極速交流穩壓器的製作方法
2023-07-26 03:02:36 1
專利名稱：極速交流穩壓器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種交流穩壓器，尤其涉及一種極速交流穩壓器。
現有的交流穩壓器，通常由三部分組成1)調壓信號源位於穩壓器的始端，指調壓信號拾取的部位，一般是穩壓器的輸入端或輸出端的某部位。2)調壓元件位於穩壓器的終端，指的是變壓器部分，或單自耦變壓器，或自耦變壓器加補償變壓器，或各種三相變壓器。3)調壓控制功能塊這是交流穩壓器的核心部分，它的好壞直接影響調壓速度和性能，它由三個小部分組成，(1)信號處理器調壓信號經整流、濾波成直流信號；(2)控制信號發生器直流信號經直流電壓比較或直流模數轉換，把直流信號電壓變為控制信號；(3)調壓執行元件在控制信號作用下完成調壓動作，通常採用觸點開關或電子開關。若用方塊表示各部分，用「→」表示信號方向，調壓控制功能塊如圖7所示，簡單用代號「DCT」表示，因而傳統的交流穩壓器結構以框圖表達如圖8所示。由於調壓信號源選擇的位置不同，或調壓元件所選用的變壓器個數和種類不同，或「DCT」中調壓執行元件所選用的開關不同，就構成了種類繁多的交流穩壓器。但它們均有共同的「DCT」模式 「交流→直流→比較→單列開關」。「交流→直流」延長了信號處理時間，也無法做到逐波控制的目的。「直流→比較」電壓偏差大的需幾次完成。有的即使採用了模數轉換，但用單列開關調壓也不能一次到位。特別採用觸點開關的應變能力更差。許多補償式交流穩壓器標稱應變時間為0.5秒，但在這段時間內已有25個周波的異常電壓通過，無安全和精度可言。
本實用新型的目的在於提供一種快調速、寬調限、高精度的極速交流穩壓器。
本實用新型的目的是這樣實現的，所述的極速交流穩壓器，包括穩壓器的交流電源輸入端、調壓信號源、調壓控制功能塊、調壓部件和穩壓器輸出負載端，調壓信號源指調壓信號拾取的部位；其結構特點為所述的調壓控制功能塊的結構包括1)信號處理器，由正弦波恢復電路U1和同步檢出器D組成，從調壓信號源拾取的調壓信號經過正弦波恢復電路U1的阻容濾波、補償、分離恢復成與輸出交流電壓有效值成一固定比值的正弦波調壓信號和同步信號，經同步檢出器D檢出同步；2)控制信號發生器，包括單片機外另設的交流的A/D模數轉換電路或單片機內設的交流A/D模數轉換電路和單片機，正弦波調壓信號經交流A/D模數轉換電路逐波轉換成電壓數字量，由單片機進行數學邏輯運算，解碼輸出高位開關和低位開關的控制信號Kg1和Kg2；3)調壓執行元件採用數碼開關，數碼開關包括高位開關組K1和低位開關組K2，兩開關組分別從「0」開始依序編碼，先確定低位開關個數為n，低位開關向高位開關進位「逢n進1」，兩組開關組成開關數字量；控制信號發生器輸出的高位開關和低位開關的控制信號Kg1和Kg2，控制高位開關組K1和低位開關組K2中各某一開關同時動作，驅動調壓部件調壓。
本實用新型的目的還可通過以下技術方案實現的，所述的極速交流穩壓器，其特點在於調壓部件包括補償變壓器B1和自耦變壓器B2，補償變壓器B1次級線圈L2的一端與自耦變壓器B2的上端相交於端點G，端點G經過開關SW是穩壓器輸出負載端點O，穩壓器的公共端點Vss，自耦變壓器B2的另一端接在公共端點Vss上，經過開關SW與負載並聯，調壓信號從補償變壓器B1的次級線圈L2與自耦變壓器B2的交接端點G拾取或拾取端點G對地電壓的一部分。所述的極速交流穩壓器，其特點在於補償變壓器B1的初級有兩組線圈，高位開關K1拆分為兩組開關組K11和K12，並接在自耦變壓器B2上部分粗調線圈抽頭上。
本實用新型由於採用了調壓信號直接恢復成正弦波，逐波模數轉換，由單片機快速進行數學邏輯運算，且採用數碼開關。具體優點如下1)以極限快的速度調壓。快速調壓是交流穩壓器的首要指標，舍此則無安全防患和精度要求可言。本實用新型採用了調壓信號直接恢復成正弦波，逐波數碼轉換，由單片機快速進行數學邏輯運算，且採用數碼開關，在時間上，從信號跟蹤到正弦波形成約3.5毫秒，從檢取信號到開關零電壓斷閘約1.5毫秒，開關隔離到零電流(感性電流)合閘約5毫秒。從信號形成到完成開關動作這一人為可控時間僅10毫秒。檢測在先控制在後，首先被檢測的半波必被溜過無法控制，可控制的只能是10毫秒後的電壓，趕在可控電壓之前的10毫秒內完成所有調壓動作，這已達到極限快速度。而且不管調幅多大均一次完成。2)調壓範圍寬、精度高。這是由於採用了數碼開關。一個高位開關就等於幾個低位開關，調壓的檔次大大增多。以實施例為例，6個高位開關和四個低位開關就有4×6＝24個調壓檔次，若按傳統的調壓方式，自耦變壓器上24個抽頭接24個開關才行，這工藝難且造價高。一般用增加高位開關來加寬調節寬度，改變補償變壓器的初、次線圈的變比可獲得任一精度要求。作為實施例的極速理想交流穩壓器除了具有上述優點外還具有(1)調壓信號是從補償變壓器B1的次級線圈L2與自耦變壓器B2的上端相交於G點拾取，它反映了輸出電壓，因而穩壓器的輸出動態電阻為零，輸出的中心電壓不隨負載的變化而變化；另正弦波調壓信號逐波模數轉換，經單片機運算限幅輸出，對中心電壓的可能最大偏移量固定不變，保證了精度要求。但通常的穩壓器從輸入端取樣，由於穩壓器內阻的存在，中心電壓隨負載的變化而變化；另由整流、濾波成直流調壓信號上夾有紋波，對中心電壓可能最大偏移量是有變化。本實施例整機工作不受電網電壓波動和波形畸變的影響，工作穩定。(2)功率大、效率高，改變變壓器和開關容量，則可做成不同額定功率的單、三相交流穩壓器，小至幾十瓦、大至幾百千瓦，效率可達98％以上。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細說明
圖1為本實用新型的調壓控制功能塊連接圖。
圖2為本實用新型的極速功能塊「ACK」連接圖。
圖3為本實用新型的極速交流穩壓器的連接框圖。
圖4為本實用新型的自耦變壓器調壓的交流穩壓器的連接圖。
圖5為本實用新型的補償式調壓的交流穩壓器的連接圖。
圖6為本實用新型的極速理想交流穩壓器的連接圖。
圖7為現有的調壓控制功能塊「DCT」連接框圖。
圖8為現有的交流穩壓器的連接框圖。
圖9為本實用新型的實施例極速理想交流穩壓器的電原理圖。
本實用新型所述的極速交流穩壓器，是採用如圖1所示的新的調壓控制功能塊代替現有的「DCT」，新的調壓控制功能塊的結構包括(1)信號處理器，由正弦波恢復電路U1和同步檢出器D組成，調壓信號經過正弦波恢復電路U1的阻容濾波、補償、分離恢復成與輸出交流電壓有效值成一固定比值的正弦波調壓信號和同步信號，經同步檢出器D檢出同步，所以它是雙信號處理器。(2)控制信號發生器，包括單片機外另設的交流A/D模數轉換電路或單片機內設的交流A/D模數轉換電路和單片機，正弦波調壓信號經交流A/D模數轉換電路逐波模數轉換成電壓數字量，由單片機進行數學邏輯運算，解碼輸出高位開關和低位開關的控制信號Kg1和Kg2；(3)調壓執行元件採用數碼開關，數碼開關包括高位開關組K1和低位開關組K2，兩開關組分別從「0」開始依序編碼，先確定低位開關個數為n，低位開關向高位開關進位「逢n進1」，兩組開關組成開關數字量；控制信號發生器輸出的高位開關和低位開關的控制信號Kg1和Kg2控制高位開關組K1和低位開關組K2中各某一開關同時動作，驅動調壓部件調壓，從而達到穩壓目的。由於能以極限快的速度調壓，故把新的調壓控制功能塊稱為極速功能塊「ACK」，如圖2所示，上述的極速功能塊「ACK」，若以虛框為界，暫不看框內的具體內容，那麼只剩下框外的幾個端點，左側上下兩端點為直流供電端點，上端接電源正極Vdd，下端接地Vss，中間為調壓信號輸入端點G。上方KL、Kh，其中KL為低位開關組公共連接端，Kh為高位開關組公共連接端。KL、Kh分別接交流電源兩輸入端或接補償變壓器初級線圈兩端。右側K10、K11……K1(m-1)分別是高位開關組K1各開關另一端點，它們接在等匝數的粗調線圈抽頭上。下方K20、K21……K2(n-1)分別是低位開關組K2各開關另一端點，它們接在等匝數的細調線圈抽頭上。粗調線圈與細調線圈的匝數比為n(n為整數)，n即為低位開關的個數。整個極速功能塊「ACK」就用圖2表示。這樣極速交流穩壓器構造如圖3表示。由於調壓信號或調壓部件不同，或變更它們相對位置，可組成各式各樣的極速交流穩壓器。現舉其中一、二例看它的連接方法1)自耦變壓器調壓，調壓信號來自穩壓器輸出負載端，見圖4所示；2)補償式調壓，自耦變壓器接穩壓器的電源輸入端分壓，補償變壓器調壓，調壓信號來自穩壓器的電源輸入端，見圖5所示。
上述穩壓器除了「極速」相同外，其它性能都有大的差別。比如圖4所示的串聯調壓，負載電流經過開關，功率受到限制，效率不高。圖5所示的補償式穩壓器，雖克服上例缺點，但調壓信號取自穩壓器的電源輸入端，由於穩壓器內阻的存在，中心電壓隨負載的變化而變化，工作不穩定。現舉出一個既具有「極速」又有調壓範圍寬、精度高、功率大、效率高、整機工作穩定的極速理想交流穩壓器作為本實用新型的實施例，它單相5千瓦、輸入電壓162.5～277.5V、輸出電壓220±2.5V，它方塊連接圖如圖6所示，電原理圖如圖9所示，圖中虛線框內是題外內容。現結合圖9說明其結構。補償變壓器B1的次級線圈L2的一端接電源輸入端I點，另一端與自耦變壓器B2的上端相交於端點G，過開關SW便是穩壓器的輸出負載端。補償變壓器B1的初級線圈只有一組線圈L1，其兩端接K1的公共端Kh和K2的公共端KL，初級線圈L1與次級線圈L2的變比為120V∶60V＝2∶1。自耦變壓器B2的下端接地Vss，開關SW閉合時自耦變壓器B2與外接負載並聯。在自耦變壓器B2上有五組粗調線圈，每組40伏，有6個粗調線圈抽頭0、1、2、3、4、5分別與高位開關K10、K11……K15相接。中間粗調線圈內有四組細調線圈，每組10伏，有四個細調線圈抽頭0、1、2、3分別與低位開關K20、K21……K23相接。經補償變壓器B1的線圈L1與線圈L2的變比，實際粗檔調20伏，細檔調5伏。選雙向可控矽BCR作高速開關，光耦MC驅動。調壓信號取自穩壓器的輸出電壓，調壓信號經過正弦波恢復電路U1的阻容濾波、補償、分離恢復成與輸出交流電壓有效值成一固定比值的正弦波調壓信號和同步信號，同步信號經同步檢出器D檢出同步，A/D模數轉換電路在單片機內，對正弦波逐波進行模數轉換，由單片機U2擇出高、低位開關控制信號Kg1和Kg2驅動數碼開關組K1、K2中各某一開關同時動作，達到調壓目的。當自耦變壓器B2的初級有一組時，利用高位開關對低位開關上下位置變化來改變償電壓的極性；當補償變壓器B1的初級有兩組線圈，高位開關K1拆分為兩組開關組K11和K12，並接在自耦變壓器B2上部分粗調線圈抽頭上，利用兩組繞向相反的線圈來改變補償電壓的極性，兩種接法不同但本質一樣。本實施例擴展電壓使用範圍在輸入電壓152.5～287.5V的情況下，仍有安全電壓輸出，本實施例還設自檢，對超高壓、超低壓、漏電、過載、過流、失電、失控進行保護，其中頭四項保護可自動恢復，後三項保護屬機子毛病，需停機修理。為調試方便，還設中心電壓調準，指示燈為一隻雙色發光二極體，指示各種工作狀態和保護狀態，其中漏電和過載還用報警通知用戶。
權利要求1.一種極速交流穩壓器，包括穩壓器的交流電源輸入端、調壓信號源、調壓控制功能塊、調壓部件和穩壓器輸出負載端，調壓信號源指調壓信號拾取的部位；其特徵在於所述的調壓控制功能塊的結構包括1)信號處理器，由正弦波恢復電路(U1)和同步檢出器(D)組成，從調壓信號源拾取的調壓信號經過正弦波恢復電路(U1)的阻容濾波、補償、分離恢復成與輸出交流電壓有效值成一固定比值的正弦波調壓信號和同步信號，經同步檢出器(D)檢出同步；2)控制信號發生器，包括單片機外另設的交流A/D模數轉換電路或單片機內設的交流A/D模數轉換電路和單片機(U2)，正弦波調壓信號經交流A/D模數轉換電路逐波轉換成電壓數字量，由單片機進行數學邏輯運算，解碼輸出高位開關和低位開關的控制信號(Kg1)和(Kg2)；3)調壓執行元件採用數碼開關，數碼開關包括高位開關組(K1)和低位開關組(K2)，兩開關組分別從「0」開始依序編碼，先確定低位開關個數為n，低位開關向高位開關進位「逢n進1」，兩組開關組成開關數字量；控制信號發生器輸出的高位開關和低位開關的控制信號(Kg1)和(Kg2)，控制高位開關組(K1)和低位開關組(K2)中各某一開關同時動作，驅動調壓部件調壓。
2.根據權利要求1所述的極速交流穩壓器，其特徵在於調壓部件包括補償變壓器(B1)和自耦變壓器(B2)，補償變壓器(B1)的次級線圈(L2)的一端與自耦變壓器(B2)的上端相交於端點(G)，端點(G)經過開關(SW)是穩壓器輸出負載端點(O)，穩壓器的公共端點(Vss)，自耦變壓器(B2)的另一端接在公共端點(Vss)上，經過開關(SW)與負載並聯，調壓信號從補償變壓器(B1)的次級線圈(L2)與自耦變壓器(B2)的交接端點(G)拾取或拾取端點(G)對地電壓的一部分。
3.根據權利要求2所述的極速交流穩壓器，其特徵在於補償變壓器(B1)的初級有兩組線圈，高位開關(K1)拆分為兩組開關組(K11)和(K12)，並接在自耦變壓器(B2)上部分粗調線圈抽頭上。
專利摘要本實用新型公開了一種極速交流穩壓器,包括調壓信號源、調壓控制功能塊和調壓部件,特點為調壓控制功能塊包括正弦波恢復電路、同步檢出器、A/D交流模數轉換電路、單片機和包括高位和低位開關組的數碼開關,先由「0」編碼,低位開關組個數就是低位向高位進位制,兩組開關組成開關數字量,正弦波調壓信號經模數轉換,由單片機運算,解碼輸出控制信號,驅動開關調壓。本實用新型以極限速度調壓,兼有寬調限、高精度的特點。
文檔編號G05F1/12GK2366879SQ98242418
公開日2000年3月1日 申請日期1998年10月16日 優先權日1998年10月16日
發明者劉祖武, 劉強 申請人:劉祖武