一种自动电压平衡装置的制作方法

本实用新型属于目标产品所需的可控硅控制技术、变压器技术、嵌入式计算机技术及其它各项相关的技术领域，具体涉及一种自动电压平衡装置。

背景技术：

对于用户来说，电压是否合格是是他们的终极用电目标；对于供电部门来说，功率因数是选配电缆和变压器容量的重要因数，是供电成本和配网效能的重要考核目标。电压过低或过高都会存在用电风险。

低电压的危害：

（1）烧毁电动机，电压过低超过10％，将使电动机电流增大，线圈温度升高严重时甚至烧损电动机；

（2）增大线损，在输送一定电力时，电压降低，电流相应增大，引线损增大；

（3）降低送、变电设备能力，由于电压降低，相应降低线路输送极限容量，因而降低了稳定性，电压过低可能发生电压崩溃事故。

电压过高的危害：

（1）对配变本身的影响

电压过高引起铁芯磁通密度增加，严重时铁芯饱和（尤其是质量差的配变），配变损耗急剧增加，引起谐振，产生谐波，影响其它用电设备。

（2）对用电设备的影响

电压过高会导致大部分的用电设备寿命大幅缩短，并造成损耗增加。如电压升高10%，白炽灯的使用寿命寿命减少约70%。

针对配网“低电压”问题，除采取管理手段外，重点依靠以下几种技术措施进行解决：

1）有载调压开关：适用在高压场合，大容量，一次投入成本太高、生产周期长，对于配网台区变主要集中在对于6KV、10KV、35KV等应用场合容量要求在几百千瓦到几兆瓦之间，机械结构复杂，成本较高，维护工作量大，换挡反应速度慢，三相同步调节但调节过程中容易三相不同步、容易起弧，油绝缘污染大，机械机构寿命有限，不能频繁切换，需要定期维护，可解决集中供电电压低的问题，对于分散负荷无能为力，无法同时兼顾近端和远端电压质量要求，基本上解决不了台区变副边线路末端用户的电压质量要求，对于380V及以下电压的补偿，缺少相应产品，对于低压线路末端电压补偿往往是无能为力；

2）普通稳压器：调压速度慢，机械碳刷及油浸型需要7-10秒才能完成；机械式调压，有触点，寿命短，使用成本高、机械及碳刷型稳压器80%故障产生于机械和碳刷，需定期维护。稳压范围小、效率低；工作方式为利用碳刷滑动接触绕线表面产生火花电弧，进而造成突波（浪涌）现象，瞬间的突波回造成PC设备故障；负载适用性差，不适用非线性设备；复杂碳刷会使用之频繁度而决定磨损之快慢，有碳刷更换及维护，环形变压器线圈与接触面，皆经研磨过，会因碳刷磨损后起电弧造成线圈平面凹凸不平，除非线圈重新研磨过，否则更换线圈后亦使用不长；若分相调整，还要增加费用 ；承载能力差，一般设备启动电流必须考虑增加容量，启动电流会造成压降或造成碳刷磨损加快；适用环境能力差，耐震性差无法承受恶劣环境非固定性结构、因碳刷滑动于线圈表面，接触部分在运输过程或使用于震动性场所，极易使碳刷断裂，耐震性差。线圈结构表面为开放式，油气，水气，落尘多之环境，易造成线圈表面层间短路，烧坏线圈，市面上出现的基于晶闸管控制技术的具有同类功能的稳压器产品较少，调压档位少，冗余功能多，大多不适合户外安装使用，对使用者要求多，价格贵；

3）SVG ：主要用于动态无功补偿，控制功率因数，虽然也可以起到支撑电压作用，但是对于线路过长导致的电压跌落补偿意义不大，补偿深度有限，同时在线路满足功率因数要求的情况下，输出无功，抬高电压会增加线损；而且价格昂贵；

4）安装配电变压器，改造分支线路：造价高，小负荷下供电成本较难回收，对于较大长度时，效果有限；

5）安装分布式发电装置：特点：能提高供电可靠性，能源的造价较高；

6）安装自动电压平衡装置：

a、所需的装置容量小，大部分用户由系统直接提供；

b、造价低，性价比较高；

c、提高末端电压，减小线路损耗，提高线路有功输送能力。

d、调压范围宽，可灵活定制。

综上，自动电压平衡装置主要以解决工厂、农村、城镇小区等配电线路过长造成的末端电压跌落或配电网电压瞬间跌落影响供电电压质量的场合，是一种基于可控硅控制技术的智能型、无触点、自动调压的新型串联线路调压装置。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种自动电压平衡装置，通过控制可控硅改变分接位置，从而改变三相变压器变比220V/(220V+ax-an），达到调整电压的目的，可控硅切换时实现无涌流切换和无缝切换，大大解决配电网末端电压跌落或电压瞬间跌落的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供了一种自动电压平衡装置，所述的自动电压平衡装置串联在380V三相四线制线路中，所述的自动电压平衡装置包括三相变压器、可控硅和智能化的自动控制器，所述的三相变压器的整个线圈包括原边线圈和副边线圈，所述的副边线圈的抽头通过可控硅连接至原边线圈的异名端，三相变压器通过可控硅串联线路中，所述的自动控制器输出驱动指令信号到可控硅的门极驱动电路。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的副边线圈采用多绕组抽头，包括正向绕组和负向绕组。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的自动控制器采用28系列的DSP控制芯片。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的自动控制器采集电压、电流和状态输入信号送到控制芯片，再由控制芯片处理，通过控制输出驱动到对应的可控硅，将其关断，导通下一档位的可控硅，进行自然无涌流切换档位。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的三相四线制线路的两端分别设置有三相进线和三相输出线。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的自动电压平衡装置，通过控制可控硅改变分接位置，从而改变三相变压器变比220V/(220V+ax-an），达到调整电压的目的，可控硅切换时实现无涌流切换和无缝切换，大大解决配电网末端电压跌落或电压瞬间跌落的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1 是本实用新型自动电压平衡装置的一较佳实施例的电路图；

图2是多抽头串联变压器的设计；

图3是自动电压平衡装置调压原理图；

图4是自动电压平衡装置主电路原理图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-4所示，本实用新型实施例包括：

一种自动电压平衡装置，所述的自动电压平衡装置串联在380V三相四线制线路中，例如，将其串联在台区变的低压侧，即台区变的输出接自动电压平衡装置，自动电压平衡装置输出接至用户线路。当台区变的低压侧电压浮动时，自动电压平衡装置稳定输出在220V（相电压）左右，以保证末端电压平衡。

所述的自动电压平衡装置包括三相变压器、可控硅和智能化的自动控制器，所述的三相变压器的整个线圈包括原边线圈和副边线圈，所述的副边线圈的抽头通过可控硅连接至原边线圈的异名端，三相变压器通过可控硅串联线路中，所述的自动控制器输出驱动指令信号到可控硅的门极驱动电路，通过控制可控硅，改变分接位置，从而改变三相变压器变比，达到调整电压的目的。

上述中，所述的副边线圈采用多绕组抽头，包括正向绕组和负向绕组。

进一步的，所述的自动控制器采用28系列的DSP控制芯片，主要由28系列的DSP控制芯片、电压采样、电流采样、状态输入、通讯端口、控制输出、数据存储等电路组成。所述的自动控制器通过采集电压、电流和状态输入信号送到控制芯片，再由控制芯片处理，通过控制输出驱动到对应的可控硅，将其关断，导通下一档位的可控硅，进行自然无涌流切换档位。根据系统电压变化，关断/导通相应的可控硅，进行自然无涌流切换档位。

本实施中，所述的三相四线制线路的两端分别设置有三相进线和三相输出线。

具体地，自动电压平衡装置的产品构成主要包括：主电路部分、辅助电路部分和控制电路部分。

主电路部分主要是大电流通过的部分，包括输入排、旁路接触器主触点（或可控硅）、变压器原副边线圈绕组、空开及输出排。

辅助电路部分主要是除主电路以外的部分，包括测量采样回路、控制部分、驱动电路、保护回路、接触器和继电器的线圈及辅助触点、温度继电器触点、保护电路触点等。

控制电路是整个装置的核心部分，它主要由DSP芯片、电压电流采样电路、开入及开出信号处理电路、通讯端口、数据存储电路、驱动控制输出电路和硬件保护电路等组成。

产品原理：

通过可控硅改变分接位置，从而改变三相变压器变比，达到调整电压的目的。绕组抽头通过可控硅串联，连接至原边线圈的异名端，装置检测系统电压的变化，判断相应档位的可控硅关断或开通，改变变压器的变比，从而达到稳压的效果。

控制原理：

采用外部中断检测系统电压的频率确定模拟量的采样周期，采用DSP定时中断进行定时中断、模拟量采样、系统电压有效值计算、系统电压和输出电压平均值滤波等操作。

每间隔一段时间进行一次系统电压范围判断，如果系统电压在调压范围之内，则进行换挡操作，即触发驱动电路，输出对应变压器抽头的可控硅门极信号，导通可控硅（检测系统电流，过零触发），实施调压。换挡判断的电压范围根据变压器抽头绕组的技术参数来定。

自动电压平衡装置，三相可同时进行调压操作，也可以三相分别进行调压操作。三相同时调节，系统电压采样取三相系统电压有效值的平均值进行调压；三相独立调节，系统电压采样分别取A、B、C相系统电压有效值对A、B、C相单独进行调压。

产品主要功能：

1）电压调节范围：既可以正向调压，也可以负向调压。主要由变压器副边线圈的技术参数决定，一般来说，负向电压补偿的深度-30%，正向电压补偿的深度+30%，就可以满足380V线路下的全部低电压问题；

2）稳压精度范围：可在+/-10%——+/-10%之间；

3）补偿模式设定功能：安装前，在调试模式下，设定好参数，将装置设置为正常运行模式，安装后，将永久运行；

4）不会造成母线电压波动及闪变；

5）可与无功补偿电容并联运行，具有网谐振抑制功能；

6）具有运行参数和定值设置功能；

7）具有事件显示及其记录功能；

8）具备运行状态实时显示、人机交互功能；

9）具有过/欠压、过流、过载、过温等保护功能；具有装置软启动、限流 运行、掉电自启动等功能；

10）具有网络通讯功能，可进行远方监控。

产品性能指标：

1）额定电压等级380 VAC（－10% +10%）；

2）接线方式：三相四线制；

3）满载损耗：采用铜芯绕组，损耗≤ 1%；

4）自动旁路设计，内置快速切换旁路开关，在装置调压回路出现故障时，可以快速切换到旁路模式，最大程度减少用户失电时间；

5）响应时间：50ms之内，响应时间包括检测到系统电压变化、DSP计算至驱动指令下发这一段时间；

6）输出电压失电时间：<2ms；

7）过载能力：过载能连续运行一段时间，一段时间后报故障进入机械旁路；过载故障消失后，可自动由机械旁路转为调压模式。

实施例：

图3显示为自动电压平衡装置调压原理图。A、B、C、N分别为三相进线；U、V、W、N分别为三相出线。三相变压器的整个线圈分为两部分：原边线圈、副边线圈，副边线圈每相以3个绕组为例，分别为a1/an、a2/an、an/a3、b1/bn、b2/bn、bn/b3、c1/cn、c2/cn、cn/c3。原边线圈与副边线圈同名端，如图1。

主电路搭建，如图1和3所示：

原边线圈A接进线A相，同时与副边线圈异名端a1相接；原边线圈N接进线N相，副边线圈an抽头接输出U相。其中，副边线圈绕组的抽头（a1、a2、an、a3）通过4个可控硅后，都接至进线A相上；

原边线圈B接进线B相，同时与副边线圈异名端b1相接；原边线圈N接进线N相，副边线圈bn抽头接输出V相。其中，副边线圈绕组的抽头（b1、b2、bn、b3）通过4个可控硅后，都接至进线B相上；

原边线圈C接进线C相，同时与副边线圈异名端c1相接；原边线圈N接进线N相，副边线圈cn抽头接输出W相。其中，副边线圈绕组的抽头（c1、c2、cn、c3）通过4个可控硅后，都接至进线C相上。

根据调压范围的深度，来选择或定制变压器副边绕组的参数，调压范围的不同，导致的只是变压器副边绕组的个数和相应抽头对应的可控硅个数。主电路接法与上述一致即可。

最终都是通过可控硅改变分接位置，从而改变三相变压器变比，达到调整电压的目的。

图3中的自动控制器，主要由28系列的DSP控制芯片、电压采样、电流采样、状态输入、通讯端口、控制输出、数据存储等电路组成。自动控制器采集电压、电流、状态输入信号，送到控制芯片，再由控制芯片处理，通过控制输出驱动到对应的可控硅，将其关断，导通下一档位的可控硅，进行自然无涌流切换档位。

综上所述，本实用新型的自动电压平衡装置，通过控制可控硅改变分接位置，从而改变三相变压器变比220V/(220V+ax-an），达到调整电压的目的，可控硅切换时实现无涌流切换和无缝切换，大大解决配电网末端电压跌落或电压瞬间跌落的问题。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。