专利名称：全自动单相交流调压保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用变压器的交流功率输入变换为交流功率输出的调压装置，尤其是一种使用自耦变压器，由继电器分级步进控制的单相交流稳压器，特别适合于作家用交流稳压电源。
现有继电器控制的家用交流稳压器均使用单线圈多抽头式自耦变压器，由继电器控制分级步进调压，尽管较其他类型的交流稳压器具有成本低廉、稳压范围宽，效率高的优点，但却存在下列明显的不足1、在整个稳压范围内，控制过程不仅有瞬间电压跳变，而且有瞬间电压间断，不适于作计算机一类仪器设备的稳压电源；2、即使在电网电压正常的状态下，作为初级的一部分绕组仍始终并联在电网上，约有20～70W的空耗；3、串联在供电回路中的继电器的接点数多，接触电阻损耗大(以10A的电流计算，每对触头约损耗5W)，不仅耗能，还会因发热而产生各种危害；4、整个稳压范围内，大电流切换，继电器触头又无吸能保护装置，因此继电器触头会因打火而过早烧蚀。
鉴于现有技术存在上述不足，本实用新型的目的是公开一种改进型继电器控制的家用交流稳压器，它具有电网电压正常(220V±10％)时无空耗，且在主调范围(170V～270V)内，控制过程无瞬间电压间断现象的突出优点。
本实用新型实现上述目的的技术解决方案包括自耦变压器ZB和继电开关Js、Jj，其特征在于自耦变压器ZB的线圈由电感量相等的隔离互感线圈L0与L＋L1组成，两继电开关Js、Jj的转换触头分别与绕组L0的两头相连，继电开关Js的两静触头分别与线圈L1和公共零线N相连，继电开关Jj的两静触头分别与线圈L和公共零线N相连，线圈L与线圈L1的串联结点的引出线B和公共零线N为交流输出端，线圈L与继电开关Jj的一静触头相连的结点引出线A和公共零线N为交流输入端。本实用新型由控制电路检测输入电压Vsr并控制继电开关Js和Jj完成直接输出、升压调节和降压调节，从而使输出电压稳定在220V±10％范围内。当电网电压Vsr正常(220V±10％)时，本实用新型所述的继电开关Js、Jj处于常闭状态，将线圈L0与串联线圈L＋L1反极性并联后串接供电回路中，实现直接输出供电，即电网输入电压Vsr等于变换输出电压Vsc；当电网输入电压Vsr＞220V＋10％时，继电开关Jj吸合将线圈L0和L1＋L串联并联于电网上，转换成降压调节供电；当电网输入电压Vsr＜220V－10％时，继电开关Jj脱开而继电开关Js吸合，只有线圈L0并联于电网上，转换成升压调节供电。
本实用新型较现有技术具有下列突出优点1、在电网电压Vsr等于220V±10％时，自耦变压器ZB的互感线圈L0与L＋L1反极性并联后串接供电会路中，L0和L＋L1所产生的磁通相互抵消，其感抗等于零，无普通自耦变压器的空耗；2、本实用新型所述的自耦变压器ZB的输入/输出端共零线，二者的相线也只串联有线圈L，所以在主调范围(170V～270V)内，控制过程中无瞬间断电现象；3、自耦变压器ZB无论是变换成升压状态，还是变换成降压状态，继电开关Jj和Js均串接于激磁回中，所切换的电流小，因此不仅触头的接触损耗小，而且可延长触头的使用寿命，也可减轻因触头打火所带来的其它危害。
以下结合附图和一个最佳实施例对本实用新型进行进一步详细描述。
图1为本实用新型所述的自耦变压器ZB的电原理图；图2为继电触头保护装置电原理图；图3、4和5为本实用新型的一个具体实施例的电原理图，图3、4和5的各引出端的同名端相连；其中，图3为调压电路的电原理图，图4为直流电源电路和调压执行电路的电原理图，图5为主控及负载电流模拟显示单元电路的电原理图。
参照图3，本实用新型的一个附加技术特征在于串联线圈L＋L1中的线圈L的一头串联有升压扩展线圈Lg，该线圈的两头分别与升压扩展继电开关J1的两静触头相连，升压扩展继电开关J1的转换触头与交流输入相线A相连；串联线圈L＋L1中的线圈L1的两头分别与升压扩展继电开关J2的两静触头相连，升压扩展继电开关J2的转换触头与交流输出相线B相连，由控制电路控制继电开关切换，实现两级升压扩展。其目的是为了扩展本实用新型的调压范围的下限，以满足目前市电电压普遍偏低的需要。
参照图2和图3，本实用新型的另一个附加技术特征在于所有继电开关的转换触头与两静触头上均跨接有吸能保护装置X，该吸能保护装置由整流桥D1～D4，和并联在该整流桥输出端的电解电容C及放电电阻R所构成。在继电开关切换过程中，本实用新型所述吸能保护装置X，将继电开关触点两头所产生的高压电能经整流桥D1～D4送至电解电容C暂存，然后经放电电阻R缓慢释放，以免继电开关在切换过程中(尤其是升压扩展状态下的大电流切换)拉弧烧蚀，延长触头寿命。本实用新型所述的吸能保护装置X较现有技术使用无极性电容吸能灭弧效果显著提高，因为，其一是它只吸收能量不释放能量(经电阻R放电)，其二是电解电容的容量大，且易取材，成本低。
以下结合附图和实施例详细描述本实用新型所述的全自动单相交流调压保护器的工作原理，以便公众更好地掌握实施本实用新型的技术手段。
参照图4和图3，从本实用新型所述的自耦变压器ZB的输出端B和N取出比较稳定的交流电经电容C0降压、全桥D1-D4整流、电解电容C1滤波、三极管BG3并联稳压后为所有控制电路提供直流电源；该直流电源直接给继电器Jb、Jj及Js、供电，经由三极管BG1和稳压二极管DW1以及电阻R1、R4、R5、R6组成的串联稳压电路稳压，电解电容C4滤波，得到较为稳定的直流电E1给图5所示的主控及负载电流模拟显示单元电路供电；该直流电源电路中三极管BG2主要是扩展所述串联稳压电路的动态范围，同时对三极管BG1和稳压二极管DW1也具有一定过流保护作用。本直流电源另一重特点是增设有辅助供电电源，该电源的交流电取自本实用新型所述的自耦变压器ZB的附加绕组所输的电压Vab，该电压Vab，由二极管D5整流、电解电容C3滤波给继电器J1、J2供电，在经隔离二极管D6为继电器Js、Jj补充能量。当电网电压正常(220V±10％)时，即所述的自耦变压器ZB末变换成升压或降压状态以及切换过程中，只由主电源供电，在所述的自耦变压器ZB变换成升压或降压状态后，所述的辅助供电源给Js、Jj提供维持吸合电流同时给继电器J1、J2供电。本实用新型中所设置的辅助供电源的作用有三，一是减小所述的自耦变压器ZB末变换成升压或降压状态时的无功损耗；二是利用电阻R9的隔离作用和电容C2的蓄能作用，既能给继电器提瞬间吸合电流，又能提高电源E1的稳定性；三是利用电阻R9的隔离作用，在所述的自耦变压器ZB由于某种故障而不能变换成升压或降压状态时，Js或Jj吸合后能自动脱开。
参照图5，本实用新型所述的主控单元电路包括调压控制部分、异常状态保护部分和负载电流模拟显示部分。
参照图5，电源E1经电阻R10、R11限流、稳压二极管DW2、电容C12二次稳压、滤波获得较高稳定度的电压E2，该电压经电位器W1以及R19-26八电阻分压后为调压控制部分由四运放(LM324)IC1～IC4所构成的四电压比较器以及异常状态保护部分由运放(1/2LM324)IC5、IC6及反相器f4所构成的窗口比较器提供电压比较基准。
参照图5并结合图3和图4，市电经二极管D11半波整流，电阻R13、R15和电位器W2与电阻R17分压和电容C7滤波为所述的四电压比较器提供输入采样信号；当输入电压Vsr为220V±10％时，IC2、IC3、IC4均输出高电平，只有IC1输出低电平，由于运放IC2、IC3、IC4的输出端分别串接有反相器f1、f2、f3，所以三极管BG5、BG6、BG7、BG8均处于截止状态，继电器Js、J1、J2都处于脱开状态(图3所示状态)，自耦变压器ZB的两绕组L与L0＋L1反极性并联串联于输入/输出的相线中，此时自耦变压器ZB的输出电压Vsc等于电网输入电压Vsr；当输入电压Vsr每下降30V时，运放IC2、IC3、IC4依次先后输出低电平，三极管BG6、BG7、BG8依次先后导通，继电器Js、J1、J2依次先后吸合，使自耦变压器ZB的激磁绕组依次变为L0＋Lg、L0、L0，而调压绕组则依次变L、L＋Lg、L＋Lg＋L1，从而将自耦变压器ZB的输出电压调至220V±10％；当电网电压为242V～270V时，四运放IC1～IC4均输出高电平，由于反相器f1～f3的存在，所以只三极管BG5导通，即只有继电器Jj吸合，使自耦变压器ZB变换成降压状态，也将输出电压Vsc稳定在220V±10％范围内。
参照图5并结合图3和图4，自耦变压器ZB的输出电压Vsc经二极管D12半波整流，电阻R14、R16和电位器W3与电阻R18分压和电容C8滤波为所述的窗口比较器提供输出采样信号；当自耦变压器ZB的输出电压Vsc稳定在180V～250V范围内运放IC5和反相器f4均输出低电平，那么只要不超载，由三只二极管D27、D28、D29和反相器f5组成的三输入或非门则输出高电平，三极管BG4导通保护继电器Jb吸合给负载供电；当自耦变压器ZB的输出电压Vsc超出180V～250V的范围，保护继电器Jb则脱开，实现过压和欠压保护，确保用电安全。
参照图5并结合图3和图4，本实用新型还设有超载保护(即过流保护)和负载电流模拟显示电路。由取样电阻JR将负载电流的变化转变成其端电压的变化，并经二极管D31、D30送至虚拟接地点P、Q，由运放(1/4LM324)IC7对P、Q两点微弱的电压差进行比例放大，再经由二极管D19和电容C11组成的积分电路积分后变成电平信号，该信号经三极管BG10倒相放大后，由三极管BG12跟随输出驱动模拟显示电路。所述的模拟显示电路为串联式五级步进显示，随着负载电流的增大发光二极管F6～F10依次发光，每增加一级发光显示，负载电流增加20％，当负载电流超过额定值时，三极管BG11延时导通，使反相器f5翻转，三极管BG4截止，继电器Jb脱开切断自耦变压器ZB的输出，实现超载保护。三极管BG11导通后，经电阻R39和二极管D26进一步抬高三极管BG10的基极电位，完成正反馈，保持继电器Jb的脱开状态，此时只有拨动一下复位开关K2-2才能恢复正常工作。
参见图5，运放IC1～IC6都设有二极管与电阻串联的正反馈电路(其中IC1～IC4的反馈回路中设有三极管BG9构成恒流正反馈)，防止产生振荡，以提高控制过程的稳定性。
参见图5，输出采样和输入采样电路与电压比较基准电路之间分别所跨接的二极管D18、D17是起钳位作用的，防止输入和输出超压而损坏运放。
参见图5，电阻并联有串联的发光二极管F4、F5为电压、电流表提供夜间照明。
权利要求1.一种全自动单相交流调压保护器，包括自耦变压器ZB和继电开关Js、Jj，其特征在于自耦变压器ZB的线圈由电感量相等的隔离互感线圈L0与L＋L1组成，两继电开关Js、Jj的转换触头分别与绕组L0的两头相连，继电开关Js的两静触头分别与线圈L1和公共零线N相连，继电开关Jj的两静触头分别与线圈L和公共零线N相连，线圈L与线圈L1的串联结点的引出线B和公共零线N为交流输出端，线圈L与继电开关Jj的一静触头相连的结点引出线A和公共零线N为交流输入端。
2.根据权利要求1所述的一种全自动单相交流调压保护器，其特征在于串联线圈L＋L1在线圈L的一头串联有升压扩展线圈Lg，该线圈的两头分别与升压扩展继电开关J1的两静触头相连，升压扩展继电开关J1的转换触头与交流输入相线A相连；串联线圈L＋L1中的线圈L1的两头分别与升压扩展继电开关J2的两静触头相连，升压扩展继电开关J2的转换触头与交流输出相线B相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种全自动单相交流调压保护器，其特征在于所有继电开关的转换触头与两静触头上均跨接有吸能保护装置X，该吸能保护装置由整流桥D1～D4和并联在该整流桥输出端的电解电容C及放电电阻R所构成。
专利摘要本实用新型涉及一种全自动单相交流调压保护器，其特征在于自耦变压器ZB的线圈由电感量相等的隔离互感线圈L0与L+L1组成，两继电开关Js、Jj的转换触头分别与绕组L0的两头相连，继电开关Js的两静触头分别与线圈L1和公共零线N相连，继电开关Jj的两静触头分别与线圈L和公共零线N相连，由控制电路检测输入电压Vsr并控制继电开关Js和Jj完成直接输出、升压调节和降压调节，从而使输出电压稳定在220V±10％范围内。
文档编号G05F1/10GK2235136SQ95221329
公开日1996年9月11日 申请日期1995年9月7日 优先权日1995年9月7日
发明者舒靖文 申请人:舒靖文