专利名称：无级相控补偿式交流稳压调压装置及其电压补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种交流稳压方法及交流稳压装置，更具体地说，是涉及一种无级相控补偿 式交流稳压调压装置及其电压补偿方法。
背景技术：
交流稳压装置广泛应用于工业自动化，成套设备、道路节能照明、数控机床、轻纺、医 疗、宾馆、广播电视、通讯设备等各种需要稳定的交流电源供电的场合。
常用的交流稳压器以补偿式较多，是利用连接在主回路上的补偿单元产生的压降和输入 电压叠加得到稳定输出电压。获得合适的补偿电压的方法有多种，可通过调整补偿变压器上 初级侧工作绕组和次级绕组的变比实现，也可通过调整补偿变压器上初级绕组上所加电压的 方式实现。
发明内容
本发明的目的，即在于提供一种适用于现有电网所有电压等级的、应用于补偿式交流稳 压调压装置的新的电压补偿方法，以及应用该电压补偿方法的相控补偿式交流稳压调压装置。 与现有技术相比，本发明更能节省补偿变压器绕组及铁心耗材，且可供任何单相三相需要稳 压的负载使用，同时，还可实现无级补偿。
本文中所指补偿式交流稳压调压装置包括有补偿变压器，该补偿变压器的次级绕组串接 于电源与负载之间，其初级绕组的两端接至控制电路。
发明原理及思路-
对于补偿式交流稳压调压装置来说，其输入电压U入、输出电压l^与补偿电压AU的关 系为(假设U入与AU的相位角为①) U出^U入+ AU
=Ua (COS0。十jSIN0。 ) +々U (C0S①+jSIN0)) 二(U入+AU , C0S①)+jAU SI,. 特别地，当U入与AU同相位时，幅値U出二Ua+AU;
当LU与AU反相位时，幅值U出二U人一AU。 由以上分析得知显然，仅仅通过人为调整U入与AU的相位角cI)，就可以达到调整输 出电压值的目的。而且，还可以实现无级调压。这与传统的通过调整补偿变压器变比以调压 或稳压的方式相比，显然可以节省变压器绕组的消耗，同时，也更简单、方便、高效。此外，由于LU与AU的相位角cD可以为-18(T 0 180 所以，当U人与AU幅值不变时， 必然存在着在特定相位角0和-0时，Ua与U入在幅值上完全相等，而LU,超前或滞后U;^角。 这可以应用于输入电压与输出电压幅值要求相同、而其相位相异的某些特殊场合。
根据如上原理及思路，本发明所述补偿式交流稳压调压装置中补偿电压的方法包括如下
步骤
1) 对装置输入、输出侧电压进行检测、采样；
2) 采样得到的输出电压值与目标值进行比较；
3) 以装置输入侧电压相位为基准，调整加在补偿变压器初级绕组两端的电压相位，以在 其次级绕组两端获得方向及大小合适的补偿电压。
上述调整加在所述补偿变压器初级绕组两端的电压相位的方法步骤为
1) 先对控制电路的工作电源进行整流；
2) 与采样得到的输出电压值及检测得到的输入侧电源相位比较，计算出所需电压相位的 调整值，然后进行脉宽调制移相逆变；
3) 逆变得到的交流电经高频变压、滤波后输出与装置输入电源同频的正弦波移相电压。 上述方法中所指装置供电电源及工作电源可为单相或三相交流电。
应用上述补偿电压方法的无级相控补偿式交流稳压调压装置，包括有补偿变压器，所述 补偿变压器的次级绕组串接于电源与负载之间；本装置还包括有
1) 配接有工作电源的相位调整电路，用于输出相位可调整的正弦波移相电压；本相位 调整电路的输出端接所述补偿变压器的初级绕组；
2) 串接于装置电源输入端与该相位调整电路之间的相位检测电路，用于检测本装置输 入电源的相位信息并反馈至相位调整电路；
3) 串接于该相位调整电路与负载之间的釆样电路，用于采集本装置负载侧电压信号， 并反馈至所述相位调整电路。
上述相位调整电路，包括有依次相连的整流电路、脉宽调制移相逆变电路、高频变压电 路及滤波输出电路；所述整流电路的输入端接工作电源，所述滤波电路的输出端接至所述补 偿变压器的初级绕组；所述脉宽调制移相逆变电路还与前述相位检测电路及采样电路的输出 端相连。
同样地，本装置供电电源及所述相位调整电路的工作电源可为单相或三相交流电源。 当电网电压波动或负载变动造成装置输出侧电压波动时，根据对装置输出侧采样得到的电压值，与目标值进行比较；配合以对装置输入侧电源相位进行检测的结果，调整加在补偿 变压器初级绕组两端的电压相位，即可在其次级绕组两端获得方向及大小合适的补偿电压。 该补偿电压与输入电压矢量叠加，即可使输出电压达到目标值，从而使该装置具有稳压功能。 同理，亦可进行主动调压。
由于本发明方法在电压补偿时仅通过调整补偿变压器初级绕组供电电源相位即可实现， 所以，容易实现无级补偿，并且，调节精度高、应变迅速、效率高，稳压效果好；同时，还 可节省补偿变压器绕组及铁心耗材的使用量，可在较大程度上降低整机制造成本、整机体积 及重量。此外，本发明无级相控补偿式交流稳压调压装置适用范围广，可供任何单相三相需 要稳压的负载使用，适用于现有电网所有电压等级。
图1是本发明无级相控补偿式交流稳压调压装置的一个实施例的电路原理图。 图2是本发明无级相控补偿式交流稳压调压装置相位调整电路的一个实施例的电路框图。 图3是U入与AU间相位角为O)时，输入电压U入、输出电压Uffi与补偿电压AU间的矢 量关系图。
图4是U入与AU同相位时，输入电压U入、输出电压l^与补偿电压AU的矢量关系图。 图5是U入与AU反相位时，输入电压U入、输出电压l^与补偿电压AU的矢量关系图。 图6是U入与AU幅值保持不变的情形下，随着相位角①变化时，输入电压IU、输出电 压U *与补偿电压A U的矢量关系变化示意图。 附图标记说明
Ux-本装置输入端电压(接电源) Us-本装置输出端电压(接负载)
△ U-补偿电压 T-补偿变压器
Q初-补偿变压器T的初级绕组Q -补偿变压器T的次级绕组
具体实施例方式
以下结合附图对本发明无级相控补偿式交流稳压调压装置及其电压补偿方法作进一步的 说明。
如图l所示的本发明无级相控补偿式交流稳压调压装置，包括有补偿变压器T，其次级 绕组Q&串接于电源与负载之间(即U入与Ua之间)；本装置还包括有配接有工作电源的相位 调整电路、电源输入端与该相位调整电路之间设有的相位检测电路、相位调整电路与负载之 间设有的采样电路；相位调整电路的输出端与补偿变压器的初级绕组Q^相接。 采样电路用于采集本装置负载侧Ua的电压信号，并反馈至相位调整电路； 相位检测电路用于检测本装置输入电源U入的相位信息，并反馈至相位调整电路； 相位调整电路根据上述信息与目标电压值进行比较后，对工作电源的相位进行调整，然 后输出至补偿变压器的初级绕组Q 。
图中的本装置供电电源及所述相位调整电路的工作电源，可根据实际需要选用单相或三相交流电源。
图2是相位调整电路的一个电路示意框图。如图所示，该相位调整电路包括有依次相连 的整流电路、脉宽调制移相逆变电路、高频变压电路及滤波输出电路；所述整流电路的输入 端接工作电源，所述滤波电路的输出端接至所述补偿变压器的初级绕组；所述脉宽调制移相 逆变电路还与前述相位检测电路及采样电路的输出端相连。
整流电路，用于实现将工作电源的AC/DC变换；
脉宽调制移相逆变电路，包括DC/AC转换电路及脉宽调制移相信号产生电路；脉宽调制 移相信号产生电路，用于产生脉宽调制信号(P觀)，并用于控制所述AC电压；其中P觀信 号产生部分包括有相位调节部分，所述相位调节部分可根据装置采样电路及相位检测电路中 获得的输出输入电压相位信息与目标电压值进行比较，将所述P丽信号相对于装置输入电源 UA的相位进行移相调节。
高频变压电路及滤波输出电路，用于将从脉宽调制移相逆变电路输出的、与装置供电电 源同频率的SP丽波转换为正弦波后输出至补偿变压器的初级绕组Q初。
各部分电力电子电路均有现有技术可以借鉴，在此不再详述。
稳压工作过程分析当电网电压U入波动或负载变动等原因造成输出电压LU波动时，采 样电路将输出电压的变化反馈至相位调整电路，相位调整电路中的脉宽调制移相逆变电路根 据其与目标电压值的差异，以相位检测电路得到的输入电源U入的相位值为基准，将相位调整
电路的输出电压作相应角度的超前或滞后移相处理后加在补偿变压器的初级绕组Q^上，从 而在次级绕组Q^两端获得方向及大小都合适的补偿电压AU;该补偿电压AIJ与输入电压U A矢量叠加，从而可使输出电压值Ua保持稳定。
调压工作过程也可同理分析，在此从略。
UA与AU间相位角为O时，输入电压U入、输出电压Uw与补偿电压厶U间的矢量关系 图如图3所示。由图可知，调节AU与U入间的相位角①，可以达到等效补偿电压从一AU到 十厶U的平滑调节，如果选择适当的变比，可以形成较宽的稳压、调压范围。
其两个特例、UA与AU同相位及反相位时的输入电压U入、输出电压Uw与补偿电压AU 的矢量关系图如图4和图5所示。
图6是U入与AU幅值均保持不变的情形下，随着相位角O变化时，输入电压IU、输出 电压Utt;与补偿电压AU的矢量关系变化示意图。如图，在特定相位角P和-6时，Ua,与U入 在幅值上完全相等，而U^超前或滞后U;^角。
权利要求
1.一种无级相控补偿式交流稳压调压装置中补偿电压的方法，所述稳压调压装置的补偿变压器的次级绕组串接于电源与负载之间，其初级绕组的两端接至控制电路；该方法的特征在于包括如下步骤对装置输入、输出侧电压进行检测、采样；采样得到的输出电压值与目标值进行比较；以装置输入侧电压相位为基准，调整加在所述补偿变压器初级绕组两端的电压相位，在所述次级绕组两端获得方向及大小合适的补偿电压。
2. 根据权利要求1所述的无级相控补偿式交流稳压调压装置中补偿电压的方法，其特 征在于，调整加在所述补偿变压器初级绕组两端的电压相位的方法步骤为对所述控制电路的工作电源进行整流；与采样得到的输出电压值及检测得知的输入侧电源相位比较，计算出所需电压相位的调 整值，然后进行脉宽调制移相逆变；经高频变压、滤波后输出与装置输入电源同频的正弦波 移相电压。
3. 根据权利要求2所述的无级相控补偿式交流稳压调压装置中补偿电压的方法，其特 征在于所用供电电源及工作电源为单相或三相交流电源。
4. 一种无级相控补偿式交流稳压调压装置，包括有补偿变压器，所述补偿变压器的次 级绕组串接于电源与负载之间；其特征在于还包括有1 )配接有工作电源的相位调整电路，用于输出相位可调整的正弦波移相电压；2)串接于装置电源输入端与该相位调整电路之间的相位检测电路，用于检测输入电源的相位信息并反馈至相位调整电路；3 )串接于该相位调整电路与负载之间的采样电路，用于采集负载侧电压信号，并反馈至所述相位调整电路；所述补偿变压器的初级绕组接至所述相位调整电路的输出端。
5. 根据权利要求4所述的无级相控补偿式交流稳压调压装置，其特征在于所述相位 调整电路包括有依次相连的整流电路、脉宽调制移相逆变电路、高频变压电路及滤波输出电 路；所述整流电路的输入端接工作电源，所述滤波输出电路的输出端接至所述补偿变压器的 初级绕组；所述脉宽调制移相逆变电路还与前述相位检测电路及采样电路的输出端相连。
6. 根据权利要求4或5所述的无级相控补偿式交流稳压调压装置，其特征在于本装 置供电电源及所述相位调整电路工作电源为单相或三相交流电源。
全文摘要
本发明公开了一种无级相控补偿式交流稳压调压装置及其电压补偿方法，其补偿变压器的次级绕组串接于电源与负载之间；该装置还包括有配接有工作电源的相位调整电路，串接于电源与该相位调整电路之间的相位检测电路，串接于该相位调整电路与负载之间的采样电路；所述补偿变压器的初级绕组接至所述相位调整电路的输出端。由于本发明的电压补偿仅通过调整相位调整电路的输出电压相位即可实现，所以容易实现无级补偿，并且，调节精度高、应变迅速、效率高，稳压效果好；同时，还可节省补偿变压器绕组及铁心耗材的使用量，可较大降低整机制造成本、整机体积及重量。本发明适用范围广，可供任何单相三相需要稳压的负载使用，适用于现有电网所有电压等级。
文档编号G05F1/253GK101615045SQ20091011426
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月29日 优先权日2009年7月29日
发明者骆武宁 申请人:南宁微控技术有限公司