无触点补偿式交流调压电路的制作方法
【专利摘要】一种无触点补偿式交流调压电路，电路包括：补偿变压器、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关；其中，补偿变压器的二次侧串联在交流电路的主电路的电流输入端与电流输出端之间；第二开关、第三开关、第五开关的第一端共同与补偿变压器T的一次侧的电流输出端连接，第二开关的第二端、第四开关以及第六开关第一端共同与补偿变压器的一次侧的电流输入端连接；第三开关、第四开关的第二端共同与交流电中线连接，第一开关的第一端与第五开关、第六开关的第二端共同连接，第一开关的第二端与补偿变压器二次侧的电流输出端连接。应用该技术方案有利于降低电路的成本，提高电路的负载能力。
【专利说明】
无触点补偿式交流调压电路
技术领域
[0001]本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种无触点补偿式交流调压电路。
【背景技术】
[0002]目前通过补偿电压的形式对电路交流电压进行调整，一般是在电路中串接补偿变压器T，调整补偿变压器T来实现主电路电压调整。
[0003]补偿变压器T的调整方式一般分为有触点式调整、以及无触点式调整。
[0004]其中，有触点式调整是，通过碳刷在补偿变压器T的绕组上滑动来调整串接在电路的补偿变压器T的匝数比，从而实现补偿电压的调整。但是，有触点式调压电路中的碳刷容易损耗导致接触不良或者调压易产生电火花等问题，进而导致电压调整响应慢，需经常维护。
[0005]由于无触点式补偿电压电路中无碳刷接触点，其具有调压响应快，免维护的优点，逐渐成为交流调压电路的首选。
[0006]本发明人在进行本发明的研究过程中发现，现有技术存在以下的缺陷:
[0007]现有技术无触点式补偿电压电路存在成本高、电路负载能力低的缺陷。如果采用IBGT等开关器件控制补偿变压器的投切，因为IGBT开关控件成本相对于继电器成本高，导致调压器电路整体成本较大。如果直接采用单一的继电器投切变压器，由于继电器可承受的关断电流较低，并且需要考虑变压器投切过程中产生的大励磁涌流，则调压电路的负载容量不大。
【发明内容】
[0008]本发明实施例的目的之一在于提供一种无触点补偿式交流调压电路，应用该技术方案有利于降低电路的成本，提尚电路的负载能力。
[0009]第一方面，本发明实施例提供的一种无触点补偿式交流调压电路，包括:补偿变压器(T)、第一开关(SI)、第二开关(S2)、第三开关(S3)、第四开关(S4)、第五开关(S5)、第六开关(S6);
[0010]其中，所述补偿变压器(T)的二次侧串联在交流电路的主电路的电流输入端(LI)与电流输出端(L2)之间；
[0011]所述第二开关(S2)、第三开关(S3)、第五开关(S5)的第一端共同与所述补偿变压器T的一次侧的电流输出端(A)连接，
[0012]所述第二开关(S2)的第二端、第四开关(S4)以及第六开关(S6)第一端共同与所述补偿变压器(T)的一次侧的电流输入端(B)连接；
[0013]所述第三开关(S3)、第四开关(S4)的第二端共同与交流电中线(N)连接，
[0014]所述第一开关(SI)的第一端与所述第五开关(S5)、第六开关(S6)的第二端共同连接，所述第一开关(SI)的第二端与所述补偿变压器(T) 二次侧的电流输出端(L2)连接。
[0015]可选地，还包括:第一限流电阻(Rl)，与所述第一开关(SI)的两端相并联。
[0016]可选地，还包括:第二限流电阻(R2)，与所述第二开关(S2)相串联。
[0017]可选地，还包括:第一热敏电阻(RTl)，串联在所述第一开关(SI)的第一端与所述第五开关(S5)、第六开关(S6)的第二端之间。
[0018]可选地，所述第一热敏电阻(RTl)为负温度系数热敏电阻。
[0019]可选地，还包括:第二热敏电阻(RT2)，串联在所述第五开关(S5)的第一端与所述补偿变压器的一次侧的电流输出端(A)之间。
[0020]可选地，所述第二热敏电阻(RT2)为负温度系数热敏电阻。
[0021 ]可选地，还包括:第三热敏电阻(RT3)，串联在所述第六开关(S6)的第一端与所述补偿变压器的一次侧的电流输入端(B)之间。
[0022 ]可选地，所述第三热敏电阻(RT3)为负温度系数热敏电阻。
[0023 ]可选地，所述第三开关(S3)、第四开关(S4)为常闭开关。
[0024]可选地，所述第一开关(SI)、第二开关(S2)、第五开关(S5)、第六开关(S6)为常闭开开关。
[0025]可选地，所述第一开关(SI)、第二开关(S2)、第三开关(S3)、第四开关(S4)第五开关(S5)、第六开关(S6)的任一或者至少两个以上或者为继电器、或者为可控开关。
[0026]可选地，当第一开关(SI)、第二开关(S2)、第五开关(S5)、第六开关(S6)均处于关断状态，第三开关(S3)、第四开关(S4)均处于导通状态时，所述交流调压电路处于无补偿状态；
[0027]当第二开关(S2)、第四开关(S4)、第五开关(S5)处于关断状态，第一开关(SI)、第三开关(S3)、第六开关(S6)处于导通状态时，所述交流调压电路处于正补偿状态；
[0028]当第二开关(S2)、第三开关(S3)、第六开关(S6)处于关断状态，第一开关(SI)、第四开关(S4)、第五开关(S5)处于导通状态时，所述交流调压电路处于负补偿状态；
[0029]当由所述无补偿状态向所述正补偿状态转换时，开关切换时序如下:
[0030](I)导通第二开关(S2);
[0031](2)导通第六开关(S6);
[0032](3)关断第四开关(S4);
[0033](4)关断第二开关(S2);
[0034](5)导通第一开关(SI)。
[0035]可选地，当由所述正补偿状态向所述无补偿状态转换时，开关切换时序如下:
[0036](I)关断第一开关(SI);
[0037](2)导通第二开关(S2);
[0038](3)导通第四开关(S4);
[0039](4)关断第六开关(S6);
[0040](5)关断第二开关(S2)。
[0041]可选地，当由所述负补偿状态向所述无补偿状态转换时，开关切换时序如下:
[0042](I)关断第一开关(SI);
[0043](2)导通第二开关(S2);
[0044](3)导通第三开关(S3);
[0045](4)关断第五开关(S5);
[0046](5)关断第二开关(S2)。
[0047]可选地，当由所述无补偿状态向所述负补偿状态转换时，开关切换时序如下:
[0048](I)导通第二开关(S2);
[0049](2)导通第五开关(S5);
[0050](3)关断第三开关(S3);
[0051](4)关断第二开关(S2);
[0052](5)导通第一开关(SI)。
[0053]由上可见，采用本实施例技术方案，由于通过组合开关对补偿变压器的一次侧进行控制，从而可以采用先通后断的转换方式，而有效地避免补偿变压器直接通断时产生的大励磁涌流对电路的影响。采用开断电流较低的继电器即可达到投切变压器的效果，无需采用可承受大开断电流的IBGT等高成本器件，较好地降低生产成本，同时也避免了继电器直接投切所承受大于正常运行的开断电流。
[0054]本发明人在进行本发明的研究过程中发现，当电路处于无补偿状态时，本实施例的补偿变压器等效于电流互感器，其等效副线圈短路，此时，补偿变压器T的铁芯中的磁通量很小，原线圈磁动势虽然很大，但是大部分被短路的副线圈所建立的去磁动势所抵消，只剩下很小一部分作为铁芯的励磁动势以建立铁芯中的磁通。此时，如果在运行时等效副线圈关断，则等效副边的电流将全部成为励磁电流，将使铁芯中磁通量急剧增大，产生异于正常工作状态的高电压，或造成线路开关烧毁穿，或因铁芯严重发热以致烧坏线圈的绝缘层。
【附图说明】
[0055]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定。
[0056]图1为本发明【具体实施方式】提供的第一种无触点补偿式交流调压电路原理示意图；
[0057]图2为图1所示电路处于无补偿工作状态时的等效电路示意图；
[0058]图3为图1所示电路处于正补偿工作状态时的等效电路示意图；
[0059]图4为图1所示电路处于负补偿工作状态时的等效电路示意图；
[0060]图5为本发明【具体实施方式】提供的第二种无触点补偿式交流调压电路原理示意图；
[0061]图6为本发明【具体实施方式】提供的第三种无触点补偿式交流调压电路原理示意图；
[0062]图7为本发明【具体实施方式】提供的第四种无触点补偿式交流调压电路原理示意图；
[0063]图8为本发明【具体实施方式】提供的第五种无触点补偿式交流调压电路原理示意图。
【具体实施方式】
[0064]下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0065]参加图1所示，本实施例提供了一种无触点补偿式交流调压电路，其主要包括:补偿变压器T、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、以及第六开关S6o
[0066]其中，补偿变压器T的二次侧(即次级绕组)串联在交流电路的主电路的电流输入端LI以及电流输出端L2之间。
[0067]第二开关S2、第三开关S3、第五开关S5的第一端与补偿变压器T一次侧(即初级绕组)的电流输出端A共同连接;第二开关S2的第二端、第四开关S4、第六开关S6第一端与补偿变压器T 一次侧的电流输入端B共同连接;第三开关S3、第四开关S4的第二端与交流电中线N共同连接，第一开关SI的第一端于第五开关S5、第六开关S6的第二端与在节点C处共同连接，第一开关SI的第二端与补偿变压器T 二次侧的电流输入端L2连接。
[0068]上述交流调压电路的工作原理是:
[0069]当第一开关S1、第二开关S2、第五开关S5、第六开关S6均处于关断状态，第三开关S3、第四开关S4处于导通状态时，此时图1所示电路的等效电路如图2所示，此时电路等效为一电流互感器，此时补偿变压器T的二次侧等效于电流互感器的原线圈，一次侧等效于电流互感器的副线圈，此时图2所示电路将补偿变压器T 二次侧的高电压和大电流变为一次侧的低电压和小电流，即此时调压电路处于无补偿状态；
[0070]当第二开关S2、第四开关S4、第五开关S5处于关断状态，第一开关S1、第三开关S3、第六开关S6处于导通状态时，此时图1所示交流调压电路的等效电路如图3所示，主电路的电流自补偿变压器T的一次侧的同名端输入，在补偿变压器T中产生励磁，在补偿变压器T的二次侧产生励磁电压，该励磁电压与主电路的电压相叠加，以对主电路中的电压进行调整，故该励磁电压又称为正补偿电压，即此时调压电路处于正补偿状态。
[0071]当第二开关S2、第三开关S3、第六开关S6处于关断状态，第一开关S1、第四开关S4、第五开关S5处于导通状态时，此时图1所示交流调压电路的等效电路如图4所示，主电路的电流自补偿变压器T的一次侧的异名端输入，在补偿变压器T中产生反向励磁，在补偿变压器T的二次侧产生相对主电路电压反向的励磁电压，该励磁电压与主电路电压相抵销，实现电压调整，该励磁电压又称为负补偿电压，即此时调压电路负补偿状态。
[0072]由上可见，采用本实施例技术方案，由于通过组合开关对补偿变压器的一次侧进行控制，从而可以采用先通后断的转换方式，而有效地避免补偿变压器直接通断时产生的大励磁涌流对电路的影响。采用开断电流较低的继电器即可达到投切变压器的效果，无需采用可承受大开断电流的IBGT等高成本器件，较好地降低生产成本，同时也避免了继电器直接投切所承受的开断电流。
[0073]本发明人在进行本发明的研究过程中发现，当电路处于无补偿状态时，图2所示的补偿变压器等效于电流互感器，其等效副线圈短路，此时，补偿变压器T的铁芯中的磁通量很小，原线圈磁动势虽然很大，但是大部分被短路的副线圈所建立的去磁动势所抵消，只剩下很小一部分作为铁芯的励磁动势以建立铁芯中的磁通。此时，如果在运行时等效副线圈关断，则等效副边的电流将全部成为励磁电流，将使铁芯中磁通量急剧增大，产生异于正常工作状态的高电压，或造成线路开关烧毁穿，或因铁芯严重发热以致烧坏线圈的绝缘层。
[0074]另外，等效副线圈(S卩补偿变压器T的一次侧)开路还会瞬间感应出很高的电压，对电路造成很大的安全隐患，为此，本发明人提供了一种交流调压电路的控制方法，以控制电路中各开关的切换时序，从而确保电流互感器电路在切换过程中其等效副线圈侧无开路，从而确保本调压电路的稳定可靠。本发明提出的具体实施方案如下:
[0075]当交流调压电路由无补偿状态向正补偿状态转换时，电路中各开关的切换时序如下:
[0076](1)导通第二开关52;
[0077](2)导通第六开关S6;
[0078](3)关断第四开关S3;
[0079](4)关断第二开关S2;
[0080](5)导通第一开关SI。
[0081]此时等效电路图如图4所示，此时电路运行在正补偿状态。
[0082]当交流调压电路由正补偿状态向无补偿状态转换时，电路中各开关的切换时序如下:
[0083](I)关断第一开关SI;
[0084](2)导通第二开关S2;
[0085](3)导通第四开关S4;
[0086](4)关断第六开关S6;
[0087](5)关断第二开关S2。
[0088]此时等效电路图如图2所示，此时电路运行在无补偿状态。
[0089]当交流调压电路由负补偿状态向无补偿状态转换时，电路中各开关的切换时序如下:
[0090](I)关断第一开关SI;
[0091](2)导通第二开关S2;
[0092](3)导通第三开关S3;
[0093](4)关断第五开关S5;
[0094](5)关断第二开关S2。
[0095]此时等效电路图如图2所示，此时电路运行在无补偿状态。
[0096]当交流调压电路由无补偿状态向负补偿状态转换时，电路中各开关的切换时序如下:
[0097](I)导通第二开关S2导通；
[0098](2)导通第五开关S5;
[0099](3)关断第三开关S3;
[0100](4)关断第二开关S2;
[0101](5)导通第一开关SI。
[0102]此时等效电路图如图4所示，此时电路运行在负补偿状态。
[0103]由上可见，采用上述的开关切换时序，可以确保无补偿状态与正补偿状态、负补偿状态的任一状态的双向切换过程中的电流互感器电路的等效副线圈侧无开路，确保了补偿变压器的安全性。
[0104]本发明人在进行本发明研究过程中还发现，在补偿变压器导通关断的切换瞬间，产生的励磁电流非常大，为了避免切换瞬间的瞬间大电流对电路的损害，我们还可以但不限于进一步在本实施例的调压电路中设置限流电阻。
[0105]参见图5所示，第一限流电阻Rl并联在第一开关SI的两端，在应用时，根据第一开关SI允许通过的电流的大小而设定第一限流电阻Rl的阻值，第一限流电阻Rl限制流过第一开关SI两端的电流，从而确保当第一开关SI导通时，流过第一开关SI的电流不会对第一开关SI造成损害，起到保护电路以及开关，提高调压电路的负载能力的作用。
[0106]参见图6所示，作为本实施例的示意，还可以进一步设置第二限流电阻R2，第二限流电阻R2与第二开关S2相串联，其中第二限流电阻R2既可以如图6所示串联在第二开关S2的第一端与补偿变压器T的一次侧的电流输出端A之间，还可以串联在第二开关S2的第二端与补偿变压器T的一次侧的电流输入端B之间。当第二开关S2开关导通时，第二限流电阻R2限制流过第二开关S2的电流，避免电流过大对电路以及开关的损害，提高调压电路的负载能力。
[0107]参见图7所示，作为本实施例的示意，还可以但不限于进一步在第一开关SI的第一端的前端串联第一热敏电阻Rtl，第一热敏电阻Rtl限制流过第一开关SI的第一端的电流，避免瞬时大励磁电流对电路的损害，起到保护电路以及开关，提高调压电路的负载能力的作用。
[0108]参见图8所示，作为本实施例的示意，还可以但不限于进一步在第五开关S5的第一端与补偿变压器T的一次侧的电流输出端A之间串联第二热敏电阻Rt2，第二热敏电阻Rt2限制流过第五开关S5的电流，避免瞬时大励磁电流对电路的损害，起到保护电路以及开关，提尚调压电路的负载能力的作用。
[0109]参见图8所示，作为本实施例的示意，还可以但不限于进一步在第六开关S6与补偿变压器T的一次侧的电流输入端B之间串联第三热敏电阻Rt3，第三热敏电阻Rt3限制流过第六开关S6的电流，避免瞬时大励磁电流对电路的损害，起到保护电路以及开关，提高调压电路的负载能力的作用。
[0110]作为本实施例的示意，本实施例选用负温度系数热敏电阻作为第一热敏电阻Rtl、第二热敏电阻Rt2、第三热敏电阻Rt3。当补偿变压器一次侧的开关切换瞬间，在一次侧产生瞬间大电流，此时热敏电阻的阻值为较高的原始值，瞬间大电流通过，热敏电阻温度上升，热敏电阻阻值开始下降，电流同时衰减下降，直到电流衰减下降至正常的励磁电流电路进入稳定状态时，热敏电阻的阻值最小，此时热敏电阻对原电路的影响几乎为零。采用该技术方案既能确保确保在开关切换瞬间对电流的限流以保护电路以及开关，还可以尽量降低该限流电阻对稳定工状态时的影响。
[0111]作为本实施例的示意，本实施例中的第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、第六开关S6的任一或者至少两个以上或者为继电器、或者为可控开关。
[0112]作为本实施例的示意，其中的第三开关S3、第四开关S4可以但不限于选用常闭开关。作为本实施例的示意，其中的第一开关S1、第二开关S2、第五开关S5、第六开关S6可以但不限于选用常闭开开关。即在初始状态下，本实施例调压电路处于无补偿状态，等效电路如图1所示的电流互感器电路。
[0113]以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
【主权项】
1.一种无触点补偿式交流调压电路，其特征是，包括:补偿变压器(T)、第一开关(SI)、第二开关(S2)、第三开关(S3)、第四开关(S4)、第五开关(S5)、第六开关(S6); 其中，所述补偿变压器(T)的二次侧串联在交流电路的主电路的电流输入端(LI)与电流输出端(L2)之间； 所述第二开关(S2)、第三开关(S3)、第五开关(S5)的第一端共同与所述补偿变压器T的一次侧的电流输出端(A)连接， 所述第二开关(S2)的第二端、第四开关(S4)以及第六开关(S6)第一端共同与所述补偿变压器(T)的一次侧的电流输入端(B)连接； 所述第三开关(S3)、第四开关(S4)的第二端共同与交流电中线(N)连接， 所述第一开关(SI)的第一端与所述第五开关(S5)、第六开关(S6)的第二端共同连接，所述第一开关(SI)的第二端与所述补偿变压器(T) 二次侧的电流输出端(L2)连接。2.根据权利要求1所述的无触点补偿式交流调压电路，其特征是，还包括: 第一限流电阻(Rl)，与所述第一开关(SI)的两端相并联。3.根据权利要求1所述的无触点补偿式交流调压电路，其特征是，还包括: 第二限流电阻(R2)，与所述第二开关(S2)相串联。4.根据权利要求1所述的无触点补偿式交流调压电路，其特征是，还包括: 第一热敏电阻(RTl)，串联在所述第一开关(SI)的第一端与所述第五开关(S5)、第六开关(S6)的第二端之间。5.根据权利要求4所述的无触点补偿式交流调压电路，其特征是， 所述第一热敏电阻(RTl)为负温度系数热敏电阻。6.根据权利要求1所述的无触点补偿式交流调压电路，其特征是，还包括: 第二热敏电阻(RT2)，串联在所述第五开关(S5)的第一端与所述补偿变压器的一次侧的电流输出端(A)之间。7.根据权利要求6所述的无触点补偿式交流调压电路，其特征是， 所述第二热敏电阻(RT2)为负温度系数热敏电阻。8.根据权利要求1所述的无触点补偿式交流调压电路，其特征是，还包括: 第三热敏电阻(RT3)，串联在所述第六开关(S6)的第一端与所述补偿变压器的一次侧的电流输入端(B)之间。9.根据权利要求8所述的无触点补偿式交流调压电路，其特征是， 所述第三热敏电阻(RT3)为负温度系数热敏电阻。10.根据权利要求1所述的无触点补偿式交流调压电路，其特征是， 所述第三开关(S3)、第四开关(S4)为常闭开关。11.根据权利要求1所述的无触点补偿式交流调压电路，其特征是， 所述第一开关(SI)、第二开关(S2)、第五开关(S5)、第六开关(S6)为常闭开开关。12.根据权利要求1所述的无触点补偿式交流调压电路，其特征是， 所述第一开关(SI)、第二开关(S2)、第三开关(S3)、第四开关(S4)第五开关(S5)、第六开关(S6)的任一或者至少两个以上或者为继电器、或者为可控开关。13.根据权利要求1至12之任一所述无触点补偿式交流调压电路，其特征是， 当第一开关(SI)、第二开关(S2)、第五开关(S5)、第六开关(S6)均处于关断状态，第三开关(S3)、第四开关(S4)均处于导通状态时，所述交流调压电路处于无补偿状态； 当第二开关(S2)、第四开关(S4)、第五开关(S5)处于关断状态，第一开关(SI)、第三开关(S3)、第六开关(S6)处于导通状态时，所述交流调压电路处于正补偿状态； 当第二开关(S2)、第三开关(S3)、第六开关(S6)处于关断状态，第一开关(SI)、第四开关(S4)、第五开关(S5)处于导通状态时，所述交流调压电路处于负补偿状态； 当由所述无补偿状态向所述正补偿状态转换时，开关切换时序如下: (1)导通第二开关(S2); (2)导通第六开关(S6); (3)关断第四开关(S4); (4)关断第二开关(S2); (5)导通第一开关(SI)。14.根据权利要求13所述无触点补偿式交流调压电路，其特征是， 当由所述正补偿状态向所述无补偿状态转换时，开关切换时序如下: (1)关断第一开关(SI); (2)导通第二开关(S2); (3)导通第四开关(S4); (4)关断第六开关(S6); (5)关断第二开关(S2)。15.根据权利要求13所述无触点补偿式交流调压电路，其特征是， 当由所述负补偿状态向所述无补偿状态转换时，开关切换时序如下: (1)关断第一开关(SI); (2)导通第二开关(S2); (3)导通第三开关(S3); (4)关断第五开关(S5); (5)关断第二开关(S2)。16.根据权利要求13所述无触点补偿式交流调压电路，其特征是， 当由所述无补偿状态向所述负补偿状态转换时，开关切换时序如下: (1)导通第二开关(S2); (2)导通第五开关(S5); (3)关断第三开关(S3); (4)关断第二开关(S2); (5)导通第一开关(SI)。
【文档编号】H02J3/12GK205565726SQ201620119723
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月14日
【发明人】潘昱
【申请人】广州力格电气有限公司