专利名称：交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力控制领域，具体涉及一种交流调压稳压的方法及电路，更具体涉及一种交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及电路。
背景技术：
交流调压、稳压技术广泛的应用于工业交流调压、稳压电源，电力节能装置等。目前交流调压技术主要有机械式和可控硅斩波式。机械式的原理是利用碳刷调节自藕变压器实现调压，其优点是实现了连续调压，缺点是在调节过程中，碳刷容易和自藕变压器线圈打火，氧化碳刷，縮短使用寿命，因此不适用于频繁调节电压的场合。可控硅斩波方式是利用P丽控制可控硅将交流电斩波为一组不连续的波形，从而实现调压目的。可控硅斩波方式实现了静态电压调节，克服了机械式调压使用寿命短，不适用于频繁调压的缺陷。其缺点是斩波方式会对电网产生很大的谐波，影响电网性能，严重时会瘫痪电网，如果加上交流电抗器抑制谐波的话，又会降低电压；斩波方式只能实现降压调压，或者利用升压变压器实现升压调压，这样一旦可控硅出现故障，极易使变压器副端产生高压，烧毁负载。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种双向连续调节、稳定交流电压过程中实现谐波自抑制的方法及电路。
为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是 一种交流调压稳压过
5程中实现谐波自抑制的方法及电路，电路结构中包括采样电路、调压控制及输出电路，其特征在于调压控制及输出电路结构中包括至少两个且为偶数个的独立的调控输出分电路，调压控制及输出电路将采样电路采集到的负载上的电压信号处理形成的电压调控信号分别送至各个独立的调控输出分电路的控制端，各个独立的调控输出分电路的输出端输出的两两相位相差180° 、采用串联组合形式形成稳定输出电压。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于本发明所涉及的交流调压稳压电路中的调压控制及输出电路结构中包括至少两个且为偶数个的独立的调控输出分电路，实施例中采用四路独立的调控输出分电路，调压控制及输出电路将采样电路采集到的负载上的电压信号处理形成的电压调控信号分别送至各个独立的调控输出分电路的控制端，各个独立的调控输出分电路的输出端输出两两相位相差180° 、采用串联组合形式形成稳定输出电压，各独立调控输出分电路的输出端输出相互叠加时，输出电压相位相差180°的两路调控输出分电路的输出谐波可相互抵消，实现无损耗谐波自抑制，能有效消除谐波从而避免了谐波带来的各种干扰和危害，节能并保证电网的性能。各调控输出分电路互相独立工作，工作性能可靠，出现故障时易检修，有效避免经济损失。转换处理电路将采样电路采集到的负载上的电压与负载所需调控的电压比较处理形成门限电
压控制脉宽调制波发生电路生成合适占空比的四路相位各差90°的脉宽调制
波，分别加载到四路调控输出分电路中构成桥式斩波电路的可控开关电路的驱动电路上，脉宽调制波的高低电平选通相应的可控开关电路，导通各调控输出分电路借助变压器相对于供电电压同相或反相输出实现稳压调节，同时一定占空比的脉宽调制波控制各调控输出分电路借助变压器相对于供电电压同相或反相输出脉冲宽度的相应变化，从而实现升降压调节，四路调控输出分电路输出 相位差90° 、采用输出负载串联组合方式形成稳压结构，相隔两路调控输出分 电路输出相位差180。，相互叠加时对应谐波成分相互抵消，从而可实现双向连 续调节交流电压，调压安全准确、性能优良、稳定性好、结构简单、易于控制。
图l是本发明的原理框图2是调控输出分电路图3是可控开关电路图4是脉宽调制波控制调控输出分电路使变压器输出波形示意图5是脉宽调制波发生电路图6是三角波发生电路图7是方波经三角波发生电路生成三角波的波形示意图； 图8是四相节拍脉冲源发生电路图； 图9是四相节拍脉冲源波形示意图10是四个独立的调控输出分电路输出的谐波基波和三次谐波的波形示意
其中，1、调压控制及输出电路，l-l l-4、调控输出分电路，1-1-1 1-1-4、可控开关电路，l-l-lA、驱动电路，1-I-IB、开关器件，2、负载，3、 采样电路，4、转换处理电路，5、脉宽调制波发生电路，5A、四相节拍脉冲源 发生电路，5B-1 5B-4、三角波发生电路，6、第一路调控输出分电路输出的 谐波基波和三次谐波的波形示意图，7、第二路调控输出分电路输出的谐波基波 和三次谐波的波形示意图，8、第三路调控输出分电路输出的谐波基波和三次谐波的波形示意图，9、第四路调控输出分电路输出的谐波基波和三次谐波的波形
示意图。
具体实施例方式
一种交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及电路，电路结构中包括
采样电路3、调压控制及输出电路l，其关键改进在于调压控制及输出电路l结 构中包括至少两个且为偶数个的独立的调控输出分电路1-1，调压控制及输出电 路1将采样电路3采集到的负载2上的电压信号处理形成的电压调控信号分别 送至各个独立的调控输出分电路的控制端，各个独立的调控输出分电路的输出 端输出的两两相位相差180。、采用串联组合形式形成稳定输出电压。
所述的调压控制及输出电路1结构中包括四个独立的调控输出分电路1-1 l-4 ，调压控制及输出电路1将采样电路3采集到的负载2上的电压信号处理 形成的电压调控信号同时送至调控输出分电路1-1 1-4的控制端实施同步控 制，调控输出分电路1-1 1-4的输出端输出两两相位相差180° 、采用串联组 合形式形成稳定输出电压。
所述的调控输出分电路l-l l-4结构中分别由四路可控开关电路1-1-1 1-1-4连接成桥式斩波电路，桥式斩波电路输入端接电源电压，输出端接在变压 器原边，由采样电路3采集到的负载2上的反馈电压信号转换为电压调控信号、 加载在配套的门限电压控制脉宽调制波发生电路5中的电压比较器输入端，所 形成的幅度限定信号送到调控输出分电路l-l l-4的调控端，调控输出分电路 1-1 1- 4中的变压器副边绕组串连在负载回路中。
所述的可控开关电路1-1-1 1-1-4连接成桥式斩波电路，桥式结构的基本 电路单元中包括驱动电路1-1-1A、开关器件1-1-1B、及外围阻、容元件配套连接形成，驱动电路1-1-1A输出端接开关器件，转换处理电路4将采样电路3采 集到的负载2上的电压处理形成的门限电压控制脉宽调制波发生电路5调整输 出的脉宽调制波加载到调控输出分电路l-l l-4的可控开关电路1-1-1 、1-1-4 的驱动电路1-1-1A上、反相的脉宽调制波加载到调控输出分电路1-1 1-4的 可控开关电路1-1-2、 1-1-3的驱动电路l-l-lA上，通过脉宽调制波的高低电 平选通相应可控开关电路导调控输出分电路1-1 1-4 ，借助变压器相对于供电 电压同相或反相输出脉冲宽度的相应变化实现稳压调节。
所述的驱动电路1-1-1A结构中包括光耦、电容、电阻、三极管，以上元件 配套连接形成驱动电路l-l-lA。
所述的开关器件1-1-1B采用绝缘栅双极晶体管。
所述的转换处理电路4将采样电路3采集到的负载2上的电压处理形成的 门限电压控制脉宽调制波发生电路5调整输出四路相位各相差90°的脉宽调制 波分别加载到调控输出分电路1-1 1_4的可控开关电路l-l-l l-l-4的驱动 电路1-1-1A上，调控输出分电路1-1 1-4的输出端相位各差90° 、采用输出 负载串联组合方式形成稳压结构。
所述的四路相位各差90°的脉宽调制波由配套的脉宽调制波发生电路5产 生，脉宽调制波发生电路5结构中包括配套的四相节拍脉冲源发生电路5A、四 个独立的三角波发生电路5B-l 5B-4、电压比较器，四相节拍脉冲源发生电路 5A的四个输出端分别接三角波发生电路5B-l 5B-4的输入端，三角波发生电 路5B-l 5B-4的输出端分别接四个电压比较器的负输入端，转换处理电路4将 采样电路3采集到的负载2上的电压信号处理形成的门限电压同时输入四个电 压比较器的正输入端调整脉宽调制波的占空比，四个电压比较器的输出端输出四路相位各差90。的脉宽调制波。
所述的四相节拍脉冲源发生电路5A结构中包括两个D触发器、555定时器 及外围元件，555定时器及外围元件构成的脉冲信号发生器产生的脉冲信号作 为两个D触发器的时钟信号， 一个D触发器的输入端、正向输出端分别连另一 个D触发器的反向输出端、输入端。
所述的三角波发生电路5B-l 5B-4均由电容、电阻、稳压管、三极管配套 连接形成。
参照附图对本发明的实施方式进行说明。
参照图1所示，本发明所涉及的电路由采集负载2电压信号的采样电路3， 对电压反馈信号进行转换处理形成电压调控信号的转换处理电路4、受电压调控 信号控制生成与所需调控电压配套的脉宽调制波的脉宽调制波发生电路5、脉宽 调制波作为输入信号进行电压调节的调压控制及输出电路1构成。
脉宽调制波发生电路5中四相节拍脉冲源发生电路5A结构中包括两个D触 发器，参照图8所示连接，由555定时器及其外围元件构成脉冲信号发生器产 生的脉冲信号输入两个D触发器的时钟端。参照图9，脉冲信号的第一个上升沿 到来时，Dl为低电平、0UT3为低电平、0UT1为高电平，第二个上升沿到来时， D2被0UT1拉高、0UT2为高电平、0UT4为低电平，第三个上升沿到来时，Dl被 0UT2拉高、0UT3为高电平、0UT1为低电平，第四个上升沿到来时，D2被0UT1 拉低、0UT2为低电平、0UT4为高电平，等待脉冲信号上升沿到来时，就会循环 重复上述动作，从而形成如图9所示波形的四路相位各差90。的节拍脉冲源。
三角波发生电路5B-1 5B-4的结构均相同，并由稳压管、电容、电阻、三 极管参照图6所示连接形成。三级管T1、 T2、 T3构成一个射随电路，三极管T3工作在放大区。随着三极管T1、 T2对电容C3充放电，三极管T3输出一路三角 波波型，波形斜率由电阻R1、 R2决定。三极管T4、 T5为两个限幅三极管。为 了减小三极管T3射极电流变化对波形的影响，用三极管T6和电阻R3组成一个 恒流源限制住了三极管T3射极的电流。稳压管D1、 D2稳定+Va、 -Va和输入信 号间的电压差，保护三极管T1、 T2不会被击穿。
如图7所示的输入信号第一个周期，当输入信号为低电平的时候，三极管 Tl导通、T2截止，电容C3充电，其上电压逐渐升高，0UT输出端的电压如图7 上半部分与输入信号对应部分所示。随着OUT输出端的电压升高，三级管T4基 极电压也随之上升，当其电压升高到一定值的时候，三极管T4导通使得三极管 Tl基极电压升高，随之截止向C3供电。当输入信号为高电平的时候，三极管 Tl截止、T2导通，电容C3放电，其上电压逐渐降低，OUT输出端上的电压如图 7上半部分与输入信号对应部分所示。随着OUT输出端的电压降低，三极管T5 基极电压也随之下降，当其电压降低到一定值的时候，三极管T5导通使得三极 管T2基极电压降低，随之截止向C3供电。如此一个完整的三角波就形成了。 周期连续的方波作为输入信号经三角波发生电路5B-1 5B-4后输出如图7所示
波形的周期连续的三角波。
参照图5，四相节拍脉冲源发生电路5A的输出端0UT1、 0UT2、 0UT3、 0UT4 分别接三角波发生电路5B-1 5B-4的输入端，三角波发生电路5B-l 5B-4的 输出端输出四路相位各差90。的三角波。
四路相位各差90°的三角波分别输入四个电压比较器的负输入端，转换处 理电路4将采样电路3釆集到的负载2上的电压和负载2所需调控的电压比较 处理、计算得到门限电压同时输入四个电压比较器的正输入端，实时调整脉宽调制波的占空比。四个电压比较器的输出端输出四路相位各差90° 、脉宽和频 率相同从而占空比相同的脉宽调制波。
四路相位各差90° 、调整后与调控电压配套的占空比相同的脉宽调制波分
别加载到调控输出分电路l-l l-4的可控开关电路1-1-1、 1-1-4的驱动电路 l-l-lA上，反相的脉宽调制波分别加载到调控输出分电路l-l l-4的可控开 关电路1-1-2、 1-1-3的驱动电路1-1-1A上，结合图2和图3，驱动电路1-1-1A 通过光耦01发送脉宽调制波，脉宽调制波的高低电平控制光耦的通断，当光耦 Ol关断的时候，三极管Q1基极为高电平，此时三极管Q1导通、Q2截止，绝缘 栅双极晶体管Q4、 Q5栅极为低电平，均截止。当光耦01导通时，三极管Q1基 极为低电平，此时三极管Q1截止、Q2导通、Q3截止，绝缘栅双极晶体管Q4、 Q5栅极为高电平，均导通。脉宽调制波为高电平时，选通调控输出分电路1-1 1-4的可控开关电路1-1-1、 1-1-4，导通调控输出分电路1-1 1_4，结合图2
和图4，使变压器输出与供电电压同相，脉宽调制波为低电平时，选通调控输出 分电路1-1 1-4的可控开关电路1-1-2、 1-1-3，导通调控输出分电路1-1 1-4，结合图2和图4，使变压器输出与供电电压反相。同时通过实时调整占空比 的脉宽调制波控制四个独立的调控输出分电路1-1 1-4输出相对于供电电压 同相或反相输出脉冲宽度的相应变化实现升压或降压调节，四个独立的调控输 出分电路1-1 1-4输出相位各差90°的输出电压，采用输出负载串联组合方 式形成稳压结构，根据傅立叶变换的原理，任何连续测量的时序或信号，都可 以表示为不同频率的正弦波信号的无限叠加。参照图10所示，这样第一路调控 输出分电路1-1输出电压的各次谐波和第三路调控输出分电路卜3输出电压的 各次谐波相互抵消、第二路调控输出分电路1-2输出电压的各次谐波和第四路调控输出分电路1-4输出电压的各次谐波相互抵消，实现了无损耗谐波抑制， 负载2上的电压为电源电压与四个独立的调控输出分电路l-l l-4形成的稳定
输出电压的叠加。
本发明所涉及的方法及电路，可实现安全准确的双向连续调节、稳定交流 电压，最重要的是可实现无损耗谐波自抑制从而避免谐波带来的干扰和危害。
权利要求
1、一种交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及电路，电路结构中包括采样电路(3)、调压控制及输出电路(1)，其特征在于调压控制及输出电路(1)结构中包括至少两个且为偶数个的独立的调控输出分电路(1-1)，调压控制及输出电路(1)将采样电路(3)采集到的负载(2)上的电压信号处理形成的电压调控信号分别送至各个独立的调控输出分电路的控制端，各个独立的调控输出分电路的输出端输出的两两相位相差180°、采用串联组合形式形成稳定输出电压。
2、 根据权利要求1所述的交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及电 路，其特征在于所述的调压控制及输出电路(1)结构中包括四个独立的调控输 出分电路(l-l l-4)，调压控制及输出电路(1)将采样电路(3)采集到的 负载(2)上的电压信号处理形成的电压调控信号同时送至调控输出分电路(l-l l-4)的控制端实施同步控制，调控输出分电路(l-l l-4)的输出 端输出两两相位相差180° 、采用串联组合形式形成稳定输出电压。
3、 根据权利要求2所述的交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及电 路，其特征在于所述的调控输出分电路(1-1 1-4)结构中分别由四路可控开 关电路(l-l-l l-l-4)连接成桥式斩波电路，桥式斩波电路输入端接电源电 压，.输出端接在变压器原边，由采样电路(3)采集到的负载(2)上的反馈电 压信号转换为电压调控信号、加载在配套的门限电压控制脉宽调制波发生电路(5)中的电压比较器输入端，所形成的幅度限定信号送到调控输出分电路 (1-1 1-4)的调控端，调控输出分电路(1_1 1-4)中的变压器副边绕组串连在负载回路中。
4、 根据权利要求3所述的交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及电路，其特征在于所述的可控开关电路(1-1-1 1-1-4)连接成桥式斩波电路， 桥式结构的基本电路单元中包括驱动电路(1-1-1A)、开关器件(l-l-lB)、及 外围阻、容元件配套连接形成，驱动电路(1-1-1A)输出端接开关器件，转换 处理电路(4)将采样电路(3)采集到的负载(2)上的电压处理形成的门限电 压控制脉宽调制波发生电路(5)调整输出的脉宽调制波加载到调控输出分电路 (1-1 1-4)的可控开关电路(1-1-1、 1-1-4)的驱动电路(1-1-1A)上、反 相的脉宽调制波加载到调控输出分电路(l-l l-4)的可控开关电路(1-1-2、 1-1-3)的驱动电路(1-1-1A)上，通过脉宽调制波的高低电平选通相应可控开 关电路导调控输出分电路(l-l l-4)，借助变压器相对于供电电压同相或反 相输出脉冲宽度的相应变化实现稳压调节。
5、 根据权利要求4所述的交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及电 路，其特征在于所述的驱动电路(1-1-1A)结构中包括光耦、电容、电阻、三 极管，以上元件配套连接形成驱动电路(1-1-1 A)。
6、 根据权利要求4所述的交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及电 路，其特征在于所述的开关器件(1-1-1B)釆用绝缘栅双极晶体管。
7、 根据权利要求4所述的交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及电 路，其特征在于转换处理电路(4)将采样电路(3)采集到的负载(2)上的电 压处理形成的门限电压控制脉宽调制波发生电路(5)调整输出四路相位各相差 90°的脉宽调制波分别加载到调控输出分电路(l-l l-4)的可控开关电路(1-1-1 1-1-4)的驱动电路(1-1-1A)上，调控输出分电路G-1 1-4)的 输出端相位各差90。、采用输出负载串联组合方式形成稳压结构。
8、 根据权利要求7所述的交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及电路，其特征在于所述的四路相位各差90°的脉宽调制波由配套的脉宽调制波发 生电路(5)产生，脉宽调制波发生电路(5)结构中包括配套的四相节拍脉冲 源发生电路(5A)、四个独立的三角波发生电路(5B-l 5B-4)、电压比较器， 四相节拍脉冲源发生电路(5A)的四个输出端分别接三角波发生电路(5B-1 5B-4)的输入端，三角波发生电路(5B-l 5B-4)的输出端分别接四个电压 比较器的负输入端，转换处理电路(4)将采样电路(3)采集到的负载(2)上 的电压信号处理形成的门限电压同时输入四个电压比较器的正输入端调整脉宽 调制波的占空比，四个电压比较器的输出端输出四路相位各差90°的脉宽调制 波。
9、 根据权利要求8所述的交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及电 路，其特征在于所述的四相节拍脉冲源发生电路(5A)结构中包括两个D触发 器、555定时器及外围元件，555定时器及外围元件构成的脉冲信号发生器产 生的脉冲信号作为两个D触发器的时钟信号， 一个D触发器的输入端、正向输 出端分别连另一个D触发器的反向输出端、输入端。
10、 根据权利要求8所述的交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及 电路，其特征在于所述的三角波发生电路(5B-1 5B-4)均由电容、电阻、稳压管、三极管配套连接形成。
全文摘要
本发明涉及一种交流调压稳压过程中实现谐波自抑制的方法及电路，电路结构中包括采样电路、调压控制及输出电路，其特征在于调压控制及输出电路结构中包括至少两个且为偶数个的独立的调控输出分电路，调压控制及输出电路将采样电路采集到的负载上的电压信号处理形成的电压调控信号分别送至各个独立的调控输出分电路的控制端，各个独立的调控输出分电路的输出端输出的两两相位相差180°、采用串联组合形式形成稳定输出电压。本发明所涉及的方法及电路，可实现安全准确的连续调节、稳定交流电压，最重要的是可实现无损耗谐波自抑制从而避免谐波带来的干扰和危害。
文档编号H02J3/01GK101626161SQ20091007515
公开日2010年1月13日 申请日期2009年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者李朝晖, 窦爱国, 辉 薛 申请人:石家庄市大雄电工科技开发有限公司;窦爱国