一種便攜式電子調壓器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種便攜式電子調壓器，屬于調節(jié)電壓的電氣設備【技術領域】。包括盒體以及設置在盒體上可開啟的盒蓋，盒體內固定設置有調壓器電路板，調壓器電路板上集成有依次串聯(lián)連接的整流電路、直流調理電路和逆變電路，直流調理電路包括脈沖振蕩電路、穩(wěn)壓控制電路和輸出電路；在調壓器電路板外封裝有人機界面板，人機界面板上設置三相電壓輸出端子、三相輸入端子、220V電壓輸入端子、電源開關、通訊接口、液晶屏和按鍵。采用全電子器件構成，極大的減少了調壓器的重量?？芍苯优c外部的單相220V交流電、兩相380V交流電或三相380V交流電連接，自動采用兩相或三相全控橋整流，無需任何設置。尤其適用于野外電力試驗作業(yè)。
【專利說明】一種便攜式電子調壓器

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及調節(jié)電壓的電氣設備【技術領域】，具體地說涉及一種電子調壓器。

【背景技術】
[0002]調壓器是電氣試驗中的一種重要電氣設備，普通的小容量調壓器多采用接觸調壓形式，輸入端線圈匝數(shù)固定，通過滑線器改變輸出線圈的匝數(shù)，達到改變輸出電壓的目的。容量較大的調壓器多采用感應調壓的工作方式，通過移動一個自身短路的動繞組位置來改變初次級線圈耦合系數(shù)，達到調整輸出電壓的目的。
[0003]傳統(tǒng)的調壓器主要由鐵芯和銅線構成，設備笨重，體積龐大。目前，電氣試驗中常用的額定容量為1kVA以上的三相接觸式調壓器，設備自重約25kg，搬運不便。此外，野外工作現(xiàn)場經常存在電源不合適導致接線較為復雜的情況，設備電源的單相/三相電源安全轉換的問題亟待解決。
實用新型內容
[0004]為此，本實用新型所要解決的技術問題在于目前使用的電磁式接觸式調壓器在野外作業(yè)中存在體積大、質量大而導致搬運不便的問題以及因不同時適用于三相和兩相電路的而導致接線復雜的不足，從而提出一種采用全電子器件構成的單相/三相自適應便攜式電子調壓器。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型提供了如下技術方案:
[0006]一種便攜式電子調壓器，包括盒體以及設置在盒體上可開啟的盒蓋，盒體內固定設置有調壓器電路板，調壓器電路板上集成有依次串聯(lián)連接的整流電路、直流調理電路和逆變電路，直流調理電路包括脈沖振蕩電路、穩(wěn)壓控制電路和輸出電路；在調壓器電路板外封裝有人機界面板，人機界面板上設置三相電壓輸出端子、三相輸入端子、220V電壓輸入端子、電源開關、通訊接口、液晶屏和按鍵。
[0007]作為優(yōu)化，整流電路包括熔絲熔斷器B1、B2、B3、整流二極管D1-D6、限流電感LI和儲能電容Cl，整流二極管兩兩同向串聯(lián)后同向并聯(lián)，并聯(lián)后的陰極一端與限流電感LI的一端連接，并聯(lián)后的陽極一端通過儲能電容Cl連接到限流電感LI的另一端；熔斷器B1、B2、B3的一端分別連接在兩兩串聯(lián)的整流二極管之間，熔斷器B1、B2、B3的另一端為整流電路的輸入端，限流電感LI連接儲能電容Cl的一端作為整流電路的輸出端，儲能電容Cl的另一端接地。
[0008]作為優(yōu)化，直流調理電路的脈沖振蕩電路包括振蕩主回路、正反饋回路和啟動電阻電路。
[0009]作為優(yōu)化，振蕩主回路包括依次連接的振蕩電路、開關管和開關變壓器T901初級繞組LI ;正反饋回路包括反饋繞組L2、與反饋繞組L2串聯(lián)的限流電阻R915、分壓電阻R913、分壓電阻R910和誤差放大電路，分壓電阻R913和分壓電阻R910串聯(lián)后與由反饋繞組L2和限流電阻R915構成的電路并聯(lián)，分壓電阻R913和分壓電阻R910的連接處與誤差放大電路的反相輸入端連接；啟動電阻電路包括串聯(lián)連接的啟動電阻R923和啟動電阻R905，啟動電阻電路一端與整流電路的輸出端連接、另一端與振蕩電路連接。
[0010]作為優(yōu)化，穩(wěn)壓控制電路包括依次連接的取樣電路、誤差放大電路和脈寬調整電路。
[0011]作為優(yōu)化，輸出電路包括開關變壓器T901次級輸出繞組L3、整流二極管D921以及由電容C932、電感L901和電容C936組成的π型濾波器。
[0012]作為優(yōu)化，逆變電路包括三相橋式逆變主電路、用于驅動IGBT晶體管的IGBT驅動電路、用于對輸出的三相交流電進行濾波處理的二階無源濾波器和電壓反饋電路。
[0013]作為優(yōu)化，還包括控制電路，控制電路包括第一單片機和與第一單片機連接的三相SPWM生成芯片，三相SPWM生成芯片的輸出端與逆變電路的IGBT驅動電路連接，第一單片機的第一輸入端與逆變電路的電壓反饋電路連接。
[0014]作為優(yōu)化，還包括人機接口電路，人機接口電路包括第二單片機、分別與第二單片機連接的液晶屏和按鍵，人機接口電路輸出端與第一單片機的第二輸入端連接
[0015]作為優(yōu)化，液晶屏設置在人機界面板的中間，三相電壓輸出端子和三相輸入端子設置在液晶屏的左上角，220V電壓輸入端子、電源開關、通訊接口排成一列設置在液晶屏的右側，按鍵設置在液晶屏的下方。
[0016]本實用新型的上述技術方案相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點:
[0017]本實用新型提供了一種采用全電子器件構成的便攜式電子調壓器，極大的減少了調壓器的重量，減少了試驗工作人力成本。另外，可直接與外部的單相220V交流電、兩相380V交流電或三相380V交流電連接，用不著的進線端子懸空即可，依據(jù)進線電源情況，自動采用兩相或三相全控橋整流，無需任何設置，也免去了復雜的接線工作，有效提高了工作效率。面板上既有220V的標準電源插座，又有380V的三相電源接線端子，方便現(xiàn)場使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了使本實用新型的內容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本實用新型的具體實施例并結合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中
[0019]圖1是本實用新型一個實施例的一種外觀結構示意圖；
[0020]圖2是本實用新型一個實施例的一種電路結構框圖；
[0021]圖3是本實用新型一個實施例的一種整流電路圖；
[0022]圖4是本實用新型一個實施例的一種直流調理電路圖；
[0023]圖5是本實用新型一個實施例的一種逆變電路圖；
[0024]圖6是本實用新型一個實施例的一種控制電路結構示意圖；
[0025]圖7是本實用新型一個實施例的一種人機接口電路結構示意圖。

【具體實施方式】
[0026]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本實用新型方案，下面結合附圖和實施例對本實用新型所提供的技術方案作進一步的詳細描述。
[0027]本實施例提供了一種便攜式電子調壓器，如圖1和2所示，包括盒體I以及設置在盒體I上可開啟的盒蓋2，盒體I內固定設置有調壓器電路板，調壓器電路板上集成有依次串聯(lián)連接的整流電路Ml、直流調理電路M2和逆變電路M3，直流調理電路M2包括脈沖振蕩電路M21、穩(wěn)壓控制電路M22和輸出電路M23 ;在調壓器電路板外封裝有人機界面板4，人機界面板4上設置三相電壓輸出端子41、三相輸入端子42、220V電壓輸入端子43、電源開關44、通訊接口 45、液晶屏46和按鍵47。具體地，本實施的人機界面板4上，液晶屏46設置在人機界面板4的中間，三相電壓輸出端子41和三相輸入端子42設置在液晶屏46的左上角，220V電壓輸入端子43、電源開關44、通訊接口 45排成一列設置在液晶屏46的右側，按鍵47設置在液晶屏46的下方。
[0028]本便攜式電子調壓器內部全部采用電子器件構成，較傳統(tǒng)的電磁式調壓器重量顯著減輕，另外可以同時適用于220V單相、380V兩相以及380V三相的交流電壓，實際使用時可直接與不同的電網(wǎng)連接，省去了復雜的接線，而其輸出電壓可根據(jù)負載需要通過手動或程序自動控制的方式精確調整。將調壓電路板以及人機界面板4直接設計整合到一個盒子里，方便野外作業(yè)的攜帶。
[0029]具體地，如圖3所示，本實施例中的整流電路Ml包括熔絲熔斷器B1、B2、B3、整流二極管D1-D6、限流電感LI和儲能電容Cl，整流二極管兩兩同向串聯(lián)后同向并聯(lián)，并聯(lián)后的陰極一端與限流電感LI的一端連接，并聯(lián)后的陽極一端通過儲能電容Cl連接到限流電感LI的另一端；熔斷器B1、B2、B3的一端分別連接在兩兩串聯(lián)的整流二極管之間，熔斷器B1、B2、B3的另一端為整流電路Ml的輸入端，即輸入端Ua、輸入端Ub和輸入端Uc，限流電感LI連接儲能電容Cl的一端作為整流電路的輸出端，儲能電容Cl的另一端接地。整流電路Ml輸入端Ua、Ub、Uc連接于外部電源，通過三只熔絲熔斷器B1、B2、B3后，利用6支整流二極管D1-D6組成的橋式整流電路將三相交流電轉變成脈動的直流，通過限流電感LI后，給儲能電容Cl充電，完成初級交流到直流電壓的變換。當Ua與Ub連接交流220V單相電壓、Uc懸空時，儲能電容Cl的空載電壓為300V左右；當Ua與Ub連接交流380V兩相電壓、Uc懸空時，儲能電容Cl的空載電壓為500V左右；iUa、Ub、Uc連接交流380V三相電壓時，儲能電容Cl的空載電壓為500V左右。
[0030]本實施例中，直流調理電路M2的輸入端21與整流電路Ml中儲能電容Cl的高壓輸出端14連接。如圖4所示，直流調理電路M2的脈沖振蕩電路M21包括振蕩主回路、正反饋回路和啟動電阻電路。
[0031]具體地，振蕩主回路包括依次連接的振蕩電路、開關管和開關變壓器T901初級繞組LI，其作用是產生高頻振蕩，輸出矩形脈沖。正反饋回路包括反饋繞組L2、與反饋繞組L2串聯(lián)的限流電阻R915、分壓電阻R913、分壓電阻R910和誤差放大電路，分壓電阻R913和分壓電阻R910串聯(lián)后與由反饋繞組L2和限流電阻R915構成的電路并聯(lián)，分壓電阻R913和分壓電阻R910的連接處與誤差放大電路的反相輸入端連接，正反饋回路為振蕩主回路產生振蕩以及維持振蕩提供條件。啟動電阻電路包括串聯(lián)連接的啟動電阻R923和啟動電阻R905，啟動電阻電路一端與整流電路Ml的輸出端連接、另一端與振蕩電路連接，啟動電阻電路的作用是開機時為開關管的基極提供偏置電流，觸發(fā)開關管開始導通，開關管一旦啟動后，由正反饋回路維持開關管的振蕩。電源接通后，啟動電阻R923和啟動電阻R905為振蕩電路提供初始工作電壓，使得振蕩電路開始振蕩。開關管采用的是場效應管，具有高輸出阻抗的特點。它的漏極接開關變壓器T901的初級繞組LI，源極接地，柵極通過內部延時電路接到振蕩電路的驅動極。當開關管得到開關脈沖后開始工作，把初級繞組LI上的直流轉換成矩形脈沖。同時，由于線圈的互感，開關變壓器T901的反饋繞組L2上會產生一個與初級繞組LI反相的感應電壓，其中一路經過二極管D908、電容C912整流濾波后給誤差放大電路和脈寬調整電路等供電，另一路經分壓電阻R913和分壓電阻R910分壓取樣送入誤差比較電路，得出誤差電壓對振蕩器進行反饋控制，調整輸出脈沖的寬度，可以改變開關管的導通時間，調整電路的工作狀態(tài)，從而使得電路處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。
[0032]本實施例中，只要控制開關管的導通時間，就可以調整輸出電壓的高低。開關管導通的時間越長，輸出電壓越高，反之則低。穩(wěn)壓控制電路M22包括依次連接的取樣電路、誤差放大電路和脈寬調整電路。電阻R931、R932、R934組成電壓取樣電路。IC905和PC903組成電壓比較電路，其中IC905是穩(wěn)壓成塊，它有3個端子，第①腳接地，第②腳為電壓輸入端，內置基準電壓，第③腳為調整端。PC903為光電耦合器，當①②腳的電流增大時，③④端的電流也會隨之增大，起到誤差放大及電氣隔離的作用。檢測到的信號送入誤差放大電路及脈寬調整電路，對脈沖的占空比進行調整，從而達到調整和穩(wěn)定輸出電壓的目的。當輸出端22的輸出電壓上升時，取樣電阻R934兩端的電壓也會隨之上升，IC905第②腳電壓也會上升，而IC905的第③腳與第②腳的電壓成反比，所以第③腳電壓降低，致使PC903①②腳的導通電流增大，光電控制PC903的③④腳電流也增大，然后送入內部誤差放大器的同相輸入端，經過放大后控制振蕩電路對脈沖寬度進行調整，使脈沖寬度變窄，從而縮短開關管的導通時間，抑制輸出電壓的升高。這樣就形成了一個實時監(jiān)控的控制環(huán)路，可以確保輸出高穩(wěn)定度的直流電壓。
[0033]具體地，輸出電路M23包括開關變壓器T901次級輸出繞組L3以及構成半波整流的整流二極管D921。優(yōu)化地，還包括由電容C932、電感L901和電容C936組成的π型濾波器，可將高頻整流輸出的高頻脈沖變?yōu)槠交闹绷鳎捎谑菍Ω哳l濾波，所以濾波元器件的取值和體積都比較小，不會增加調壓器的體積和重量。開關管在退出飽和到截止期間，開關變壓器Τ901的次級繞組L3的同名端將變?yōu)檎娢?，使整流二極管D921正向導通。初級繞組LI上儲存的磁能開始轉換為電能向負載供電，同時對C932充電。而在開關管飽和導通期間，次級繞組L3的感應電壓使得D921截止，此時電容C932開始放電，靠積累的能量向負載供電，這個過程也是初級繞組LI重新儲存能量的過程。
[0034]當電源或負載因某種原因損壞會導致電流猛增，為防止過熱燒壞開關管、開關變壓器Τ901或其他電子元器件造成產品安全事故，從而在電源內部電路設置了相關的保護電路。保護電路主要有過流保護和過載保護兩種。前面提到的分壓電阻R913和分壓電阻R910同時也是負反饋過流保護元件，當輸出端過載或短路時，開關變壓器Τ901的初級繞組LI電流會增大,相應地,反饋繞組L2的電流也會隨之增大，從而導致分壓電阻R910上的電壓上升，輸入電路內集成的OCP電壓比較器的反相輸入端進行比較，如果輸入電壓超過設置的基準電壓，則電壓比較器翻轉，再通過OLP電壓比較器電平翻轉控制開關管截止，使直流調理電路M2停止工作。
[0035]另外，還單獨設置了一組過載保護電路，PC903為輸出端的電壓取樣器件，開關三極管Q902、Q903起開關控制作用。具體工作過程如下:當輸出端負載過輕、開路或因某種原因電壓上升時，穩(wěn)壓二極管D933兩端電壓升高反向擊穿使PC903①②腳電壓上升，同時③④腳阻抗變小，電流增大，從而使Q902正偏飽和導通，然后經過電阻R920、穩(wěn)壓二極管D913限流穩(wěn)壓控制OLP電壓比較器電平翻轉，開關管截止，使直流調理電路M2停止工作。
[0036]如圖5所示，本實施例中的逆變電路M3包括三相橋式逆變主電路、用于驅動IGBT晶體管的IGBT驅動電路、用于對輸出的三相交流電進行濾波處理的二階無源濾波器和電壓反饋電路。具體地，二階無源濾波器為三個一端連接、另一端分別與三相橋式逆變主電路的三個輸出端連接的電容Cl、C2、C3。電壓反饋電路由電阻R1-R6構成，六個電阻兩兩串聯(lián)后一端相互連接、另一端分別與三相橋式逆變主電路的三個輸出端連接，兩兩串聯(lián)的電阻連接處作為電壓反饋電路輸出端36。逆變電路M3的輸入端31與直流調理電路M2的輸出端22相連，逆變電路M3在三相SPWM信號的控制下，將直流調理電路M2輸出的直流電壓轉變?yōu)樘囟妷旱墓ゎl交流電壓，由輸出端32、33、34輸出。
[0037]本實施例中還包括控制電路，如圖6所示，控制電路包括第一單片機和與第一單片機連接的三相SPWM生成芯片，三相SPWM生成芯片的輸出端與逆變電路的IGBT驅動電路連接，第一單片機的第一輸入端與逆變電路的電壓反饋電路連接。用于產生控制信號的第一單片機采用高性能AVR單片機MEGA16，用于生成IGBT驅動信號的三相SPWM生成芯片采用三相SPWM生成專用芯片EG8030，其輸出端42與逆變電路中的控制信號輸入端35相連，控制電路的輸入端41用于接收人機接口電路輸出的控制信號、控制電路的輸入端43與逆變電路M3的電壓反饋電路輸出端36連接?？刂齐娐犯鶕?jù)人機接口電路給定的需求電壓值與電壓反饋電路輸出端36反饋的實際輸出電壓值，產生精確的SPWM信號控制電路產生需要的交流電壓。逆變電路驅動用SPWM信號的產生采用硬件生成模式，即采用三相SPWM生成專用芯片EG8030，外部僅需提供調制電壓的參考值即可，提高使用的可靠性?？刂齐娐凡捎酶咝阅軉纹瑱C專門負責主電路的狀態(tài)控制，增強了系統(tǒng)的整體響應速度。
[0038]本實施例還包括人機接口電路，如圖7所示，人機接口電路包括第二單片機、分別與第二單片機連接的液晶屏和按鍵，人機接口電路輸出端與第一單片機的第二輸入端連接。第二單片機為MEGA8單片機、液晶屏為12864液晶屏，操作人員通過與MEGA8單片機連接的按鍵輸入控制信息，通過液晶屏顯示控制信息與整個調壓器的狀態(tài)信息。人機接口電路輸出端51與控制電路輸入端41連接，人機接口電路將控制信息傳給控制電路，控制電路將調壓器的狀態(tài)信息傳至人機接口電路顯示。采用專門的單片機管理按鍵的信號輸入和液晶屏的數(shù)據(jù)顯示。
[0039]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型創(chuàng)造的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種便攜式電子調壓器，其特征在于，包括盒體(I)以及設置在盒體(I)上可開啟的盒蓋(2)，所述盒體(I)內固定設置有調壓器電路板，所述調壓器電路板上集成有依次串聯(lián)連接的整流電路(Ml)、直流調理電路(M2)和逆變電路(M3)，所述直流調理電路(M2)包括脈沖振蕩電路(M21)、穩(wěn)壓控制電路(M22)和輸出電路(M23);在所述調壓器電路板外封裝有人機界面板(4)，所述人機界面板(4)上設置三相電壓輸出端子(41)、三相輸入端子(42)、220V電壓輸入端子(43)、電源開關(44)、通訊接口(45)、液晶屏(46)和按鍵(47)。
2.如權利要求1所述的便攜式電子調壓器，其特征在于，所述整流電路(Ml)包括熔絲熔斷器B1、B2、B3、整流二極管D1-D6、限流電感LI和儲能電容Cl，所述整流二極管兩兩同向串聯(lián)后同向并聯(lián)，并聯(lián)后的陰極一端與限流電感LI的一端連接，并聯(lián)后的陽極一端通過儲能電容Cl連接到限流電感LI的另一端；所述熔斷器B1、B2、B3的一端分別連接在兩兩串聯(lián)的整流二極管之間，所述熔斷器B1、B2、B3的另一端為所述整流電路(Ml)的輸入端，所述限流電感LI連接儲能電容Cl的一端作為整流電路(Ml)的輸出端，所述儲能電容Cl的另一端接地。
3.如權利要求1或2所述的便攜式電子調壓器，其特征在于，所述直流調理電路(M2)的脈沖振蕩電路(M21)包括振蕩主回路、正反饋回路和啟動電阻電路。
4.如權利要求3所述的便攜式電子調壓器，其特征在于，所述振蕩主回路包括依次連接的振蕩電路、開關管和開關變壓器T901初級繞組LI ;所述正反饋回路包括反饋繞組L2、與所述反饋繞組L2串聯(lián)的限流電阻R915、分壓電阻R913、分壓電阻R910和誤差放大電路，所述分壓電阻R913和所述分壓電阻R910串聯(lián)后與由所述反饋繞組L2和限流電阻R915構成的電路并聯(lián)，所述分壓電阻R913和所述分壓電阻R910的連接處與誤差放大電路的反相輸入端連接；所述啟動電阻電路包括串聯(lián)連接的啟動電阻R923和啟動電阻R905，所述啟動電阻電路一端與所述整流電路(Ml)的輸出端連接、另一端與所述振蕩電路連接。
5.如權利要求1或2所述的便攜式電子調壓器，其特征在于，所述穩(wěn)壓控制電路(M22)包括依次連接的取樣電路、誤差放大電路和脈寬調整電路。
6.如權利要求1或2所述的便攜式電子調壓器，其特征在于，所述輸出電路(M23)包括開關變壓器T901次級輸出繞組L3、整流二極管D921以及由電容C932、電感L901和電容C936組成的π型濾波器。
7.如權利要求1所述的便攜式電子調壓器，其特征在于，所述逆變電路(M3)包括三相橋式逆變主電路、用于驅動IGBT晶體管的IGBT驅動電路、用于對輸出的三相交流電進行濾波處理的二階無源濾波器和電壓反饋電路。
8.如權利要求7所述的便攜式電子調壓器，其特征在于，還包括控制電路，所述控制電路包括第一單片機和與第一單片機連接的三相SPWM生成芯片，所述三相SPWM生成芯片的輸出端與逆變電路的IGBT驅動電路連接，所述第一單片機的第一輸入端與所述逆變電路的電壓反饋電路連接。
9.如權利要求8所述的便攜式電子調壓器，其特征在于，還包括人機接口電路，所述人機接口電路包括第二單片機、分別與第二單片機連接的液晶屏和按鍵，所述人機接口電路輸出端與所述第一單片機的第二輸入端連接。
10.如權利要求1所述的便攜式電子調壓器，其特征在于，所述液晶屏(46)設置在所述人機界面板(4)的中間，所述三相電壓輸出端子(41)和三相輸入端子(42)設置在所述液晶屏(46)的左上角，所述220V電壓輸入端子(43)、電源開關(44)、通訊接口(45)排成一列設置在所述液晶屏(46)的右側，所述按鍵(47)設置在所述液晶屏(46)的下方。
【文檔編號】H02M5/458GK204179954SQ201420493810
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權日:2014年8月29日
【發(fā)明者】劉鵬, 孫昭昌, 程謀銓, 吳壽山, 曹曉華, 譚波, 王淑敏, 全鳳麗 申請人:國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司, 國家電網(wǎng)公司