专利名称：自动换挡式交流稳压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动换挡式交流稳压器，它在电网输入电压产生波动时使用电器获得稳定的电压。
传统的自动换挡式交流稳压器，其换挡的执行元件大多是继电器，尽管控制继电器换挡的电子线路有多种的形式，一般地说这种稳压器是采用自动调节输入抽头的，即它自动地使电网实际电压与变压器实际工作绕组的标称电压大体相符，以保证输出大体稳定。要提高稳压的精度，就应在电网电压变动不大时就换挡，自动变换变压器的输入点。如果电网电压波动范围大，所需换挡的级数也就多。例如，要在电网电压波动范围在270V至110V时每波动10V便自动换挡，那么按传统设计的自动换挡式交流稳压器需要15只执行继电器，15组标称电压为10V的等量电压调整绕组，其控制线路是十分复杂的。如果要制成宽范围、高精度的这种稳压器，就会更加困难。
本发明的任务是要提供一种改进的自动换挡挡式交流稳压器。换挡的执行元件可仍用继电器，也可用可控硅。这种改进的稳压器，它所需的执行元件显著地减少，控制线路也比较简单，这种设备结构简单，制造成本低，稳压精度比较高，性能可靠，它不仅可取代传统的继电器式稳压器，而且在一定的范围内替代价格昂贵的全自动交流电子稳压器。
本发明的任务是以如下的方式完成的，这种改进的自动换挡式交流稳压器的电压调整绕组匝数不是等量的，而是按等比级数设计的，各个电压调整绕组的端点与各个控制线路相接，这样各个电压调整绕组是依据这些执行元件的动作与否分别以不同的组合形式串入电路中工作。由于电压调整绕组的匝数是成等比关系的，第二个电压调整绕组的匝数相当于二倍的第一个匝数，第三个的匝数相当于4倍的第一个匝数，第四个的匝数相当于8倍的第一个匝数……，这样，当电网的输入电压的波动范围增大时，这种改进的自动换挡式交流稳压器只要用少量的几个执行元件就可完成传统的使用数量众多的执行元件才能承担的稳压要求。例如当电网电压波动范围在125V～250V之间时，采用这种改进的自动换挡式交流稳压器只要用三个执行元件就可以替代传统的使用(23-1)＝7个的执行元件的常用稳压器，有关详细情况请参阅中国专利CN87207664。当电网电压波动范围从270V至110V时，采用这种改进的自动换挡式交流稳压器只要用4个执行元件就可替代传统使用的(24-1)＝15个执行元件的常用稳压器。同理，用5个执行元件所组成的这种稳压器可替代使用(25-1)＝31个执行元件的常用稳压器……。
为了实现对执行元件变化状态的控制，可采用模-数转换器组成的控制电路，随着电网输入电压的波动，模-数转换器中的比较器和反相器各个端口的电位发生变化，使各个执行元件的状态发生变化，如果以执行元件的接通和断开两种状态用二进制的“1”和“0”表示，那么执行元件状态的各种不同组合即成为一个二进制的数字，与此同时，受到执行元件控制的各个电压调整绕组将以二进制的数字相对应的状态形式串入电路中工作。这样不管电网输入电压如何波动，输出的电压始终保持在所要求的范围内，从而达到稳压的目的。
按这种改进的方案设计出适应电网输入电压波动范围为270V～110V，每波动10V就换挡的稳压器，仅需要四个执行元件，四组电压调整绕组，其控制线路十分简单，这四个电压调整绕组的标称电压不再都是10V，分别是10V，20V，40V，80V，它们之间刚好成等比级数，即电压调整绕组的匝数是成等比关系的。这四个电压调整绕组通过特殊的线路控制执行元件，针对不同的电网输入电压，或者执行元件都不动作，或者都产生动作，或者某一个或某二个或某三个产生动作，所有不同状态的组合总和为C04+C14+C24+C34+C44＝16，与其相对应的电压调整绕组的所有不同组态标称电压从小到大分别是0V，10V，20V，30V……150V，在变压器的绕组中设计一个共用的标称为120V的绕组，那么便可以得到总标称值为120V，130V，……260V，270V的工作绕组以适应电网电压从110V至270V的变化范围。其实这四个执行元件和四个电压调整绕组的不同组合状态可以表示为二进制的四位数，以执行元件的动作与否表示为“1”和“0”，以及电压调整绕组是否串入工作表示为“1”和“0”，那么这个二进制四位数表示为0000，0001，0010，……1111。能使电网的实际输入电压与变压器实际工作绕组标称电压相符的控制线路有许多种形式，其中最简单的一种是采用模-数转换器将电网电压所处的档次转换成为二进制的四位数，并直接转换成执行元件和电压调整绕组的状态，使这种稳压器的输出电压保持稳定220±5%之内。
下面将结合附图对本发明作进一步的阐述。
图1表示本发明的电路原理图。
图中表示电网输入电压波动范围从270V至110V之间时每波动10V就换挡的稳压器电器、它采用四个电压调整绕组(1)、(2)、(3)、(4)，它们的匝数n1∶n2＝n2∶n3＝n3∶n4＝2，因此这四个电压调整绕组的标称电压分别为10V，20V，40V，80V，相互之间刚好成等比关系，这些电压绕组的不同组合可使它们的组合标称电压从0V变化到150V总共有16种不同的状态。在稳压变压器中还有一个共同的绕组(5)，其标称电压值为120V，这样不同绕组的电压标称值总和分为120V，130V，140V……260V，270V，它们可以分别适应电网输入电压从270V至110V之间的变化范围。
这四个电压调整绕组是通过特殊的线路控制四个继电器的执行元件(6)、(7)、(8)、(9)以实现各种各样的变化。当电网电压处在第一挡时即其电压为120V～110V，所有的继电器(执行元件)都不动作，从而使所有四个电压调整绕组都退出工作，只有一个共同的绕组(5)进入工作;当电网电压处在130V～120V的第二挡时，继电器(9)产生动作，标称电压为10V的电压调整绕组(4)和共同的绕组(5)串入工作;当电网电压处在第三挡即140V～130V时，继电器(9)释放，而继电器(8)动作，将标称电压为20V的电压调整绕组(3)串入工作，而电压调整绕组(4)退出工作……如果把电压调整绕组是否串入工作及执行元件继电器是否动作用二进制“1”和“0”表示，那么它们的组合形成为一个二进制的四位数，即0000，0001，0010，……1111，从而使四个电压调整绕组的组合共计有16种状态。从图中可看出，取样电位器(10)使其动臂输出的直流电压为电网输入电压有效值的3%。当电网电压从270V至110V之间波动时，取样电压变动范围从8.1V至3.3V之间变化。稳压管(11)的稳压值刚好是电网输入电压下限的取样值即3.3V。输入到模-数转换器(12)的取样模量为4.8V～0V，当电网电压从270V～260V逐挡向120V～110V变化时，取样模量则从4.8V～4.5V逐挡变化到0.3V～0V。在模-数转换器(12)中，四个比较器(13)、(14)、(15)，(16)是用一块四运算放大器制成的，四个比较器的同相输入端都是动作电压的参考端，其中第一个比较器(13)的参考电压是固定的，它刚好等于取样模量上限的一半，即4.8V× 1/2 ＝2.4V，而其余各个比较器的参考电位是随机确定的。这四个比较器的反相输入端是连在一起，取样模量则从这里输入。另外在模-数转换器(12)中还有四个反相器(17)、(18)、(19)、(20)，它们也是用一块四反相器做成的，反相器的使用是为了使输出一致，反相器的正电源电压等于取样模量的上限，即4.8V。反相器的输出只能是4.8V，或者0V，用高电位表示1，低电位表示为0，反相器(17)、(18)、(19)、(20)的输出状态形成二进制的四位数。
模-数转换器(12)是从高位到低位逐步决出取样模量相应的二进制四位数，以此控制四个继电器执行元件(6)、(7)、(8)、(9)的动作，从而使四个电压调整绕组(1)、(2)、(3)、(4)以各种与电网输入电压相应的状态进入工作，使自动换挡式交流稳压器的输出电压始终保持稳定。下面我们举个实例来说明，假设电网输入电压处在第10挡，即在〔120V±(10-1)×10V〕＝210V～200V之间时，取样模量为(210V×3%-3.3V)＝3V～2.7V，由于这一电压高于第一个比较器(13)的同相输入端参考电位2.4V，比较器(13)的输出为低电位，反相器(17)的输出为1，即高电位，取样模量对应的二进制四位数的首位就这么决定了。由于反相器输出为4.8V晶体管(20)处于饱和状态，继电器(6)产生吸合动作，电压调整绕组(1)便串入变压器工作绕组中。反相器(17)输出为高电位即4.8V，使比较器(14)、(15)、(16)的同相输入端分别通过电阻(22)、(23)、(24)接至4.8V，它影响到这些比较器参考电位的随机确定。现在来看第二位比较器(14)的参考电位，由于其同相输入端通过电阻(22)接至4.8V，又通过电阻(25)接至2.4V，电阻(22)和(25)的阻值相同，可求得比较器(14)的参考电位为3.6V，由于输入到该比较器的取样模量为3V～2.7V，低于参考电位，故比较器(14)的输出为高电位，反相器(18)的输出则为低压电位，即为0，这就决定了取样模量对应的二进制四位数的第二位，由于反相器(18)的输出为0，晶体管(26)截止，继电器(7)释放，电压调整绕组(2)退出工作。正是由于反相器(18)的输出为0，使比较器(15)、(16)的同相输入端通过电阻(27)、(28)接地，这些会影响到它们参考电位的随机确定。再来看模-数转换器(12)的第三位比较器(15)情况，注意到前二级输出对本级的影响，可知本比较器的同相输入端通过电阻(23)接至高电位4.8V，通过电阻(29)接到2.4V，通过电阻(27)接地，求得其参考电位为3V，取样模量是仍为3V～2.7V，它低于参考电位，故比较器(15)的输出为高电位，反相器(19)的输出为0，这就决定了取样模量对应的二进制四位数第三位的数值。由于反相器(19)的输出为0，晶体管(30)截止，继电器(8)释放，电压调整绕组(3)退出工作。由于反相器(19)输出为0，比较器(16)的同相输入端便通过电阻(31)接地，这影响到比较器(16)参考电位的确定。最后来看模-数转换器(12)的第四位比较器(16)，注意到前三级输出对本级的影响，可知比较器(16)的同相输入端通过电阻(24)接到4.8V，通过电阻(28)和(31)接地，通过电阻(32)接到2.4V上，可求得其参考电位为2.7V，这个数值低于取样模量3V～2.7V，故比较器(16)输出为低电位，从而使反相器(20)的输出为1，这就决定取样模量对应的二进制四位数的第四位数字。因为反相器(20)输出为高电位，晶体管(33)饱和，继电器(9)吸合，电压调整绕组(4)投入工作。综上所述，当电网输入电压处在第10挡即210V～200V时，模-数转换器(12)得到取样模量的二进制四位数为1001，控制继电器(6)和(9)产生吸合动作，电压调整绕组(1)和(4)串入工作绕组，实际上变压器工作绕组的总标称电压为120V+80V+10V＝210V，这与电网实际输入电压相符合，使从稳压器输出的电压始终保持稳定。至于其他挡的情况与上述介绍的情况基本上相似，这里就不再详细地叙述。
若要求稳压精度进一步提高，可以采用5个电压调整绕组，控制电路中的模-数转换器采用5个比较器和5个反相器，执行元件可用5个继电器，这种自动换挡式交流稳压器虽然只用5个执行元件，它的精度可与常用的继电器式交流稳压器中使用31个个继电器进行工作的相当。若采用6个电压调整绕组，6个执行元件和具有6个比较器，6个反相器的模-数转换器所组成的自动换挡式交流稳压器，其作用相当于63个继电器的常用的交流稳压器。另外，这种自动换挡式交流稳压器的执行元件也可采用可控硅元件，当然这时制造成本会有所提高，控制线路也比较复杂一些。采用这种形式的自动换挡式交流稳压器可以在一定的范围内取代价格昂贵的交流电子自动稳压器。
权利要求
1.一种由电压调整绕组(1)、(2)、(3)、(4)、执行元件的继电器(6)、(7)、(8)、(9)、取样电位器(10)、稳压管(11)和模-数转换器(12)所组成的自动换挡式交流稳压器，其特征是电压调整绕组(1)、(2)、(3)、(4)的匝数是成等比关系的，即n1∶n2=n2∶n3=n3∶n4=2，这四个电压调整绕组的端点分别与执行元件(6)、(7)、(8)、(9)的触点相接，而执行元件(6)、(7)、(8)、(9)的接点是与模-数转换器(12)的输出端相连。
2.按权利要求1所规定的自动换挡式交流稳压器，其特征是匝数成等比关系的电压调整绕组的数目可在3、4、5、6之间变化，与其相应的执行元件，控制线路中的模-数转换器(12)所具有的比较器和反相器也相应变化。
3.按权利要求1所规定的自动换挡式交流稳压器，其特征是在模-数转换器(12)中四个比较器(13)、(14)、(15)、(16)的同相输入端是动作电压的参考端，四个反相器(17)、(18)、(19)、(20)输出端与执行元件(6)、(7)、(8)、(9)相接。
4.按权利要求1所规定的自动换挡式交流稳压器，其特征是控制电压调整绕组的执行元件(6)、(7)、(8)、(9)可采用可控硅元件。
全文摘要
本发明公开了一种自动换挡式交流稳压器，它采用模—数转换器将电网输入电压转换成一个二进制数字，这个二进制数字控制执行元件呈现相应的状态，从而使匝数成等比关系的电压调整绕组以不同组合形式申入变压器工作绕组，使稳压器的输出始终保持稳定。这种自动换挡式交流稳压器结构简单，造价低廉，精度高，适用范围广。
文档编号G05F1/253GK1043807SQ8810898
公开日1990年7月11日 申请日期1988年12月27日 优先权日1988年12月27日
发明者陈新森, 陈茂霖 申请人:陈茂霖, 陈新森