自动调压器的制作方法

专利名称:自动调压器的制作方法
本实用新型涉及一种自动调压器，更具体地说，涉及一种可自动根据输入端电网电压的波动作出相应的调整以便在其输出端输出一较为稳定的电压的自动调压器，尽管本实用新型在说明书中主要结合其在家用电器中的使用进行了描述，但它的应用并不限于此。
众所周知，每种电器都需在额定的电压范围内才能安全可靠地运行，例如对于家用电器，对电网电压的稳定性一般要求优于百分之十。目前，我国大部分地区，尤其是在农村，在晚间往往由于用电减少而使电网电压偏高(即高于220伏)，而在白天则由于用户骤增而常常发生电网电压偏低(即低于220伏)的情况。
以上这种情况不仅有可能损坏家用电器或降低其使用寿命，而且也造成了电器用电效率的降低，浪费电能。
在现有技术中，有些家用电器使用手动调压器进行调压，当电网电压变化时，用户手动调节调压器，使调压器输出所需大小的电压以供家用电器使用。这种解决方案显然只适用于电网电压有规律波动的情形，而正如我们已了解的那样，事实上电网电压的波动是用户不可预知的。
能根据电网电压的变化而作出相应的调整以使输出电压保持稳定的自动调压器虽然已在工业上得到了广泛的应用，诸如自动感应调压器和自动接触调压器等，但由于这些调压器主要适合于工业上使用，因而其实现方式相当复杂，通常包括一个调压器和一个自动控制器，调压器为系统的执行元件，当电源电压或负载电流波动时，由调压器输出端取出电压偏差信号，经自动控制器的量测、比较和放大后，驱动调压器的伺服电机，对调压器进行自动调节，使输出电压回复到额定值的精度范围内，达到稳压的目的。
显然，单就成本而言，要将上述这种包括伺服电机的自动调压器应用于家用电器也是不切实际的。
其次，这些工业用的自动调压器结构复杂，体积庞大，因而，也不能满足家用电器小巧、轻便的要求。
此外，电网有时会发生瞬间停电的情况，这有损于某些电器诸如电冰箱、空调机的机组，现有技术的调压器并未提供对于这种情况的防范措施。
因此，本实用新型的一个首要目的就是对调压器和自动控制部分进行改进，从而提供一种结构简单、小型轻便而且价格低廉的自动调压器，特别适合于在家用电器中使用。
本实用新型还有一个目的是为上述自动调压器增加一种功能，使其在发生瞬间断电的情况下，自动延时5－8分钟后再接通电器供电回路，使诸如空调机，电冰箱等电器机组免受伤害。
本实用新型的目的是通过下述方式实现的本实用新型的自动调压器包括一个变压器，该变压器具有一个初级线圈，至少一个次级线圈，所述变压器的初级线圈与电网电源直接相连接；开关装置，该开关装置包括多个诸如继电器，干簧管，或可控硅等开关元件，所述开关装置的连接方式为(1)当电网电压正常时，所述开关装置将电器与电网电源直接相连接，(2)当电网电压偏离正常值时，所述开关装置将所述变压器的初级线圈与所述变压器的至少一个次级线圈同相或反相串联，以便在电网电压偏低时加上适当的补偿电压，而在电网电压高于正常值的情况下，减去适当的补偿电压，从而将本实用新型的自动调压器的输出电压控制在一定的精度范围内，(3)当电网电源电压发生大范围波动时，将电器的供电回路断开，以防电器在非正常电压下工作；一个用于控制上述开关装置的控制部分，该控制部分包括与电网电源相连接的、可由多个诸如分压电阻和整流电路构成的取样电路，该取样电路将电网电源的交变电压变成直流电压，该直流电压的幅值与电网电压的幅值大致成正比，因而，它实际上起探测电网电压波动的作用；动作执行电路，该动作执行电路的输入端与所述取样电路的输出端相连接，其输出端与所述开关装置的控制端相连接，上述动作执行电路根据所述取样电路测得的电压波动，发出相应的控制信号，以便使所述开关装置实现上述开关装置的连接方式(1)、(2)、(3)中的一种。
作为本实用新型的一种实施方式，还可在本实用新型的上述构思的基础上增设一个延时器，该延时器的输出端与上述开关装置的控制端相连接，其输入端与上述取样电路相连接，当发生瞬间断电后又恢复供电时，该延时器经过延时后输出一信号使所述开关装置接通电器的供电回路，而在延时期内，所述开关装置使电器供电回路断开。
作为本实用新型的一种较好的实施方式，上文阐述的变压器具有两个第一和第二次级线圈，相应的，所述开关装置中有两个第一和第二开关元件控制上述两个次级线圈，当电网电压正常时，所述两个开关元件的状态使得所述变压器的两个次级线圈开路和／或短路，电器与电网电源直接相连接(即与所述变压器的初级线圈相并接)；而当电网电压偏高时，所述第一和／或第二开关元件改变状态，使所述第一次级线圈与所述变压器的初级线圈反相串联，所述初级线圈与所述第一次级线圈串联后的两个不相连接的端点与电器相连接；当电网电压偏低时，所述第一和／或第二开关元件改变状态，使所述第一和第二次级线圈同相串联后再与所述变压器的初级线圈同相串联，串联后初线圈和／或所述次级线圈的不相连接的两个端点与电器相连接，为电器提供电源。上述第一和第二次级线圈的匝数是不一样的，所述第一次级线圈的匝数大于所述第二次级线圈的匝数。显见，所述第二次级线圈是为提高调压精度而设的。
相应地，上述开关装置的连接方式(3)是由一个第三开关元件完成的，该第三开关元件串联在电器的供电回路中，当电网电压正常或波动不大以至于上述开关装置可以实现连接方式(1)或(2)时，该第三开关元件使电器供电回路接通；当电网电压波动很大时，该第三开关元件使电器供电回路断开。
相应地，还可利用上述延时器控制上述第三开关元件，该延时器的输入端与上述取样电路相连接，其输出端与所述第三开关元件的控制端相连接。所述第三开关元件可设定为当电网电源突然停电后，使电器供电回路断开；而当电网电源停电结束重又恢复供电时，上述第三开关元件须经上述延时器延时后才接通电器供电回路，从而在发生瞬间停电情况下能对电冰箱等电器机组起保护作用。
综上所述，本实用新型的优点首先在于，省去了现有技术的调压器部分所通常采用的伺服电机，相应地简化了控制部分的结构，因而成本低廉。
本实用新型的另一个显著优点是，所述变压器可具有多个次级线圈，这为提高本实用新型的调压精度提供了方便。这一点已在阐述本实用新型的构思时体现出来，在下文中的本实用新型的实施例中还将得到进一步的体现。因而，在本实用新型的构思范围内，可做成调压精度要求各异的调压器，以适用于不同的家用或工业上或实验室里使用的自动调压器。由于用于控制诸如继电器，可控硅之类的开关元件的控制电路比起用于控制伺服电机的控制电路来要简单得多，因而，增加一些次级线圈以后只需适当增设一些开关元件，而控制部分则毋须作大的改变。
本实用新型的自动调压器还提供了在电网电压波动太大情况下以及在发生瞬间断电情况下的紧急防范措施。
本实用新型的具体细节以及其他一些优点将在下文中结合附图对几个实施例的描述中得到进一步的体现，其中，图1为本实用新型的一个实施例的自动调压原理图；图2为图1中所示的控制部分线路图；图3为同时具在瞬间断电以及电网电压过低情况下进行保护的实施例的电原理图。
现请参见图1，变压器B1具有一初级线圈L10，两个初级线圈L11和L12。所述变压器B1的初级线圈L10的两端与电网电源相连接，在上述两个次级线圈L11和L12上分别产生感应电压，该感应电压的大小分别与L11与L10以及L12与L10的匝数比有关，该匝数比可通过计算予以确定，这一点将在下文中得以说明。
开关元件J1、J2、J3构成本实施例的开关装置，这些开关元件可以是继电器和／或干簧管和／或可控硅等有触点或无触点开关元件。J3串联在电器D的供电回路中，在通常情况下，接通电源后，该开关元件J3即合上。
当电网电源电压正常时，上述开关元件J1、J2分别处于a、c位置上，此时，两个次级线圈L11和L12均为开路，电网电源直接加在电器D之上。当电网电压高于正常值至一定限度时，比如，高于正常值百分之十时，如图2所示的控制部分将使开关元件J1跳到b位，而J1仍处于c位上，因而，由图1中可见，此时，电网电源与次级线圈L11反相串联(假定初级线圈和次级线圈是这样绕制的)后与电器D相接，使过压得到减缓，从而使提供给电器的电压接近正常值。当电网电压低于正常值一定限度时，比如，低于正常值百分之十时，如图2所示的控制部分使开关元件J2打向d位，而J1则保持在a位上，此时，电网电源与次级线圈L11以及L12同相串联(假定初级线圈和次级线圈是这样绕制的)后与电器D相接，使欠压得到补偿，从而使提供给电器的电压接近正常值。上述次级线圈和初级线圈的匝数比根据电压调节的精度而定。比如，当要将电压控制在百分之十的精度内时，次级线圈L11与初级线圈L10的匝数比可为百分之十左右。次级线圈L12是在电网电添电压低于正常值时，起进一步补偿电压的作用的。因为在此例中L11与L10的匝数比是根据电网电压高于正常值时将输出电压调至所需精度范围之内而予以确定的，因此，当出现电网电压低于正常值时，次级线圈L11上所感应的补偿电压可能太小而不足以使输出电压回复到所需的精度范围之内，因而，增设次级线圈L12，该线圈L12与L11同相串联后的补偿电压使输出电压回复到所需控制的精度范围之内。次级线圈L12与初级线圈L10的匝数比显然应小于次级线圈L11与初级线圈L10的匝数比。
以上只是一个具体的实施方式。根据本实用新型的构思对上述自动调压器的电压补偿方式作一些变形。比如，L11与L10的匝数比根据欠压时的自动调压要求而预先设定，在这种情形下，图1中所示的开关元件J1和J2的接法应稍作变化，使得当电网电压偏低(欠压)时，所述开关元件J1和／或J2改变状态，使上述次级线圈L11与上述变压器B的初级线圈L10同相串联后提供给电器D作为其工作电压；当电网电压偏高时，所述开关元件J1和／或J2改变状态，使上述次级线圈L11与L10同相串联后再与所述L12反相串联，串联后所得的电压作为电器的工作电压。
如果调压精度要求更高一些，比如电压精度要求好于百分之五，则可增设几个次级线圈，其匝数与所述L10之匝数比可分别为诸如百分之一至百分之十不等，此时，所述控制部分的取样电路部分可采取逐级取样的方式，即先对电网电压取样，如果经过多个次级线圈的补偿后还未达到所需精度的话，则取样电路部分再“通知”上述动作执行电路部分，使上述开关装置动作，再接上一些匝数更小的次级线圈，最后，直到自动调压器的输出端所得的电压达到精度要求为止。
当电网电压波动太大时，比如波动超过百分之三十时，如图2所示的控制部分将使开关元件J3断开，从而使电器D的供电回路断开。
在开关元件与电网电源之间还可接上一个延时器，并且，开关元件J3当发生瞬间断电时，即断开，而当电网电源重新恢复供电时，所述延时器要经一段时间后才输出一个电信号使开关元件J3接通电器供电回路，而在延时期内，所述延时器迫使开关元件J3使其不接通电器供电回路，详细内容下文中还将作进一步阐述。
下面将结合图2对图1中所示的开关装置的控制部分进行描述。
变压器B2将电网电源电压变压后与一桥式整流电路的输入端相连接，该桥式整流电路将交变电压变成直流电压，显然，该直流电压的幅值大致上与电网电压成正比。因此，在本例中，该直流电压可以作为上述取样电路的取样信号，也可经过稳压后作为整个控制部分的直流电源和基准电压，以便与取样信号进行比较。
如图2所示，上述取样电路的取样信号形成部分在本例中简单地由多个互相串联的一对分压电阻构成，上述一对电阻串联后与上述整流两路的两个输出端相并接，上述一对电阻中的一个的两端的电压作为上述取样信号，只要将该电阻的两端与上述取样电路的输入端相并接即可。
电阻R1与电位器W1、电阻R2与电位器W2、电阻R3与电位器W3在本例中与上述桥式整流电路一起分别构成三个取样电路，电位器W1、W2、W3的两端分别作为上述三个取样电路的输出端，采用可变电阻W1、W2、W3是为了调节电路参数的方便。
下面将叙述上述动作执行电路在本例中是怎样构成以及如何工作的。
为叙述方便起见，在下文中将只对本实施例中的具体线路的原理进行阐述，而本实用新型的所述执行电路的基本构思已在上文本实用新型的基本构思中予以说明，而在本实施例中的执行电路只是在这一构思下的特例，在我们构思的启发下，本领域内中等以上水准的技术人员自然地可以作出许多变通。
经所述桥式整流电路整流后的直流电压经一直流稳压集成块7812稳压后作为下述动作执行电路的直流电源和提供基准电压。本实施例中给出了三种电路，构成整个动作执行电路，但它们都是将取样电路所取得的有关电网电压的信息与一基准电压相比较，然后发出相应的控制信号给上述开关装置以控制其状态。
首先请看主要由晶体管T1、T2、T3所组成的动作执行电路部分，该动作执行电路用于控制所述开关装置中的开关元件J1，当电网电压低于正常值时，使所述开关元件J1由a位跳到b位。如图2可见，具有相同的第一导电类型的(在此为NPN型)晶体管T1、T2接成差分放大器的形式，它们的集电极分别通过电阻R4和R5与集成块7812的一个输出端相连接，R4和R5阻值大体相等。T1和T2的集电极共接后通过一电阻R6接地。由此可见，T1和T2所构成的差分放大器是基本对称的。一电阻R7与一稳压二极管D2相串联，电阻R7的一端与集成7812的输出端相连接，电阻R7与稳压二极管D2的公共点与晶体管T2的基极相连。晶体管T1的基极与电位器W1与电阻R1的公共点相连接，电容C2是一个滤波电容。一个具有第二导电类型(在此为PNP型)的晶体管T3的基极与晶体管T2的集电极与电阻R5的公共点相连接，所述晶体管T3的发射极与集成块7812的一个输出端相连接，其集电极与继电器J1的输入端相连接，二极管D1与继电器J1的电磁线圈相并联以防继电器J1被反向电流烧坏。
电路参数是这样选定的当电网电压不小于精度允许的下限值时，电路参数的选择使得上述晶体管T3的集电极的电流的大小能使继电器J1的状态在a位上；并且，在电网电压刚好等于精度所允许的下限值时，T3集电极的电流处于一临界值，即，其大小将刚好使继电器J1保持在a位上，如果上述集电极电流再稍大一点的话，就会使继电器J1跳向b位。当电网电压低于精度所允许的下限值时，电位器W1上的电压下降，因而，晶体管T1的基极电位将下降，从而引起T1的发射极电流减小，因而电阻R6的不接地的一端电位将下降。由于上述晶体管T2的的基极电位是一个基准电压，是恒定的，因而，T2的基－射电压将增大，从而使T2的集电极电流增大，因而，上述晶体管T3的基极电流相应增大，使T3的集电极电流超过其临界值，使继电器J1跳向b位。
由上述可知，上文中所述的动作执行电路中的所述基准电压与电网电压的所谓“比较”，是一个比较广义的技术用语，这种比较不光是直接地通过其差值的大小进行的，还可通过如上所述的电路间接地得以实现。
本实施例中，用于使开关元件J2动作的动作执行电路的一部分电路的实现方式与上述用于使开关元件J1动作的动作执行电路的一部分在原理上大相径庭。该部分由具有第三导电类型(在此例中为NPN型)的、以差分放大器形式相连接的晶体管T4、T5、分别与T4、T5的集电极相连接的电阻R8、R9、与T4、T5的集电极公共点相连接的电阻R10以及一个具有第四导电类型(在此为PNP型)的晶体管T6构成。与上述主要由晶体管T1、T2和T3构成的电路部分的不同之处为，其集电集与开关元件J2的输入端相连接的晶体管T6的基极是与基极作为动作执行部分输入端的晶体管T5的集电极相连接的，而不是象晶体管T3那样是与一个基极与基准电位相连接的晶体管T2相连接的。晶体管T4的基极与稳压管D2与电阻R7的公共点相连接。当电网电压不高于精度允许范围的上限时，电路参数的选择将使晶体管T6的集电极的电流的大小使开关元件J2处于C状态，而且，当电网电压刚好等于所述上限值时，T6集电极上的电流处于一临界值，即其大小恰能维持开关元件J2处于状态C，如果该电流再大一点，则将使开关元件J2改变至d状态。
二极管D3为保护开关元件J2免受反向电流烧坏而设。
至此，我们已详细介绍了上述控制部分中的动作执行电路的控制开关元件J1和J2动作的部分，通过上述介绍，显然可知，上述用于控制开关元件J1和J2的电路部分还可分别用作当电网电压过低或过高以至于上述开关装置的连接方式(2)不能得以实现时(即电网电压的波动范围超出本调压器可调整的范围时)，切断开关元件J3。
在本实施例的图2中，没有示出电网电压过高时用于切断上述开关元件J3的电路部分，而给出了一个当电网电压过小时用于切断J3的动作执行电路部分，该电路部分不同于上面介绍的部分，笔者有意给出例证以说明在本实用新型的构思范围内可提出各种各样的具体实施方式
，而本实用新型提出的保护范围并不想受到这些具体实施方式
的限制。
如图2所示，在本实施中采用了一块NE555时基电路，一方面用作延时保护电路，另一方面又可作为当发生过欠压时断开电器供电回路的动作执行电路部分。该NE555时基电路的引脚的接线方式如图2中所示，其内部电路原理图如图3所示。
参见图3，NE555内部是由两个高精度电压比较器u1、u2、两个与非门u3、u4以及三个5KΩ电阻R10、R11、R12组成的分压电路构成。
电压比较器u的正向输入端通过分压电阻R10与稳压块7812的输出端相连接，其负向输入端(6脚)与集成块内部的一个晶体管T7的集电极相连接，其公共连接点与电容C3的一端相连，C3的另一端接地。与非门u3的输出端3脚与开关元件J3的一端相连接，J3的另一端与集成块7812的输出端相连接，u3的一输入端(4脚)与集成块7812的输出端相连接，当电网电源接通以后，电路参数的选择使C3上的电位高于u1的正向输入端的电位，因而比较器u1输出为低电平，而电压比较器u2的正向输入端(2脚)与采样电路部分R3与W3公共点相连接，电路的参数的选择使电网电压高于本自动调压器电压调节范围的下限值时，u2的正向输入端(2脚)的电位高于其负向输入端的电位，与非门u4的输出端输出低电平，使J3接通电源，而当电网电压低于上述下限值时，正向输入端(2脚)的电位高于负向输入端的电位，从而，使与非门u4的输出端(3脚)输出一个高电平，从而改变J3的状态，使其迅速断开电器D的供电回路。
该集成块的这种连接方法还可用作上述用于瞬间断电延时保护的延时器。
当电网电源发生瞬间断电以后，电容C3通过晶体管T7的回路迅速放电使C3上的电压为零，当电网电源恢复供电时，由于电压比较器u1的正向输入端的电位高于其负向输入端的电位，从而，使电压比较器u1的输出端为高电平，假定此时电网电压的大小使电压比较器u2的正向输入端的电位仍高于其负向输入端的电位的话，则其输出为一高电平，从而，与非门u4的输出端为一高电平，因而，开关元件J3将仍保持断开状态不变，直至电容C3通过经过R11的回路充电完毕后重新使电压比较器u1的负向输入端的电位高于其正向输入端的电位时，u4方始输出一个低电平，从而使J3接通电器D的供电回路。因而，起到延时目的。延时时间由R11乘以C3的值决定，可选择它们的大小使延时5至8分钟。C4为滤波电容，D4为与二极管D1、D2作用相同的保护二极管。
在本实施例中由于使用了延时器，为防止通常使用电器时插上电源后不能立即起动电器，可装上一手动按钮K，该按钮K如图2所示串联在电容C3与稳压电源之间，可与电器起动按钮同步使用或在按动电器起动按钮前使用，当按下按钮K后，电容C3通过无电阻回路迅速充电，从而使电器能得以立刻起动。
至此，已对本实用新型的实施例作了尽可能详细的描述，正如前文所述，限于篇幅即为简明起见，不可能在此列举所有可能的实施方式，在下面的权利要求
中，也将不拘泥于本实用新型的具体实施例，而是实事求是地根据本实用新型的基本技术特征提出要求保护的范围。
权利要求
1.一种自动调压器，本实用新型的特征在于，它包括一个变压器，该变压器具有一个初级线圈，至少一个次级线圈，所述变压器的初级线圈与电网电源直接相连接；一个开关装置，该开关装置包括多个诸如继电器、干簧管或可控硅之类的开关元件，所述开关装置的连接方式(1)当电网电压正常时，所述开关装置将电器与电网电源直接相连接，(2)当电网电压偏离正常值时，所述开关装置将所述变压器的初级线圈与至少一个次级线圈同相或反相串联，以便在电网电压偏低时加上适当的补偿电压，而在电网电压偏高时，减去适当的补偿电压，(3)当电网电压发生大范围波动时，将电器的供电回路断开；一个用于控制上述开关装置的控制部分，该控制部分包括与电网电源相连接的将电网电源的交变电压变成直流电压的取样电路，上述直流电压的幅值与电网电压的幅值大致成正比，上述控制部分还包括动作执行电路，该动作执行电路的输入端与所述取样电路的输出端相连接，其输出端与所述开关装置的控制端相连接。
2.根据权利要求
1所述的自动调压器，其特征在于，所述变压器具有第一次级线圈和第二次级线圈，相应的，所述开关装置具有分别控制上述两个次级线圈的第一开关元件和第二开关元件，当电网电压正常时，所述两个开关元件的状态使所述变压器的两个次级线圈开路和／或短路，以便使电器与电网电源直接相连接(即与所述变压器的初级线圈相并接)；而当电网电压偏高时，所述第一开关元件和／或第二开关元件改变状态，使所述第一次级线圈与所述变压器的初级线圈反相串联，所述初级线圈与所述第一次级线圈串联后的两个不相连接的端点与电器相连接；当电网电压偏低时，所述第一开关元件和／或第二开关元件改变状态，使所述第一次级线圈和第二次级线圈同相串联后再与所述变压器的初级线圈同相串联，串联后所述初级线圈和／或次级线圈的不相连接的两个端点与电器相连接。
3.根据权利要求
2所述的自动调压器，其特征在于，其中，所述第一次级线圈的匝数大于所述第二次级线圈的匝数。
4.根据权利要求
1或2所述的自动调压器，其特征在于，其中，所述开关装置中还具有第三开关元件，该开关元件串联在电器的供电回路中，当电网电压正常或波动不大时，第三开关元件处于导通状态；当电网电压波动很大时，第三开关元件处于断开状态。
5.根据权利要求
1至3中任何一项中所述的自动调压器，其特征征在于，它还包括一个延时器，该延时器的输出端与所述开关装置的控制端相连接，其输入端与上述取样电路相连接，当发生瞬间断电后又恢复供电时，该延时器经过延时后输出一个信号，使所述开关装置接通电器的供电回路，而在延时期内，所述开关装置使电器供电回路断开。
6.根据权利要求
4所述的自动调压器，其特征在于，还包括一个延时器，该延时器的输入端与所述取样电路相连接，其输出端与所述第三开关元件的控制端相连接，当发生瞬间断电后又恢复供电时，该延时器经过延时后输出一个信号，使所述开关装置接通电器的供电回路，而在延时期内，所述开关装置使电器供电回路断开。
专利摘要
一种尤其适用于家用电器的自动调压器，该调压器主要包括一个具有一个初级线圈和多个次级线圈的变压器，一个开关装置，以及控制上述开关装置的控制部分，所述控制部分可根据电网电压的波动情况发出相应的控制信号给所述开关装置，使所述开关装置相应地改变状态，将上述次级线圈与电网电源正相和/或反相串联后提供给电器。本自动调压器的优点是结构简单、成本低廉，且适用于作出各种改进以提高其性能和增加其用途。
文档编号H01F29/00GK87208669SQ87208669
公开日1988年4月20日 申请日期1987年5月30日
发明者王鸿涵, 阳万春, 钱宪生, 黄惠民 申请人:江苏省激光研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan