專利名稱：萬用電源變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能型電源變換設(shè)備。
目前，向電氣領(lǐng)域提供的電源主要是工頻交流和少量的直流(如各類化學(xué)電池、太陽能電池等)。在實際應(yīng)用中，根據(jù)需要必須對現(xiàn)有的電源作適當(dāng)?shù)淖儞Q。例如為了輸電的需要，須將電壓升高(或降低)，用于電源變換的設(shè)備有變壓器、整流器、逆變器、變頻器、濾波器、調(diào)相器、移相器、功率因數(shù)補償器、裂相器等。變壓器的主要作用是將原邊的電壓波形放大或縮小；整流器的作用是將一個交流電壓波形變換成直流電壓波形；逆變器的作用是將一個直流電壓波形變換成交流電壓波形；濾波器的作用是將原電壓(流)波形中的一些不必要的成分濾去，得到一個所要求的電壓(流)波形；調(diào)相器、移相器、功率因數(shù)補償器等的作用是將原電壓(流)波形平移一個角度(相位)；裂相器(又稱劈相器)的作用是將單相的電源分裂成多相電源。其共同點不外乎是將一種電壓(流)波形變換成另外一種電壓(流)波形。上述電源變換器存在以下缺陷1、功能單一，不可互換；2、設(shè)計、制造、調(diào)度相當(dāng)麻煩，致使價格昂貴；3、這些已有的電源變換器往往需一套繼電保護設(shè)備與之配套；4、它們本身不是智能性的設(shè)備，也就是說，變換器本身并不具備自我保護能力。
本發(fā)明的目的在于提供一種可集上述電源變換設(shè)備的功能為一體，可產(chǎn)生任意電流波、應(yīng)用范圍廣、具有很強的自我分析能力、可自帶一臺隱形斷路器、制作簡單、操作簡便、維修便利的萬用電源變換器。
本發(fā)明的任務(wù)是通過以下方式實現(xiàn)的該萬用電源變換器包括一個倒相器，兩個分壓器，一個時變元，一個檢流器和一臺機控開關(guān)箱，機控開關(guān)箱包括一臺計算機和控制時變元開關(guān)組，倒相器由四個切換開關(guān)組成，電源與倒相器連接，負(fù)載與檢流器、分壓器、倒相器和計算機連接。
在本發(fā)明中，時變元可由1位或1位以上的電感元組成；也可由一位或1位以上的電容元組成。
在本發(fā)明中，1位電感元包括1位電感組，1位電感組由電感量為1(L0)、2(L0)、4(L0)、7(L0)(L0為一常數(shù)電感值)的四個電感器組成，2位電感元由1位電感組和2位電感組串聯(lián)而成，2位電感組由電感量為10(L0)、20(L0)、40(L0)、70(L0)四個電感器組成。n位電感元由1、2……n位電感組(N)串聯(lián)而成，n位電感組由10n-1(L0)、2×10n-1(L0)、4×10n-1(L0)、7×10n-1(L0)四個電感器組成。
在本發(fā)明中，1位電容元包括1位電容組，1位電容組由電容量為1(C0)、2(C0)、4(C0)、7(C0)(C0為一常數(shù)電容值)的四個電容器組成；2位電容元由1位電容組和2位電容組并聯(lián)而成，2位電容組由電容量為10(C0)、20(C0)、40(C0)、70(C0)四個電容器組成；n位電容元由1、2……n位電容組(N)并聯(lián)而成，n位電容組由電容量為10n-1(C0)、2×10n-1(C0)、4×10n-1(C0)、7×10n-1(C0)四個電容器組成。
在本發(fā)明中，時變元中的電感器均為定時間常數(shù)電感器；時變元中的電容器均為定時間常數(shù)電容器。
在本發(fā)明中，時變元控制開關(guān)組中開關(guān)的個數(shù)是電感元位數(shù)的7倍；是電容元位數(shù)的4倍。
本發(fā)明不是利用不同器件的物理性能實現(xiàn)多種功能的，而是通過數(shù)學(xué)模型，用計算機軟件來實現(xiàn)各種功能。在電學(xué)領(lǐng)域，有兩種儲能元件，一是電感器，一是電容器。若干個固有時間常數(shù)相同的電感器串聯(lián)起來變成一個電感組，由1個或若干個電感組串聯(lián)又構(gòu)成了電感元。電感元上有很多抽頭，這就使我們有可能通過一些開關(guān)(如可控硅)的關(guān)、合實現(xiàn)使用任何電感值的目的，即獲得一個時變電感。由若干個固有時間常數(shù)相同的電容器并聯(lián)起來便組成一電容組，由1個或若干個電容組構(gòu)成電容元。電容元上也有很多抽頭，這就使我們有可能通過一些開關(guān)(如可控硅)的關(guān)、合實現(xiàn)使用任何電容值的目的，即獲得一個時變電容。
當(dāng)1位或多位時變元接入電路時，電路中電流的波形就不但與負(fù)荷有關(guān)而且與時變元隨時間變化的規(guī)律有關(guān)。本發(fā)明的基本點就在于根據(jù)實際的需要在現(xiàn)有的交流(或直流)電源的條件下，構(gòu)造一個電感(電容)隨時間接入主電路的規(guī)律來滿足用戶的需要，也就是將現(xiàn)有的電源變換成用戶所需要的電源。
在本發(fā)明中，電感元和電容元數(shù)值的選擇依據(jù)如下我們知道，用1、2、4、7四個數(shù)就可能組成1～9九個數(shù)字并且只需進行一次加法，其真值表為1、2、1＋2、4、1＋4、2＋4、7、1＋7、2＋7，如將一個5位數(shù)87654寫成87654＝(1＋7)×104＋(7)×103＋(2＋4)×102(1＋4)×10＋(4)可見，上式的括號內(nèi)只有1、2、4和7四個數(shù)字。所以，如果三位有效數(shù)字的電感(容)，我們不需要做999個小電感(容)器，只要做1、2、4、7；10、20、40、70；100、200、400、700共計12個電感(容)器，而每次最多接入3×2＝6個電感(容)器，因此，對于精度為n位的電感(容)，總共需要4n個電感(容)器；每次最多有2n個電感(容)被接入。
由于1247電路是考慮作加法的，故電感元只能串聯(lián)，電容元只能并聯(lián)使用。
當(dāng)電感(或電容)出現(xiàn)和當(dāng)前的值符號相反值時，時變元(TECP)必須改變方向。換向是通過倒相器(1NV)來實現(xiàn)的。
為了使電流連續(xù)并且避免一斷電感引起的過電壓，可采用短接部分電感的方法來達到改變電感的目的。如果開關(guān)的短路容量不夠可以考慮采取多級短路的方法，即帶并聯(lián)電感(或電阻)短接。
為了避免接入電容引起的電涌(過電流)，可采用串聯(lián)電容分級接入的方法。
本發(fā)明的萬用電源變換器可以取代現(xiàn)有的變壓器、整流器、逆變器、變頻器、濾波器、調(diào)相器、移相器、功率因數(shù)補償器、裂相器等電源變換設(shè)備，即可集上述多種功能于一身，并可通過軟件實現(xiàn)自動控制和自動保護。
本發(fā)明原理簡單，功能齊全，應(yīng)用范圍廣；具有很強的自我分析(自我診斷、自我保護)等能力，原則上不需要繼電保護設(shè)備。該變換器可自帶一臺穩(wěn)(蔽)形斷路器，故在任何故障狀態(tài)下都可以先切斷負(fù)荷(速斷或延時)，而不需要斷路器。該變換器制作簡單，操作簡便，維修便利。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由附圖和實施例給出。


圖1為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)方框圖；圖2為倒相器INV的原理結(jié)構(gòu)圖；圖3為電感時變元的結(jié)構(gòu)原理圖；圖4為電容時變元的結(jié)構(gòu)原理圖；圖5為n位電感元切換真值表；圖6為n位電容元切換真值表。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作更為詳細(xì)的描述。
實施例1參照圖1、圖2、圖3和圖5 ，該萬用電源變換器由倒相器INV、分壓器D1、D2和檢流器R，時變元TECP和機控開關(guān)箱SBC組成。電源e與倒相器INV的1、3端連接。INV由B1、B2、B3和B4四個切換開關(guān)組成，INV的2端與分壓器D1和時變元TECP連接，時變元TECP為1位電感元，即包括1位電感組I，由電感量為1(L0)、2(L0)、4(L0)、7(L0)(L0為一常數(shù)電感值＝1亨利)四個電感器串聯(lián)而成。機控開關(guān)箱SBC中包括一臺計算機和由S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17組成的時變元控制開關(guān)，在倒相器INV與時變元TECP之間設(shè)有一總開關(guān)S0，其作用為開、斷時變元TECP，時變元TECP分別與檢流器R的5端和機控開關(guān)箱SBC的13端連接，倒相器INV的4端與分壓器D1、D2、機控開關(guān)箱SBC的12端及負(fù)載L連接；倒相器INV的15端與SBC的14端連接；SBC的11端與分壓器D1的中間抽頭連接；SBC的7端與檢流器R的5端連接；SBC的8端與檢流器R的6端和分壓器D2連接；SBC的9端與分壓器D2的中間抽頭連接；SBC的10端與負(fù)荷L、分壓器D1、D2及INV的4端連接。
使用時，由檢流器R的5、6端取得負(fù)荷電流的信息，由分壓器D2上取得負(fù)荷電壓的信息。這兩個信息通過SBC的7、8、9、10端送到機控開關(guān)箱SBC內(nèi)的計算機，由計算機算出當(dāng)前負(fù)荷的參數(shù)，即負(fù)荷的電阻、電感、電容值。由分壓器D1上取出的電壓信息反映了當(dāng)前電源e的情況，這一信號通過SBC的11、12端送至計算機，由其算出e的波形。
根據(jù)以上測得的信號，計算機通過相關(guān)軟件將算出可控參數(shù)時變元TECP的切換時序表的頭兩個值，如5亨利和8亨利，于是在真值表(圖5)中查得(k＝1)標(biāo)號為S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17七個開關(guān)現(xiàn)在需要進行的操作對應(yīng)為斷(0)、合(X)、斷、斷、斷、斷、合。于是發(fā)出信號令這些開關(guān)照此操作，這就實現(xiàn)了將5亨利的電感串接負(fù)荷的目的(這個時間比較短)。經(jīng)一段時間之后(這個時間長一些)，為了得到8亨利的電感值，計算機又在該真值表中查得七個開關(guān)需進行的操作為斷、合、合、斷、斷、斷、斷、于是又發(fā)出相應(yīng)的信號，令這些開關(guān)照此操作，即實現(xiàn)了將8亨利的電感串接負(fù)荷的目的。由D1、D2和R上測得的數(shù)據(jù)源源不斷地提供給計算機，計算機不斷地算出時序表，于是不同的一位電感值就按照一個時序一個一個地串接在負(fù)荷中。這就使得負(fù)荷中電流的大小和波形滿足事先設(shè)計好的軟件的需要，從而達到自動控制負(fù)荷電流的目的。軟件是事先編好的，計算機只是根據(jù)軟件的要求處理現(xiàn)在應(yīng)該關(guān)合哪些開關(guān)，斷開哪些開關(guān)。
實施例2參照圖1、圖2、圖4、圖6，該萬用電源變換器由倒相器INV、分壓器D1、D2和檢流器R，時變元TECP和機控開關(guān)箱SBC組成，其主要結(jié)構(gòu)與實施例1相同，不同的是時變元TECP由2位電容元構(gòu)成，2位電容元由1位電容組I和2位電容組II并聯(lián)而成，1位電容組I由電容量為1C0、2C0、4C0、7C0(C0為定時間常數(shù)＝1微法)的四個電容器組成，2位電容組II由電容量為10C0、20C0、40C0、70C0四個電容器組成，2位電容元通過由S11、S12、S13、S14、S21、S22、S23、S24組成的時變元控制開關(guān)組控制斷、合。S0為倒相器INV和時變元TECP之間的總開關(guān)，S1為電容元的短路開關(guān)。
如由事先存入計算機的軟件計算得知現(xiàn)在需串接于負(fù)荷電路中的電容值為87微法(兩位數(shù))，計算機先將87化為7＋80，從n位電容真值表(圖6)中得知，為了得到7微法電容，1位電容組1上的開關(guān)S11、S12、S13、S14(k＝1)所需的操作程序是斷、斷、斷、合，2位電容組II上的各開關(guān)S21、S22、S23、S24(k＝2)所需的操作程序是合、斷、斷、合，所有上述開關(guān)同時動作，就實現(xiàn)了將87微法電容接入電路的目的。
權(quán)利要求
1.一種萬用電源變換器，包括分壓器(D1)，(D2)和檢流器(R)，其特征在于電源(e)與倒相器(INV)的1、3端連接，倒相器(INV)由(B1)、(B2)(B3)和(B4)四個切換開關(guān)組成，倒相器(INV)的2端與分壓器(D1)和時變元(TECP)連接，時變元(TECP)分別與檢流器(R)的5端和機控開關(guān)箱(SBC)的13端連接，倒相器(INV)的4端與分壓器(D1)、(D2)、機控開關(guān)箱(SBC)的12端及負(fù)載(L)連接，(SBC)包括一臺計算機和控制時變元開關(guān)組，倒相器(INV)的15端與(SBC)的14端連接，(SBC)的11端與分壓器(D1)的中間抽頭連接，(SBC)的7端與檢流器(R)的5端連接，(SBC)的8端與檢流器(R)的6端和分壓器(D2)連接，(SBC)的9端與分壓器(D2)的中間抽頭連接，(SBC)和10端與負(fù)荷(L)、分壓器(D1)、(D2)及(INV)的4端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的萬用電源變換器，其特征在于時變元(TECP)由1位或1位以上的電感元組成。1位電感元包括1位電感組(I)，1位電感組(I)由1(L0)、2(L0)、4(L0)、7(L0)(L0為一常數(shù)電感值)四個電感器組成，2位電感元由1位電感組(I)和2位電感組(II)串聯(lián)而成，2位電感組(II)由10(L0)、20(L0)、40(L0)、70(L0)四個電感器組成，n位電感元由1、2……n位電感組(N)串聯(lián)而成，n位電感組由10n-1(L0)、2×10n-1(L0)、4×10n-1(L0)、7×10n-1(L0)四個電感器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的萬用電源變換器，其特征在于時變元(TECP)由1位或1位以上的電容元組成，1位電容元包括1位電容組(I)，1位電容組(I)由1(C0)、2(C0)、4(C0)、7(C0)(C0為一常數(shù)電容值)四個電容器組成，2位電容元由1位電容組(1)和2位電容組(II)并聯(lián)而成，2位電容組(II)由10(C0)、20(C0)、40(C0)、70(C0)四個電容器組成，n位電容元由1、2……n位電容組(N)并聯(lián)而成，n位電容組由10n-1(C0)、2×10n-1(C0)、4×10n-1(C0)、7×10n-1(C0)四個電容器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的萬用電源變換器，其特征在于時變元(TECP)中的電感器均為定時間常數(shù)電感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的萬用電源變換器，其特征在于時變元(TECP)中的電容器均為定時間常數(shù)電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的萬用電源變換器，其特征在于時變元控制開關(guān)組(5)中開關(guān)的個數(shù)是電感元位數(shù)的7倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的萬用電源變換器，其特征在于時變元控制開關(guān)組中的開關(guān)的個數(shù)是電容元位數(shù)的4倍。
全文摘要
一種智能型電源變換設(shè)備，由倒相器INV、分壓器D1、D2、檢流器R、時變元TECP和機控開關(guān)箱SBC組成。INV由四個切換開關(guān)組成，時變元TECP可由1位或1位以上的電感元組成；也可由1位或1位以上的電容元組成，機控開關(guān)箱SBC由一臺計算機和若干個開關(guān)構(gòu)成。該變換器集已有電源變換設(shè)備的功能為一體，應(yīng)用范圍廣，具有很強的自我分析能力，可實現(xiàn)自動控制和自我保護，且制作簡單，操作簡便，便于維修。
文檔編號H02M5/02GK1125362SQ95115939
公開日1996年6月26日 申請日期1995年9月21日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月21日
發(fā)明者熊翔葆 申請人:熊翔葆