用可控硅传递控制信息控制负载状态和功率的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用可控硅传递控制信息实现控制负载状态和功率的方法和装置， 广泛用于各类负载的功率调节。
【背景技术】
[0002] 可控硅通常在交流电源供电情况下作为功率调节器件来控制能量的传输，随着导 通角的变化，在改变传输能量的同时，其所产生的谐波干扰也在不断变化，这需要进行有效 的补偿，以缓解由此给电网带来的损害。但是，随着导通角的变化干扰也在同时变化，在一 个比较宽泛的变化范围里，有效的补偿是很困难的。由于可控硅的特性，这种应用一般用在 纯阻性负载的装置中，容性、感性负载难于应用。我们常见到的白炽灯调光、加热器调温就 是这样的应用。显然直接控制供电能量的可控硅应用在应用范围和干扰补偿上遇到了问 题。
[0003] 随着电子技术的发展，变频器、电子调光镇流器等电子装备在不改变供电能量的 情况下就可以改变装备的输出状态，比如〇~1〇伏的电子调光镇流器，通过对控制端施加 〇~1〇伏的电压，就可以改变灯的亮度，这个过程中虽然供电能量始终是不变的，但是灯的实 际消耗功率随着亮度的变换而变化，没有了上述可控硅控制方式所产生的电网干扰问题。 但是也出现了新的问题，这种新的控制模式需要额外增加一组控制线路，不像原来控制供 电能量方式时，可控硅调节器串接在负载回路中，电路连接简单。对于新建设的建筑、设施， 布线时可以将控制线路与能量供应线路一同架设完成，对于现存建筑就只能重新布线进行 改造。有没有新的办法来解决这个问题呢？这就是我们要申请的发明专利可以解决的问 题。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在提供一种用可控硅传递控制信息实现控制负载状态和功率的方法和 装置，在基本不改变供电能量的情况下改变负载的输出状态和功率，而不需要额外增加一 组控制线路。
[0005] 本发明的技术方案是：一种用可控硅传递控制信息控制负载状态和功率的方法， 其特征在于，在交流电源供电回路中，利用可控硅调节装置小幅度的改变导通角，用导通角 的变化来传递控制信息，在传输能量变化较小的情况下，使在该供电回路中的一个或多个 接收控制装置改变其负载的输出状态和功率，负载功率的变化范围远远大于可控硅导通角 变化引起的供电能量的变化范围。
[0006] 在50赫兹的交流供电环境中，所述的可控硅控制角（控制角+导通角=180° )的 调节范围可以根据具体应用在0~60°范围内选取。
[0007] 用可控硅传递控制信息包括模拟应用方式和数字应用方式。
[0008] 所示的模拟应用方式有两种： (1)采用传统的可控硅调节装置，将控制角限定在〇~20°范围，在这个小的可调整范围 内，接收装置控制输出达到满幅度变化；可控硅调整导通角的动作停留在某个位置，输出就 停留在相应位置，输出跟随输入变化，供电能量始终被可控硅控制，但变化量很小； (2)除了缩小调整范围之外，仅在调整过程中对传输能量有微小的调整，当输出调整到 期望的状态后，可控硅调节装置恢复到完全导通状态，接收装置自身锁定这个状态。
[0009] 所示的数字应用方式为调制解调方式，用导通角的不同传输数字控制信息，全导 通时代表控制信息中的数字0,有一定的控制角代表控制信息中的数字1，在交流电源每次 过零时单向传输Ibit数据，数据传输完成后，可控硅恢复全导通状态，用于控制一条供电 线路上的一个或多个设备。
[0010] 本发明的优点是：小幅度的改变导通角，就可以大幅度的控制负载输出状态，导通 角变化范围小，能量传输变化范围小，产生的干扰小，补偿容易且有效，兼容原来的电路布 线，透过可控硅传递的信息，不仅对负载的功率进行调节，还可以控制负载的状态(如电机 的正反转等）不在拘泥于阻性负载，扩大了应用范围。与传统的可控硅控制装置的区别在 于：本发明中可控硅对交流电的控制目的不是为了改变传输能量，直接控制负载功率，而是 在基本上不改变传输能量的情况下，用于传输控制信息，由专用的接收控制装置接收这些 控制信息后，控制负载的状态和功率。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明装置的总体电路框图； 图2是本发明的第一种控硅调节装置(模拟应用方式之一）的电路图； 图3是本发明的一种接收控制装置获取控制信息部分的电路图； 图4是图3所示的接收控制装置的工作原理波形图； 图5是本发明的第二种控硅调节装置(模拟应用方式之二）的电路图； 图6是本发明的第三种控硅调节装置(数字调制器）的电路图。
【具体实施方式】
[0012] 本发明的方法的核心内容是，在交流电源供电回路中，利用可控硅调节装置小幅 度的改变导通角，在传输能量基本不变的情况下，用导通角的变化来传递控制信息，使在同 一供电线路中的一个或多个接收控制装置改变输出状态。比如：控制角可以在〇~20°范围 内选取，对应的导通角为180° ~160°，对应的截止时间是0~2. 2毫秒，对应的能量变化只 有0~3%。小幅度的改变导通角，导通角变化范围小，能量传输基本不变，产生的干扰小，补 偿容易且有效，兼容原来的电路布线，除了对负载的功率进行控制外还可以控制负载的各 种状态，不在拘泥于阻性负载，扩大了应用范围。下面分别加以说明： 一、控制信息传递方式： 可控硅传递控制信息的两种基本应用方式：模拟应用和数字应用。
[0013] 1、模拟应用方式1 :可控硅调节装置与传统的装置一致，只是调整范围小而已（如 控制角在〇~20°范围)。在这个小的可调整范围内，接收装置控制输出达到满幅度变化。可 控硅调整导通角的动作停留在某个位置，输出就停留在相应位置，输出跟随输入变化，供电 能量始终被可控硅控制，但变化量很小。
[0014] 2、模拟应用方式2 :可控硅调节装置与传统的装置基本一致，除了调整范围小之 夕卜，仅在调整过程中对传输能量有微小的调整，当输出调整到期望的状态后，可控硅调节装 置恢复到完全导通状态，接收装置自身锁定这个状态。比如： (1)控制角为0° (导通角180° )表示锁定(保持）当前状态，调节装置可控硅完全导 通。接收控制装置的负载输出状态保持不变。
[0015] (2)控制角为10° (导通角170° )表示增加输出，接收控制装置按照一定的步长 逐步增加负载输出。
[0016] (3)控制角为20° (导通角160° )表示减少输出，接收控制装置按照一定的步长 逐步减少负载输出。
[0017] 3、数字应用方式：作为一种调制--解调方式，用导通角的不同传输数字控制信 息，如：全导通时代表数字0,控制角10°代表数字1，在交流电源每次过零时单向传输lbit 数据，数据传输完成后，可控硅恢复全导通状态。可控硅调节装置实际上成为了数字控制信 号调制发射器，由智能负载控制单元控制（如单片机、或通过电脑接口由电脑控制)，数字控 制信号采用帧结构，可以遵循某些种类的协议，或仅简单的分为地址码和控制码，用于控制 一条供电线路上的一个或多个设备。
[0018] 本发明的可控硅导通角需要调节的范围较小，但是可以使负载功率的变化范围很 大，这区别于可控硅的传统用法：调节可控硅的导通角，使通过可控硅传输到负载的能量产 生变化，其变化程度和范围与负载的功率变化程度和范围一致；在50赫兹的交流供电环境 中，本方法的可控硅控制角(控制角+导通角=180° )调节范围可以根据具体应用在0~60° 范围内选取：这是因为：调节范围越小对能量的改变越小，产生的谐波干扰越小(参看下 表)，补偿容易且有效，对电网的损害越小；相反，调节范围越大对能量的改变就大，产生的 谐波干扰就强，补偿的成本高效果不及调节范围小的情况，对电网也可能有一定的损害；但 是调节范围过小又会因为容易受到干扰而使可靠性下降，因此需要根据实际应用环境的干 扰情况找出可靠的最小调节范围，作为应用系统的控制角。
[0019] 不同的控制角所对应的能量变化【完整周波能量为100%，能量变化计算公式为： [1-cos(控制角度数）]/2】：
【主权项】
1. 一种用可控硅传递控制信息控制负载状态和功率的方法，其特征在于，在交流电源 供电回路中，利用可控硅调节装置小幅度的改变导通角，用导通角的变化来传递控制信息， 在传输能量变化较小的情况下，使在该供电回路中的一个或多个接收控制装置改变其负载 的输出状态和功率，负载功率的变化范围远远大于可控硅导通角变化引起的供电能量的变 化范围。
2. 根据权利要求1所述的用可控硅传递控制信息控制负载状态和功率的方法，其特征 在于，在50赫兹的交流供电环境中，所述的可控硅控制角(控制角+导通角=180° )的调节 范围可以根据具体应用在〇~60°范围内选取。
3. 根据权利要求1所述的用可控硅传递控制信息控制负载状态和功率的方法，其特征 在于，用可控硅传递控制信息包括模拟应用方式和数字应用方式。
4. 根据权利要求3所述的用可控硅传递控制信息控制负载状态和功率的方法，其特征 在于，所示的模拟应用方式有两种： (1) 采用传统的可控硅调节装置，将控制角限定在〇~20°范围，在这个小的可调整范围 内，接收装置控制输出达到满幅度变化；可控硅调整导通角的动作停留在某个位置，输出就 停留在相应位置，输出跟随输入变化，供电能量始终被可控硅控制，但变化量很小； (2) 除了缩小调整范围之外，仅在调整过程中对传输能量有微小的调整，当输出调整到 期望的状态后，可控硅调节装置恢复到完全导通状态，接收装置自身锁定这个状态。
5. 根据权利要求3所述的用可控硅传递控制信息控制负载状态和功率的方法，其特征 在于，所示的数字应用方式为调制解调方式，用导通角的不同传输数字控制信息，全导通时 代表控制信息中的数字0,有一定的控制角代表控制信息中的数字1，在交流电源每次过零 时单向传输Ibit数据，数据传输完成后，可控硅恢复全导通状态，用于控制一条供电线路 上的一个或多个设备。
【专利摘要】一种用可控硅传递控制信息控制负载状态和功率的方法和装置，其特征在于，在交流电源供电回路中，利用可控硅调节装置小幅度的改变导通角，在传输能量变化较小的情况下，用导通角的变化来传递控制信息，使在该供电回路中的一个或多个接收控制装置改变其负载的输出状态和功率，其中负载功率的变化范围远远大于可控硅导通角变化引起的供电能量的变化。本发明的优点是：小幅度的改变导通角，就可以大幅度的控制负载输出状态，导通角变化范围小，能量传输基本不变，产生的干扰小，补偿容易且有效，兼容原来的电路布线，透过可控硅传递的信息，不仅对负载的功率进行调节，还可以控制负载的状态（如电机的正反转等）不在拘泥于阻性负载，扩大了应用范围。
【IPC分类】G05B19-042
【公开号】CN104570847
【申请号】CN201410750610
【发明人】苏建丽
【申请人】青岛文创科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月10日