CARD檢測到CT1，CT2端的電壓Uct大於允許值，說明該交流穩壓器輸出過電流，則根據過流值的大小確定過流保護的延時時間，當延時時間到時，通過P0端的控制電位使繼電器JC0失電，使其觸點斷開，切斷向負載的供電。當過流值較小時，過流保護延時動作時間較長。反之，則較短。若在給定時間內過流信號消失，不產生過流保護動作。
同理，如果控制板CPU CARD檢測到u1，u2端的電壓U12大(小)於允許值，且不能繼續調節，說明供電側過(欠)電壓並已超出該交流穩壓器所允許的穩壓範圍。則根據過(欠)壓值的大小確定過(欠)壓保護的延時時間，通過P0端的控制電位使繼電器JC0失電，使其觸點斷開，切斷向負載的供電。當過(欠)壓值較小時，過(欠)壓保護延時動作時間較長。反之，則較短。若在給定時間內過(欠)壓信號消失，不產生過(欠)壓保護動作。
當繼電器JC5吸合時，控制變壓器B4的一次側繞組開路，流經負載的電流在其二次側繞組上產生反向的電壓Uo1，起到降壓的作用。當產生過電流或過(欠)電壓的故障原因被排除後，按復位按鈕K2，該交流穩壓器按上述過程重新啟動，投入運行。
由於變壓器組二次側各繞組串接，其等效電感L與電容C1，C2，C3，C4組成大功率低通濾波器，有效地抑制各種幹擾，起到了靜化輸出電壓作用。
權利要求1.一種高效寬域級數疊加式交流穩壓器，由一組變壓器及控制裝置組成，其特徵是將供電電壓輸入端與該變壓器組中每個變壓器的二次側的輸出端串聯。
2.根據權利要求1所述的高效寬域級數疊加式交流穩壓器其特徵是該變壓器組中前級變壓器的二次側輸出電壓是與其相鄰的後級變壓器二次側輸出電壓的一半。
專利摘要本實用新型提供一種高效寬域級數疊加式交流穩壓器。該穩壓器是由一組變壓器組成的，各變壓器之間的關係是按級數排列的，由微電腦控制切換，使其按照正弦電壓矢量的疊加原理投入運行。該實用新型具有高效、寬域和可靠耐用等優點。可對各種功率的單相和三相用電設備提供穩定的交流電壓。
文檔編號G05F1/10GK2245228SQ9523360
公開日1997年1月15日 申請日期1995年4月14日 優先權日1995年4月14日
發明者丁健, 張春生 申請人:丁健