一种智能型无触点交流稳压器的制作方法

本实用新型属于电子技术领域，尤其涉及一种智能型无触点交流稳压器。

背景技术：

早期研发生产的机械式稳压器，由于存在碳刷打火、调压响应时间慢等缺陷，现已大部分被无触点交流稳压器所替代。相关产品统计使用显示：目前市场流行的无触点稳压器，晶闸管作为调压回路的关键器件，由于切换瞬间产生的浪涌电流、变压器回路高压，直接导致大功率负载工况下的稳压器故障频繁发生。较大功率(200kva以上)稳压器和同款中、小功率(100kva以下)稳压器比较，晶闸管的故障损坏率成倍攀升；尤其在300kva以上的大功率稳压器，维修成本更是无法有效控制。究其原因，除开晶闸管品质因素外，稳压器的智能化程序设计、合理的电路结构更是关键因素之一。

所以，如何设计一种智能型无触点交流稳压器，成为我们当前要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型旨在解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种智能型无触点交流稳压器，包含微电脑控制单元、三相晶闸管矩阵可控调节单元、辅助变压器单元、三相电压补偿变压器单元、运行参数采样、保护单元；其中：

所述微电脑控制单元连接三相晶闸管矩阵可控调节单元；

所述三相晶闸管矩阵可控调节单元连接辅助变压器单元；

所述辅助变压器单元连接三相电压补偿变压器单元；

所述运行参数采样、保护单元与微电脑控制单元连接。

所述微电脑控制单元具有信息采集系统、信号处理系统、侦测系统和保护系统；人机对话功能、直观显示屏以及状态指示监控界面；所述微电脑控制单元连接晶闸管控制极。

所述三相晶闸管矩阵可控调节单元，三相调压变压器抽头电压输出端对应连接三相短路保护熔断器，三相短路保护熔断器对应连接三相调压晶闸管输入端；三相调压晶闸管采取矩阵式组合方式，连接到辅助变压器输入端。

所述辅助变压器单元由匝数相同、功率相等的二个绕组同向同柱绕制，经绕组中心输出头连接正、负极性补偿晶闸管公共输入端；该辅助变压器首端连接晶闸管矩阵组奇数编，尾端连接晶闸管矩阵组偶数编。

所述三相电压补偿变压器单元为普通双绕组隔离变压器，绕组中心头连接输入电源零线，双绕组二端分别连接正、负极性补偿晶闸管输出端；副边绕组尾端连接输入电源火线，副边绕组始端连接稳压输出端。

所述运行参数采样、保护单元输入端连接电压、电流采样互感器，输出端连接微电脑参数控制端、报警电路输入端。

本实用新型的有益效果：采用微电脑控制技术，采用个性化设计、强大的人机对话功能、直观显示屏以及状态指示监控界面；稳压器集数字化、人性化为一体，具有强大的信息采集、信号处理系统、故障侦测系统和完善的稳压参数保护系统，进一步提高了产品质量；稳压器采用补偿式稳压、晶闸管调压，增加变压/电抗式辅助变压器串入晶闸管调压回路，改变回路阻抗，抑制谐波电流峰值，避免晶闸管切换瞬间产生的电流短路、变压器高压断点现象发生。与同款稳压器相比，本实用新型稳压器具有响应时间快、稳压精度高、调压过程不断流、产品免维护、输出大功率等优点；是节能、环保、高效的电源产品。

附图说明

图1为三相主回路图；

图2为微电脑控制屏示意图；

图3为参数显示定义表；

图4为参数设定定义表；

图5为稳压器寄存器地址和通讯参数表；

图6为例1命令表；

图7为例1响应表；

图8为例2命令表；

图9为例3命令表；

图10为例3响应表；

图11为例4命令表；

图12为例4响应表；

图13为例5命令表；

图14为例5响应表；

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中显示。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

参照图1，三相调压变压器抽头电压输出端对应连接三相短路保护熔断器(fu1-5)，三相短路保护熔断器对应连接三相调压晶闸管输入端，三相调压晶闸管输出端经晶闸管矩阵组合连接到辅助变压器绕组输入端；所述辅助变压器单元由匝数相同、功率相等的二个绕组同向绕在同柱铁芯制成，经二绕组中心头输出端子连接正、负极性补偿晶闸管(k7-8)公共输入端；辅助变压器第一绕组首端和晶闸管矩阵组合奇数编(1、3、5)连接，辅助变压器第二绕组尾端和晶闸管矩阵组合偶数编(2、4、6)连接；辅助变压器在电抗、变压模式下切换工作；三相补偿变压器原边绕组中心头连接输入电源零线，原边绕组二端分别连接正、负极性补偿晶闸管(k7-8)输出端；三相电压补偿变压器副边绕组尾端连接输入电源火线(相线)，副边绕组始端连接到输出负载。所述补偿变压器为隔离式，电压比受控稳压范围。

作为本实用新型优选的实施例，其中：

微电脑控制单元：采用12位高速ad采集，每周波采集64点，单片机进行数字处理运算，电子模块快速补偿，需要说明的是，此处的单片机只需满足实用条件即可。

可设定多种调整方式：

同调：当设定同调时，ad同时采集a、b、c三相电压的真有效值进行平均计算，给出指令进行补偿，可以有效提高三相电压的不平衡度；

分调：当设定分调时，三相电压各自调整，保证三相电压都在精度范围内。

测量技术先进：

12位ad采集，单片机进行数字滤波及真有效值计算，控制精确无误，大规模可编程逻辑器件与单片机的完美配合。

人性化的界面：

通过操作面板触摸键可以设定各种指标。

输出波形无失真：

无触点过零开关切换，同频、锁相、正弦波叠加补偿原理。

抵抗谐波干扰：真有效值电压检测。

负载范围广：阻性、容性、感性负载都能适应。

缓启动抗冲击：具有先稳压再输出功能。

完善的保护功能：当出现过压、欠压时可在1秒内保护或者不间断自动转换至旁路工作，并且具有完善的缺相、过载、短路保护及故障后声光报警功能。

电压电流显示：电压、电流分别真有效值lcd数字显示。

微电脑控制屏(如图2)：

①参数显示及参数设定窗口。

②menu：通过该键设定和查看稳压器参数。

③“+”：参数设定键(增加)或参数查看切换。

④enter：参数设定确认键。

⑤“-”：参数设定键(减少)或参数查看切换。

参数显示定义(如图3)，参数设定定义(如图4)，在此不做赘述。

参数设定及参数查看：

1、按下“+”或“-”键可以循环显示列表中的参数。

2、按下“menu”键，进入参数设定界面，按下“enter”键可以进入到参数设定界面，按下“+”或“-”键进入到列表中的参数设定项。

微电脑通讯接口：

通讯格式满足modbus-rtu协议格式；

波特率：1200bps,2400bps,4800bps,9600bps可选择；

数据格式：1位起始位、无校验、8位数据位、1位停止位(主机端发送数据时的modbus-rtu协议格式为："9600,n,8,2")。

功能码：03h，读寄存器，图5中的所有寄存器都可读，最长字节数40字节，超出无效。

例1：读当前电压、电流。

数据起始地址：0009

数据长度：06

命令：(如图6)

响应：(如图7)

例2：读电量

数据起始地址：0010

数据长度：03

命令：(如图8)

例3：读参数设定值(工作模式、过载保护值、精度设定值、故障处理方式、中心电压设定值、电流互感比设定值、稳压方式设定值)

数据起始地址：0002

数据长度：07

命令：(如图9)

响应：(如图10)

功能码06h,预置单个寄存器，表中的0000-0008共9个寄存器可进行写操作。

例4：预置工作模式寄存器为“稳压”模式

数据起始地址：0002

数据长度：01

数据：01

命令：(如图11)

响应：(如图12)

例5：预置工作模式寄存器为“市电”模式

数据起始地址：0002

数据长度：01

数据：02

命令：(如图13)

响应：(如图14)

三相晶闸管矩阵可控调节单元：三相自藕调压变压器(t13、t23、t33)始端连接稳压输出电源的相线端(r、s、t)，尾端连接输出电源零线端(n)。三相自藕调压变压器线圈抽头电压值由稳压器补偿范围确定。常规抽头电压：0v、44v、88v、132v、176v、220v。线圈抽头端(1-6)按序对应连接三相熔断器输入端(fu1-6、fu21-26、fu31-36)；三相熔断器输出端对应连接调压晶闸管输入端(k1-6、k21-26、k31-36)。调压晶闸管按矩阵组合方式连接：每相调压晶闸管奇数编(k1、3、5)的输出端合并连接为一端，调压晶闸管偶数编(k2、4、6)输出端合并连接为另一端，调压晶闸管矩阵组合两个输出端分别连接到辅助变压器绕组的输入端。三相调压变压器输出的抽头电压，由微电脑控制调压变压器相邻绕组晶闸管交替渐进式导通：

a、晶闸管调压矩阵奇数端(k1、3、5，选择1个晶闸管导通，其余截止)和偶数端(k2、4、6，选择1个晶闸管导通，其余截止)，同时有控制电压输出，两路导通电压经输出端子连接到后级电路(辅助变压器)；

b、晶闸管调压矩阵只有奇数端输出(k1、3、5选择1个晶闸管导通，其余截止)，或者只有偶数端输出(k2、4、6，选择1只晶闸管导通，其余截止)，导通的单路电压经输出端子连接到后级电路。

其意义在于调压变压器抽头电压通过晶闸管切换时，始终有控制电压输出(调压变压器相邻二组或者单组)，保证调压不断流；同时，晶闸管矩阵输出到后级的电压始终有负载存在(变压器/电抗器高阻抗存在)，有效抑制回路高压产生。

辅助变压器(t12、t22、t32)单元：集电抗、变压为一体，变压/电抗交替工作。辅助变压器绕组由匝数相等、功率相同的双线圈同柱同向绕制，第一线圈的尾端和第二线圈的首端合并在一起成为中心输出端，连接到正、负极性补偿晶闸管组合(k71/81，k72/82，k73/83)交流电压输入端。来自晶闸管矩阵输出的双路控制电压，经辅助变压器中心端子加到正、负补偿极性三相晶闸管(k71/81，k72/82，k73/83)公共输入端，极性晶闸管输入端得到的电压只是晶闸管矩阵输出控制电压的一半(1/2)，此状态为变压器工作模式。来自晶闸管矩阵输出的单路控制电压(奇数编1、3、5输出端口，或者偶数编2、4、6输出端口)，加到辅助变压器绕组端口后，也经辅助变压器中心头直接输出。此时辅助变压器的绕组(偶数编/奇数编端口)只为调压变压器控制电压提供回路通道，辅助变压器工作在电抗器模式，电压变比是1:1。

补偿变压器单元：原边绕组为常规带中心头的隔离变压器绕组制作，原边绕组首端连接正补偿晶闸管(k71、k72、k73)输出端；原边绕组尾端经熔断器(fu16、fu26、fu36)连接负补偿晶闸管(k81、k82、k83)。原边绕组中心头连接输入电源零线。三相补偿变压器为隔离式，电压变比受控输入电源稳压范围。

参数采样和保护单元：输入端连接电压、电流采样互感器，输出端连接微电脑输入接口端，连接过压、过流控制继电器输出报警。

可以理解的是，对本实用新型所在领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其构思进行相应的等价变换，未经创造性的等效替换都应当属于本实用新型所揭露的范围。本实用新型除了可以在指纹检测领域使用外，也可以用于需要检测其它小信号的应用中。