一種多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器，包括輸入端連接電網(wǎng)的三個補償變壓器，輸出端通過三個變壓器的一次側(cè)繞組串聯(lián)后接至用電設(shè)備輸入端，三個變壓器二次側(cè)繞組端通過8個雙向晶閘管接至輸出電壓端。輸入電壓側(cè)的TR4變壓器提供實時電壓檢測信號，通過12位高精度A/D轉(zhuǎn)換器進行交流有效值檢測，實時監(jiān)測單相交流工作電壓，并將獲得位數(shù)字信號與設(shè)定的編碼量值進行比較，再通過譯碼驅(qū)動電路按照硬件邏輯編程規(guī)定判斷組合觸發(fā)8個雙向晶閘管，通過雙向晶閘管的不同導通、斷開的組合，改變變壓器二次繞組的投入組數(shù)和電壓方向，最終達到一次測電壓大小的不同補償組合，保證輸出電壓穩(wěn)定在給定的電壓范圍。
【專利說明】
一種多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于穩(wěn)壓器電路領(lǐng)域，尤其是一種基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器 組合式單相/三相交流穩(wěn)壓器。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，盡管電網(wǎng)設(shè)施更新很快，在大中城市供電質(zhì)量基本能夠滿足用戶的需求，但 在個別的小城市及廣大的農(nóng)村，由于電網(wǎng)設(shè)施的老舊與用電量迅猛增加的矛盾導致用戶用 電品質(zhì)很不穩(wěn)定，有時會直接影響到個別電器不能夠正常使用或給電器設(shè)備的使用帶來危 害。
[0003] 目前，市場上存在的穩(wěn)壓器，調(diào)壓器種類很多，但各有優(yōu)缺點，所適用的特定環(huán)境 也各有偏重，因此研發(fā)出獨具特色，性能更為優(yōu)越的穩(wěn)壓器以提高用戶端電能質(zhì)量十分必 要。
[0004] 經(jīng)檢索，發(fā)現(xiàn)兩篇與本專利內(nèi)容相關(guān)的專利文獻，其中，公開號為CN102881433A的 中國專利提供一種具有補償繞組的變壓器，包括:五個磁芯形成的五個磁路;第一磁路、第 二磁路、第三磁路、第四磁路和第五磁路均繞制有第一繞組，第一磁路和第二磁路又繞制有 第二繞組;第二磁路繞制有第三繞組，第三繞組和第二繞組串接，且感應磁通相反;第二繞 組和第一繞組為單磁路繞組。本發(fā)明提供的每路磁路上都設(shè)有第一繞組，在第一磁路和第 二磁路上設(shè)置第二繞組，使第一繞組和第二繞組之間不存在互感，第二繞組串接第三繞組， 使第一繞組單獨形成一個變壓器，第二繞組連同第三繞組形成一個單獨的變壓器，從而可 以實現(xiàn)多種不同信號的輸入和輸出，擴展了變壓器的功能。
[0005] 公開號為CN103219881A的中國專利提供了 一種變壓器分段串聯(lián)電容補償電路，屬 于變壓器或電能變換領(lǐng)域。變壓器待串聯(lián)補償繞組由若干繞組段串聯(lián)組成，其中至少有一 對相鄰的繞組段間還串有補償電容;上述變壓器待串聯(lián)補償繞組為變壓器原邊或/和變壓 器副邊。本發(fā)明可應用于各類諧振變換器中，包括用于非接觸諧振變換器中補償非接觸變 壓器的漏感和激磁電感。
[0006] 經(jīng)過對比，上述專利與本專利申請在電路原理以及作用效果上，存在明顯區(qū)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種電路穩(wěn)壓調(diào)整范圍寬的基于 數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式單相/三相交流穩(wěn)壓器。
[0008] 本實用新型采用的技術(shù)方案是：
[0009] 一種基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式單相/三相交流穩(wěn)壓器，包括輸入 端連接電網(wǎng)的三個補償補償變壓器，三個補償變壓器的一次側(cè)繞組串聯(lián)接至交流電壓輸入 端，三個補償變壓器的二次側(cè)繞組通過8個雙向晶閘管接至輸出電壓端，輸入電壓側(cè)的變壓 器TR4上連接有電壓檢測控制器，電壓檢測控制器與8個雙向晶閘管連接。
[0010] 而且，三相交流穩(wěn)壓器是在單相交流穩(wěn)壓器基礎(chǔ)上，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用三 套相同的多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器分控三相相電壓，其電壓輸入及電壓輸出端 采用三相電壓設(shè)計，每套多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器分別串聯(lián)在其中一相電路 上。
[0011] 而且，所述電壓檢測控制器包括:數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、時鐘和高9位A/D轉(zhuǎn)換電路、16路數(shù) 據(jù)比較器、16路脈沖時序分配電路、8路輸出編碼器、譯碼分配和驅(qū)動電路以及8路電子開關(guān) 隔離輸出驅(qū)動電路，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接輸入電壓側(cè)的變壓器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸出端 連接高9位A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端、高9位A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端通過16路數(shù)據(jù)比較器連接16 路脈沖時序分配電路，16路脈沖時序分配電路輸出端通過8路輸出編碼器連接譯碼分配和 驅(qū)動電路，譯碼分配和驅(qū)動電路連接8路電子開關(guān)隔離輸出驅(qū)動電路，8路電子開關(guān)隔離輸 出驅(qū)動電路分別與8個雙向晶閘管一一對應連接。
[0012] 而且。所述電壓檢測控制器還包括節(jié)能控制電路和過流取樣電路。
[0013] 而且，所述電壓檢測控制器還具有一軟啟動控制電路。
[0014] 本實用新型的積極效果及優(yōu)點是：
[0015] 1、本實用新型提供的基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器， 采用多補償變壓器組合的穩(wěn)壓方式，具有非常高的可靠性和很強的抗干擾能力，且補償變 壓器功率小，變壓器容量低，體積小，價格便宜，有效解決了因電網(wǎng)供電質(zhì)量較差給用戶帶 來的危害，為用戶提供可靠且穩(wěn)定的電力供應。
[0016] 2、本實用新型提供的基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器 的核心監(jiān)測電路為12位高精度A/D轉(zhuǎn)換器進行交流有效值檢測，實時監(jiān)測單相交流工作電 壓，實時監(jiān)測，實時控制，電路運行響應度高，工作速度快，純數(shù)字電路的邏輯控制方式，整 體無單片機芯片，無需編程，調(diào)試簡單，使用方便。
[0017] 3、本實用新型提供的基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器， 單相小功率系統(tǒng)采用無觸點雙向可控硅調(diào)壓，三相或大功率系統(tǒng)可根據(jù)容量要求采用雙向 可控硅、大功率M0S器件或IGBT器件。設(shè)備無噪聲，無機械調(diào)壓存在的碳刷磨損和機械故障； 輸出正弦波半波起調(diào)，波形連續(xù)不間斷，電路采用過零觸發(fā)電路，加以脈沖吸收和死區(qū)保 護對電網(wǎng)的電磁干擾小，適應各種負載工作，無論是電阻負載、電容負載還是電感負載，這 種調(diào)壓方式都能夠很好的適應。
[0018] 4、本實用新型提供的基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器 具有軟啟動功能，每次開機時，可在0.125秒~6分鐘內(nèi)啟動電壓由輸入電壓減去171V(或 185V)后，分8檔逐步上升到220V的所需電壓值。
[0019] 5、本實用新型提供的基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器 具有輸出過流重啟功能，對于瞬時過流后能夠很快恢復的負載故障能夠自動重新重啟，重 啟三次后，如果過流故障仍然存在，則進入死保護，不再進行在重啟，這時需要人為排除故 障后進行手動復位。
[0020] 6、本實用新型電路系統(tǒng)面板裝有多功能儀表，可實時顯示輸入/輸出電壓，同時具 有過電壓指示、欠電壓指示、過電流指示。同時，每個補償穩(wěn)壓器的調(diào)壓控制回路均設(shè)有過 電流的保險熔斷器和繼電保護指示功能。
[0021] 7、本實用新型電路具有光控啟動和定時節(jié)能減壓工作的功能，如附圖3所示，根據(jù) 用戶要求，節(jié)能控制電路可設(shè)定白天不工作，前半夜全壓工作，后半夜減壓工作，減壓節(jié)能 電壓為171V(或185V)，該功能特別適用于市政路燈照明。
[0022] 8、本實用新型提供的基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式三相交流穩(wěn)壓器 針對的是三相電源線路，其改動僅需將三套相同的本實用新型提供的補償變壓器組合式單 相交流穩(wěn)壓器一一對應地安裝在每相電路中，三相電源的每相單獨進行調(diào)節(jié)，具有很好的 三相自平衡能力。
[0023] 9、本實用新型提供的基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器 中的電路設(shè)計的電路穩(wěn)定性好，現(xiàn)場供電為互補方式，當穩(wěn)壓系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障，需要進行 日常維護或維修時，通過切換，可以保證線路正常供電，不影響用戶正常用電更適合廣泛推 廣。
[0024]本實用新型優(yōu)點和積極效果為：
[0025] 本測試系統(tǒng)中的負載系統(tǒng)由計算機自動控制對被試發(fā)電機施加阻性、感性、容性 負載，還可進行單相不平衡、短路試驗，測試系統(tǒng)檢測發(fā)動機各項電量參數(shù)，自動記錄試驗 數(shù)據(jù)，生成測試報告，集成性好，準確率高。
[0026] 本測試系統(tǒng)可模擬交直流發(fā)電機各種轉(zhuǎn)速和加減速度以及不同負載下的工況，進 行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的測試，具有錯誤參數(shù)輸入報警、過載報警、過載自動卸載、手自動轉(zhuǎn)換、緊 急停車等功能。被試發(fā)電機裝卸操作方便，可維護性高。
【附圖說明】
[0027] 圖1為實用新型的基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器主電 路原理圖；
[0028]圖2為實用新型的基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式三相交流穩(wěn)壓器主電 路原理圖；
[0029] 圖3是本實用新型的基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式單相/三相交流穩(wěn) 壓器控制原理框圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面通過附圖結(jié)合具體實施例對本實用新型作進一步詳述，以下實施例只是描述 性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護范圍。
[0031] -種基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式單相/三相交流穩(wěn)壓器，其中圖1體 現(xiàn)了基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器，它包括輸入端連接電網(wǎng)的 三個補償補償變壓器TR1、TR2、TR3，三個補償變壓器TR1、TR2、TR3的一次側(cè)繞組串聯(lián)接至交 流電壓輸入端，三個補償變壓器TR1、TR2、TR3的二次側(cè)繞組通過8個雙向晶閘管（S1~S8)接 至輸出電壓端，輸入電壓側(cè)的變壓器TR4上連接有電壓檢測控制器，電壓檢測控制器與8個 雙向晶閘管連接，變壓器TR4向電壓檢測控制器提供實時電壓檢測信號，通過計算、比較觸 發(fā)8個雙向晶閘管，通過雙向晶閘管的不同導通組合，改變?nèi)齻€補償變壓器二次側(cè)電壓方 向，對一次測電壓大小的進行不同補償組合，保證輸出電壓穩(wěn)定。
[0032] 通過12位高精度A/D轉(zhuǎn)換器進行交流有效值檢測，適時監(jiān)測單相交流工作電壓，并 將獲得的高9位數(shù)字信號與設(shè)定值進行比較，進行邏輯分析8路邏輯控制輸出信號，通過譯 碼驅(qū)動電路觸發(fā)8個雙向晶閘管，通過雙向晶閘管的不同導通組合，改變?nèi)齻€補償變壓器二 次側(cè)電壓方向，對一次測電壓大小的進行不同補償組合，保證輸出電壓穩(wěn)定。
[0033] QF1和QF2為輸入/輸出自動空氣開關(guān)，用于過流保護;TR1、TR2和TR3為電壓補償變 壓器，用于調(diào)整調(diào)整輸出電壓;TR4為電壓檢測變壓器，為控制電路提供實時電網(wǎng)電壓;控制 直流電源為控制電路和觸發(fā)驅(qū)動電路提供直流電源;RV1和RV2壓敏電阻，用于消除系統(tǒng)可 能存在的浪涌電壓，對系統(tǒng)進行過壓保護;KM為接觸器，它受系統(tǒng)控制電路控制，用于對負 載供停電。
[0034]圖2體現(xiàn)了基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式三相交流穩(wěn)壓器，三相交流 穩(wěn)壓器是在單相交流穩(wěn)壓器基礎(chǔ)上，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用三套相同的多補償變壓器 組合式單相交流穩(wěn)壓器分控三相相電壓，其電壓輸入及電壓輸出端采用三相電壓設(shè)計，每 套多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器分別串聯(lián)在其中一相電路上，這種單相獨立的工作 方式有利于三相供電和用電負載的平衡工作在比較平衡的工作狀態(tài)。三套電流過流取樣檢 測模塊對三相負載電流單獨實時檢測，實時分析處理，通過過流保護與重啟電路共同控制 輸出接觸器，當任何一相負載發(fā)生嚴重過載甚至短路事故時，都能進行保護斷電動作。其工 作原理與單相穩(wěn)壓器基本一致。
[0035]多補償變壓器組合式單相/三相交流穩(wěn)壓器控制原理框圖如圖3所示，電壓檢測控 制器包括:數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、時鐘和12位高精度A/D轉(zhuǎn)換電路(取高9位編碼，精確設(shè)計編碼，使之 符合±5V或±7V調(diào)整范圍要求）、16路數(shù)據(jù)比較器、16路脈沖時序分配電路、8路輸出編碼 器、譯碼分配和驅(qū)動電路以及8路電子開關(guān)隔離輸出驅(qū)動電路，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接輸 入電壓側(cè)的變壓器TR4,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接12位高精度A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端、12位 高精度A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端通過16路數(shù)據(jù)比較器連接16路脈沖時序分配電路，16路脈沖 時序分配電路輸出端通過8路輸出編碼器連接譯碼分配和驅(qū)動電路，譯碼分配和驅(qū)動電路 連接8路電子開關(guān)隔離輸出驅(qū)動電路，8路電子開關(guān)隔離輸出驅(qū)動電路分別與8個雙向晶閘 管 對應連接。
[0036] 其基本工作過程是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換取樣電路通過變壓器TR4取樣，提供給時鐘和12位高 精度A/D轉(zhuǎn)換電路，獲取A/D轉(zhuǎn)換器的高九位數(shù)字信號送入16路數(shù)據(jù)比較器進行比較，得到 16路邏輯信號送至16路脈沖時序分配電路進行處理，再送至8路輸出編碼器編碼得到8路控 制信號，該控制信號經(jīng)譯碼分配和驅(qū)動電路提供給S1~S8八個雙向晶閘管，通過過零觸發(fā) 方式控制TR1~TR3三個補償變壓二次側(cè)繞組的導通組合，以控制輸出電壓達到穩(wěn)定。
[0037] 電壓檢測控制器還包括節(jié)能控制電路和過流取樣電路，其工作工程師通過采集輸 出電壓和輸出電流信號，提供給過流保護與重啟電路。給過流保護與重啟電路有兩個作用， 一是在瞬時過流后的自動重新重啟，重啟三次后，如果過流故障仍然存在，則進入死保護， 不再進行在重啟，這時需要人為排除故障后進行手動復位;二是可根據(jù)用戶特殊的節(jié)能要 求控制輸出電壓170V或185V。
[0038] 電壓檢測控制器還具有一軟啟動控制電路，其軟啟動控制電路的功能是，每次開 機時，可在30秒~6分鐘內(nèi)（用戶可自行調(diào)整）啟動電壓由輸入電壓減去49V(或其他設(shè)定值） 后，分8檔逐步上升到220V的所需電壓值。
[0039]本實用新型的工作原理是：
[0040]當輸入交流電壓過高時，可將雙向晶閘管電子開關(guān)S1和S4過零觸發(fā)導通，這時補 償變壓器二次側(cè)電壓極性為左正右負，因為同名端極性相同，故補償電壓U1極性亦為左正 右負，此時，輸出電壓Uo = Ui-Ul，進行降壓補償。
[0041] 而當輸入交流電壓過低時，將雙向晶閘管電子開關(guān)S3和S2過零觸發(fā)導通，這時補 償變壓器二次側(cè)電壓極性為左負右正，同樣因為同名端極性相同，故補償電壓U1極性亦為 左負右正，此時，輸出電壓Uo = Ui+Ul，進行升壓補償。
[0042] 所以，通過電子開關(guān)的不同導通組合，即可對輸出電壓進行調(diào)控，在輸入電壓發(fā)生 變化時，通過補償變壓器的電壓補償，保證輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)計范圍之內(nèi)。
[0043] 若輸入電壓在220V左右時，電壓正常情況下，無需進行電壓補償，這時，為保護控 制電子開關(guān)，可將S1、S3或S2、S4觸發(fā)導通，將補償變壓器二次側(cè)電壓短路，以防止二次側(cè)過 電壓因為二次側(cè)電流很小，不會造成變壓器和電子開關(guān)損壞。
[0044] 此外，當輸入電壓在220V± 3.5V，這時變壓器做電流互感器使用，晶閘管S1、S3導 通(或者S2、S4導通），這時補償電壓為零。
[0045] 為了避免可控硅導通時上下臂的兩只串聯(lián)可控硅同時導通造成"直通"的問題損 壞晶閘管，電路中設(shè)置了防止上下臂同時導通的判斷電路和適當?shù)臅r間滯后"死區(qū)"電路， 保證在任何時候上下臂的兩只串聯(lián)可控硅同只有一只是導通的。
[0046] 為了避免"死區(qū)"期間變壓器處于瞬時"開路"現(xiàn)象，對變壓器采用了阻容吸收保護 措施。
[0047] 本實施例中，對三個補償變壓器TR1、TR2和TR3分別設(shè)計為補償電壓7-14-28V和5-10-20V兩種組合方式，其輸入電壓與過零觸發(fā)元件控制導通表見基于數(shù)字電路控制的多補 償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器補償變壓器組的輸入電壓與過零觸發(fā)元件控制導通表。 [0048]輸入電壓側(cè)的TR4變壓器提供實時電壓檢測信號，通過12位高精度A/D轉(zhuǎn)換器進行 交流有效值檢測，實時監(jiān)測單相交流工作電壓，并將獲得的高9位數(shù)字信號與設(shè)定值進行比 較，進行邏輯分析8路邏輯控制輸出信號，通過譯碼驅(qū)動電路觸發(fā)8個雙向晶閘管，通過雙向 晶閘管的不同導通組合，改變?nèi)齻€補償變壓器二次側(cè)電壓方向，達到對一次測電壓的補 償。輸出端有控制電路直流電源模塊，交流穩(wěn)壓器內(nèi)的各模塊由電源模塊供電。
[0049]基于數(shù)字電路控制的多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器補償變壓器組的輸入 電壓與過零觸發(fā)元件控制導通表
[0050]
[0051] 盡管為說明目的公開了本實用新型的實施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 理解:在不脫離本實用新型及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可 能的，因此，本實用新型的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1. 一種多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器，其特征在于:包括輸入端連接電網(wǎng)的三 個補償補償變壓器，三個補償變壓器的一次側(cè)繞組串聯(lián)接至交流電壓輸入端，三個補償變 壓器的二次側(cè)繞組通過8個雙向晶閘管接至輸出電壓端，輸入電壓側(cè)的變壓器TR4上連接有 電壓檢測控制器，電壓檢測控制器與8個雙向晶閘管連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器，其特征在于:所述電壓 檢測控制器包括:數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、時鐘和高9位A/D轉(zhuǎn)換電路、16路數(shù)據(jù)比較器、16路脈沖時序 分配電路、8路輸出編碼器、譯碼分配和驅(qū)動電路以及8路電子開關(guān)隔離輸出驅(qū)動電路，數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換器的輸入端連接輸入電壓側(cè)的變壓器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接高9位A/D轉(zhuǎn)換電路的 輸入端、高9位A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端通過16路數(shù)據(jù)比較器連接16路脈沖時序分配電路，16 路脈沖時序分配電路輸出端通過8路輸出編碼器連接譯碼分配和驅(qū)動電路，譯碼分配和驅(qū) 動電路連接8路電子開關(guān)隔離輸出驅(qū)動電路，8路電子開關(guān)隔離輸出驅(qū)動電路分別與8個雙 向晶閘管 對應連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器，其特征在于:所述電壓 檢測控制器還包括節(jié)能控制電路和過流取樣電路。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多補償變壓器組合式單相交流穩(wěn)壓器，其特征在于:所述電壓 檢測控制器還具有一軟啟動控制電路。
【文檔編號】H02M5/257GK205509860SQ201520729841
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年9月21日
【發(fā)明人】謝勝利, 劉立平, 崔鳳來, 李明星, 朱瓊
【申請人】國網(wǎng)冀北電力有限公司技能培訓中心, 國家電網(wǎng)公司, 保定市德爾法電氣科技有限公司