专利名称：补偿式交流稳压器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种补偿式交流稳压器。
目前国内使用最广泛的低压大功率交流稳压器有SJW系列稳压器，图一是其原理图。图一中，TP为一补偿变压器，AT为一柱式自耦调压变压器。从自耦变压器AT中取出的电压加在补偿变压器TP的初级线圈上，TP的次级线圈上的感应电压△U与稳压器的输入电压U1叠加，成为输出电压U2。当输入电压U1偏离额定值时，柱式自耦调压变压器AT的滑臂电刷在控制系统(图中未示出)的控制下，由伺服电机经链条传动机构带动向上或向下移动，从而改变补偿变压器TP次级绕组的电压△U1，补偿输入电压U1与额定值的差异，使输出电压U2以一定精度稳定在额定值上，实现稳压目的。
上述SJW系列稳压器的工作过程平稳，稳压精度较高。但这种稳压器中用到了柱式自耦调压变压器，该自耦变压器中的电刷容易磨损，因而维修工作量大。其中的链条传动机构带来了机械故障的不利因素，可靠性较差。当输出容易较大并采用分相调压时，很难保证三相调压严格同步。此外，柱式自耦调压变压器结构复杂，加工难，因而成本高。因电刷导流能力有限，还要承受相邻匝间的短路电流，所以其容量难以超过200KVA，电压等级一般在1000V以下，这使得整个稳压器的容量和电压难以超过1000KVA和1000V。
本实用新型的目的在于提供一种结构较为简单、可靠性高且容量大的补偿式交流稳压器。
为了实现上述目的，本实用新型的一种补偿式交流稳压器包括至少两台级联的补偿变压器，每台补偿变压器有用于输入待稳定电压的输入端，和用于输出稳定后电压的输出端，该补偿变压器连接成其次级绕组上的补偿电压与所述输入端输入的电压叠加后在所述输出端上输出；多个可控开关装置，每一所述补偿变压器的每一初级绕组的两端通过上述开关装置与该变压器的所述输入端相连，其连接方式是，通过控制所述开关装置的开和关，可使所述输入端上的输入电压正向或反向地加在所述每个初级绕组上，或者使所述每个初级绕组与所述输入端断开而不承受电压；控制电路，用于根据输入第一台补偿变压器的输入电压与预定值的差值来控制所述开关装置的开和关，从而使补偿后的输出电压最逼近所述预定值。
本发明的另一种补偿式交流稳压器包括一台补偿变压器，该补偿变压器有用于输入待稳定电压的输入端和用于输出稳定后电压的输出端，并连接成其次级绕组上的补偿电压与输入所述输入端的电压叠加在所述输出端上输出，所述补偿变压器的每一相的初级绕组由多个串联的分绕组组成，所述多个分绕组通过多个开关装置与所述输入端相连，其连接方式是，通过控制所述多个开关装置的开和关，可使所述输入端上的输入电压正向或反向地加在所述各个分绕组上，或者使所述每个分绕组与所述输入端断开，所述多个开关装置由控制装置控制，该控制装置根据输入电压与预定值的差值来控制所述各个开关装置的开和关，从而使输出电压最接近所述预定值。
本实用新型的交流稳压器通过控制各开关元件的开和关，改变各台补偿变压器初级绕组上所加电压的情况，从而改变其次级绕组上产生的补偿电压，这些次级绕组上的补偿电压与原输入电压叠加后成为输出电压。适当地控制各开关元件的开关，就能当输入电压在一定范围内波动时，使输出电压始终保持在某个预定值附近，实现稳压的目的。
本实用新型可采用普通的变压器作为补偿变压器，因而容量和工作电压都可达到很高，而且结构简单、可靠性较高。
以下将根据附图详细说明本实用新型的较佳实施例，其中
图1是已有交流稳压器的原理图；图2是本实用新型的交流稳压器主回路一个实施例的电原理图；图3a、3b、4是本实用新型交流稳压器的控制装置一个实施例的电原理图。
图5是本实用新型的交流稳压主回路另一个实施例的电原理图；图6a、6b和6c是图5所示交流稳压器的控制装置一个实施例的电原理图。
参见图2，其中示出本实用新型三相交流稳压器主回路一个实施例的电原理图。本实施例中采用两台补偿变压器级联，进行稳压。Woa、Wob、Woc和Wo′a、Wo′b、Wo′c分别是两台补偿变压器A、B、C三相的次级绕组，W1a、W2a和W′1a、W′2a分别是两台补偿变压器A相的初级绕组，B、C两相的初级绕组及相应的电路配置都与A相的相同，因而省略图示。L1、L2、L3是第一台补偿变压器的三相交流电输入端，L4、L5、L6是其输出端，同时又是第二补偿变压器的输入端。稳压后的电压经第二台变压器的输出端L7、L8、L9输出给负载。N是中性线。ZK为空气自动开关。A11、A12是接触器A1(见图4)的常开触点，A21、A22是接触器A2(见图4)的常开触点。当触点A11、A12或A21、A22同时闭合时，A相电压正向或反向地加在初级绕组W1a或W1a及W2a上，使次级绕组Woa上产生正或负的补偿电压。当上述触点都断开时，绕组W1a及W2a上无电压，因而补偿电压为零。
Ja1、Ja2分别是继电器Ja(见图4)的常开和常闭触点。Ja及电阻Ra、R＃a是为消除接触器触点间的电弧而设置的。当触点A11、A12或A21、A22将由接通转换至断开时，总是使继电器Ja先吸合，这样，触点Ja1吸合，Ja2断开，绕组W1a、W2a中积蓄的电能通过电阻Ra释放，同时亦可通过由电阻R＃a与串联的常闭触点A13、A23构成的回路释放，从而使打开的触点A11、A12或A21、A22之间不致产生强烈的电弧。对各触点的动作顺序以后将作更详细说明。
B11、B12是接触器B1(见图4)的常开触点，B21、B22是接触器B2(见图4)的常开触点，B13、B23分别是B1、B2的常闭触点。Jb1、Jb2是继电器Jb的常开、常闭触点，电阻R6、R＃b的设置也是为了灭弧。接触器B1、B2及继电器J6与前述接触器A1、A2及继电器Ja动作情形类似。
本实用新型也适用于单相稳压。只须将图2中的三相补偿变压器置换成单相补偿变压器并省略相应的电路，即构成单相的交流稳压器。
现在参见图3a和3b，其中示出图2中A相电路的控制装置的一个实施例。B相和C相的控制装置与此相同。A相的输入电压UiA经变压器BK1降压后，由二极管D1－D4作桥式整流，再由电容C1滤波成为直流电压。电阻R1－R16两两组成8个分压电路，产生8个取样电压值，分别输入8个比较器CP1－CP8的“－”端。
A相的输出电压UoA经变压器BK2降压后，由二极管D5－D8作桥式整流，电容C2进行滤波。三极管To、电容C3－C5、二极管D9、D10及电阻R17、R18组成稳压电路。最后在各比较器CP1－CP8的“＋”端得到一个稳定的基准电压。
各比较器“－”端的电位与“＋”端的基准电位是这样的关系，即，在输入电压UiA的稳压范围中确定8个点，用U1、U2……U8表示U1＜U2……＜U8。当UiA超过某个电压Un时，第n个分压电路的取样电压，即输入第n个比较器CPn“－”端的电压变得大于“＋”端的基准电压，该比较器CPn因而输出低电平，相应的三极管Tn(n＝1，2，…8)。由导通进入截止，与该三极管集电极相连的第n(n＝1，2，……，8)条线就进入高电平状态。
从图中可见，第9条线始终处于高电平，因此，其它线处于低电平时，比较器CP9“＋”端电位大于“－”端电位，输出高电平，使下一比较器CP10也输出高电平，驱动三极管T9导通，继电器a1得电吸合。例如，当UiA＞U3，因而第3条线进入高电平状态时，三极管T10导通，其集电极电位，即输入比较器CP9“＋”端的电位降低，CP9、CP10即输出低电平，三极管T9截止，继电器a1掉电，其触点释放。电路中其余各部分的动作过程与此类似，因而不作详述。电压UiA的变动情况与继电器a1、a2、b1、b2的动作关系如下表所示。
表1UiA≤U11－8号线均为低电位仅a1、b1吸合U1＜UiA≤U21号线高电位仅a1吸合U2＜UiA≤U31、2号线高电位仅a1、b2吸合U3＜UiA≤U41至3号线高电位仅b1吸合U4＜UiA≤U51至4号线高电位均不吸合U5＜UiA≤U61至5号线高电位仅b2吸合U6＜UiA≤U71至6号线高电位仅a2、b1吸合U7＜UiA≤U81至7号线高电位仅a2吸合UiA＞U81至8号线高电位仅a2、b2吸合变压器BK2的第二个次级线圈的输出电压经二极管D11－D14整流，电容C6、C7滤波后，作为继电器a1、a2、b1、b2的工作电源。K为开关。
J01、J02是继电器J0(未示出)的常开和常闭触点。J0可接在供电线路中，连接成当供电线路中出现异常(主要为过电流)情况时吸合，在这种情况下J01闭合，J02断开，各继电器a1、a2、b1、b2保持原状，三极管T9等的导通情况对继电器不发生影响，即这时UiA的变动对继电器不起作用。这是为了使本实用新型的稳压器仅在供电线路正常变动时起作用。
下面参见图4。三极管T11、T12、电阻R19、R20、R21及电容C8、二极管D15组成一个延时驱动电路，驱动继电器J。U为工作电源。通常情况下J吸合。
假定接触器A1、A2都未得电，当图3中的继电器a1吸合时，触点a11、a13吸合，a12断开，因而Ja吸合，使触点Ja1(见图2)、Ja3吸合，Ja2断开，这时，接触器A1得电，其触点A11、A12、A15、A17吸合，而A14断开，UiA加在绕组W1a(见图2)上，绕组Woa上产生一正的补偿电压。进而Ja掉电，其触点Ja1断开，Ja2闭合。当继电器a1掉电时，其触点a12闭合，a11、a13断开，因而继电器Ja得电吸合，其触点Ja1、Ja3闭合，Ja2、Ja4断开，接触器A1掉电，触点A11、A12断开，初级绕组W1a通过电阻Ra及Ra＊放电，使触点A11、A12中不发生强烈电弧。由于A15也断开，进而Ja掉电，其触点恢复原状。上述动作过程可归纳为a1吸合，则Ja、A1吸合，进而Ja释放；a1释放，则Ja吸合、A1释放，进而Ja释放。
继电器a2、Ja、接触器A2、继电器b1、Jb、接触器B1和继电器b2、Jb、接触器B2的动作关系与继电器a1、Ja、接触器A1的相同，因而在此不作详述。总之，a1、b1、b2的通断分别控制了A1、A2、B1、B2的通断。
通过控制各接触器A1、A2、B1、B2的吸合与释放，将初级绕组W1a、W2a和W1b、W2b正向或反向地接入回路中，换句话说，是将A相输入电压正向或反向地加在初级绕组两端，使次级绕组Woa与W′oa上产生不同的补偿电压，补偿输入电压UiA与预定值的差异。
输入电压UiA与各初级绕组的连接情况关系如下UiA≤U1A1、B1吸合 W1a、W1′a正向接入U1＜UiA≤U2A1吸合 W1a正向接入
U2＜UiA≤U3A1、B2吸合 W1a正向、W′1a和W′2a反向接入U3＜UiA≤U4B1吸合 W1a正向接入U4＜UiA≤U5均不吸合初级绕组均断开U5＜UiA≤U6B2吸合 W′2a反向接入U6＜UiA≤U7A2、B1吸合 W1a和W2a反向，W′1a正向接入U7＜UiA≤U8A2吸合 W1a和W2a反向接入UiA＞U8A2、B2吸合 W1a和W2a、W′1a和W′2a均反向接入在本例情况下，输出电压UOA总是控制在U4与U5之间，即，无补偿电压时的UiA。
图5示出本实用新型的交流稳压器主回路的另一实施例。在本例中，采用一台三相交流变压器作为补偿变压器，Woa、Wob及Woc是该变压器的三相次级绕组，图中仅示出A相的初级绕组，A相的初级绕组分成串联的三个分绕组W1a、W2a和W3a。B、C两相的初级绕组及其它电路配置都与A相的相同，因而省略图示。A′11、A′12和A′21、A′22分别是接触器A′1、A′2(见图6c)的常开触点，A′13和A′23则分别是两者的常闭触点，B′11和B′21分别是接触器B′1、B′2(见图6c)的常开触点，J1、J2是继电器J(见图6c)的常开和常闭触点，L′1、L′2和L′3是变压器的输入端，L′4、L′5和L′6是输出端，N是中性线。各接触器的触点的闭合与断开由图6a、6b和6c所示的控制电路控制。通过控制各触点的动作，可将各个分绕组W1a、W2a和W3a分别接入回路中，从而在次级绕组Waa是得到不同的感应电压，即补偿电压，进而在输出端L′4得到稳定在一定范围内的电压。例如，当A′11、A′12及B′21闭合时，仅W1a被接入回路中；当A′21、A′22和B′11闭合时，W1a、W2a和W3a都接入回路中。以上两例中，次级绕组Waa上的电压各不相同，前者为正的补偿电压，后者为负的补偿电压。
触点J1、J2及电阻Ra、R＊a是为灭弧而设，动作原理与图2中的Ja1、Ja2、Ra、R＊a相同。
现在参见图6a。A相的输入电压UiA经变压器BK1降压，由二极管D16－D19作桥式整流，再由电容C9、C10滤波，然后加在由电阻R22－R29及可变电阻W1－W4组成的4个分压电路上。在4个可变电阻W1－W4的移动端取出4个取样电压，分别加在4个比较器CP11－CP14的“＋”端。
A相经稳定后的输出电压UOA先由变压器BK2降压，再由二极管D20－D23及电容C11、C12进行桥式整流及滤波，然后加在各比较器CP11－CP14的“－”端，作为基准电压。稳压二极管D24保证了该基准电压的稳定性。
适当设置可变电阻W1－W4的移动端，使得当输入电压UiA由低向高变动，达到4个不同的电压值时，W1、W4上的各取样电压依次达到所述基准电压。假设这4个不同的电压值为U′1、U′2、U′3和U′4，U′1＜U′2＜U′3＜U′4。例如，当U′2＜UiA＜U′3时，W1、W2上的取样电压超过所述基准电压，而W3、W4上的取样电压尚未达到该基准电压，这样，比较器CP11和CP12输出高电平，驱动三极管T13、T14导通，而比较器CP13、CP14依旧输出低电平，相应的三极管T15、T16截止。因而，继电器J1、J2得电吸合，J3、J4保持释放状态。总之，当UiA超过U′1－U′4中的某个电压时，相应的继电器就会得电吸合。
接着参见图6b。其中，J11和J12、J21和J22、J33、J43和J44分别是继电器J1、J2、J3和J4的常闭触点，J13和J14、J31和J32、J41和J42分别是继电器J1、J3和J4的常开触点。利用这些触点的闭合与断开来控制继电器a1－a4的吸合与释放，a14、a24、b14、b24分别是这4个继电器a1至a4的常闭触点。控制逻辑如下UiA≤U′1J1至J4均不吸合则a1、b2吸合U′1＜UiA≤U′2， 仅J1吸合则a1、b1吸合U′2＜UiA≤U′3， 仅J1、J2吸合， 则a1、a2、b1、b2均不吸合U′3＜UiA≤U′4， J1、J2、J3吸合， 则a2、b1吸合
UiA≤U′4， J1至J4均吸合， 则a2、b2吸合下面参见图6c，图6c所示结构与图4所示除标号外大致相同，只是图4中的Ja、J6在图6c中都由J代替。本例的控制逻辑也与图4的类似。即，继电器a1、a2、b1、b2的吸合与释放分别控制了接触器A′1、A′2、B′1和B′2的通电与断电，也就是吸合与释放。并且，继电器a1、a2、b1、b2中任何一个吸合后，先是继电器J吸合，然后接触器A′1、A′2、B′1、B′2中相应的一个吸合，接着继电器J断电释放。如果继电器a1、a2、b1、b2中任何一个由吸合转入释放，也是继电器J先吸合，然后相应的接触器释放，接着，继电器J随之释放。
综上所述，A相输入电压UiA与补偿电压器初级绕组的关系可归纳如下UiA≤U′1A′1、B′2吸合， 绕组W1a正向接入回路U′〈UiA≤U′2A′1、B′2吸合， 绕组W1a、W2a正向串接入回路U′2〈UiA≤U′3A′1、A′2、B′1、B′2均不吸合，无绕组接入回路U′3〈UiA≤U′4A′1、B′2吸合， 绕组W1a、W2a、W3a反向串接入回路UiA〉U′4A′2、B′2吸合， 绕组W1a、W3a反向串接入回路当各个初级绕组正向接入回路中时，次级绕组Woa上产生正的补偿电压叠加在输入电压UiA上，产生稳定在一定范围内的输出电压UOA。当初级绕组反向接入回路中时，次级绕组Woa上产生负的补偿电压，使过高的输入电压UiA叠加该补偿电压后，降低成稳定的输出电压UOA。
本例中，UOA控制在U′2与U′3之间，即无补偿时的UiA。
虽然上述实施例是以三相稳压为例进行说明的，但本实用新型的交流稳压器显然不仅适用于三相的情况，而可以是任意相的，只须对每一相配置相同的稳压电路即可。
此外，本实用新型在上述实施例中采用了接触器，通过控制接触器的触点的闭合与断开，将补偿变压器的初级绕组正向或反向接入回路，或不接入回路。显然也可采用晶闸管之类可控电子开关元件，并依据前文所述的控制逻辑设计出相应的控制电路，这样也可达到本实用新型上述两个实施例的效果。在有了明确的逻辑控制功能要求的情况下，上述控制电路的设计应该是本技术领域的普通技术人员都能做到的。在用晶闸管之类可控硅元件的情况下，自然不存在灭弧问题。
以上详细说明了本实用新型的较佳实施例，在了解了本实用新型的精神实质之后，本技术领域的普通技术人员可据此作出各种变化和修改，而不致超出本实用新型的范围。
权利要求1.一种补偿式交流稳压器，包括至少两台级联的补偿变压器，每台补偿变压器有用于输入待稳定电压的输入端和用于输出稳定后电压的输出端，该补偿变压器连接成其次级绕组上的补偿电压与所述输入端输入的电压叠加后在所述输出端上输出；其特征在于，还包括多个可控开关装置，每一所述补偿变压器的每一初级绕组的两端通过上述开关装置与该变压器的所述输入端相连，其连接方式是，通过控制所述开关装置的开和关，可使所述输入端上的输入电压正向或反向地加在所述每个初级绕组上，或者使所述每个初级绕组与所述输入端断开而不承受电压；控制装置，用于根据输入第一台补偿变压器的输入电压与预定值的差值来控制所述开关装置的开和关，从而使补偿后的输出电压最逼近所述预定值。
2.如权利要求1所述的补偿式交流稳压器，其特征在于，所述补偿变压器为单相变压器。
3.如权利要求1所述的补偿式交流稳压器，其特征在于，所述补偿变压器为三相变压器，所述多个开关装置以相同的方式将各相的初级绕组与该相的电压输入端相连，所述控制装置包括三个子控制装置，每一子控制装置控制一相的所述开关装置，使该相的输出电压最接近所述预定值。
4.如权利要求2或3所述的补偿式交流稳压器，其特征在于，所述开关装置为接触器，所述控制装置检测输入电压与所述预定值之差并根据检测结果来控制所述接触器的通电与否。
5.如权利要求4所述的补偿式交流稳压器，其特征在于，它还包括用于在各接触器的触点断开时释放所述初级绕组中的贮能，从而避免在所述触点中发生电弧的装置。
6.一种补偿式交流稳压器，包括一台补偿变压器，该补偿变压器有用于输入待稳定电压的输入端和用于输出稳定后电压的输出端，并连接成其次级绕组上的补偿电压与输入所述输入端的电压叠加后在所述输出端上输出，其特征在于，所述补偿变压器的每一相的初级绕组由多个串联的分绕组组成，所述多个分绕组通过多个开关装置与所述输入端相连，其连接方式是，通过控制所述多个开关装置的开和关，可使所述输入端上的输入电压正向或反向地加在所述各个分绕组上，或者使所述每个分绕组与所述输入端断开，所述 多个开关装置由控制装置控制，该控制装置根据输入电压与预定值的差值来控制所述各个开关装置的开和关，从而使输出电压最接近所述预定值。
7.如权利要求6所述的补偿式交流稳压器，其特征在于，所述补偿变压器为单相变压器。
8.如权利要求6所述的补偿式交流稳压器，其特征在于，所述补偿变压器为三相变压器，每一相的各个分绕组以所述连接方式通过所述开关装置与输入端相连，所述控制装置包括三个子控制装置，每个子控制装置用于控制一个相的所述开关装置，使该相电压稳定在预定值上。
9.如权利要求7或8所述的补偿式交流稳压器，其特征在于，所述开关装置为接触器，所述控制装置检测输入电压与所述预定值之差并根据检测结果来控制所述接触器的通电与否。
10.如权利要求9所述的补偿式交流稳压器，其特征在于，它还包括用于在各接触器的触点断开时释放所述初级绕组中的贮能，从而避免在所述触点中发生电弧的装置。
专利摘要一种补偿式交流稳压器，包括两台级联的补偿变压器，每台补偿变压器连接成其次级绕组上的补偿电压与输入端输入的电压叠加后在输出端上输出；多个可控开关装置，每一所述补偿变压器的每一初级绕组的两端通过上述开关装置与输入端相连，其连接方式是，通过控制所述开关装置的开和关，可使输入电压正向或反向地加在每个初级绕组上，或者使每个初级绕组与输入端断开而不承受电压；控制电路，用于根据输入第一台补偿变压器的输入电压与预定值的差值来控制所述开关装置的开和关，从而使补偿后的输出电压最逼近所述预定值。
文档编号G05F1/12GK2148350SQ9322518
公开日1993年12月1日 申请日期1993年2月19日 优先权日1993年2月19日
发明者沙万乾 申请人:沙万乾