專利名稱：大功率精密交流自動穩壓裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種大功率精密交流自動穩壓裝置。
現經常使用的交流自動穩壓裝置有兩種方式一種是利用磁飽和扼流圈進行控制，另一種是利用電動機驅動調壓器來調整電壓。利用前一種方式的不可避免地會產生波形失真，效率降低現象，而采用后一種形式，則又存在機械磨損和響應時間較長的缺點，因此精度難以提高。
本實用新型就是要解決現在的大功率交流穩壓器存在的波形失真大、效率低、響應時間長、穩壓精度低等缺點，設計一種失真小、效率高、穩壓響應快、精度高的大功率交流穩壓裝置。
本實用新型是采用如下方式解決上述問題的。大功率精密交流自動穩壓裝置，由前置級粗調電壓部份和后置級精細調整電壓部份構成以達到精確地穩定輸出電壓。在前置級粗調電壓部份中，自耦變壓器由主繞組、升壓激勵繞組和降壓激勵繞組組成，通過有載分接開關，在不停電的情況下，由一分接頭切換到另一分接頭，以變換激勵繞組升降壓部分的有效匝數(即改變變壓器的變壓比)，達到調壓的目的，區別于現有以改變主繞組匝數而改變輸出電壓的常規自耦變壓器，其特征在于保留了自耦變壓器具有明顯的經濟效益的優點。同時，由于自耦變壓器具有明顯的經濟效益的優點。同時，由于自耦變壓器與普通變壓器不同，一方面靠電磁感應關系傳送能量，另一方面還可以從電源直接傳送能量，因而自耦變壓器的激勵繞組從電源吸收的能量為電磁能量與電傳能量之和，在繞組電磁能量U2IQ不變的情況下，自耦變壓器通過能量為U2IQ＝U2I2(1－ 1/(K12) )式中U2IQ——電磁能量U2I2——通過能量K12——自耦變壓器變壓比(1－ 1/(K12) )——電磁感應傳遞的能量，在一定通過能量下，當自耦變壓器變壓比K12愈接近于1，直接傳遞容量占比重愈大，電磁能量愈小，經濟效益愈顯著，即使在電壓調整率為30％時，激勵繞組流過的電流，只占主繞組電流的30％，具備了小電流開關器件控制大容量負載的特點，適合于大功率穩壓器裝置使用無觸點開關或有觸點開關作自動調壓控制。為了保證電壓變換時保持激勵電流的連續性本裝置采用“電阻過渡”型有載分接開關，當激勵繞組從一個分接點變換到另一個分接點時(無論是升壓或降壓)首先由帶限流電阻的副分接點接合，此時，正副分接點間形成電位差，因此閉合回路中產生循環電位IK，由于加入了限流電阻R，使循環電流IK受到限制，正分接點流過的電流，實際是激勵電流和循環電流之差，這樣切換時，開斷電流比較少，而激勵電流始終保持不間斷。上述程序均由高速取樣、窗式比較、快速轉換、觸點或無觸點開關器件自控完成，形成了前置級粗調部份的自耦變壓器升降壓、激勵組各分接點隨輸入電壓的波動作自動通、斷狀態，保證了粗調電壓穩定在設計值之內。在后置級精細調壓部份中，根據變壓器的工作原理，我們在供電回路中串入一組變壓器組，變壓器的初組圈數較多，接電網輸入的電壓，次組圈數很少，串聯起來接入輸出回路，當初級接通后次級便感應出一個較小的附加電壓，設此時附加電壓為Vm加，輸入電壓(指自耦變壓器輸出電壓)為Vim輸出電壓為VO則根據線性疊加原理，輸出電壓為Vo＝Vim coswt＋Vm加coswt＝(Vim＋Vm加)coswt因此當輸入電壓Vi或負載發生變化而引起VO變化時，只須相應地改變Vm加的大小和相位，則可起到穩定輸出電壓的作用，由于輸出電壓的補償電壓Vm加＜＜Vim，故本設計的串聯變壓器的補償數一般不必很大，所以變壓器的激勵電流亦很少，故本裝置的損耗亦較少。為了使后置級精細調壓部份的變壓器在不須要電壓補償時，次組繞組避免產生扼流現象而降低電壓，在每一個變壓器的級組接入直流運行電路，使阻抗接近零，變壓器呈飽和狀態，從而保證了本裝置有效的電壓補償作用。
附
圖1是大功率精密交流自動穩壓裝置的原理圖。
附圖2是大功率精密交流自動穩壓裝置的精細調整部份的直流運行電路原理圖。
以下結合附圖詳細介紹本裝置的工作原理按以下方式，本裝置可在輸入電壓(交流)160V～260V變化時，輸出電壓在要求值內精度為±1V。具體原理如下所述在前置級粗調部分的線路中，自耦變壓器(1)中，激勵繞組(9)、正分接開關(13)、副分接開關(17)、限流電阻(21)，構成210V～235V的降壓擋。激勵繞組(10)、正分接開關(14)、副分接開關(18)限流電阻(22)構成235V～260V的降壓擋。激勵繞組(11)、正分接開關(15)、副分接開關(19)、限流電阻(48)、構成160V～185V升壓擋。激勵繞組(12)、正分接開關(16)、付分接開關(20)、限流電阻(49)構成185V～210V的升壓擋。現取任意一種交流輸入電壓變化時，換擋的過渡型式為例如當輸入電壓為160V時，由高速取樣電路(23)、窗式比較電路(24)、快速轉換電路(25)、固體繼電器(26)組成的快速控制器(27)，指令正分接開關(15)閉合，接通激勵繞組(11)，此時作升壓狀態，自耦變壓器輸出電壓為195V(設計值)。當輸入電壓發生變化，假設升至186V時，通過高速檢測，比較，快速控制器(27)指令副分接開關20閉合，此時，激勵繞組(12)通過限流電阻(49)與原來導通的激勵繞組(11)進行搭接，搭接后，正分接開關(15)自動斷開，正分接開關(16)閉合，形成激勵繞組(12)的自身搭接，搭接后，快速控制器(27)指令副分接點(20)自動斷開，激勵繞組(12)通過正分接開關16導通，自動地完成了從160V擋變換到185V擋的過渡過程，使激勵繞組始終地保持不間斷的工作狀態，保證了前置級粗調電壓部分穩定電壓的連續性。(其它各組的過渡形式一樣。就不一一介紹了)。鑒于前置組每擋電壓變換為25V，故前置級過渡開關次數很少，可用無觸點開關器件，亦可用有觸點開關器件完成。
本實施例的后置級精細調壓部份，由變壓器(2)、(3)、(4)、(5)、(6)構成，變壓器初組繞組電壓為前置組電壓單獨進行搭接，次級繞組串接在一起。其中變壓器(2)次級為16V。變壓器(3)次級為8V、變壓器(4)次級為4V、變壓器(5)次組為2V、變壓器(6)次級為1V，此種設置符合BCD編碼規律、由它們的各種級合可得出0～30V電壓中任一個單位數值。當前置級輸出電壓低于要求電壓值時，由高速取樣電路(28)、基準比較電路(29)、高速A／D變換電路(30)、BCD邏輯編碼(31)、固體繼電器(32)組成的邏輯控制器(41)指令變壓器任意個初級繞組主開關雙向可控硅(33)、(34)、(35)、(36)的通斷，形成按穩定電壓需要的不同形式的組合使穩定精度達2V。變壓器(6)的次級電壓為1V，通過由高速取樣電路(37)、基準比較電路(38)、固體繼電器(39)構成的電壓微調器(42)指令變壓器(6)初組繞組的主開關雙向可控硅的通斷，使輸出電壓在0～1V中變化。從而使整個電路的精度達±1V。后置組精細調壓部分的控制，均采用高速開關器件，在整個變換過程的響應時間處于ms級水平之內。同時考慮到輸入電壓和負載變化將引入高次諧波的干擾，本裝置由電容器(7)、(8)、變壓器(5)、(6)的次組繞組構成π型高次諧波濾波電路，以消除高頻干擾。鑒于后置級精細調壓部分的變壓器，在不作電壓補償時，初級繞組由于扼流現象而導至降壓，影響穩壓精度，本裝置加入了直流運行電路。直流運行電路由二極管(43)、電容(44)、雙向可控硅(45)、倒相器(46)、邏輯控制電路(47)構成，當后置級不需要電壓補償時，直流運行電路雙向可控硅(45)導通，此時，為變壓器初級繞組提供直流電壓，使阻抗接近于零，變壓器處于飽和狀態，次級電壓趨于零伏。當電壓波動，控制脈沖來到時，雙向可控硅導通，變壓器初級加入交流電壓，直流運行電路的雙向可控硅(45)在邏輯控制電路(47)的控制脈沖經倒相器(46)加在雙向可控硅(45)上，雙向可控硅即處于關斷狀態，此時，變壓器呈電壓補償狀態。
由于本裝置均工作于線性狀態，因此并無波形失真產生，使大功率精密交流穩壓裝置在可穩定的范圍下，均有良好的正弦波輸出。
本實用新型，大功率精密交流自動穩壓裝置，能在大功率負載的情況下，使用較小電流的開關器件，便可進行自動控制其穩壓狀態，在160V～260V的大幅度波動電壓范圍內，穩定精度達到±1V，而調整時間在ms級的時間就可完成，為交流穩壓器裝置提供了安全、可靠、波形失真小，應變速度快、精度高、抗干擾能力強、經濟效益高的產品，為大功率穩壓提供了新的方式。本裝置適用范圍廣，不但大功率交流穩壓裝置適用，也適用于中小功率的交流穩壓器。如對電路擴展還可達到更高的精度。
權利要求1.一種大功率精密交流自動穩壓裝置，由前置級粗調和后置級精細調節兩部份組成，其特征是前置粗調由自耦變壓器和快速控制器構成，后置組精細調整電壓部分由一組串聯變壓器組和邏輯控制器，電壓微調器組成補償式穩壓裝置。
2.根據權利要求1所述大功率精密交流自動穩壓裝置，其特征是自耦變壓器由主繞組，升壓激勵繞組、降壓激勵繞組組成。
3.根據權利要求1或2所述大功率精密交流自動穩壓裝置，其特征是快速控制器由高速取樣，基準比較，快速轉換，固體繼電器 電路組成。
4.根據權利要求1所述大功率精密交流自動穩壓裝置，其特征是邏輯控制器由高速取樣，基準比較A／D變換、BCD邏輯編碼、固體繼電器 電路組成。
5.根據權利要求1或4所述大功率精密交流自動穩壓裝置，其特征是電壓微調器由高速取樣、基準比較、固體繼電器電路組成。
6.根據權利要求1或4所述大功率精密交流自動穩壓裝置，其特征是后置級需要電壓補償時，變壓器初組繞組加入變流電壓，不需電壓補償時，變壓器初級繞組加入直流電壓。
專利摘要本實用新型介紹了一種大功率精密交流自動穩壓裝置。是屬于交流穩壓裝置里的一種，它采用了前置級粗調電壓、后置組精細調電壓的方式，由自耦變壓器、串聯式變壓器組、高速取樣電路窗式比較器數字控制器、高速A/D變換電路、雙向可控硅開關元件構成，具有小電流器件控制大功率負載，調整速度快，精度高波形失真小，損耗低等優點，是一種設計合理，安全可靠的交流穩壓裝置。
文檔編號G05F1/14GK2052131SQ8821789
公開日1990年1月31日 申請日期1988年12月24日 優先權日1988年12月24日
發明者黃甜仔 申請人:廣州市華南金屬儀器廠