专利名称：数字式交流精密调压器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数字式交流精密调压器，属于电力电子技术，用于交流调压的电气装置。
在交流调压领域，目前广泛使用的是手动碳刷接触调压，它的调压精度实际上就是该调压器的匝间电压，功率一大，它的匝间电压可能大于3-4V，自然就难得精密，工业上使用的大功率调压器，如感应调压器、移圈调压器、接触调压器等结构庞大，概难同时实现既保效率高，又保波形好的宽范围精密调压，不能满足诸多行业的需要。中国专利ZL93222761.9中公开的数字补偿式电力稳压器，只局限于使用继电器通过补偿变压器的补偿电压稳压，未解决精密稳压，特别是控制电路采用了A/D转换器和数据处理器等复杂转换单元。
本实用新型的目的在于设计一种体积小、结构简单、高效、宽范围，能精密调压的数字式交流精密调压器。
本实用新型涉及一种数字式交流精密调压器，有变压器、数字电压表、直流电源和时钟脉冲发生器，其特征在于有一个N位数控电路，由2-4块可逆计数器级连构成的数控脉冲产生电路和光电耦合器与双向晶闸管构成或继电器构成的输出电路组成；变压器采用具有分数磁路的二进制绕组变压器，在分数磁路上有二进制分数匝绕组20-2i，而二进制整数匝绕组2i+1-2n-1和初级绕组N1及直流电源绕组N2、N3同在总磁路上。
按本实用新型提供的数字式交流精密调压器，其体积小、结构简单、调节范围广、效率高、波形好、精度高，能进行精密调压。
本实用新型有如下附图图1为数字式交流精密调压器原理图。
图2为直流电源和时钟脉冲发生器电原理图。
图3、图4为数控电路中数控脉冲产生电路原理图。
图5、图6为数控电路中继电器有触点隔离输出电路。
图7为数控电路中的光电耦合器与双向晶闸管无触点隔离输出电路图。
图8为数字式交流精密调压器自耦输出原理图。
下面参照
本实用新型数字式交流精密调压器的实施方案。数字式47交流精密调压器由变压器T1、N位数控电路、数字电压表与直流电源和时钟脉冲发生器组成，如图1所示。其变压器T1采用具有分数磁路的二进制绕组变压器，在分数磁路上绕二进制分数匝绕组2o-2i，其二进制整数匝绕组2i+1-2n1和初级绕组N1及直流电源绕组N2、N3均绕于总磁路上。变压器分数磁路上的铁芯截面积为总磁路的1/10或更小，它上面的一匝即等效于总磁路上的0.1匝或更小。直流电源和时钟脉冲发生器由CD4024分频器IC1、LM339比较器IC2-1、IC2-2、晶体二极管BG1-BG9、二极管D1-D6、整流二极管CW1-CW3及其阻容元件组成，如图2所示。输入端
接变压器T1的N2、N3绕组，经D1-D4全波整流，通过BG1-BG3和CW1输出+14V稳压电压供N位数控电路，BG4-BG6和CW2输出+5V稳压电压，BG7-BG9和CW3输出-5V稳压电压供数字电压表。它们都能实现宽范围稳压。交流电压经电阻R6和二极管D5、D6作正负限幅后触发LM339比较器IC2-1，令其在每个正半周的下落过零点输出一个脉冲下降沿，通过R11、R12分压，保证送入分频器IC1的1脚的脉冲电平为0V，满足CD4024下降沿触发的要求，经IC1的64次分频后由3脚输出一个正脉冲，经比较器IC2-2和R17、C4组成的电路延时复位，保证了在IC1的3脚输出一个频率为50/64赫、上升沿与交流电压正半周下落过零点一致、持续时间为5毫秒的时钟脉冲，送入图3或图4中可逆计数器IC4、IC5或IC8、IC9的15脚，即能保证调压器中双向晶闸管或继电器均在交流电压过零时切换，确保平稳可靠。若负载为感性，则时钟脉冲的上升沿应与电流过零点一致，电路只需增加一个电流互感器和电源过零窗口比较器即成。
N位数控电路采用由比较器IC3-1、IC3-2、IC3-3，可逆计数器IC4、IC5按钮开关AN1、AN2、″复零″按钮、二极管D11-D26、电阻R21-R29、电容C5构成的数控脉冲产生电路和继电器J1-J8、三极管BG11-BG18、二极管D51-D58、电阻R41-R48，电容C11-C18构成的有触点隔离输出电路组成8位有触点隔离输出数控电路，可逆计数器IC4、IC5的15脚与直流电源和时钟脉冲发生器中分频器IC1的3脚连接，继电器J1-J3和J4-J8的常闭触点分别与变压器中的分数匝绕组20-22和整数匝绕组23-27绕组连接，如图3、图5、图6所示。图3中比较器IC3采用LM339，可断计数器IC4、IC5采用CD4516，时钟脉冲取自IC1的3脚，比较器IC3-1和相关元件构成十来秒的延时，保证加电之初可逆计数器IC4、IC5都因1脚为高电平而令输出置零，延时结束后始降为低电平，方允许IC4、IC5进行加减运算。在调压过程中通过比较器IC3-2、IC3-3将按钮AN1、AN2的下端均箝位到零，这样按下AN1、即令IC4、IC5的5脚为低电平，而它们的10脚均为高电平，故在15脚所加时钟脉冲的驱动下进行加计数运算，使输出电压增加；按AN2，则令IC4的5、10脚和IC5的10脚均为低电平，因而进行减法计数运算，使输出电压降低，从而实现调压。为防止IC4、IC5加减运算满档后的回变，加有二极管D11-D18、R29的IC3-3构成的减满档刹车电路。中途若需复零，即按″复零″按钮。图5、图6中IC4、IC5输出的加减运算的数控脉冲，经继电器J1-J8，通过其触点，J1-J3的触点与T1的输出绕组20-22连接，J4-J8的触点与23-27绕组连接。变压器T1的输出绕组均绕成二进制绕组，与20-22等效的三个绕组绕于分数磁路，与23-27等效的绕组绕于总磁路上。N2、N3提供直流电源和时钟脉冲发生器所需交流电压。
N位数控电路可采用由比较器IC3-1、IC3-2、IC3-3，可逆计数器IC4、IC5、按钮开关AN1、AN2、″复零″按钮、二极管D11-D26、电阻R21-R29、电容C5构成的数控脉冲产生电路和双向晶闸管SCR1-SCR16、光电耦合器GD1-GD16、电阻R51-R98、电容C21-C36构成的无触点隔离输出电路组成的8位无触点隔离输出数控电路，可逆计数器IC4、IC5的15脚与直流电源和时钟脉冲发生器中的分频器IC1的3脚连接，双向晶闸管SCR1-SCR6和SCR7-SCR16分别与变压器中的分数匝绕组20-22和整数匝绕组23-27绕组连接，如图3、图7所示。其数控脉冲产生电路及调压原理如前所述，输出的数控脉冲由①-⑧端送入，通过MOC3021光电耦合器GD1-GD16，低电平使双向晶闸管SCR1、3、5、7、9、11、13、15选择导通，高电平使SCR2、4、6、8、10、12、14、16选择导通，从而恰当组合20-27中对应的绕组，而取得所需的输出电压，与20-22等效的三个绕组绕于变压器的分数磁路，其余绕在总磁路上，N2、N3提供直流电原和时件脉冲发生器所需的交流电压，如图7所示。
N位数控电路还可采用由比较器IC6-1-IC6-4、IC7-1、IC7-2、IC10-1、IC10-2、可逆计数器IC8、IC9、二极管D31-D47、齐纳二极管CW4、CW5、电位器W1、W2电阻R31-R40、电容C6、C7构成的数控脉冲产生电路和继电器J1-J8、三极管BG11-BG18、二极管D51-D58、电阻R41-R48、电容C11-C18构成的有触点隔离输出电路组成具有稳压功能的8位有触点隔离输出数控电路，可逆计数器IC8、IC9的15脚与直流电源和时钟脉冲发生器中分频器IC1的3脚连接，继电器J1-J3和J4-J8的常闭触点分别与变压器中的分数匝绕组20-22和整数匝绕组23-27绕组连接，二极管D31的正端与输出电压Vout连接，如图4、图5、图6所示。用输出取样电压控制可逆计数器作跟踪运算，从而获得所需的数控脉冲去驱使输出电压稳定，图4输出电压Vout由D1整流，R31、C6降压滤波，经齐纳二极管CW4加到电位器W1、W2的上端。CW4的作用是提高加于W1和W2上的取样电压的变动幅值而提高控制灵敏度。稳压的下限值由W1调定，上限值由W2调定，均由TL431比较器IC10-1、IC10-2作精密比较。在稳压过程中，LM339比较器IC7-1、IC7-2的输出端将IC10-2、IC10-1的正极箱位到零。当输出电压低于稳压下限值时，IC10-1、IC10-2均不导通，致令比较器IC6-1将CD4516可逆计数器IC8的5脚箝位到低电平，而比较器IC6-3保证了IC8、IC9的10脚均为高电平，因而在15脚所加时钟脉冲的驱动下作加计数运算，使输出电压逐步升高；当输出电压升到稳压下限值时IC10-1导通，IC6-1的输出跃为高电平；而此时由于IC10-2还未及导通，比较器IC6-2的输出也应为高电平，故保证IC8的5脚随IC6-1的输出跃为高电平，可逆计数器IC8、IC9停止运算，使输出稳定下来。若电网电压变高而使输出电压超过稳压上限值，IC10-2立即导通，通过IC6-2、IC6-3，使IC8的5脚、10脚和IC9的10脚均跌为低电平，故进行减计数运算，使输出电压降低，当降到上下限值之间时，输出又稳定，从而实现稳压输出。IC6-4作为开机之初的预置电路，保证每次开机时输出电压均由最低电压逐步升高，从而具有软起动功能。D32-D47、R39-R40和IC7-1、IC7-2构成IC8、IC9加减运算满档时的刹车电路，以防输出电压大起大落。其由继电器构成的有触点隔离输出电路图5、图6所示，如前所述。
N位数控电路也可采用由比较器IC6-1-IC6-4、IC7-1、IC7-2、IC10-1、IC10-2、可逆计数器IC8、IC9、二极管D31-D47、齐纳二极管CW4、CW5、电位器W1、W2、电阻R31-R40、电容C6、C7构成的数控脉冲产生电路和双向品闸管SCR1-SCR16、光电耦合器GD1-GD16、电阻R51-R98、电容C21-C36构成的无触点隔离输出电路组成的具有稳压功能的8位无触点隔离输出数控电路，可逆计数器IC8、IC9的15脚与直流电源和时钟脉冲发生器中分频器IC1的3脚连接，双向品闸管SCR1-SCR6和SCR7-SCR16分别与变压器中的分数匝绕组20-22和整数匝绕组23-27绕组连接，二极管D31的正端与输出电压Vout连接。如图4、图7所示，其电路原理分别均如前所述。
数字式交流精密调压器可采用具有分数磁路的二进制绕组自耦变压器，在分数磁路上有二进制分数匝绕组2o-2i；整数匝绕组2i+1-2n-1和输出绕组Nout及基本绕组
直流电源绕组N2、N3同在总磁路上，输出绕组Nout与二进制绕组的最高位2n-1绕组、基本绕组
直流电源绕组N2、N3串接输出构成自耦输出电路。如图8所示，图中变压器的与20-22等效的三个绕组绕于分数磁路，其余绕在总磁路，
之间的基本绕组匝数按最低输入电压(如100V)计算，最高位二进制绕组27绕组与Nout绕组连接，使Nout绕组、
基本绕组、N3绕组串接组成8位有触点自耦输出电路。
数字式交流精密调压器它既保证调压范围宽，精度高，波形好、效率高、无电污染、产品的功率等级不受限制，又便于近控或远控制作，尤其便于大中功率交流电机实行软起动和调压调速节能运行。
权利要求1．数字式交流精密调压器，有变压器、数字电压表、直流电源和时钟脉冲发生器，其特征在于有一个N位数控电路，由2-4块可逆计数器级连构成的数控脉冲产生电路和光电耦合器与双向晶闸管构成或继电器构成的输出电路组成；变压器采用具有分数磁路的二进制绕组变压器，在分数磁路上有二进制分数匝绕组2o-2i，而二进制整数匝绕组2i+1-2n-1和初级绕组N1及直流电源绕组N2、N3同在总磁路上。
2．按权利要求1所述的数字式交流精密调压器，其特征在于N位数控电路采用由比较器IC3-1、IC3-2、IC3-3，可逆计数器IC4、IC5按钮开关AN1、AN2、″复零″按钮、二极管D11-D26、电阻R21-R29、电容C5构成的数控脉冲产生电路和继电器J1-J8、三极管BG11-BG18、二极管D51-D58、电阻R41-R48，电容C11-C18构成的有触点隔离输出电路组成8位有触点隔离输出数控电路，可逆计数器IC4、IC5的15脚与直流电源和时钟脉冲发生器中分频器IC1的3脚连接，继电器J1-J3和J4-J8的常闭触点分别与变压器中的分数匝绕组20-22和整数匝绕组23-27绕组连接。
3．按权利要求1所述的数字式交流精密调太器，其特征在于N位数控电路采用由比较器IC3-1、IC3-2、IC3-3，可逆计数器IC4、IC5、按钮开关AN1、AN2、″复零″按钮、二极管D11-D26、电阻R21-R29、电容C5构成的数控脉冲产生电路和双向晶闸管SCR1-SCR16、光电耦合器GD1-GD16、电阻R51-R98、电容C21-C36构成的无触点隔离输出电路组成的8位无触点隔离输出数控电路，可逆计数器IC4、IC5的15脚与直流电源和时钟脉冲发生器中的分频器IC1的3脚连接，双向晶闸管SCR1-SCR6和SCR7-SCR16分别与变压器中的分数匝绕组20-22和整数匝绕组23-27绕组连接。
4．按权利要求1所述的数字式交流精密调压器，其特征在于N位数控电路采用由比较器IC6-1-IC6-4、IC7-1、IC7-2、IC10-1、IC10-2、可逆计数器IC8、IC9、二极管D31-D47、齐纳二极管CW4、CW5、电位器W1、W2电阻R31-R40、电容C6、C7构成的数控脉冲产生电路和继电器J1-J8、三极管BG11-BG18、二极管D51-D58、电阻R41-R48、电容C11-C18构成的有触点隔离输出电路组成具有稳压功能的8位有触点隔离输出数控电路，可逆计数器IC8、IC9的15脚与直流电源和时钟脉冲发生器中分频器IC1的3脚连接，继电器J1-J3和J4-J8的常闭触点分别与变压器中的分数匝绕组20-22和整数匝绕组23-27绕组连接，二极管D31的正端与输出电压Vout连接。
5．按权利要求1所述的数字式交流精密调压器，其特征在于N位数控电路采用由比较器IC6-1-IC6-4、IC7-1、IC7-2、IC10-1、IC10-2、可逆计数器IC8、IC9、二极管D31-D47、齐纳二极管CW4、CW5、电位器W1、W2、电阻R31-R40、电容C6、C7构成的数控脉冲产生电路和双向品闸管SCR1-SCR16、光电耦合器GD1-GD16、电阻R51-R98、电容C21-C36构成的无触点隔离输出电路组成的具有稳压功能的8位无触点隔离输出数控电路，可逆计数器IC8、IC9的15脚与直流电源和时钟脉冲发生器中分频器IC1的3脚连接，双向品闸管SCR1-SCR6和SCR7-SCR16分别与变压器中的分数匝绕组20-22和整数匝绕组23-27绕组连接，二极管D31的正端与输出电压Vout连接。
6．按权利要求1所述的数字式交流精密调压器，其特征在于变压器采用具有分数磁路的二进制绕组自耦变压器，在分数磁路上有二进制分数匝绕组2o-2i；整数匝绕组2i+1-2n-1和输出绕组Nout及基本绕组
直流电源绕组N2、N3同在总磁路上，输出绕组Nout与二进制绕组的最高位2n-1绕组、基本绕组
直流电源绕组N2、N3串接输出构成自耦输出电路。
专利摘要数字式交流精密调压器,由具有分数磁路的二进制绕组变压器,N位数控电路、数字电压表与直流电源和时钟脉冲发生器组成。二进制分数磁路上绕分数匝绕组2文档编号H02M5/02GK2350921SQ9723775
公开日1999年11月24日 申请日期1997年9月19日 优先权日1997年9月19日
发明者王先伦, 赖永海, 蒋长合 申请人:王先伦, 赖永海, 蒋长合