單相感性電器的節能保護調壓器的製作方法

2023-10-26 01:56:52

專利名稱：單相感性電器的節能保護調壓器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子保安裝置，具體是指一種特別適用於電冰箱與電視機等單相感性電器以實現自動調壓、停電與過流等自動保護以及節能的電子裝置。
現有的電子調壓器和磁飽和調壓器等均使用了鐵芯變壓器，它們雖然能對包括阻性負載在內的電器進行調壓，但並不改善功率因數，加之鐵芯變壓器的感抗和空載電流還增加能耗，因此不能達到節能的目的。現有的電冰箱保護器多數只能作停電時的保護和在電壓超高時自動斷電，而不能降壓，更少有在電網電壓低落時的節能升壓功能；而凡有調壓功能者，要麼增加能耗，要麼成本高價格貴。至於可適用於農村和廣大邊遠地區供電不足的電視機使用的廉價的自動調壓器則更為少見，那些產品均不能對負載過流作自鎖保護。
本實用新型的目的，是為電冰箱與電視機等單相感性電器提供一種能自動調壓和在停電或欠壓、過流及啟動時能作自動保護以及可省電節能的電子調壓器。
這種節能保護調壓器是這樣來設計的，參見

圖1的方框原理圖，該裝置包括直流電源(1)、失壓識別控制觸發振蕩電路(2)、欠容式降壓觸發電路(3)、平壓觸發電路(4)、諧振式升壓觸發電路(5)、網壓取樣電路(6)、串容式可控矽並聯電路(7)、負載過流識別與自鎖保護電路(8)及啟動保證電路(9)，串容式可控矽並聯電路(7)具有分別處在三個並聯支路中的可控矽BCR1、BCR2及BCR3，每個並聯支路中又分別串有電容C10、C11及C12。本實用新型在使用時，串容式可控矽並聯電路(7)與作為負載的電冰箱、電視機等單相感性電器的負載RL串聯後再接在單相交流電源上，直流電源(1)與網壓採樣電路(6)也分別接入單相交流電源。本實用新型電路各部分的連接關係及工作時的信號流程是直流電源(1)除向上述電路中的(2)、(3)、(4)、(5)、(8)及(9)供給直流工作電源外，還將反映電網電壓變化的直流電源信號送給電路(2)的輸入端。在電網電壓高於可用下限時，電路(2)振蕩並輸出振蕩信號，在電網電壓失壓或低於可用下限時，電路(2)停振而無振蕩信號輸出。電路(2)將受到電網電壓控制的振蕩信號分別輸送給電路(3)、(4)及(5)的輸入端，電路(2)、(4)及(5)還同時分別接受網壓取樣電路(6)送來的網壓採樣信號，經處理後，電路(3)、(4)及(5)分別將觸發信號送給可控矽BCR1、BCR2及BCR3的觸發端，當電網電壓高於設定數值時，僅有電路(3)送給可控矽BCR1觸發信號，BCR1導通，感性電器負載RL與電容C10聯合工作於欠容式降壓狀態，使RL上得到的電壓低於輸入的電網電壓，有了這個降壓電路，就可不設過壓停機保護電路。當電網電壓維持在設定範圍時，電路(3)、(4)分別送給可控矽BCR1與BCR2觸發信號，使BCR1與BCR2同時導通，電容C10與C11並聯投入工作，與感性電器負載RL聯合工作於平壓控制狀態，使RL得到的電壓維持在相應給定的電網電壓。當電網電壓下降到設定數值時，電路(3)、(4)及(5)分別送給可控矽BCR1、BCR2與BCR3觸發信號，使BCR1、BCR2與BCR3同時導通，使電容C10、C11與C12並聯投入工作，與感性電器負載RL聯合工作於諧振式升壓狀態，使RL上得到的電壓高於輸入的電網電壓。當電網停電或網壓低於可用下限時，電路(2)無振蕩信號輸出，三隻可控矽全關閉，感性電器負載RL失壓，而當重新來電或網壓恢復到高於可用下限時，電路(2)按設定延時地輸出振蕩信號，從而感性電器負載RL延時地得到工作電壓，以得到停電或欠壓時的自動保護。負載過流識別與自鎖保護電路(8)接受串容式可控矽並聯電路(7)反饋的電流信號，經處理後，電路(8)輸出一路信號給電路(2)，當過載電流達設定倍數，電路(8)輸給電路(2)的信號迫使電路(2)的振蕩器停振，從而永久地關閉三隻可控矽，保護電器和本電路免受損壞。電路(8)還輸出一路信號給啟動保證電路(9)，電路(9)的輸出端與網壓取樣電路(6)的輸出端相併聯。當負載RL關閉時，電路(8)無信號輸出給電路(9)，電路(9)短路電路(6)的網壓採樣電壓，造成一種「網壓不夠」的錯覺，使三隻可控矽全導通，以備負載再次啟動時，它們一同承擔大電流，對電路系統具有降壓限流保護作用。而在正常啟動時，電路(8)送給電路(9)的信號，使電路(9)不再短路電路(6)的網壓採樣電壓，系統按正常調壓控制方式工作。
以下結合附圖和實施例對本實用新型加以詳細說明。
圖1是本實用新型電方框原理圖；圖2是本實用新型一種具體的實施電路圖。
參見圖2，市電從I端和Vss端輸入，I端為相線端，Vss為中線端。本裝置的輸出端的插簧H1H2在工作時外接插感性電器負載RL，H2端與I端相連接，I端相線端藉助於感性電器負載RL插入時H2與接觸片J受壓短接而引入直流電源(1)和網壓取樣電路(6)。因此，負載RL不插入本裝置時本電路斷電，但電阻R35和氖燈N是直接跨於輸入端I和Vss之間的，只要輸入端接入電網而市電有電，則能在本裝置面板上的小孔中看到氖燈發光，本裝置即以此作為電源指示器。
直流電源(1)使用電容C6對市電降壓和由D7、D8、C7作恆流性倍壓整流後，由R31和穩壓二極體D9及電容C8限壓平滑，再提供電路使用。
網壓取樣電路(6)由R32、R33、R34、D10、C9組成，所取的是電網電壓的分壓之半波平均值，可近似正比於市電的電壓。
失壓識別控制觸發振蕩電路(2)由單片CMOS6反相器F1至F6、電阻R0至R8、電容C2至C4、二極體D0至D3及二極體D11組成。直流電源(1)中的電容C6與二極體D7、D8的接點上的電壓，經過電阻R1與R2分壓再提供由F1與F2組成的比較觸發器，如果調整電阻R1與R2的比值，使得在最低可用網壓時仍能觸發比較觸發器，則比較觸發器僅在電網電壓高於可用下限時才有頻率為工頻的方波輸出。所以從這個意義上說，這還能構成一個欠壓保護識別器。只有在比較觸發器有方波輸出時。二極體D0才能源源地供給C2和R3組成的積分平均器以電荷，使F3輸入端維持高電平，輸出維持低電平，二極體D1反偏，不幹予C3、R5的定時電路。否則，在F1無幅度足夠的方波輸入時，F3輸出高電平將通過D1與R4使F4輸入維持高電平，輸出維持低電平，再通過二極體D2使F5、F6等組成的振蕩器停振並輸出低電平，從而關閉所有的可控矽以至使其所控制的電器斷電。在F3輸入低電平從而允許定時器工作時，C3的端電壓為0，使F4輸入為高電平，由於C3與R5的時間常數可按電冰箱的技術要求設計為5至7分鐘(用於電視機設計為20至30秒鐘)，至定時結束時，F4的輸入端電平下降到低電平，輸出端變為高電平，二極體D2反偏，不幹予振蕩器的工作。電阻R0及二極體D11引入正反饋有助於在定時轉束時F4可靠地翻轉。由F5、F6、R7與R8、D3及C4組成的是一個低佔空比高頻振蕩器，其目的在於使所驅動的電路減少用於觸發可控矽的平均電流。
欠容式降壓觸發電路(3)由三極體T1、電阻R9與R10及發光二極體D4組成，電路(2)來的振蕩信號從T1基數輸入，觸發信號從T1射極經D4與R10輸出給BCR1。
平壓觸發電路(4)由運放Y1、Y2、Y5、發光二極體D5、電容C14、電阻R11至R20及電阻R25組成。合理地調節R12，使Y1的負輸入端的「平壓基準電壓」等於網壓採樣電路在市電為220V時的輸出電壓，則在市電高於220V＋DV(回差電壓)時Y1輸出高電平(因為在此之前Y1輸出低電平，R13與R14的分壓低於網壓採樣電壓)。此時，與R17等值的、由振蕩器的F5控制的R18與R17一起，將F5輸出的0到VDD的電壓轉換成VDD／2到VDD的電壓加給Y2的負輸入端。而R15與R16將Y2的正輸入端偏置為VDD／3，它始終低於負輸入端的電平，所以Y2與Y5輸出低電平，發光管D5不亮，可控矽BCR2截止，C11不參予調壓，此時即平壓觸發電路停止工作，加之此時C12也將被BCR3斷開，僅有C10參予調壓，電路工作於降壓狀態。Y5的作用在於抑制Y2輸出的低電平影響和放大觸發信號。在上述條件下，如果市電電壓下降到220V－DV(回差電壓)，致使接於輸出為高電平的Y1的輸出端的R14與R13對網壓採樣電壓分壓使得Y1正輸入端電壓低於其負輸入端的電壓時，Y1便翻轉為低電平，從而使Y2的負輸入端出現0到VDD／2的波形，由於Y2的正輸入端恆定為VDD／3，所以Y2輸出反相的、0到VDD的低佔空比脈衝。由於低速的廉價運放放大脈衝時的輸出波形不好，於是用Y5進行再放大之後，再觸發BCR2，使C11與C10並聯投入工作，實現平壓控制。
諧振式升壓觸發電路(5)由運放Y3、Y4、Y6、電阻R21至R24、電阻R26至R30及發光二極體D6組成。合理地調節R22，使Y3負輸入端的「升壓基準電壓」等於網壓採樣電路於市電電壓為190V時的數值，則電路(5)就能在市電電壓低於190－DV(回差電壓)時導通BCR3，使C12與C11和C10並聯投入工作，系統電路工作於升壓狀態。而在市電電壓高於190－DV(回差電壓)時截止BCR3，使C12退出工作，電路維持平壓控制狀態。
電路(4)與(5)的回差電壓DV分別是由Y1與R13、R14及Y3與R23、R24構成的並聯電壓正反饋式回差控制電路產生的。接在Y1和Y3輸入端與VDD電源之間的電阻R25及R26是為了使運放電路在任何時候有幾乎不變的電流負荷以使C7的端壓及D8的負端波形電平不因運放的工況變化而受影響，從而可用於電網欠壓識別。
值得說明的是，為了實現降壓、平壓、升壓三種自動控制，有兩點附加條件1、專用性，一個節能保護調壓器只能與一個指定的帶感性負載的電器配用，而不容併入其它的電器和換為其它的阻抗特性不同的電器。2、專用性，即各種型號的節能保護調壓器是針對選定的電器而生產的，其關鍵在於針對不同的電器的RL特徵參數和選定的轉折點而設計不同的電容器C10、C11、C12。必要時，可以將C10選為「平壓」值，而C11與C10並聯之和作為「欠諧」值，C10＋C11＋C12為「全諧」值，構成1級平壓2級升壓的工作方式，轉折點是輸入電壓降低時，190V以下作1級升壓，170V以下作2級升壓；電網電壓回升時電壓回升到180V改1級升壓，電壓回升到200V以上改平壓。因此，配套地調整R12、R22及C10、C11、C12之後，可以構成1級降壓、1級平壓、1級升壓的和1級平壓、2級升壓的兩種工作方式。
負載過流識別與自鎖保護電路(8)由運放Y7與Y8、電阻R37至R40、電阻R42與R43、電容C1與C5及二極體D14組成。本裝置在啟動期間，過流是必然的，但在啟動過程(大約有5秒鐘)之後，過流是不允許的，它意味著過負荷和事故。為了對此進行保護，將R37與C5相併聯後又串接在三個可控矽的主迴路中，將採樣信號通過R38送至由Y7、R38至R40構成的「半波負荷電流放大器」，再經R42與C1對放大後的半波脈衝積分和延時，若過流0.2倍以上，在10秒內Y8翻轉為高電平，而R43提供的正反饋又能在此後Y7輸出為0時，也能維持Y8輸出高電平，通過D14使C3放電，迫使振蕩器停振，從而永久地關閉可控矽，保護電器和本裝置電路免受損壞。如過載電流達5倍以上，保護時間約為2－5秒鐘。
啟動保證電路(9)由二極體D12與D13、三極體T2、電阻R41及電容C13組成。當負載RL關閉時，沒有大電流流過R37與C5的並聯電路，觸發的脈衝電流因頻率高而被C5和R37吸收，Y7就沒有被放大了的工頻正半波脈衝輸出，積分器R41、D13、C13輸出0電平，T2導通，短路網壓採樣電壓，造成一種「網壓不夠」的錯覺，使三隻可控矽全導通，以備負載再次啟動時，它們一同承擔啟動大電流。而在啟動時，R37上出現5.8倍(對於電冰箱而言)於正常值的電流，Y7將取樣的0.6V電壓放大到限幅，D13使C13上出現高電平，T2截止，不再短路網壓取樣電壓，系統按正常調壓控制方式工作。二極體D12用於電網斷電或欠壓以及插頭拔離後再次插入時的定時期間吸收網壓採樣電壓，以便在5－7分鐘的定時結束後啟動負載時提供大電流。
本實用新型節能保護調壓器用於含有感性電抗的單相電器，在電網停電或電器從本裝置的電源插座拔離後再次插入時對電器延時供電，能視電網電壓的高低而自動有級調壓，還能識別負載過流並自鎖保護，識別電網電壓過低而自動關閉，待網壓恢復正常後再延時啟動，特別是能改善電器的功率因數而節能，用電電器的原功率因素越低，使用本裝置的調壓效果就越大，節能效果也就越顯著。由於本實用新型裝置內部不用變壓器或鐵心線圈，因此體積小、功耗低，節約鋼材銅材，成本低，壽命長。該電子監控裝置可取代現有的電冰箱延時啟動保護器，構成電視機調壓節能器。
權利要求1.一種用於電冰箱、電視機等單相感性電器的節能保護調壓器，其特徵在於，它的電路包括直流電源(1)、失壓識別控制觸發振蕩電路(2)、欠容式降壓觸發電路(3)、平壓觸發電路(4)、諧振式升壓觸發電路(5)、網壓取樣電路(6)、串容式可控矽並聯電路(7)、負載過流識別與自鎖保護電路(8)及啟動保證電路(9)，串容式可控矽並聯電路(7)具有分別處在三個並聯支路中的可控矽BCR1、BCR2及BCR3，每個並聯支路中又分別串有電容C10、C11及C12，直流電源(1)除向電路(2)、(3)、(4)、(5)、(8)及(9)供給直流工作電源外，還將反映電網電壓變化的直流電源信號送給電路(2)的輸入端，電路(2)將受到電網電壓控制的振蕩信號分別輸送給電路(3)、(4)及(5)的輸入端，電路(2)、(4)及(5)還同時分別接受網壓取樣電路(6)送來的網壓採樣信號，電路(3)、(4)、及(5)分別將觸發信號送給可控矽BCR1、BCR2及BCR3的觸發端，負載過流識別與自鎖保護電路(8)接受串容式可控矽並聯電路(7)反饋的電流信號，電路(8)輸出一種信號給電路(2)控制其振蕩。電路(8)還輸出一路信號給啟動保證電路(9)，電路(9)的輸出端與電路(6)的輸出端相併聯。
2.如權利要求1所述的節能保護調壓器，其特徵在於，所述失壓識別控制觸發振蕩電路(2)由單片CMOS6反相器F1至F6、電阻R0至R8、電容C2至C4、二極體D0至D3及二極體D11組成。
3.如權利要求1所述的節能保護調壓器，其特徵在於，所述欠容式降壓觸發電路(3)由三極體T1、電阻R9與R10及發光二極體D4組成。
4.如權利要求1所述的節能保護調壓器，其特徵在於，所述平壓觸發電路(4)由運放Y1、Y2、Y5、發光二極體D5、電容C14、電阻R11至R20及電阻R25組成。
5.如權利要求1所述的節能保護調壓器，其特徵在於，所述諧振式升壓觸發電路(5)由運放Y3、Y4、Y5、電阻R21至R24、電阻R26至R30及發光二極體D6組成。
6.如權利要求1所述的節能保護調壓器，其特徵在於，所述負載過流識別與自鎖保護電路(8)由運放Y7與Y8、電阻R37至R40、電阻R42與R43、電容C1與C5及二極體D14組成。
7.如權利要求1所述的節能保護調壓器，其特徵在於，所述啟動保證電路(9)由二極體D12與D13、三極體T2、電阻R41及電容C13組成。
專利摘要本實用新型是一種適用於電冰箱、電視機等單相感性電器的電子式節能保護調壓器，可實現自動調壓和在停電或欠壓、過流及啟動時的自動保護，可提高功率因數而節能。其電路由直流電源(1)、失壓識別控制觸發振蕩電路(2)、欠容壓降壓觸發電路(3)、平壓觸發電路(4)、諧振式升壓觸發電路(5)、網壓取樣電路(6)、串容式可控矽並聯電路(7)、負載過流識別與自鎖保護電路(8)及啟動保護電路(9)組成。裝置內部不用變壓器或鐵心線圈，其體積小、功耗和成本低。
文檔編號H02M5/02GK2060958SQ89211849
公開日1990年8月22日 申請日期1989年11月24日 優先權日1989年11月24日
發明者唐德堯 申請人:唐德堯