一种多补偿变压器组合式单相交流稳压器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种多补偿变压器组合式单相交流稳压器，包括输入端连接电网的三个补偿变压器，输出端通过三个变压器的一次侧绕组串联后接至用电设备输入端，三个变压器二次侧绕组端通过8个双向晶闸管接至输出电压端。输入电压侧的TR4变压器提供实时电压检测信号，通过12位高精度A/D转换器进行交流有效值检测，实时监测单相交流工作电压，并将获得位数字信号与设定的编码量值进行比较，再通过译码驱动电路按照硬件逻辑编程规定判断组合触发8个双向晶闸管，通过双向晶闸管的不同导通、断开的组合，改变变压器二次绕组的投入组数和电压方向，最终达到一次测电压大小的不同补偿组合，保证输出电压稳定在给定的电压范围。
【专利说明】
一种多补偿变压器组合式单相交流稳压器
技术领域
[0001] 本实用新型属于稳压器电路领域，尤其是一种基于数字电路控制的多补偿变压器 组合式单相/三相交流稳压器。
【背景技术】
[0002] 目前，尽管电网设施更新很快，在大中城市供电质量基本能够满足用户的需求，但 在个别的小城市及广大的农村，由于电网设施的老旧与用电量迅猛增加的矛盾导致用户用 电品质很不稳定，有时会直接影响到个别电器不能够正常使用或给电器设备的使用带来危 害。
[0003] 目前，市场上存在的稳压器，调压器种类很多，但各有优缺点，所适用的特定环境 也各有偏重，因此研发出独具特色，性能更为优越的稳压器以提高用户端电能质量十分必 要。
[0004] 经检索，发现两篇与本专利内容相关的专利文献，其中，公开号为CN102881433A的 中国专利提供一种具有补偿绕组的变压器，包括:五个磁芯形成的五个磁路;第一磁路、第 二磁路、第三磁路、第四磁路和第五磁路均绕制有第一绕组，第一磁路和第二磁路又绕制有 第二绕组;第二磁路绕制有第三绕组，第三绕组和第二绕组串接，且感应磁通相反;第二绕 组和第一绕组为单磁路绕组。本发明提供的每路磁路上都设有第一绕组，在第一磁路和第 二磁路上设置第二绕组，使第一绕组和第二绕组之间不存在互感，第二绕组串接第三绕组， 使第一绕组单独形成一个变压器，第二绕组连同第三绕组形成一个单独的变压器，从而可 以实现多种不同信号的输入和输出，扩展了变压器的功能。
[0005] 公开号为CN103219881A的中国专利提供了 一种变压器分段串联电容补偿电路，属 于变压器或电能变换领域。变压器待串联补偿绕组由若干绕组段串联组成，其中至少有一 对相邻的绕组段间还串有补偿电容;上述变压器待串联补偿绕组为变压器原边或/和变压 器副边。本发明可应用于各类谐振变换器中，包括用于非接触谐振变换器中补偿非接触变 压器的漏感和激磁电感。
[0006] 经过对比，上述专利与本专利申请在电路原理以及作用效果上，存在明显区别。
【发明内容】
[0007] 本实用新型的目的在于克服现有技术不足，提供一种电路稳压调整范围宽的基于 数字电路控制的多补偿变压器组合式单相/三相交流稳压器。
[0008] 本实用新型采用的技术方案是：
[0009] 一种基于数字电路控制的多补偿变压器组合式单相/三相交流稳压器，包括输入 端连接电网的三个补偿补偿变压器，三个补偿变压器的一次侧绕组串联接至交流电压输入 端，三个补偿变压器的二次侧绕组通过8个双向晶闸管接至输出电压端，输入电压侧的变压 器TR4上连接有电压检测控制器，电压检测控制器与8个双向晶闸管连接。
[0010] 而且，三相交流稳压器是在单相交流稳压器基础上，采用模块化结构设计，利用三 套相同的多补偿变压器组合式单相交流稳压器分控三相相电压，其电压输入及电压输出端 采用三相电压设计，每套多补偿变压器组合式单相交流稳压器分别串联在其中一相电路 上。
[0011] 而且，所述电压检测控制器包括:数据转换器、时钟和高9位A/D转换电路、16路数 据比较器、16路脉冲时序分配电路、8路输出编码器、译码分配和驱动电路以及8路电子开关 隔离输出驱动电路，数据转换器的输入端连接输入电压侧的变压器，数据转换器的输出端 连接高9位A/D转换电路的输入端、高9位A/D转换电路的输出端通过16路数据比较器连接16 路脉冲时序分配电路，16路脉冲时序分配电路输出端通过8路输出编码器连接译码分配和 驱动电路，译码分配和驱动电路连接8路电子开关隔离输出驱动电路，8路电子开关隔离输 出驱动电路分别与8个双向晶闸管一一对应连接。
[0012] 而且。所述电压检测控制器还包括节能控制电路和过流取样电路。
[0013] 而且，所述电压检测控制器还具有一软启动控制电路。
[0014] 本实用新型的积极效果及优点是：
[0015] 1、本实用新型提供的基于数字电路控制的多补偿变压器组合式单相交流稳压器， 采用多补偿变压器组合的稳压方式，具有非常高的可靠性和很强的抗干扰能力，且补偿变 压器功率小，变压器容量低，体积小，价格便宜，有效解决了因电网供电质量较差给用户带 来的危害，为用户提供可靠且稳定的电力供应。
[0016] 2、本实用新型提供的基于数字电路控制的多补偿变压器组合式单相交流稳压器 的核心监测电路为12位高精度A/D转换器进行交流有效值检测，实时监测单相交流工作电 压，实时监测，实时控制，电路运行响应度高，工作速度快，纯数字电路的逻辑控制方式，整 体无单片机芯片，无需编程，调试简单，使用方便。
[0017] 3、本实用新型提供的基于数字电路控制的多补偿变压器组合式单相交流稳压器， 单相小功率系统采用无触点双向可控硅调压，三相或大功率系统可根据容量要求采用双向 可控硅、大功率M0S器件或IGBT器件。设备无噪声，无机械调压存在的碳刷磨损和机械故障； 输出正弦波半波起调，波形连续不间断，电路采用过零触发电路，加以脉冲吸收和死区保 护对电网的电磁干扰小，适应各种负载工作，无论是电阻负载、电容负载还是电感负载，这 种调压方式都能够很好的适应。
[0018] 4、本实用新型提供的基于数字电路控制的多补偿变压器组合式单相交流稳压器 具有软启动功能，每次开机时，可在0.125秒~6分钟内启动电压由输入电压减去171V(或 185V)后，分8档逐步上升到220V的所需电压值。
[0019] 5、本实用新型提供的基于数字电路控制的多补偿变压器组合式单相交流稳压器 具有输出过流重启功能，对于瞬时过流后能够很快恢复的负载故障能够自动重新重启，重 启三次后，如果过流故障仍然存在，则进入死保护，不再进行在重启，这时需要人为排除故 障后进行手动复位。
[0020] 6、本实用新型电路系统面板装有多功能仪表，可实时显示输入/输出电压，同时具 有过电压指示、欠电压指示、过电流指示。同时，每个补偿稳压器的调压控制回路均设有过 电流的保险熔断器和继电保护指示功能。
[0021] 7、本实用新型电路具有光控启动和定时节能减压工作的功能，如附图3所示，根据 用户要求，节能控制电路可设定白天不工作，前半夜全压工作，后半夜减压工作，减压节能 电压为171V(或185V)，该功能特别适用于市政路灯照明。
[0022] 8、本实用新型提供的基于数字电路控制的多补偿变压器组合式三相交流稳压器 针对的是三相电源线路，其改动仅需将三套相同的本实用新型提供的补偿变压器组合式单 相交流稳压器一一对应地安装在每相电路中，三相电源的每相单独进行调节，具有很好的 三相自平衡能力。
[0023] 9、本实用新型提供的基于数字电路控制的多补偿变压器组合式单相交流稳压器 中的电路设计的电路稳定性好，现场供电为互补方式，当稳压系统设备发生故障，需要进行 日常维护或维修时，通过切换，可以保证线路正常供电，不影响用户正常用电更适合广泛推 广。
[0024]本实用新型优点和积极效果为：
[0025] 本测试系统中的负载系统由计算机自动控制对被试发电机施加阻性、感性、容性 负载，还可进行单相不平衡、短路试验，测试系统检测发动机各项电量参数，自动记录试验 数据，生成测试报告，集成性好，准确率高。
[0026] 本测试系统可模拟交直流发电机各种转速和加减速度以及不同负载下的工况，进 行稳态和瞬态的测试，具有错误参数输入报警、过载报警、过载自动卸载、手自动转换、紧 急停车等功能。被试发电机装卸操作方便，可维护性高。
【附图说明】
[0027] 图1为实用新型的基于数字电路控制的多补偿变压器组合式单相交流稳压器主电 路原理图；
[0028]图2为实用新型的基于数字电路控制的多补偿变压器组合式三相交流稳压器主电 路原理图；
[0029] 图3是本实用新型的基于数字电路控制的多补偿变压器组合式单相/三相交流稳 压器控制原理框图。
【具体实施方式】
[0030] 下面通过附图结合具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述 性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
[0031] -种基于数字电路控制的多补偿变压器组合式单相/三相交流稳压器，其中图1体 现了基于数字电路控制的多补偿变压器组合式单相交流稳压器，它包括输入端连接电网的 三个补偿补偿变压器TR1、TR2、TR3，三个补偿变压器TR1、TR2、TR3的一次侧绕组串联接至交 流电压输入端，三个补偿变压器TR1、TR2、TR3的二次侧绕组通过8个双向晶闸管（S1~S8)接 至输出电压端，输入电压侧的变压器TR4上连接有电压检测控制器，电压检测控制器与8个 双向晶闸管连接，变压器TR4向电压检测控制器提供实时电压检测信号，通过计算、比较触 发8个双向晶闸管，通过双向晶闸管的不同导通组合，改变三个补偿变压器二次侧电压方 向，对一次测电压大小的进行不同补偿组合，保证输出电压稳定。
[0032] 通过12位高精度A/D转换器进行交流有效值检测，适时监测单相交流工作电压，并 将获得的高9位数字信号与设定值进行比较，进行逻辑分析8路逻辑控制输出信号，通过译 码驱动电路触发8个双向晶闸管，通过双向晶闸管的不同导通组合，改变三个补偿变压器二 次侧电压方向，对一次测电压大小的进行不同补偿组合，保证输出电压稳定。
[0033] QF1和QF2为输入/输出自动空气开关，用于过流保护;TR1、TR2和TR3为电压补偿变 压器，用于调整调整输出电压;TR4为电压检测变压器，为控制电路提供实时电网电压;控制 直流电源为控制电路和触发驱动电路提供直流电源;RV1和RV2压敏电阻，用于消除系统可 能存在的浪涌电压，对系统进行过压保护;KM为接触器，它受系统控制电路控制，用于对负 载供停电。
[0034]图2体现了基于数字电路控制的多补偿变压器组合式三相交流稳压器，三相交流 稳压器是在单相交流稳压器基础上，采用模块化结构设计，利用三套相同的多补偿变压器 组合式单相交流稳压器分控三相相电压，其电压输入及电压输出端采用三相电压设计，每 套多补偿变压器组合式单相交流稳压器分别串联在其中一相电路上，这种单相独立的工作 方式有利于三相供电和用电负载的平衡工作在比较平衡的工作状态。三套电流过流取样检 测模块对三相负载电流单独实时检测，实时分析处理，通过过流保护与重启电路共同控制 输出接触器，当任何一相负载发生严重过载甚至短路事故时，都能进行保护断电动作。其工 作原理与单相稳压器基本一致。
[0035]多补偿变压器组合式单相/三相交流稳压器控制原理框图如图3所示，电压检测控 制器包括:数据转换器、时钟和12位高精度A/D转换电路(取高9位编码，精确设计编码，使之 符合±5V或±7V调整范围要求）、16路数据比较器、16路脉冲时序分配电路、8路输出编码 器、译码分配和驱动电路以及8路电子开关隔离输出驱动电路，数据转换器的输入端连接输 入电压侧的变压器TR4,数据转换器的输出端连接12位高精度A/D转换电路的输入端、12位 高精度A/D转换电路的输出端通过16路数据比较器连接16路脉冲时序分配电路，16路脉冲 时序分配电路输出端通过8路输出编码器连接译码分配和驱动电路，译码分配和驱动电路 连接8路电子开关隔离输出驱动电路，8路电子开关隔离输出驱动电路分别与8个双向晶闸 管 对应连接。
[0036] 其基本工作过程是数据转换取样电路通过变压器TR4取样，提供给时钟和12位高 精度A/D转换电路，获取A/D转换器的高九位数字信号送入16路数据比较器进行比较，得到 16路逻辑信号送至16路脉冲时序分配电路进行处理，再送至8路输出编码器编码得到8路控 制信号，该控制信号经译码分配和驱动电路提供给S1~S8八个双向晶闸管，通过过零触发 方式控制TR1~TR3三个补偿变压二次侧绕组的导通组合，以控制输出电压达到稳定。
[0037] 电压检测控制器还包括节能控制电路和过流取样电路，其工作工程师通过采集输 出电压和输出电流信号，提供给过流保护与重启电路。给过流保护与重启电路有两个作用， 一是在瞬时过流后的自动重新重启，重启三次后，如果过流故障仍然存在，则进入死保护， 不再进行在重启，这时需要人为排除故障后进行手动复位;二是可根据用户特殊的节能要 求控制输出电压170V或185V。
[0038] 电压检测控制器还具有一软启动控制电路，其软启动控制电路的功能是，每次开 机时，可在30秒~6分钟内（用户可自行调整）启动电压由输入电压减去49V(或其他设定值） 后，分8档逐步上升到220V的所需电压值。
[0039]本实用新型的工作原理是：
[0040]当输入交流电压过高时，可将双向晶闸管电子开关S1和S4过零触发导通，这时补 偿变压器二次侧电压极性为左正右负，因为同名端极性相同，故补偿电压U1极性亦为左正 右负，此时，输出电压Uo = Ui-Ul，进行降压补偿。
[0041] 而当输入交流电压过低时，将双向晶闸管电子开关S3和S2过零触发导通，这时补 偿变压器二次侧电压极性为左负右正，同样因为同名端极性相同，故补偿电压U1极性亦为 左负右正，此时，输出电压Uo = Ui+Ul，进行升压补偿。
[0042] 所以，通过电子开关的不同导通组合，即可对输出电压进行调控，在输入电压发生 变化时，通过补偿变压器的电压补偿，保证输出电压稳定在设计范围之内。
[0043] 若输入电压在220V左右时，电压正常情况下，无需进行电压补偿，这时，为保护控 制电子开关，可将S1、S3或S2、S4触发导通，将补偿变压器二次侧电压短路，以防止二次侧过 电压因为二次侧电流很小，不会造成变压器和电子开关损坏。
[0044] 此外，当输入电压在220V± 3.5V，这时变压器做电流互感器使用，晶闸管S1、S3导 通(或者S2、S4导通），这时补偿电压为零。
[0045] 为了避免可控硅导通时上下臂的两只串联可控硅同时导通造成"直通"的问题损 坏晶闸管，电路中设置了防止上下臂同时导通的判断电路和适当的时间滞后"死区"电路， 保证在任何时候上下臂的两只串联可控硅同只有一只是导通的。
[0046] 为了避免"死区"期间变压器处于瞬时"开路"现象，对变压器采用了阻容吸收保护 措施。
[0047] 本实施例中，对三个补偿变压器TR1、TR2和TR3分别设计为补偿电压7-14-28V和5-10-20V两种组合方式，其输入电压与过零触发元件控制导通表见基于数字电路控制的多补 偿变压器组合式单相交流稳压器补偿变压器组的输入电压与过零触发元件控制导通表。 [0048]输入电压侧的TR4变压器提供实时电压检测信号，通过12位高精度A/D转换器进行 交流有效值检测，实时监测单相交流工作电压，并将获得的高9位数字信号与设定值进行比 较，进行逻辑分析8路逻辑控制输出信号，通过译码驱动电路触发8个双向晶闸管，通过双向 晶闸管的不同导通组合，改变三个补偿变压器二次侧电压方向，达到对一次测电压的补 偿。输出端有控制电路直流电源模块，交流稳压器内的各模块由电源模块供电。
[0049]基于数字电路控制的多补偿变压器组合式单相交流稳压器补偿变压器组的输入 电压与过零触发元件控制导通表
[0050]
[0051] 尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以 理解:在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可 能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
【主权项】
1. 一种多补偿变压器组合式单相交流稳压器，其特征在于:包括输入端连接电网的三 个补偿补偿变压器，三个补偿变压器的一次侧绕组串联接至交流电压输入端，三个补偿变 压器的二次侧绕组通过8个双向晶闸管接至输出电压端，输入电压侧的变压器TR4上连接有 电压检测控制器，电压检测控制器与8个双向晶闸管连接。2. 根据权利要求1所述的多补偿变压器组合式单相交流稳压器，其特征在于:所述电压 检测控制器包括:数据转换器、时钟和高9位A/D转换电路、16路数据比较器、16路脉冲时序 分配电路、8路输出编码器、译码分配和驱动电路以及8路电子开关隔离输出驱动电路，数据 转换器的输入端连接输入电压侧的变压器，数据转换器的输出端连接高9位A/D转换电路的 输入端、高9位A/D转换电路的输出端通过16路数据比较器连接16路脉冲时序分配电路，16 路脉冲时序分配电路输出端通过8路输出编码器连接译码分配和驱动电路，译码分配和驱 动电路连接8路电子开关隔离输出驱动电路，8路电子开关隔离输出驱动电路分别与8个双 向晶闸管 对应连接。3. 根据权利要求2所述的多补偿变压器组合式单相交流稳压器，其特征在于:所述电压 检测控制器还包括节能控制电路和过流取样电路。4. 根据权利要求3所述的多补偿变压器组合式单相交流稳压器，其特征在于:所述电压 检测控制器还具有一软启动控制电路。
【文档编号】H02M5/257GK205509860SQ201520729841
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年9月21日
【发明人】谢胜利, 刘立平, 崔凤来, 李明星, 朱琼
【申请人】国网冀北电力有限公司技能培训中心, 国家电网公司, 保定市德尔法电气科技有限公司