一种无触点单相交流稳压器及其控制方法与流程

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种无触点单相交流稳压器及其控制方法。

背景技术：

现有的单相交流稳压器，一是通过控制伺服电机改变碳刷在变压器上的位置，进而改变变压器的变压比来实现稳压，这种结构的缺点是碳刷易磨损或在变压器节点处滑动时发生电火花而烧毁；二是全功率变换型交流稳压器，原理是先将交流电通过整流装置整成直流，再通过逆变装置将直流逆变成交流，从而达到稳压的目的，这种结构的缺点是在电压转变过程中，其功率开关管要承受很大的功率，这样就限制了其带负载能力，同时在其整流和逆变过程中会产生谐波污染电网，控制策略复杂，成本高。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种无触点单相交流稳压器及其控制方法，解决现有技术中存在的损耗大，寿命短，成本高，谐波污染严重等问题。具体技术方案如下：

一种无触点单相交流稳压器，包括输入采样模块、电压自动补偿模块、控制器、驱动模块、输出采样模块、继电器；所述电压自动补偿模块包括补偿变压器、控制变压器，所述补偿变压器和控制变压器分别连接多个双向晶闸管；所述输入采样模块一端连接市电，另一端与补偿变压器的初级线圈连接，补偿变压器的初级线圈输出端与控制变压器的初级线圈输入端连接，补偿变压器的次级线圈与控制变压器的次级线圈通过双向晶闸管连接，控制变压器的初级线圈与输出采样模块一端连接，输出采样模块另一端与继电器连接，控制器分别与输入采样模块、输出采样模块和继电器连接，并通过所述驱动模块与电压自动补偿模块连接。

优选的，所述补偿变压器连接5个双向晶闸管：scr0-scr5，所述控制变压器连接8个双向晶闸管：scr5-scr12；scr5—scr12并联连接，scr1、scr2串联scr5-scr12的并联电路，形成正向补偿通路，scr3、scr4串联scr5-scr12的并联电路，形成反向补偿通路；scr0独自形成零补偿通路。

优选的，所述控制器采用stm32f103ze微控制器芯片。

优选的，所述输入采样模块和输出采样模块采用hlw8012功率计量芯片采集电流及电压信号。

一种无触点单相交流稳压器电压控制方法，包括如下步骤：

s1.采集市电电压，控制器判断输入电压是否需要补偿电压，是则进入步骤s2；否则进入零补偿通路，进入步骤s4；

s2.控制器选择性的开通相应双向晶闸管，通过电压自动补偿模块调节电压到正常范围，进入步骤s3；

s3.输出采样模块采集输出电压，控制器判断输出电压是否在正常范围内，是则进入步骤s4；否则进入步骤s1；

s4.闭合继电器，输出电压。

优选的，所述无触点单相交流稳压器的补偿变压器连接5个双向晶闸管：scr0-scr5，控制变压器连接8个双向晶闸管：scr5-scr12；当输入电压在正常范围212—228v时，开通scr0，实现零补偿；当输入电压低于212v时，开通scr1、scr2和scr5—scr12中的一个双向晶闸管，实现正向补偿；当输入电压高于228v时，开通scr3、scr4和scr5—scr12中的一个双向晶闸管，实现反向补偿。

优选的，所述双向晶闸管scr5—scr12，根据需要补偿的电压数值，以±8v为一个梯度，每超出一个电压梯度区间，则选择开通大一标号的双向晶闸管，即根据补偿电压值，从scr5至scr12中依标号递增选择一个双向晶闸管开通。

优选的，所述双向晶闸管采用滞后切换的控制方法，滞后±1v切换。

优选的，所述自动补偿模块补偿电压范围为148v—292v。

优选的，所述双向晶闸管的通断时刻为50hz交流电的过零点。

与现有技术相比，该发明的技术有益效果是：

1）电路采用晶闸管控制两个变压器实现电压调节，调压范围大，可实现将范围为148v-292v的单相交流电压稳定在220±8v输出；

2）采用滞后切换控制方式，降低器件损耗，延长装置使用寿命；

3）采用电力电子器件，大大减小了装置的体积；

4）可对异常情况进行自动切断动作，保护用电设备；

5）装置中晶闸管在电源过零点切换控制，不会产生谐波。

附图说明

图1为本发明无触点单相交流稳压器电路结构原理框图；

图2为本发明电压自动补偿模块电路图；

图3为本发明无触点单相交流稳压器电压控制方法流程图；

图4为本发明双向晶闸管滞后切换原理示意图；

图5为本发明双向晶闸管正向补偿时滞后切换示意图；

图6为本发明双向晶闸管反向补偿时滞后切换示意图；

图7为本发明输入采样模块输出采样模块电路图；

图8为本发明驱动模块电路图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，一种无触点单相交流稳压器，包括输入采样模块、电压自动补偿模块、控制器、驱动模块、输出采样模块、继电器；所述电压自动补偿模块包括补偿变压器、控制变压器，所述补偿变压器和控制变压器分别连接多个双向晶闸管；所述输入采样模块一端连接市电，另一端与补偿变压器的初级线圈连接，补偿变压器的初级线圈输出端与控制变压器的初级线圈输入端连接，补偿变压器的次级线圈与控制变压器的次级线圈通过双向晶闸管连接，控制变压器的初级线圈与输出采样模块一端连接，输出采样模块另一端与继电器连接，控制器分别与输入采样模块、输出采样模块和继电器连接，并通过所述驱动模块与电压自动补偿模块连接。

如图2所示，所述补偿变压器t1连接5个双向晶闸管：scr0-scr5，所述控制变压器t2连接8个双向晶闸管：scr5-scr12；scr5—scr12并联连接，scr1、scr2串联scr5-scr12的并联电路，形成正向补偿通路，scr3、scr4串联scr5-scr12的并联电路，形成反向补偿通路；scr0独自形成零补偿通路。

所述控制器采用stm32f103ze微控制器芯片，实时监测输出端的电压，在装置出现故障时使输出继电器处于常开状态，停止装置输出，保护用电设备；如如图7所示，所述输入采样模块和输出采样模块采用hlw8012功率计量芯片采集电流及电压信号，反馈到控制器，控制各路晶闸管的导通，实现稳压功能；如图8所示，驱动模块对控制器所输出的信号进行放大，并触发电压自动补偿模块中双向晶闸管的开通，并且驱动电路中的光耦还起到强弱电的隔离作用。

如图3所示，一种无触点单相交流稳压器电压控制方法，包括如下步骤：

s1.采集市电电压，控制器判断输入电压是否需要补偿电压，是则进入步骤s2；否则进入零补偿通路，进入步骤s4；

s2.控制器选择性的开通相应双向晶闸管，通过电压自动补偿模块调节电压到正常范围，进入步骤s3；

s3.输出采样模块采集输出电压，控制器判断输出电压是否在正常范围内，是则进入步骤s4；否则进入步骤s1；

s4.闭合继电器，输出电压。

如图5、图6所示，控制器通过对输入采样电压的判断，抉择电路工作在正向补偿或是反向补偿状态：当输入电压在正常范围212—228v时，开通scr0，使补偿变压器t1次级线圈短路，实现零补偿；当输入电压在211v-204v时，开通scr1、scr2(实现正向补偿)、scr5；当输入电压在203v-196v时，开通scr1、scr2(实现正向补偿)、scr6；当输入电压在195v-188v时，开通scr1、scr2(实现正向补偿)、scr7；当输入电压在187v-180v时，开通scr1、scr2(实现正向补偿)、scr8；当输入电压在179-172v时，开通scr1、scr2(实现正向补偿)、scr9；当输入电压在171v-164v时，开通scr1、scr2(实现正向补偿)、scr10；当输入电压在163v-156v时，开通scr1、scr2(实现正向补偿)、scr11；当输入电压在155v-148v时，开通scr1、scr2(实现正向补偿)、scr12；当输入电压在229v-236v时，开通scr3、scr4(实现反向补偿)、scr5；当输入电压在237v-244v时，开通scr3、scr4(实现反向补偿)、scr6；当输入电压在245v-252v时，开通scr3、scr4(实现反向补偿)、scr7；当输入电压在253v-260v时，开通scr3、scr4(实现反向补偿)、scr8；当输入电压在261v-268v时，开通scr3、scr4(实现反向补偿)、scr9；当输入电压在269v-276v时，开通scr3、scr4(实现反向补偿)、scr10；当输入电压在277v-284v时，开通scr3、scr4(实现反向补偿)、scr11；当输入电压在285v-292v时，开通scr3、scr4(实现反向补偿)、scr12。即正向补偿与反向补偿中分别设置8个级别的补偿等级，所述自动补偿模块补偿电压范围为148v—292v，由控制器选择对应等级的电压进行补偿。为了确保输出的电压符合设计要求，要再次通过输出采样电路检测，确定其在要求范围内再开通继电器，输出电压。通过以上逻辑关系，最终实现稳压器稳定输出212v-228v的电压。

所述双向晶闸管采用滞后切换的控制方法，滞后±1v切换。当电压在微小范围内波动时，控制器通过对输入采样电路采集到市电电压输入端前一时刻与后一时刻的电压值比较（两个时刻时间间隔0.01s），判断电压是呈上升趋势变化还是下降趋势变化，在上升和下降的过程中都滞后一定范围再切换到另外一个晶闸管。如图4所示，scr5与scr6两个晶闸管切换的临界值204v为例说明：当电压在204v±1v波动时，如不采用滞后切换的控制方法，此时，scr5与scr6将以50hz的频率通、断，尖峰电压、电流过多，导致晶闸管使用寿命降低，功率损耗加大。在采用滞后切换的控制方法后，当控制器判断为电压从204v衰落到203v时,采用滞后切换的方式使其滞后1v切换，即在小于203v时再从scr5切换到scr6，当控制器判断为电压从203v增长到204v时,采用滞后切换的方式使其滞后1v切换，即在大于等于205v时再从scr6切换到scr5。解决了当电压在某两个档位的临界值点来回波动时，导致两个档位的双向晶闸管来回切换通断，使晶闸管长期处于频繁的开关状态，致使晶闸管使用寿命降低，功率损耗大的问题，其他临界点双向晶闸管的切换原理与此相同，电路工作在正向补偿和反向补偿时的原理示意图分别如图5、图6所示。

所述双向晶闸管的通断时刻为50hz交流电的过零点，故本发明单相交流稳压器不会产生谐波，不会污染电网质量。

本发明对各控制晶闸管采用滞后切换控制方式，降低了器件损耗，提高了装置使用寿命，电路设计简单，耗材少，成本低，同时，各双向晶闸管的通断工作在交流电压过零点，装置不会产生谐波污染。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。