专利名称：永磁交流发电机正弦波电压调节器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁交流发电机正弦波电压调节器，在国家重点支持的高新技术领域目录中，属于高新技术改造传统产业-先进制造技术-电力电子技术-特种电机控制技术领域。
背景技术：
我国电机容量约7亿千瓦，每年新增容量约I. 5亿千瓦，但高效节能电机不到3%。稀土永磁电机是节能节材的新型高效节能电机，经国家发改委环资司组织的工程院士专家论证表明，在新增电机中如有1/3被稀土永磁电机替代，每年可节电近500亿千瓦时，节约硅钢片50万吨、铜2万吨，可创造近百亿元的经济效益。我国高性能永磁材料已产业化，钕·铁硼永磁材料产量已居世界第一，价格趋于合理，稀土永磁电机大规模产业化基础条件已具备。永磁发电机是稀土永磁电机中的一个大类，近十年来发展迅速。因其转子无励磁绕组、导电滑环、电刷，不消耗励磁电流和功率，铜损、铁损均小，与励磁发电机在同等输出功率的条件下相比较，小功率发电机可以节能15%以上，体积、重量和消耗金属材料可减少约50%，另因有低售价、长寿命、易维护、可在尘埃和汽雾等恶劣环境下工作等优点，尤其适用于车、船、农机、军事等移动设备上。永磁发电机在我国市场和国际市场上有很大的发展空间。用永磁交流发电机发出的频率为50赫兹或60赫兹，电压为110伏、220伏或380伏、相数为单相或三相正弦波交流电，已越来越广泛地进入城市、乡村和家庭，有的已并入国家电网。有资料表明，我国每年向俄罗斯、东南亚、中东、非洲、南美等区域国家出口的永磁交流发电机装机容量已超过国内市场，且在快速增长之中。永磁交流发电机也有其本身固有技术缺陷因其转子磁场由永久磁铁形成，磁铁产生的磁力线随着转子的运转切割定子线圈产生感生电动势，使发电机能对外输出电压，外加负载后，就会产生负载电流，根椐榜次定律，负载电流所形成的磁场与发电机转子磁铁所产生的磁场方向相反，会冲抵一部分转子磁铁所形成的磁场，而运行中转子磁铁的磁场强度是恒定的，所以合成磁场强度下降，使永磁发电机输出电压降低。在转速、频率不变的条件下，负载越重，负载电流越大，永磁发电机所发出的电压就越低。国内制造商所生产的永磁交流发电机，交流电压输出特性较“硬”者，其空载与满载时的电压相对误差值也有15%左右。相比之下，传统的励磁发电机，当负载加重，电压下降时，通过电压调节器的作用，向励磁线圈输入更强的励磁电流，可以维持合成磁场强度不变，输出电压得以稳定，其电压相对误差值约在3%以下。由此可见，永磁交流发电机输出正弦波交流电压的调节控制技术，是永磁交流发电机生产中的关键技术。三相永磁交流发电机的正弦波电压调节控制，难度更大。因其三相电压相位互差120度，要保证其各相输出交流电压是正弦波，还保证有良好的的相位跟踪。由于三相电压用一个共同的永磁转子旋转产生，其中某相负载电流所产生的磁场除对该相电压有影响夕卜，还会影响其余二相，这就要求控制技术更高。用于单相永磁发电机输出交流正弦波电压的交流电压调节器，国内已有小批量产品投入市场。与本次申请人为同一自然人另有一专利专利号为201120286628. 4，专利名称为“永磁发电机交流电压调节器”的专利技术，已于2012年2月22日由国家知识产权局公告授权。用该专利技术生产的交流电压调节器，能较满意地解决单相永磁交流发电机的交流电压调节问题。但是，上述专利关于正弦波电压调节和用于中、大功率三相永磁交流发电机，还存在一些不足，主要是I、上述专利采用了三点跟踪技术，只保证永磁交流发电机处于空负载、半负载、满负载等三种条件下，正弦波的波形失真率较小，其余负载条件下，正弦波的波形失真率较大。所以该专利仅能满足小功率、波形失真率要求< 10%的永磁交流发电机配套使用。2、上述专利电原理图中设有三个可调电阻，分别用于调节校正永磁交流发电机处 于空负载、半负载、满负载等三种条件下的波形和电压，用户反映使用不方便，尤其与三相永磁交流发电机配套使用时。3、上述专利电原理图中的控制电路采用模拟电路工作原理，采用晶体三极管元件放大为主，晶体三极管的放大能力随温度的变化而变化，如用于中、大功率三相永磁交流发电机，必然出现调压精度因温升波动而引起输出电压波动的非理想结果。对大功率三相永磁交流发电机的调压控制电路，必须采用温飘极小的数字电路工作原理来设计电路。4、中、大功率三相永磁交流发电机，多用于工业生产。例如启动三相异步电动机时，或电路故障短路而电路保险丝未熔断前瞬间，其冲击电流比额定电流大5 10倍。故应在永磁交流发电机的电压调节器中，设计配备专用的过电流保护电路，以解决冲击电流安全问题，提高永磁交流发电机抗冲击电流能力。上述专利中未设置。5、上述专利中设计有电源取样变压器一只，经变压器取样后的正弦波电压波形会产生约10%的失真度，影响了整机输出正弦波电压波形保真度；工频变压器体积大、成本高、故障率多，不利于元器件组装生产中的集成化和自动化，应予革除。三相交流线电压是单相交流相电压的I. 73倍，电压调节器所用元器件数量也增加约三倍，各零部件之间绝缘能力要求应相应提高，空间距离的减小，又不利于绝缘和散热。所以，在设计更高级的永磁交流发电机正弦波电压调节器时，某些关键结构部位，应采用新型绝缘导热材料来解决绝缘和导热的矛盾，应采用新型光电隔离耦合元件来解决绝缘和调压过程信息传输的矛盾。
发明内容
本发明提供一种串联式永磁交流发电机正弦波电压调节器的技术方案，控制电路采用数字化电路工作原理，功率电路采用电力电子技术控制技术，能解决上述的诸多难题，可以满足单相或三相永磁交流发电机输出正弦波交流电压，关于调压精度、波形失真、电压温度特性、耐冲击电流、调校额定输出电压便捷等更高要求。串联式交流电压调节技术方案是正弦波电压调节器串联在永磁交流发电机与交流用电负载之间，其电路连接形式如说明书附图I所示。正弦波电压调节器由于内部电路控制作用，在正弦波电压调节器的C-D 二端自动呈现一个交流电压Vm，其交流相位与永磁交流发电机输出电压的相位相同，其交流电压有效值等于永磁发电机输出端A-B的交流电压有效值Vab减去交流用电负载E-F端的额定交流电压有效值Vef之差，(即Vm = Vab-Vef)，永磁发电机串联正弦波电压调节组件后，对外输出的电压值就恒等于额定电压值。正弦波电压调节器的工作中能量损耗分析如下；当交流用电负载处于空载状态时，永磁交流发电机输出较高的电压，此时正弦波电压调节器二端也产生较高电压，但其内部几乎无电流通过，所以正弦波电压调节器自身能耗近似为零。当交流用电负载处于满载状态时，永磁交流发电机输出出的电压近似等于额定电压，此时正弦波电压调节器二端呈现近似零电压，正弦波电压调节器内部虽有额定电流流过，但二端无压降，所以正弦波电压调节器自身能耗仍近似为零。当交流用电负载处于半载状态时，此时正弦波电压调节器二端呈现的交流电压值，约为额定电压值的5%，其内部有50%的额定电流流过，此时正弦波电压调节器自身能耗最大，能耗功率值等于5%额定电压值乘以50%额定电流值等于
2.5%的额定永磁交流发电机容量。此值低于励磁交流发电机的占总容量3 10%的励磁损耗。永磁交流发电机长期在80%左右的额定容量下工作，用上述计算方法可知，流过正弦 波电压调节器的电流为额定值的80%，正弦波电压调节器二端压降约为额定值的2%，其功率损耗应为额定容量的I. 6%,远低于励磁发电机的励磁损耗。永磁交流发电机正弦波电压调节器既可用于单相永磁交流发电机，也可用于三相永磁交流发电机。其特征在于用于单相永磁交流发电机时，由一个永磁交流发电机iH弦波电压调节器串联在单相永磁交流发电机与单相交流用电负载之间；用于三相永磁交流发电机时，由三个相同且独立的永磁交流发电机iH弦波电压调节器分别串联在三相永磁交流发电机与三相交流负载对应相之间。将永磁交流发电机正弦波电压调节器用于三相永磁交流发电机和三相四线交流负载的调压控制时，其电路联接方式如说明书附图2所示；用于三相永磁交流发电机和三相三线交流负载的调压控制时，其电路联接方式如说明书附图3所示。之所以设计用三个正弦波电压调节器分别对三相永磁交流发电机和三相交流负载对应相进行独立调节控制，是因为常见的三相永磁交流发电机各相不平衡，这种结构设计虽然较复杂但能确保每相电压均能得到良好的相位跟踪和电压幅度调节。根据上沭技术方案，设计出一种IH弦波电压调节器的电原理图，其结构特征在于:由变流保护电路、功率电路和控制电路等三个功能电路组成变流保护电路包括有二极管D10、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15、晶闸管K1、晶闸管K2、电阻R19 :功率电路包括有功率三极管T6、功率三极管T7、电阻R17、电阻R18 :控制电路包括有二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、稳压管D7、稳压管D8、稳压管D9、运放集成电路Tl、数字电位器T2、三极管T4、三极管T5、电容器Cl、电容器C2、电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、可调电阻R2、光耦G1、光耦G2。各元器件之间的具体联接，如说明书附图5所示，变流保护电路、功率电路和控制电路在说明书附图5中用虚线隔尚开。结合本发明永磁交流发电机正弦波电压调节器的电路原理图(说明书附图5)，按功能电路及工作原理分项，详细说明如下变流保护电路工作原理功率二极管D10、D11、D12、D13组成了一个单相桥式整流电路，其交流二端子与永磁交流发电机、交流负载电阻R19串联成用电回路。回路中流动的是交流正弦波电流，其波形如说明书附图4(A)所示，经过桥式整流电路“变流”以后，在桥式电路的直流二端头之间流动的却是脉动直流，其波形如说明书附图4(B)所示。功率晶闸管Kl和功率晶闸管K2反向并联后，接在桥式整流电路的交流二端子上。晶闸管Kl的门极(亦称控制极)，通过光耦G1-2的4、6端子，再通过二极管D15接到晶闸管Kl阳的阳极上，当光耦G1-2接收到控制电路的光信号，其4、6端子即成通态，Kl即进入阳极触发状态，将桥式整流电路的交流二端子短路成通态，冲击电流便可流过K1，完成回路，“保护”了正弦波电压调节器的所有元件。同理，晶闸管K2的门极(亦称控制极)，通过光耦G1-2的4、6端子，再通过二极管D14接到晶闸管K2阳的阳极上，可以对另半波的冲击电流进行短路。本电路在正常工作状态时，额定电流将轮流流过功率二极管010、011、012、013，所以每只二极管要求能顺利通过彡1/2额定电流，且与晶闸管Kl、K2有良好的散热条件。永磁交流发电机IH弦波电压调节器的“耐冲击电流倌”设计原理，其特征是根据用户的需要来设定，其倌.等于晶闸管Kl和晶闸管K2的浪涌电流倌.，常规设定耐冲击电流倌.等于10倍的额定电流倌.。
功率电路工作原理在正常工作状态下，变流保护电路中的桥式整流电路二直流端子的脉动直流电流是流经功率电路的。因为调节电压的需要，二个电路的端接点间将呈现大小等于= Vab-Vef)值、波形如说明书附图4(B)所示的脉动直流电压。脉动直流电流与脉动直流电压的乘积即为脉动直流电功率，如前述，在交流负载半载条件下达到最大值。根椐电原理图可知，该功率主要由功率三极管T7及与其串联的匀流电阻R17所承载。当永磁交流发电机额定电流较大，功率电路中的功率三极管17与电阻R17串接的支路由于电流容量或功率耗散已不能满足要求时，应采用多支路并联的结构。并联支路的数量，可根据需要设定，电阻R17就起着多支路并联时均匀各支路电流的作用。功率三极管T6作为前置推动级，电阻R18起三极管T6高温漏电旁路作用。控制电路工作原理交流负载电阻R19上的交流正弦波电压通过由二极管D1、D2、D3、D4组成的桥式整流电路取样，得到脉动直流电压，其波形同说明书附图4(B)所示，再通过二极管D5、电阻R1、可调电阻R2与电阻R3、R4分压，电容C2滤波，在电阻C2上得到一个直流电压，该电压的数值随交流负载电阻R19上电压的变化而变化，该电压值与稳压管D8的稳定电压值同时送入运放集成电路Tl-I的二个输入端进行比较放大；C2上的直流电压经电阻R3、R4分压，将R4上的电压与稳压管D8的稳定电压值同时送入运放集成电路T1-2的“-、+” 二个输入端进行比较放大。当永磁发电机输出电压值低于额定电压值时，Tl-I输出低电位，T1-2输出高电位。当Tl-I输出低电位时，与其相连接的可控硅光耦Gl-I和串联电阻R9因二端有电位差而流过电流，Gl-I内部LED发光管发光，通过光线耦合到G1-2上，其4、6端头呈现通态，使变流保护电路进入耐冲击电流状态。反之，当交流负载电阻R19上电压值高于产品额定电压值时，Tl-I输出高电位，T1-2输出低电位，变流保护电路脱离耐冲击电流状态，进入正常工作调压状态。上述二种工作状态之间转换的“电压阀值”，可通过设定电阻R3的值来实现当R3 = 0时，二状态之间转换迅速；当R3较大时，二状态之间转换迟缓。。永磁交流发电机IH弦波电压调节器的“额定输出电压”设计原理，其特征是输出电压由取样电压与基准电压比对后确定,仅需调节可调电阻R2的阻倌，就可以便捷地选定产品的额定输出电压；当R2取值趋小时，额定输出电压降低；当R2取值趋大时，额定输出电压升高。为给运放集成电路Tl和稳压管提供直流工作电源，由二极管D6、电阻R5、电容Cl组成了整流限压滤波电路，电容Cl上的直流电压再通过电阻R6限流、稳压管D7稳压后供给运放集成电路Tl使用，再次通过R7限流后，供给稳压管D8使用，通过二次限流稳压，稳压管D8上得到的是一个纹波极小的稳定直流电压。
进入正常工作调压状态后，假设交流负载电阻R19上电压值高于产品额定电压值，如前述，Tl-I将输出低电位，该低电位通过电阻RIO、Rll分压耦合到数字电位器T2的2脚，T2即进入电阻可增大的模式状态，电阻Rll和稳压二极管D9组成的斩波电路，连续向T2的I脚输入正负脉冲，T2的3、5 二脚之间电阻不断增大，电阻R13中流过的电流在T2的
3、5 二脚之间电阻上产生的电压也不断增大，此电压通过由三极管T4和电阻R14组成的射极跟随电路，在T4的集电极电路中产生电流，流过线性光耦G2，使G2的1、2脚之间的LED发光，通过光线耦合到3、4脚之间产生电流，在电阻R15上产生电压降，此电压降经过三极管T5以发射结跟随电路的形式传入功率电路，最后表现在以二极管DIO、DlU D12、D13组成的桥式整流电路的正负二端子上，使交流负载电阻R19 二端的交流电压不断降低，直到交流负载电阻R19上电压值不高于产品额定电压值为止。电阻R16的功用是三极管T5高温漏电旁路作用。反之，假设交流负载电阻R19上电压值略低于产品额定电压值，(耐冲击电流电路因迟缓尚未启动)，如前述，Tl-I将输出高电位，该高电位通过电阻RIO、Rll分压耦合到数 字电位器T2的2脚，T2即进入电阻可减小的模式状态，电阻Rll和稳压二极管D9组成的斩波电路，连续向T2的I脚输入调压脉冲，T2的3、5 二脚之间的电阻不断减小，电阻R13中流过的电流在T2的3、5 二脚之间电阻上产生的电压也不断减小，在电阻R15上产生电压降也不断减小，最后表现在以二极管D10、D11、D12、D13组成的桥式整流电路的正负二端子上，使交流负载电阻R19 二端的交流电压不断增加，直到交流负载电阻R19上电压值不低于产品额定电压值为止。数字电位器T2的I脚每接受一个脉冲，将自动增(或减)3、5 二脚之间的电阻一次。相对我国市电交流频率50Hz，电阻Rl2和稳压二极管D9组成的斩波电路，每秒可产生100个脉冲，即每秒可进行100次的电压调节，使输出电压幅度始终处于动态调节控制中。所以，永磁交流发电机IH弦波电压调节器的“调压动作时间”设计原理，其特征是电阻R12和稳压管D9组成的斩波电路每输出一个脉冲，数字电位器就自动调节电压一次，调节频度等于2倍交流电源频率的倒数,对于交流频率50赫兹的市电，每10毫秒将对输出电压自动调节一次。综上沭，永磁交流发电机IH弦波电压调节器的“调压精度”设计原理，其特征是:直接对交流负载电阻上电压进行取样，与一个恒定基准电压进行比对，比对结果输入运放集成电路，输出仅有电位“低”或“高”的数字信号，数字电位器根据数字信号选择“增加”或“减小”工作樽式中的某一种，对内部电阳.讲行数字化加减，h.沭讨稈询采用数字化电路工作原理，与集成电路元件自身参数无关，后继执行调整电压的其它元器件参数的差异，其结果最终将反映在交流负载电阻的电压数值上，电路可以继续进行修正调节，直到等于额定值为止，所以，调压精度与所有元器件的参数、温度、电源频率均无关，本设计调压精度^ 99. 5%0考虑到应用和出口永磁交流发电机的地域辽阔，以及安装使用环境恶劣等原因，温差和温升差异很大，永磁交流发电机正弦波电压调节器的电压温度特性应列入其主要性能予以研究。根椐本发明的调压原理结合电路原理图分析后可知，永磁交流发电机正弦波电压调节器的电压温度特性，主要取决于稳压管D8上的基准电压。稳压管D8作为提供基准电压元件，其电压温度特性基本等于整机特性。众所周知，稳压值6V以上的稳压管工作于雪崩击穿机理，其电压温度特性呈正值，即温度越高稳压值越高；稳压值4V以下的稳压管工作于齐纳击穿机理，其电压温度特性呈负值，即温度越高稳压值越低。稳压管D8的稳压值选择必须在5V附近。稳压管的电压温度特性以单位(％/度)来度量，其物理意义是当温度每上升(或下降)I度时，稳压值变化的百分数。电压温度特性良好的稳压管，该值在
0.005 0. 02(% /度)范围。影响永磁交流发电机正弦波电压调节器的电压温度特性的次要因素，是电压取样串联支路的电阻R1、可调电阻R2、电阻R3和R4，其电阻温度特性将影响整机特性，应选用金属膜电阻。为弥补稳压管D8的电压温度特性，通过计算选配电阻Rl的电阻温度特性，可以保证整机电压温度特性彡0. 01 (% /度)。永磁交流发电机IH弦波电压调节器的“电压温度特性”设计原理，其特征是选用稳压管D8的稳压值为5. I伏和电压温度特性< 0. 01 (% /度)，选配电阻Rl的电阻温度特性，使整机电压温度特性< 0. 01(%/度)，在额定输出220伏交流电压时，整机温升100°C，永磁交流发电机IH弦波电压调节器输出交流电压波动值< 2. 2伏。正弦波形保真原理数字电位器T2的3、5 二脚之间的电阻是纯电阻，与电阻R13·串联后接在如说明书附图4的B波形电压上，在T2的3、5 二脚之间的电阻上得到的波形电压不变，此波形被三极管T4用射极跟随电路放大，在电阻R14上得到同样波形电压，在T4的集电极电路中产生同波形的电流，此电流流过光耦G2的发光管发光。由于G2是线性光耦，所以在电阻R15上产生的电压波形与说明书附图4的B波形相同，由于三极管T5、T6、T7均工作在电流放大状态，电阻R15上电压波形被反映到变流保护电路的整流桥的直流端子二端，在整流桥的交流端子上变换成交流正弦波电压Vm，起了调节电压的作用。经过多级传输放大，尤其是多次通过非线性的半导体PN结后，电压Vm难免会产生失真，订算和样机测试的结果都表明，交流电压Vm的正弦失真率均< 10%。本发明采用的是串联式交流电压调节技术方案，交流电压矢量分配原则是调节交流电压V=等于永磁交流发电机发出的正弦波电压Vp减去额定输出电压Vcn约是^的15%，^的彡10%正弦波失真率，折合在交流负载电阻R19上的V=的iH弦波失真率< I. 5%0这也是串联式交流电压调节技术方案的又一优点。带容性或感性负载原理永磁交流发电机，多用于工业用途，所带负载经常是容性或感性的。交流电路中存在容性或感性元件时，其电流与电压是不同相位的，这样就造成当永磁交流发电机与正弦波电压调节组件串联而成的系统对外输出电压在相位为零时，电路中仍有大幅度交流电流流动。换言之，要求正弦波电压调节器在电压相位为零时.仍能无阻碍地允许大电流流过，本发明的正弦波电压调节器就有如此功能。结合说明书附图5说明如下设某时刻交流电压相位为零，有一股容性(或感性)电流需从永磁发电机的相线接线端A，流过正弦波电压调节器C-D，然后流向交流负载的相线接线端E。当变流保护电路处于耐击电流状态时，其流动路径是，从C点流过晶闸管Kl、K2即达D点。当变流保护电路处于正常调压状态时，其流动路径是，从C点流过二极管D11、电阻R15、三极管T5的发射结，经过T5放大后流入三极管T6的发射结，又经T6放大后流入三极管T7的发射结，经T7放大后从17的发射极流出，通过电阻R17、二极管D12流向D点，完成通路。设通过电阻R15上的电流为微安数量级，R15上压降仅为毫伏数量级，由于经过T5、T6、T7三级近百万倍的放大，就能在17的发射极流出数十安培的电流，除了 T5、T6、I7这三个晶体管的发射结的压降外，电流流动路径中均呈无阻碍。如电流的流向是从交流负载的相线端E，经正弦波电压调节器D-C，流向永磁发电机的相线端A，电路工作原理亦同上述，只不过是电流路径改为D13、R15、T5、T6、T7、R17、DlO即可。所以，本正弦波电压调节组件不但能承接电阻性交流负载电路，也可以承接容性或感性交流负载。应急供电原理永磁交流发电机正弦波电压调节器的控制电路，由于电子元件多，发生各种故障几率较大，发生故障后最终表现均为电阻R15上电压为零，不能对交流电压进行调节。此状态下，由于上段所说明的原理，永磁交流发电机仍可以无阻碍地通过正弦波电压调节器交流负载供电，使发生故障时虽不能调节电压仍可应急供电。这也是本发明的一个显著优点。工作频率范围永磁交流发电机正弦波电压调节器全部电路元器件中，对工作频率有限制的因素如下全部二极管和功率晶闸管的工作频率为0 1000赫兹，全部晶体三极管、光耦、运放集成电路、数字电位器的工作频率为0 数万赫兹，但受“调压动作时间”限制，当电源频率低于10赫兹时，调压动作时间将大于50毫秒，每秒调压次数将少于20次。所以，本发明的永磁交流发电机正弦波电压调节器宜用于的电源交流频率为10 1000 赫兹。
图I是永磁交流发电机正弦波电压调节器用于单相永磁交流发电机联接方框图。图2是永磁交流发电机正弦波电压调节器用于三相永磁交流发电机与三相四线交流负载联接方框图。图3是永磁交流发电机正弦波电压调节器用于三相永磁交流发电机与三相三线交流负载联接方框图。图4是电路工作原理分析用波形图。其中A图是正弦波电流(或电压)波形；B图是经过全波桥式整流电路后的电流(或电压)波形。图5是永磁交流发电机正弦波电压调节器电路原理图。虚线框将变流保护电路、功率电路、控制电路等三部分予以分隔。
具体实施例方式根据本发明技术方案可知，永磁交流发电机正弦波电压调节器的变流保护电路要流过较大的工作电流和冲击电流，会引起较大的发热；功率电路在输出半负载的条件下，功耗最大，发热更大。所以在项目具体实施中，应根据所配接的永磁交流发电机的相数、额定功率、额定电压和额定电流等参数，来设计电路的电流容量、功率损耗、散热条件和并联支路数等因素。对于电位相同，且耗散功率大的元器件的某些电极、引脚可安装在共同的散热装置上。以简化装置，减少空间体积、有利散热。控制电路的元器件最多，能耗很少，在批量生产中，应采用印刷电路密集装配，且加强密封防潮工艺。以下是具体的工艺结构设计方案变流保护电路中的二极管D9的负极、二极管DlO的iH极、晶闸管Kl的阳极连接在一个金属散热装置上，二极管Dll的负极、二极管D12的正极、晶闸管K2的阳极连接在另一个金属散热装置上，二个金属散热装置共同制作在一块铝基敷铜板上；功率电路中的功率三极管T7与电阻R17串接的支路，采用多路并联的结构，其并联支路的数暈，根据永磁发电机iH弦交流电压调节器的额定功率决定，额定功率越大，并联支路的数暈越多，并联电路中，多路功率三极管T7的集电极相连接，又与三极管T6的集电极相连接后，安装在同一个金属散热装置上；控制电路采用肓插元件或贴片元件，将控制电路的全部元件焊接在同一块印刷电路板上，用环氧树脂密封，可调电阻R2的调节端露出环氧树脂的密封面。
本发明已有小批量产品进入市场，深受用户欢迎。普遍反映产品散热和绝缘功能优良，结构合理、校调便捷。说明书毕。
权利要求
1.一种永磁交流发电机正弦波电压调节器，其结构特征在于由变流保护电路、功率电路和控制电路等三个功能电路组成；变流保护电路包括有二极管D10、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15、晶闸管K1、晶闸管K2、电阻R19 ;功率电路包括有功率三极管T6、功率三极管T7、电阻R17、电阻R18 ;控制电路包括有二极管Dl、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、稳压管D7、稳压管D8、稳压管D9、运放集成电路Tl、数字电位器T2、三极管T4、三极管T5、电容器Cl、电容器C2、电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、可调电阻R2、光耦G1、光耦G2。
2.根据权利要求I所述的永磁发电机正弦交流电压调节器，其结构特征在于变流保护电路中的二极管D9的负极、二极管DlO的正极、晶闸管Kl的阳极连接在一个金属散热装置上，二极管Dll的负极、二极管D12的正极、晶闸管K2的阳极连接在另一个金属散热装置上，二个金属散热装置共同制作在一块铝基敷铜板上；功率电路中的功率三极管T7与电阻R17串接的支路，采用多路并联的结构，其并联支路的数量，根据永磁发电机正弦交流电压调节器的额定功率决定，额定功率越大，并联支路的数量越多，并联电路中，多路功率三极 管17的集电极相连接，又与三极管T6的集电极相连接后，安装在同一个金属散热装置上； 控制电路采用直插元件或贴片元件，将控制电路的全部元件焊接在同一块印刷电路板上，用环氧树脂密封，可调电阻R2的调节端露出环氧树脂的密封面。
3.根据权利要求I所述的永磁发电机正弦交流电压调节器，其特征在于用于单相永磁交流发电机时，由一个永磁交流发电机正弦波电压调节器串联在单相永磁交流发电机与单相交流用电负载之间；用于三相永磁交流发电机时，由三个相同且独立的永磁交流发电机正弦波电压调节器分别串联在三相永磁交流发电机与三相交流负载对应相之间。
4.永磁交流发电机正弦波电压调节器的“耐冲击电流值”设计原理，其特征是根据用户的需要来设定，其值等于晶闸管Kl和晶闸管K2的浪涌电流值，常规设定耐冲击电流值等于10倍的额定电流值。
5.永磁交流发电机正弦波电压调节器的“额定输出电压”设计原理，其特征是输出电压由取样电压与基准电压比对后确定，仅需调节可调电阻R2的阻值，就可以便捷地选定产品的额定输出电压；当R2取值趋小时，额定输出电压降低；当R2取值趋大时，额定输出电压升闻。
6.永磁交流发电机正弦波电压调节器的“调压动作时间”设计原理，其特征是电阻R12和稳压管D9组成的斩波电路每输出一个脉冲，数字电位器就自动调节电压一次，调节频度等于2倍交流电源频率的倒数，对于交流频率50赫兹的市电，每10毫秒将对输出电压自动调节一次。
7.永磁交流发电机正弦波电压调节器的“调压精度”设计原理，其特征是直接对交流负载电阻上电压进行取样，与一个恒定基准电压进行比对，比对结果输入运放集成电路，输出仅有电位“低”或“高”的数字信号，数字电位器根据数字信号选择“增加”或“减少”工作模式中的某一种，对内部电阻进行数字化加减，上述过程均采用数字化电路工作原理，与集成电路元件自身参数无关，后继执行调整电压的其它元器件参数的差异，其结果最终将反映在交流负载电阻的电压数值上，电路可以继续进行修正调节，直到等于额定值为止，所以，调压精度与所有元器件的参数、温度、电源频率均无关，本设计调压精度> 99. 5%。
8.永磁交流发电机正弦波电压调节器的“电压温度特性”设计原理，其特征是选用稳压管D8的稳压值为5. I伏和电压温度特性彡0. 01 (% /度)，选配电阻Rl的电阻温度特性，使整机电压温度特性< 0. 01 (% /度)，在额定输出220伏交流电压时，整机温升100°C，永磁交流发电机正弦波电压调节器输出交流电压波动值< 2. 2伏。
9.永磁交流发电机正弦波电压调节器的“正弦波失真率”设计原理，其特征是采用的是串联式交流电压调节技术方案，交流电压矢量分配原则是调节交流电压Vm等于永磁交流发电机发出的正弦波电压Vab减去额定输出电压VEF，Vcd约是Vab的15%，Vcd的彡10%正弦波失真率，折合在交流负载电阻R19上的Vef的正弦波失真率< I. 5%。
全文摘要
本发明涉及一种永磁交流发电机正弦波电压调节器，属于国家重点支持的高新技术产品领域。既可用于单相永磁交流发电机，也可用于三相永磁交流发电机。主要设计技术参数调压精度≥99.5％，正弦波形失真率≤1.5％，电压温度特性≤0.01(％/度)，耐冲击电流≥10倍额定电流，调压动作时间＝10毫秒，工作频率＝10～1000赫兹。能承接容性或感性交流负载，自身发生故障时仍可对负载应急供电。采用电力电子功率器件、运算集成电路、数字集成电路、光电耦合器件、铝基敷铜板材料，数字化电路工作原理，产品散热和绝缘功能优良，结构合理、校调便捷。
文档编号H02P9/00GK102761304SQ201210272599
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年1月13日
发明者程德明 申请人:程德明