無弧補償式單相調壓穩壓裝置的製作方法
2023-05-27 11:56:16 1
專利名稱：無弧補償式單相調壓穩壓裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種交流幹線補償無功功率的電路裝置，尤其是交流供電單相調壓穩壓裝置。
背景技術：
現有的單相調壓穩壓裝置主要分為伺服電機式和自耦變壓器式，伺服電機式由於是利用碳刷來進行調壓，在碳刷換線頭槽時產生拉弧現象容易燒壞轉子。故障率高，不適應在較為惡劣的環境中使用。自耦變壓器式在調壓切換過程中存在瞬時斷電現象，產生弧閃，燒壞觸頭，故只能用於特定負載，如空調裝置等。
發明內容
本發明的目的是提供一種無弧補償式單相調壓穩壓裝置，它應在工作中無弧閃現象，穩定地輸出正弦波電壓，供任何單相需要調壓和穩壓的負載使用。
本發明包括保護電路、採樣控制器、控制電路和補償電路，其特徵在於所述的控制電路包括若干個繼電器，各個繼電器的控制線圈受所述採樣控制器的控制，其相應觸點控制補償電路；所述的補償電路包括一臺補償變壓器，補償變壓器的次級繞組串接於電源與負載之間，初級繞組設若干個串接的線圈，各個線圈抽頭接線端分別通過控制電路的若干個繼電器的相應觸點與相線或零線連接。
所述控制電路對各繼電器的控制方法為在負責初償變壓器初級線圈各抽頭間切換的繼電器和負責相線與零線間換相切換的繼電器的觸點產生切換動作之前，另一控制電源輸入相線的繼電器觸點先切斷控制電路的電源若干時間後，負責抽頭間切換的繼電器和負責換相線與零線切換的繼電器才動作，並且待各個繼電器完成切換後，控制電源輸入相線的這一繼電器再接通電源線，實現無壓無弧切換調壓穩壓。
負責通/斷電源線的繼電器可採用過零關斷技術以減少飛弧，雖然繼電器吸合或分斷阻尼時間存在離散性。當然，也可採用固態繼電器。
上述結構的單相調壓穩壓裝置次級繞組串接於電源與負載之間，在使用過程中電壓電流不間斷，初級繞組各線圈在採樣控制器和控制電路的控制下通過投入不同的線圈組別，其中，採樣控制器和控制電路對相應的繼電器進行延時控制，使其中控制各初級線圈抽頭的繼電器觸頭在無電壓狀態下切換，即無弧切換，對次級輸出進行正向或反向補償，實現調節及穩定輸出電壓的功能。該裝置與現有技術相比，具有電壓調節範圍廣，穩壓精度高，輸出波形好，電壓調節過程無弧閃，成本低，器件壽命長，可靠性高的特點，滿足戶內外調壓和穩壓供電的需要。適用於需要穩壓的負荷以及需要在運行過程中根據不同時段提供不同調壓穩壓中心值的負荷，尤其是照明負荷。
圖1所示，是本發明結構框圖。
圖2所示，是本發明補償電路及部分控制電路原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，對發明進行詳細說明。
圖1所示，是本發明的結構框圖，由圖中可知，它由保護電路、採樣控制器、控制電路和補償電路構成。保護電路一般由過流、過壓繼電器和熔斷器構成，是常規電路。採樣控制器一般包括單片機，其工作原理是從輸出端採集信號，對信號進行分析判斷後向保護電路和控制電路發出控制信號。它也是現有技術。本發明的特點是，補償電路包括一臺補償變壓器，控制電路含若干個繼電器及應設的延時電路，保護電路和採樣控制器結構採用現有的技術，根據採樣信號來控制保護電路和控制電路及補償電路。本框圖的工作原理為本裝置通電後，採樣控制器從輸出端採集到電壓信號，並對該信號進行整理後進入單片機系統，經計算、分析和判斷後，單片機系統發出相應的控制信號控制控制電路中相應的繼電器，使各繼電器產生相應的動作，接通相應補償變壓器的初級繞組線圈，補償變壓器進入相應的正向或反向的疊加電壓補償，反映在補償變壓器的次級上，使輸出電壓為逼近程序設定的調壓穩壓中心值。在繼電器的控制中，對其中控制電源相線的繼電器進行延時單穩態控制，在其他繼電器的觸點切換之前，先切斷輸入電源，使各觸點在無壓下切換，無飛弧產生。控制電源相線繼電器的控制可同時採用現有交流過零通/斷技術控制以減少飛弧，或採用固態繼電器。
在圖2的變壓器補償電路及部分控制電路中可知，補償電路主要由變壓器T組成，變壓器T的次級線圈n串接於電源與負載之間，初級繞組由若干個線圈串接及相應的抽頭構成。在這裡由三個繞組線圈N1、N2和N3串接組成，主要從控制精度上考慮。初級線圈的各個抽頭接線端由控制電路的若干個繼電器控制。在圖2中三個串接的初級線圈N1～N3及其相應的四個抽頭由五個繼電器J1～J5控制，其中繼電器J5的觸點控制電源輸入相線L的通斷。補償變壓器T的三個初級線圈相應匝數為N1和N2及N3，次級線圈的匝數為n。為了簡明起見，變壓器各繞組的標號與其匝數標號取相同。控制電路包括五個繼電器J1、J2、J3、J4、J5及其相應的延時電路構成。第四繼電器J4的公共接點與第一繼電器J1的公共接點連接，繼電器J4的常閉觸點與補償變壓器T的初級線圈N1的首端連接，常開觸點與線圈N1的尾端連接。第一繼電器J1的常閉觸點與零線N連接，常開觸點與第三繼電器J3和第5繼電器J5的常開觸點相互連接，並通過第5繼電器J5的常開觸點與相線L連接。第三繼電器J3的常閉觸點與零線N連接。第二繼電器J2的公共接點與第三繼電器J3的公共接點相互連接，常閉觸點與補償變壓器T初級線圈N3的尾端連接，常開接點與初級線圈N3的首端連接。補償變壓器T初級繞組線圈N2的首端與線圈N1的尾端連接，尾端與線圈N3的首端連接。從交流電原理中可知，在交流電路中，相線L與零線N互換，用電器還能工作，故，以上電路的相線L與零線N可互換。並接在線圈N3首尾接線端之間的電容C在繼電器觸點切換時有續流和吸收尖峰電壓的作用。
在圖2中還看到，補償變壓器T的三個初級繞組線圈匝數分別為N1、N2和N3，次級繞組線圈匝數為n，工作時，設變壓器T次級上得到的補償電壓為ΔU，輸入電壓為Uλ，輸出電壓U出，當輸出電壓低於設定值時，由採樣控制器及控制電路控制，繼電器J5閉合的情況下有補償第一檔正電壓為ΔU＝Uλ/[(N2+N3)/n]，繼電器J3、J4動作。
補償第二檔正電壓為△U＝Uλ/[N2/n]，繼電器J2、J3、J4動作。
當輸出電壓高於設定值時，補償第一檔負電壓為ΔU＝-Uλ/[(N1+N2+N3)/n]，繼電器J1動作。
補償第二檔負電壓為ΔU＝-Uλ/[(N1+N2)/n]，繼電器J1、J2動作。
當輸出電壓在設定值精度範圍內時ΔU＝0繼電器J1～J4全不動作原理公式為U出＝Uλ+ΔU調壓穩壓裝置通過調節ΔU的值，使U出始終處於設定值的精度範圍內，從而達到調壓、穩壓的目的，本發明巧妙的利用了繼電器常開、常閉觸點的機械式轉換特點，即使採樣控制器工作不正常以致於亂發控制信號時，由於繼電器觸點實現機械和電氣互鎖的原因也不會造成相線L與零線N之間短路或變壓器線圈繞組之間的匝間短路事故發生。第五繼電器J5的作用是當需要調節補償電壓ΔU的時刻，各繼電器J1～J4動作前，一般約為幾十毫秒的時刻通過延時控制，先切斷繼電器J5與電源線L的連接觸點，等繼電器J1～J4完成切換動作後才重新閉合，使繼電器J1～J4在無電壓下切換，即零壓切換。避免了繼電器觸點在閉、開的轉換過程中產生電氣飛弧燒壞觸點事故的發生，特別是繼電器J1、J3的常閉觸點接零線N，常開觸點通過繼電器觸點J5接相線L，且常開觸點和常閉觸點距離非常近，轉換行程非常小，在迴路未斷電的情況下繼電器J1、J3觸點換相切換時非常容易發生飛弧引起相線與零線短路事故。現在由於繼電器J1～J4是在無電壓下切換的，無飛弧。因此繼電器J1～J4可以選擇容量很小的普通繼電器，從而大大降低成本。當然，若要在繼電器的觸點在切換時無飛弧也可選擇固態繼電器，但是固態繼電器的成本很高，是普通繼電器的15倍以上，而且，相關的若干個固態繼電器之間很難做到電氣互鎖，在控制信號不良時易產生短路，損壞電路，造成較大的經濟損失。在本電路中，繼電器J5可使用固態繼電器，性能會進一步提高。
以上採用包括五個繼電器J1～J5及三個初級線圈N1、N2和N3說明了本發明的結構原理及工作方法，實際上根據需要可設置相應數量的繼電器和初級線圈。所以，不管設置多少個繼電器和補償變壓器的初級線圈，只要採用了上述的結構及工作方法的均為本發明的保護範圍。
本裝置調壓穩壓精度高，可靠性好，耐久性強，易於維護，成本低，適應在惡劣環境中使用。同時輸出波形為正弦波，有各種完善的保護，完全滿足各種負載的供電要求。
權利要求
1.一種補償式單相調壓穩壓裝置，它包括保護電路、採樣控制器、控制電路和補償電路，其特徵在於所述的控制電路包括若干個繼電器(J1、J2、J3、J4和J5)，各個繼電器的控制線圈受所述採樣控制器的控制，其相應觸點控制補償電路；所述的補償電路包括一臺補償變壓器(T)，補償變壓器(T)的次級繞組(n)串接於電源與負載之間；初級繞組設若干個串接的線圈(N1、N2和N3)，線圈各抽頭接線端分別通過控制電路相應的繼電器(J1～J5)的相應觸點與相線(L)或零線(N)連接。
2.根據權利要求1所述的補償式單相調壓穩壓裝置，其特徵在於在若干個繼電器(J1～J5)中，設一個繼電器(J5)的觸點控制電源輸入相線(L)的通/斷，其餘的分成兩部分，一部分繼電器(J2、J4)的觸點負責補償變壓器(T)初級線圈(N1～N3)各抽頭間的切換，每個繼電器的常開、常閉觸點分別與一個初級線圈的首尾端連接；另一部分繼電器(J1、J3)的觸點負責相線和零線間的換相切換，相應繼電器(J4與J1、J2與J3)的公共接點互相連接。
3.根據權利要求1所述的無弧補償式單相調壓穩壓裝置，其特徵在於補償變壓器(T)的一個初級線圈(N3)的線圈首尾端與一個續流和吸峰電容器(C)首尾端並聯。
4.根據權利要求1或2所述的無弧補償式單相調壓穩壓裝置，其特徵在於所述控制電路對各個繼電器的控制方法為在負責初償變壓器初級線圈各抽頭間切換的繼電器和負責相線與零線間換相切換的繼電器的觸點產生切換動作之前，另一控制電源輸入相線的繼電器觸點先切斷控制電路的電源若干時間後，負責抽頭間切換的繼電器和負責換相線與零線切換的繼電器才動作，並且待各個繼電器完成切換後，控制電源輸入相線的這一繼電器再接通電源線，實現無壓無弧切換調壓穩壓。
5.根據權利要求4所述的補償式單相調壓穩壓裝置，其特徵在於所述的控制電路控制電源輸入相線的繼電器可採用固態繼電器。
全文摘要
本發明公開了一種無弧補償式單相調壓穩壓裝置，它包括保護電器、採樣控制電路、控制電路和補償電路，其特徵在於所述的控制電路包括若干個繼電器，該各個繼電器的控制線圈受所述採樣控制器的控制，其相應觸點控制補償電路。所述的補償電路包括一臺補償變壓器，補償變壓器的次級繞組線圈串接於電源與負載之間，初級繞組設若干個串接的線圈，各線圈抽頭接線端分別通過控制電路的若干個繼電器的相應觸點與相線或零線連接。在使用過程中電壓電流不間斷，初級繞組線圈在採樣控制器和控制電路的控制下通過延時無弧投切不同的線圈組別，對次級輸出進行正向或反向補償，實現調節及穩定輸出電壓的功能。適用於單相調壓穩壓供電。
文檔編號H02J3/16GK1571236SQ20041001316
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月12日 優先權日2004年5月12日
發明者駱武寧 申請人:南寧歐頂電氣有限責任公司, 南寧微控高技術有限責任公司