CN2050237U - 交流电压自动调节装置 - Google Patents

Abstract

一种交流电压自动调节，特别是用于照明灯、电机自动调节和过电压、过电流、断相保护的交流电压自动调节装置。该装置的特点是正半周取样，其结果在负半周通过可控硅等功率器件控制输出，而负半周取样，其结果在正半周通过可控硅等功率器件控制输出。大电流控制时采用小电流可控硅推动大电流可控硅的办法，具有控制反应速度快、成本低、体积小的特点。

Description

本实用新型是一种交流电压自动调节，特别是用于照明灯、电机自动调压和过电压，过电流、断相保护的交流电压自动调节装置。

公知的交流电压自动调节装置，有利用磁饱和特性的交流稳压电源，有应用交流——直流——交流转换、逆变制成的稳压电源。这几种电压自动调节装置均由于带有大的变压器而体积大、重量重、成本高，只能在要求高的场合使用。还有通过控制可控硅导通角实现自动调节的调节装置，但公知装置的控制电路都是将样本信号整流、积分（时间常数需很大）、加同步信号后再通过压控移相电路产生移相控制信号，并由该信号直接触发可控硅。该技术的缺点是由于样本信号已经经过大时间常数积分，因而输出对样本信号的反应速度慢；也由于移相控制信号产生过程复杂，触发功率大而使电路复杂、成本高、体积大，无法在现有配电柜中安装，限制了使用范围。87200698专利只给出了一种半波移相控制的方法，无法在日光灯等感性负载场合使用。

本新型的任务是要设计一种控制响应时间不超过半个电源周期，触发功率小、电路简单、体积较小、控制功率可以做得很大的电压自动调节装置。

本新型是这样实现的：在控制电路中通过单向取样器件和单向功率部件配合实现电源正半周时取样，在负半周用正半周取样结果控制负半周的电压输出；而负半周取样，在正半周用负半周取样结果控制正半周的电压输出；主控电路用小电流可控硅推动大电流可控硅，以降低触发功率。

图1是本实用新型的方框图。

〔1〕是串联在负载回路中的主控部件；〔2〕是在负半周取样比较，在正半周控制输出的移相控制电路；〔3〕是正半周取样比较，在负半周控制输出的移相控制电路；〔4〕是正负半周控制对称性的补偿电路，在对称性要求不很严的场合可以不加。Z_L是负载总阻抗。

图2～4是三种控制电路的基本结构。

〔2〕和〔3〕主要由取样电路和电压比较放大电路组成。取样比较放大电路可以设计在输入侧（图2），这时输出电压被输入电压控制；也可以设计在输出侧（图3），成为稳压控制；取样信号还可以取自负载电流（图4），这几种方式可以混合，即电流和电压同时取样，做成具有过流或过压保护的自动调节装置。

输入交流电压Ui（或输出电压Uo）经R₁和R₂分压产生的样本信号，或者负载电流在电阻（或电感性元件）R上产生的样本信号，在正半周（指A输入端相对于B输入端为正时）经二极管（或单向三极器件）D₂，在电容C₂上积分，C₂上的电压达峰值后，由于R₄（或其他放电电路如恒流源等）及电压比较放大电路B₂输入电阻的存在而不断放电，且一直到下一个正半周到来后再重新充电，如果C₂、R₄选择适当，C₂上将形成频率与Ui一致的锯齿电压。该电压经电阻R₆加在B₂的“－”端（或“＋”端），B₂的“＋”端（或“－”端）加基准电压U_Z2。B₂的输出控制只在负半周才能导通的〔1〕的下半部分，亦即图5中的单向可控硅（或单向功率晶体管）GK₁。在负半周（A端相对于B为负）经二极管（或单向三极器件）D₁，在电容C₁上积分，C₁上的电压达峰值后，由于R₃（或其他放电电路如恒流源等）及电压比较放大电路B₁输入电阻的存在而放电；且一直到下一个正半周到来后再重新充电，如果C₁、R₃选择适当，C₂上也将形成频率与Ui一致的锯齿电压，该电压经电阻R₅加在B₁的“－”端（或“＋”端），B₁的“＋”端（或“－”端）加基准电压U_Z1。B₁的输出控制只在正半周才能导通的〔1〕的上半部分，亦即图5中的单向可控硅（或单向功率晶体管如大功率三极管、均效应管）GK₂。为了保证正负半周输出对称，C₁和C₂、R₃和R₄、R₅和R₆、B₁和B₂输入端接法，以保证样本信号绝对值大于U_Z1或U_Z2的绝对值时，输至GK₁、GK₂的信号应保证GK_1～2不导通，反之则导通为原则。U_Z1和U_Z2同时根据用户的控制目标选择，U_Z1和U_Z2产生的简单方法是通过稳压器件如稳压二极管、稳压电阻获得。B₁和B₂可以是一个电压比较器，也可以由放大器加施密特触发器或其他电路实现。样本信号可以通过R₁、R₂分压产生，也可以通过变压器、耦合器（如光电耦合器）产生，其中R₁如果用恒流源代替，那么输出电压将近似与样本源（半波）平均电压成函数关系，如果是电阻，那么输出电压将近似与样本源的峰值电压成函数关系，如果把R₁改成一个电路，把样本源信号积分后在取样点（取样时刻）的样本信号分别在正负半周内送C₁和C₂，那么输出电压将近似与样本源的有效电压成函数关系。R₃、R₄在允许时，特别是U_Z1和U_Z2绝对值很低时，除已将一端分别按D₁负极和D₂正极外，另一端接负电源和正电源，这样可以提高锯齿电压的线性，有利于控制。

〔1〕由只能在正半周导通和只能在负半周导通的器件如单向可控硅、晶体管、场效应管等构成。当〔1〕由二个同类单向可控硅阳极和阴极互为反接（即都将其中一个的阳极和另一阴极相连）构成时，其中一个单向可控硅控制极的触发信号需经隔离耦合电路（如光电耦合器、变压器、电容、晶体管等）才能和B₁、B₂的输出相连。

图5是用主控电路在大电流控制时用小电流单向可控硅推动大电流可控硅的设计。GK₁及GK₂是小电流单向可控硅，当GK₁推动大电流单向可控硅时，小电流单向可控硅的阴极通过电感L、电阻接大电流可控硅的控制极，小电流单向可控硅的阳极接大电流可控硅的阳极或独立供电电源，小电流单向可控硅的控制极作为总的控制极G，GK₁₁、GK_1n是通态峰值电压基本一致的大电流单向可控硅。当小电流可控硅推动大电流双向可控硅时，GK₁和GK₂在各自将一个阳极和另一个阴极反并联后，其中一个连接端通过电感L、电阻接大电流双向可控硅的控制极，另一个连接端接双向可控硅的第二电极T₂或接独立电源，双向可控硅的第一电极作为总的第一电极T₁，小电流单向可控硅的控制极G₁、G₂作为总的控制极。GK_Z1和GK_Zn是导通峰值电压基本一致的大电流双向可控硅。和大电流可控硅控制极相连的电阻在n个大电流可控硅并联时用来均流触发信号，当只触发单个可控硅时可以不用。电感是大电流推动时，防止通态电流临界上升率及断态电压临界上升率不够大时损坏可控硅。在负载电流不很大时，电感可以不用。

图6是正负半周对称性补偿电路的基本电路。当〔1〕没有导通时，输入电压通过负载加在分压取样电阻R₇和R₈上，分压后的信号经〔5〕积分送由三极管（或其他控制器件、电路）T₁、T₂组成的补偿控制电路，并控制U_Z1和U_Z2的大小。当正负半周导通角一致时，由于〔5〕输入等量互为反相的电压而输出为零；而当正半周导通角小于负半周导通角时，〔5〕将积分出一个负的补偿控制信号，该信号通过T₂减小U_Z2的绝对值，并减小负半周的导通角，以至在正半周导通角为零时使负半周导通角也为零；反之〔5〕将积分出一个正的补偿控制信号，并通过T₁减小U_Z1的绝对值，及减小正半周的导通角。

该装置无论是电压取样方式还是电流取样方式，都能在半个周期内对过压、过流作出可靠反应（不输出），因此可以用来制作过流、过压的自动保护装置。特别当用于断相、过压保护时，不仅能对过压在半个周期内作出反应而且能在电压恢复正常后自动恢复供电。

整个电路供电既可通过独立电源，也可通过电阻降压获取。

本新型由于采取半周交替取样、交替控制的方法，在大电流可控硅触发上采用小电流可控硅推动大电流可控硅的办法降低了触发功率，因而整个装置的电路简单，供电方法容易，缩小了体积，提高了反应灵敏度。它不仅可以用于照明灯、电机等交流供电设施的稳压、节电控制，而且可以用于过压、过流、断相保护。

图7是根据本新型提出的实施装置电原理图。

通过R₁、R₂分压得到的取样信号在正负半周分别经D₂、D₁送电容C₂、C₁，R₃和R₄是放电电阻，其中一端接负电源－E₁和正电源＋E₁。C₁、C₂上产生的锯齿电压经电阻R₅、R₆送由三极管T₃、T₆及电阻R₉、R₄构成的比较电压放大器输入端，T₃和T₆的发射极分别接基准电压源〔6〕和〔7〕上。T₃的输出送由三极管T₄和T₅及电阻R_10～13、隔离耦合器（光电耦合器、变压器、电容等）〔8〕及只能在正半周导通的单向可控硅GK₂；T₆的输出送由三极管T_7～9、电阻R_15～18及只能在负半周导通的单向可控硅GK₁，GK₁和GK₂再推动大电流双向可控硅GK₂₁和GK_2n。Z_L是负载阻抗。

当C₁、C₂上的锯齿电压绝对值在一段区间内高于〔6〕〔7〕提供的基准电压绝对值时，GK₁和GK₂及GK₂₁、GK_2n开始变关断状态为导通状态。显然样本电压绝对值越高，GK₁、GK₂及GK₂₁、GK_2n由关断变为导通就越迟（即导通角越小）。C_1～2、R_3～4及U_Z1～2经适当调配，可以在超过起控电压后得到接近于恒压及输入电压升高、输出电压有效值反而降低的控制特性。－E₂和＋E₂是另一组供电电源，主要为了减少供电负载不同对正负半周控制对称性的影响，当电路参数适当时，E₁和E₂可以合并供电。电阻R_7～8、R_19～21、电容C_3～4、三极管T_1～2组成对称性补偿电路。〔8〕在实施电路中是一个光电耦合器。

Claims (8)

1、一种交流电压自动调节，特别是用于照明灯、电机自动调压和过电压、过电流、断相保护的交流电压自动调节装置，是由主控电路[1]，负半周取样比较，正半周控制输出的移相控制电路[2]，正半周取样比较、负半周控制输出的移相控制电路[3]，对称性补偿电路(可以不加)[4]构成的，其特征是：

a.取样电路有正半周取样的二极管(或单向三极器件)D₂和积分电容C₂、放电电阻(或其他放电电路如恒流源)R₄，比较放大结果控制只在负半周导通的单向可控硅(或单向功率晶体管、场效应管)GK₄，电路是正半周取样，且用正半周取样比较结果控制负半周输出。

b.取样电路有负半周取样的二极管(或单向三极器件)D₁和积分电容C₁、放电电阻(或其他放电电路如恒流源)R₃，比较放大结果控制只在正半周导通的单向可控硅(单向功率晶体管、场效应管)GK₂，电路是负半周取样，且用负半周取样比较结果控制正半周输出。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：主控电路在大电流控制时，是通过小电流可控硅推动大电流可控硅实现的，且：

a.大电流可控硅是单向可控硅时，小电流单向可控硅的阴极通过电感、电阻（电感和电阻在有些场合也可以不用）接大电流单向可控硅的控制极，小电流单向可控硅的阳极接大电流可控硅的阳极或独立供电电源，小电流单向可控硅的控制极作为总的控制极。

b.大电流可控硅是双向可控硅时，将两个小电流单向可控硅反并联（各自将阳极和另一个的阴极相联）后，将其中一个阳极、阴极连接端通过电感、电阻（电感、电阻在有些场所可以不用）接双向大电流可控硅的控制极，另一个阳极、阴极连接端接双向可控硅的第二电极或独立电源，双向可控硅的第一电极作为总的第一电极，小电流单向可控硅的控制极作为总的控制极。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：对称性补偿电路有跨接在〔1〕两端的分压取样电阻R₇和R₈，有积分电路〔5〕，积分出的误差信号通过放电电路控制的是基准电源U_Z1和U_Z2。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：移相控制电路中，输出电压与样本源平均电压成函数关系时，R₁是一个恒流源，与样本峰值电压成函数关系时，R₁是电阻，与样本有效电压成函数关系时，R₁是对积分后的样本进行取样的电路。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：移相控制电路是由取样电阻R₁、R₂或R及二极管D₁、D₂，电容C₁、C₂，放电电阻R₃、R₄及比较放大器B₁、B₂构成的。

6、根据权利要求1和5所述的装置，其特征在于：电压比较放大器是由三极管T_1－2、电阻R₉、R₁₄组成的放大器，三极管T_4－5、T_7－8、电阻R_10－13组成的施密特触发器，三极管T₉组成的推动电路及隔离耦合器〔8〕构成的。

7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于：隔离耦合器〔8〕是一个光电耦合器。

8、根据权利要求1和5所述的装置，其特征在于：放电电阻R₃、R₄的一端是接在负电源及正电源上的。