本實用新型屬于目標產(chǎn)品所需的可控硅控制技術(shù)、變壓器技術(shù)、嵌入式計算機技術(shù)及其它各項相關的技術(shù)領域，具體涉及一種自動電壓平衡裝置。

背景技術(shù)：

對于用戶來說，電壓是否合格是是他們的終極用電目標；對于供電部門來說，功率因數(shù)是選配電纜和變壓器容量的重要因數(shù)，是供電成本和配網(wǎng)效能的重要考核目標。電壓過低或過高都會存在用電風險。

低電壓的危害：

（1）燒毀電動機，電壓過低超過10％，將使電動機電流增大，線圈溫度升高嚴重時甚至燒損電動機；

（2）增大線損，在輸送一定電力時，電壓降低，電流相應增大，引線損增大；

（3）降低送、變電設備能力，由于電壓降低，相應降低線路輸送極限容量，因而降低了穩(wěn)定性，電壓過低可能發(fā)生電壓崩潰事故。

電壓過高的危害：

（1）對配變本身的影響

電壓過高引起鐵芯磁通密度增加，嚴重時鐵芯飽和（尤其是質(zhì)量差的配變），配變損耗急劇增加，引起諧振，產(chǎn)生諧波，影響其它用電設備。

（2）對用電設備的影響

電壓過高會導致大部分的用電設備壽命大幅縮短，并造成損耗增加。如電壓升高10%，白熾燈的使用壽命壽命減少約70%。

針對配網(wǎng)“低電壓”問題，除采取管理手段外，重點依靠以下幾種技術(shù)措施進行解決：

1）有載調(diào)壓開關：適用在高壓場合，大容量，一次投入成本太高、生產(chǎn)周期長，對于配網(wǎng)臺區(qū)變主要集中在對于6KV、10KV、35KV等應用場合容量要求在幾百千瓦到幾兆瓦之間，機械結(jié)構(gòu)復雜，成本較高，維護工作量大，換擋反應速度慢，三相同步調(diào)節(jié)但調(diào)節(jié)過程中容易三相不同步、容易起弧，油絕緣污染大，機械機構(gòu)壽命有限，不能頻繁切換，需要定期維護，可解決集中供電電壓低的問題，對于分散負荷無能為力，無法同時兼顧近端和遠端電壓質(zhì)量要求，基本上解決不了臺區(qū)變副邊線路末端用戶的電壓質(zhì)量要求，對于380V及以下電壓的補償，缺少相應產(chǎn)品，對于低壓線路末端電壓補償往往是無能為力；

2）普通穩(wěn)壓器：調(diào)壓速度慢，機械碳刷及油浸型需要7-10秒才能完成；機械式調(diào)壓，有觸點，壽命短，使用成本高、機械及碳刷型穩(wěn)壓器80%故障產(chǎn)生于機械和碳刷，需定期維護。穩(wěn)壓范圍小、效率低；工作方式為利用碳刷滑動接觸繞線表面產(chǎn)生火花電弧，進而造成突波（浪涌）現(xiàn)象，瞬間的突波回造成PC設備故障；負載適用性差，不適用非線性設備；復雜碳刷會使用之頻繁度而決定磨損之快慢，有碳刷更換及維護，環(huán)形變壓器線圈與接觸面，皆經(jīng)研磨過，會因碳刷磨損后起電弧造成線圈平面凹凸不平，除非線圈重新研磨過，否則更換線圈后亦使用不長；若分相調(diào)整，還要增加費用 ；承載能力差，一般設備啟動電流必須考慮增加容量，啟動電流會造成壓降或造成碳刷磨損加快；適用環(huán)境能力差，耐震性差無法承受惡劣環(huán)境非固定性結(jié)構(gòu)、因碳刷滑動于線圈表面，接觸部分在運輸過程或使用于震動性場所，極易使碳刷斷裂，耐震性差。線圈結(jié)構(gòu)表面為開放式，油氣，水氣，落塵多之環(huán)境，易造成線圈表面層間短路，燒壞線圈，市面上出現(xiàn)的基于晶閘管控制技術(shù)的具有同類功能的穩(wěn)壓器產(chǎn)品較少，調(diào)壓檔位少，冗余功能多，大多不適合戶外安裝使用，對使用者要求多，價格貴；

3）SVG ：主要用于動態(tài)無功補償，控制功率因數(shù)，雖然也可以起到支撐電壓作用，但是對于線路過長導致的電壓跌落補償意義不大，補償深度有限，同時在線路滿足功率因數(shù)要求的情況下，輸出無功，抬高電壓會增加線損；而且價格昂貴；

4）安裝配電變壓器，改造分支線路：造價高，小負荷下供電成本較難回收，對于較大長度時，效果有限；

5）安裝分布式發(fā)電裝置：特點：能提高供電可靠性，能源的造價較高；

6）安裝自動電壓平衡裝置：

a、所需的裝置容量小，大部分用戶由系統(tǒng)直接提供；

b、造價低，性價比較高；

c、提高末端電壓，減小線路損耗，提高線路有功輸送能力。

d、調(diào)壓范圍寬，可靈活定制。

綜上，自動電壓平衡裝置主要以解決工廠、農(nóng)村、城鎮(zhèn)小區(qū)等配電線路過長造成的末端電壓跌落或配電網(wǎng)電壓瞬間跌落影響供電電壓質(zhì)量的場合，是一種基于可控硅控制技術(shù)的智能型、無觸點、自動調(diào)壓的新型串聯(lián)線路調(diào)壓裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種自動電壓平衡裝置，通過控制可控硅改變分接位置，從而改變?nèi)嘧儔浩髯儽?20V/(220V+ax-an），達到調(diào)整電壓的目的，可控硅切換時實現(xiàn)無涌流切換和無縫切換，大大解決配電網(wǎng)末端電壓跌落或電壓瞬間跌落的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的一個技術(shù)方案是：提供了一種自動電壓平衡裝置，所述的自動電壓平衡裝置串聯(lián)在380V三相四線制線路中，所述的自動電壓平衡裝置包括三相變壓器、可控硅和智能化的自動控制器，所述的三相變壓器的整個線圈包括原邊線圈和副邊線圈，所述的副邊線圈的抽頭通過可控硅連接至原邊線圈的異名端，三相變壓器通過可控硅串聯(lián)線路中，所述的自動控制器輸出驅(qū)動指令信號到可控硅的門極驅(qū)動電路。

在本實用新型一個較佳實施例中，所述的副邊線圈采用多繞組抽頭，包括正向繞組和負向繞組。

在本實用新型一個較佳實施例中，所述的自動控制器采用28系列的DSP控制芯片。

在本實用新型一個較佳實施例中，所述的自動控制器采集電壓、電流和狀態(tài)輸入信號送到控制芯片，再由控制芯片處理，通過控制輸出驅(qū)動到對應的可控硅，將其關斷，導通下一檔位的可控硅，進行自然無涌流切換檔位。

在本實用新型一個較佳實施例中，所述的三相四線制線路的兩端分別設置有三相進線和三相輸出線。

本實用新型的有益效果是：本實用新型的自動電壓平衡裝置，通過控制可控硅改變分接位置，從而改變?nèi)嘧儔浩髯儽?20V/(220V+ax-an），達到調(diào)整電壓的目的，可控硅切換時實現(xiàn)無涌流切換和無縫切換，大大解決配電網(wǎng)末端電壓跌落或電壓瞬間跌落的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1 是本實用新型自動電壓平衡裝置的一較佳實施例的電路圖；

圖2是多抽頭串聯(lián)變壓器的設計；

圖3是自動電壓平衡裝置調(diào)壓原理圖；

圖4是自動電壓平衡裝置主電路原理圖。

具體實施方式

下面將對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

如圖1-4所示，本實用新型實施例包括：

一種自動電壓平衡裝置，所述的自動電壓平衡裝置串聯(lián)在380V三相四線制線路中，例如，將其串聯(lián)在臺區(qū)變的低壓側(cè)，即臺區(qū)變的輸出接自動電壓平衡裝置，自動電壓平衡裝置輸出接至用戶線路。當臺區(qū)變的低壓側(cè)電壓浮動時，自動電壓平衡裝置穩(wěn)定輸出在220V（相電壓）左右，以保證末端電壓平衡。

所述的自動電壓平衡裝置包括三相變壓器、可控硅和智能化的自動控制器，所述的三相變壓器的整個線圈包括原邊線圈和副邊線圈，所述的副邊線圈的抽頭通過可控硅連接至原邊線圈的異名端，三相變壓器通過可控硅串聯(lián)線路中，所述的自動控制器輸出驅(qū)動指令信號到可控硅的門極驅(qū)動電路，通過控制可控硅，改變分接位置，從而改變?nèi)嘧儔浩髯儽?，達到調(diào)整電壓的目的。

上述中，所述的副邊線圈采用多繞組抽頭，包括正向繞組和負向繞組。

進一步的，所述的自動控制器采用28系列的DSP控制芯片，主要由28系列的DSP控制芯片、電壓采樣、電流采樣、狀態(tài)輸入、通訊端口、控制輸出、數(shù)據(jù)存儲等電路組成。所述的自動控制器通過采集電壓、電流和狀態(tài)輸入信號送到控制芯片，再由控制芯片處理，通過控制輸出驅(qū)動到對應的可控硅，將其關斷，導通下一檔位的可控硅，進行自然無涌流切換檔位。根據(jù)系統(tǒng)電壓變化，關斷/導通相應的可控硅，進行自然無涌流切換檔位。

本實施中，所述的三相四線制線路的兩端分別設置有三相進線和三相輸出線。

具體地，自動電壓平衡裝置的產(chǎn)品構(gòu)成主要包括：主電路部分、輔助電路部分和控制電路部分。

主電路部分主要是大電流通過的部分，包括輸入排、旁路接觸器主觸點（或可控硅）、變壓器原副邊線圈繞組、空開及輸出排。

輔助電路部分主要是除主電路以外的部分，包括測量采樣回路、控制部分、驅(qū)動電路、保護回路、接觸器和繼電器的線圈及輔助觸點、溫度繼電器觸點、保護電路觸點等。

控制電路是整個裝置的核心部分，它主要由DSP芯片、電壓電流采樣電路、開入及開出信號處理電路、通訊端口、數(shù)據(jù)存儲電路、驅(qū)動控制輸出電路和硬件保護電路等組成。

產(chǎn)品原理：

通過可控硅改變分接位置，從而改變?nèi)嘧儔浩髯儽龋_到調(diào)整電壓的目的。繞組抽頭通過可控硅串聯(lián)，連接至原邊線圈的異名端，裝置檢測系統(tǒng)電壓的變化，判斷相應檔位的可控硅關斷或開通，改變變壓器的變比，從而達到穩(wěn)壓的效果。

控制原理：

采用外部中斷檢測系統(tǒng)電壓的頻率確定模擬量的采樣周期，采用DSP定時中斷進行定時中斷、模擬量采樣、系統(tǒng)電壓有效值計算、系統(tǒng)電壓和輸出電壓平均值濾波等操作。

每間隔一段時間進行一次系統(tǒng)電壓范圍判斷，如果系統(tǒng)電壓在調(diào)壓范圍之內(nèi)，則進行換擋操作，即觸發(fā)驅(qū)動電路，輸出對應變壓器抽頭的可控硅門極信號，導通可控硅（檢測系統(tǒng)電流，過零觸發(fā)），實施調(diào)壓。換擋判斷的電壓范圍根據(jù)變壓器抽頭繞組的技術(shù)參數(shù)來定。

自動電壓平衡裝置，三相可同時進行調(diào)壓操作，也可以三相分別進行調(diào)壓操作。三相同時調(diào)節(jié)，系統(tǒng)電壓采樣取三相系統(tǒng)電壓有效值的平均值進行調(diào)壓；三相獨立調(diào)節(jié)，系統(tǒng)電壓采樣分別取A、B、C相系統(tǒng)電壓有效值對A、B、C相單獨進行調(diào)壓。

產(chǎn)品主要功能：

1）電壓調(diào)節(jié)范圍：既可以正向調(diào)壓，也可以負向調(diào)壓。主要由變壓器副邊線圈的技術(shù)參數(shù)決定，一般來說，負向電壓補償?shù)纳疃?30%，正向電壓補償?shù)纳疃?30%，就可以滿足380V線路下的全部低電壓問題；

2）穩(wěn)壓精度范圍：可在+/-10%——+/-10%之間；

3）補償模式設定功能：安裝前，在調(diào)試模式下，設定好參數(shù)，將裝置設置為正常運行模式，安裝后，將永久運行；

4）不會造成母線電壓波動及閃變；

5）可與無功補償電容并聯(lián)運行，具有網(wǎng)諧振抑制功能；

6）具有運行參數(shù)和定值設置功能；

7）具有事件顯示及其記錄功能；

8）具備運行狀態(tài)實時顯示、人機交互功能；

9）具有過/欠壓、過流、過載、過溫等保護功能；具有裝置軟啟動、限流 運行、掉電自啟動等功能；

10）具有網(wǎng)絡通訊功能，可進行遠方監(jiān)控。

產(chǎn)品性能指標：

1）額定電壓等級380 VAC（－10% +10%）；

2）接線方式：三相四線制；

3）滿載損耗：采用銅芯繞組，損耗≤ 1%；

4）自動旁路設計，內(nèi)置快速切換旁路開關，在裝置調(diào)壓回路出現(xiàn)故障時，可以快速切換到旁路模式，最大程度減少用戶失電時間；

5）響應時間：50ms之內(nèi)，響應時間包括檢測到系統(tǒng)電壓變化、DSP計算至驅(qū)動指令下發(fā)這一段時間；

6）輸出電壓失電時間：<2ms；

7）過載能力：過載能連續(xù)運行一段時間，一段時間后報故障進入機械旁路；過載故障消失后，可自動由機械旁路轉(zhuǎn)為調(diào)壓模式。

實施例：

圖3顯示為自動電壓平衡裝置調(diào)壓原理圖。A、B、C、N分別為三相進線；U、V、W、N分別為三相出線。三相變壓器的整個線圈分為兩部分：原邊線圈、副邊線圈，副邊線圈每相以3個繞組為例，分別為a1/an、a2/an、an/a3、b1/bn、b2/bn、bn/b3、c1/cn、c2/cn、cn/c3。原邊線圈與副邊線圈同名端，如圖1。

主電路搭建，如圖1和3所示：

原邊線圈A接進線A相，同時與副邊線圈異名端a1相接；原邊線圈N接進線N相，副邊線圈an抽頭接輸出U相。其中，副邊線圈繞組的抽頭（a1、a2、an、a3）通過4個可控硅后，都接至進線A相上；

原邊線圈B接進線B相，同時與副邊線圈異名端b1相接；原邊線圈N接進線N相，副邊線圈bn抽頭接輸出V相。其中，副邊線圈繞組的抽頭（b1、b2、bn、b3）通過4個可控硅后，都接至進線B相上；

原邊線圈C接進線C相，同時與副邊線圈異名端c1相接；原邊線圈N接進線N相，副邊線圈cn抽頭接輸出W相。其中，副邊線圈繞組的抽頭（c1、c2、cn、c3）通過4個可控硅后，都接至進線C相上。

根據(jù)調(diào)壓范圍的深度，來選擇或定制變壓器副邊繞組的參數(shù)，調(diào)壓范圍的不同，導致的只是變壓器副邊繞組的個數(shù)和相應抽頭對應的可控硅個數(shù)。主電路接法與上述一致即可。

最終都是通過可控硅改變分接位置，從而改變?nèi)嘧儔浩髯儽龋_到調(diào)整電壓的目的。

圖3中的自動控制器，主要由28系列的DSP控制芯片、電壓采樣、電流采樣、狀態(tài)輸入、通訊端口、控制輸出、數(shù)據(jù)存儲等電路組成。自動控制器采集電壓、電流、狀態(tài)輸入信號，送到控制芯片，再由控制芯片處理，通過控制輸出驅(qū)動到對應的可控硅，將其關斷，導通下一檔位的可控硅，進行自然無涌流切換檔位。

綜上所述，本實用新型的自動電壓平衡裝置，通過控制可控硅改變分接位置，從而改變?nèi)嘧儔浩髯儽?20V/(220V+ax-an），達到調(diào)整電壓的目的，可控硅切換時實現(xiàn)無涌流切換和無縫切換，大大解決配電網(wǎng)末端電壓跌落或電壓瞬間跌落的問題。

以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術(shù)領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。