專利名稱：交流電壓自動調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種交流電壓自動調(diào)節(jié)，特別是用于照明燈、電機自動調(diào)壓和過電壓，過電流、斷相保護的交流電壓自動調(diào)節(jié)裝置。
公知的交流電壓自動調(diào)節(jié)裝置，有利用磁飽和特性的交流穩(wěn)壓電源，有應(yīng)用交流——直流——交流轉(zhuǎn)換、逆變制成的穩(wěn)壓電源。這幾種電壓自動調(diào)節(jié)裝置均由于帶有大的變壓器而體積大、重量重、成本高，只能在要求高的場合使用。還有通過控制可控硅導(dǎo)通角實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)裝置，但公知裝置的控制電路都是將樣本信號整流、積分(時間常數(shù)需很大)、加同步信號后再通過壓控移相電路產(chǎn)生移相控制信號，并由該信號直接觸發(fā)可控硅。該技術(shù)的缺點是由于樣本信號已經(jīng)經(jīng)過大時間常數(shù)積分，因而輸出對樣本信號的反應(yīng)速度慢；也由于移相控制信號產(chǎn)生過程復(fù)雜，觸發(fā)功率大而使電路復(fù)雜、成本高、體積大，無法在現(xiàn)有配電柜中安裝，限制了使用范圍。87200698專利只給出了一種半波移相控制的方法，無法在日光燈等感性負載場合使用。
本新型的任務(wù)是要設(shè)計一種控制響應(yīng)時間不超過半個電源周期，觸發(fā)功率小、電路簡單、體積較小、控制功率可以做得很大的電壓自動調(diào)節(jié)裝置。
本新型是這樣實現(xiàn)的在控制電路中通過單向取樣器件和單向功率部件配合實現(xiàn)電源正半周時取樣，在負半周用正半周取樣結(jié)果控制負半周的電壓輸出；而負半周取樣，在正半周用負半周取樣結(jié)果控制正半周的電壓輸出；主控電路用小電流可控硅推動大電流可控硅，以降低觸發(fā)功率。


圖1是本實用新型的方框圖。
〔1〕是串聯(lián)在負載回路中的主控部件；〔2〕是在負半周取樣比較，在正半周控制輸出的移相控制電路；〔3〕是正半周取樣比較，在負半周控制輸出的移相控制電路；〔4〕是正負半周控制對稱性的補償電路，在對稱性要求不很嚴的場合可以不加。ZL是負載總阻抗。
圖2～4是三種控制電路的基本結(jié)構(gòu)。
〔2〕和〔3〕主要由取樣電路和電壓比較放大電路組成。取樣比較放大電路可以設(shè)計在輸入側(cè)(圖2)，這時輸出電壓被輸入電壓控制；也可以設(shè)計在輸出側(cè)(圖3)，成為穩(wěn)壓控制；取樣信號還可以取自負載電流(圖4)，這幾種方式可以混合，即電流和電壓同時取樣，做成具有過流或過壓保護的自動調(diào)節(jié)裝置。
輸入交流電壓Ui(或輸出電壓Uo)經(jīng)R1和R2分壓產(chǎn)生的樣本信號，或者負載電流在電阻(或電感性元件)R上產(chǎn)生的樣本信號，在正半周(指A輸入端相對于B輸入端為正時)經(jīng)二極管(或單向三極器件)D2，在電容C2上積分，C2上的電壓達峰值后，由于R4(或其他放電電路如恒流源等)及電壓比較放大電路B2輸入電阻的存在而不斷放電，且一直到下一個正半周到來后再重新充電，如果C2、R4選擇適當(dāng)，C2上將形成頻率與Ui一致的鋸齒電壓。該電壓經(jīng)電阻R6加在B2的“－”端(或“＋”端)，B2的“＋”端(或“－”端)加基準電壓UZ2。B2的輸出控制只在負半周才能導(dǎo)通的〔1〕的下半部分，亦即圖5中的單向可控硅(或單向功率晶體管)GK1。在負半周(A端相對于B為負)經(jīng)二極管(或單向三極器件)D1，在電容C1上積分，C1上的電壓達峰值后，由于R3(或其他放電電路如恒流源等)及電壓比較放大電路B1輸入電阻的存在而放電；且一直到下一個正半周到來后再重新充電，如果C1、R3選擇適當(dāng)，C2上也將形成頻率與Ui一致的鋸齒電壓，該電壓經(jīng)電阻R5加在B1的“－”端(或“＋”端)，B1的“＋”端(或“－”端)加基準電壓UZ1。B1的輸出控制只在正半周才能導(dǎo)通的〔1〕的上半部分，亦即圖5中的單向可控硅(或單向功率晶體管如大功率三極管、均效應(yīng)管)GK2。為了保證正負半周輸出對稱，C1和C2、R3和R4、R5和R6、B1和B2輸入端接法，以保證樣本信號絕對值大于UZ1或UZ2的絕對值時，輸至GK1、GK2的信號應(yīng)保證GK1～2不導(dǎo)通，反之則導(dǎo)通為原則。UZ1和UZ2同時根據(jù)用戶的控制目標選擇，UZ1和UZ2產(chǎn)生的簡單方法是通過穩(wěn)壓器件如穩(wěn)壓二極管、穩(wěn)壓電阻獲得。B1和B2可以是一個電壓比較器，也可以由放大器加施密特觸發(fā)器或其他電路實現(xiàn)。樣本信號可以通過R1、R2分壓產(chǎn)生，也可以通過變壓器、耦合器(如光電耦合器)產(chǎn)生，其中R1如果用恒流源代替，那么輸出電壓將近似與樣本源(半波)平均電壓成函數(shù)關(guān)系，如果是電阻，那么輸出電壓將近似與樣本源的峰值電壓成函數(shù)關(guān)系，如果把R1改成一個電路，把樣本源信號積分后在取樣點(取樣時刻)的樣本信號分別在正負半周內(nèi)送C1和C2，那么輸出電壓將近似與樣本源的有效電壓成函數(shù)關(guān)系。R3、R4在允許時，特別是UZ1和UZ2絕對值很低時，除已將一端分別按D1負極和D2正極外，另一端接負電源和正電源，這樣可以提高鋸齒電壓的線性，有利于控制。
〔1〕由只能在正半周導(dǎo)通和只能在負半周導(dǎo)通的器件如單向可控硅、晶體管、場效應(yīng)管等構(gòu)成。當(dāng)〔1〕由二個同類單向可控硅陽極和陰極互為反接(即都將其中一個的陽極和另一陰極相連)構(gòu)成時，其中一個單向可控硅控制極的觸發(fā)信號需經(jīng)隔離耦合電路(如光電耦合器、變壓器、電容、晶體管等)才能和B1、B2的輸出相連。
圖5是用主控電路在大電流控制時用小電流單向可控硅推動大電流可控硅的設(shè)計。GK1及GK2是小電流單向可控硅，當(dāng)GK1推動大電流單向可控硅時，小電流單向可控硅的陰極通過電感L、電阻接大電流可控硅的控制極，小電流單向可控硅的陽極接大電流可控硅的陽極或獨立供電電源，小電流單向可控硅的控制極作為總的控制極G，GK11、GK1n是通態(tài)峰值電壓基本一致的大電流單向可控硅。當(dāng)小電流可控硅推動大電流雙向可控硅時，GK1和GK2在各自將一個陽極和另一個陰極反并聯(lián)后，其中一個連接端通過電感L、電阻接大電流雙向可控硅的控制極，另一個連接端接雙向可控硅的第二電極T2或接獨立電源，雙向可控硅的第一電極作為總的第一電極T1，小電流單向可控硅的控制極G1、G2作為總的控制極。GKZ1和GKZn是導(dǎo)通峰值電壓基本一致的大電流雙向可控硅。和大電流可控硅控制極相連的電阻在n個大電流可控硅并聯(lián)時用來均流觸發(fā)信號，當(dāng)只觸發(fā)單個可控硅時可以不用。電感是大電流推動時，防止通態(tài)電流臨界上升率及斷態(tài)電壓臨界上升率不夠大時損壞可控硅。在負載電流不很大時，電感可以不用。
圖6是正負半周對稱性補償電路的基本電路。當(dāng)〔1〕沒有導(dǎo)通時，輸入電壓通過負載加在分壓取樣電阻R7和R8上，分壓后的信號經(jīng)〔5〕積分送由三極管(或其他控制器件、電路)T1、T2組成的補償控制電路，并控制UZ1和UZ2的大小。當(dāng)正負半周導(dǎo)通角一致時，由于〔5〕輸入等量互為反相的電壓而輸出為零；而當(dāng)正半周導(dǎo)通角小于負半周導(dǎo)通角時，〔5〕將積分出一個負的補償控制信號，該信號通過T2減小UZ2的絕對值，并減小負半周的導(dǎo)通角，以至在正半周導(dǎo)通角為零時使負半周導(dǎo)通角也為零；反之〔5〕將積分出一個正的補償控制信號，并通過T1減小UZ1的絕對值，及減小正半周的導(dǎo)通角。
該裝置無論是電壓取樣方式還是電流取樣方式，都能在半個周期內(nèi)對過壓、過流作出可靠反應(yīng)(不輸出)，因此可以用來制作過流、過壓的自動保護裝置。特別當(dāng)用于斷相、過壓保護時，不僅能對過壓在半個周期內(nèi)作出反應(yīng)而且能在電壓恢復(fù)正常后自動恢復(fù)供電。
整個電路供電既可通過獨立電源，也可通過電阻降壓獲取。
本新型由于采取半周交替取樣、交替控制的方法，在大電流可控硅觸發(fā)上采用小電流可控硅推動大電流可控硅的辦法降低了觸發(fā)功率，因而整個裝置的電路簡單，供電方法容易，縮小了體積，提高了反應(yīng)靈敏度。它不僅可以用于照明燈、電機等交流供電設(shè)施的穩(wěn)壓、節(jié)電控制，而且可以用于過壓、過流、斷相保護。
圖7是根據(jù)本新型提出的實施裝置電原理圖。
通過R1、R2分壓得到的取樣信號在正負半周分別經(jīng)D2、D1送電容C2、C1，R3和R4是放電電阻，其中一端接負電源－E1和正電源＋E1。C1、C2上產(chǎn)生的鋸齒電壓經(jīng)電阻R5、R6送由三極管T3、T6及電阻R9、R4構(gòu)成的比較電壓放大器輸入端，T3和T6的發(fā)射極分別接基準電壓源〔6〕和〔7〕上。T3的輸出送由三極管T4和T5及電阻R10～13、隔離耦合器(光電耦合器、變壓器、電容等)〔8〕及只能在正半周導(dǎo)通的單向可控硅GK2；T6的輸出送由三極管T7～9、電阻R15～18及只能在負半周導(dǎo)通的單向可控硅GK1，GK1和GK2再推動大電流雙向可控硅GK21和GK2n。ZL是負載阻抗。
當(dāng)C1、C2上的鋸齒電壓絕對值在一段區(qū)間內(nèi)高于〔6〕〔7〕提供的基準電壓絕對值時，GK1和GK2及GK21、GK2n開始變關(guān)斷狀態(tài)為導(dǎo)通狀態(tài)。顯然樣本電壓絕對值越高，GK1、GK2及GK21、GK2n由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通就越遲(即導(dǎo)通角越小)。C1～2、R3～4及UZ1～2經(jīng)適當(dāng)調(diào)配，可以在超過起控電壓后得到接近于恒壓及輸入電壓升高、輸出電壓有效值反而降低的控制特性。－E2和＋E2是另一組供電電源，主要為了減少供電負載不同對正負半周控制對稱性的影響，當(dāng)電路參數(shù)適當(dāng)時，E1和E2可以合并供電。電阻R7～8、R19～21、電容C3～4、三極管T1～2組成對稱性補償電路?！?〕在實施電路中是一個光電耦合器。
權(quán)利要求1.一種交流電壓自動調(diào)節(jié)，特別是用于照明燈、電機自動調(diào)壓和過電壓、過電流、斷相保護的交流電壓自動調(diào)節(jié)裝置，是由主控電路[1]，負半周取樣比較，正半周控制輸出的移相控制電路[2]，正半周取樣比較、負半周控制輸出的移相控制電路[3]，對稱性補償電路(可以不加)[4]構(gòu)成的，其特征是a.取樣電路有正半周取樣的二極管(或單向三極器件)D2和積分電容C2、放電電阻(或其他放電電路如恒流源)R4，比較放大結(jié)果控制只在負半周導(dǎo)通的單向可控硅(或單向功率晶體管、場效應(yīng)管)GK4，電路是正半周取樣，且用正半周取樣比較結(jié)果控制負半周輸出。b.取樣電路有負半周取樣的二極管(或單向三極器件)D1和積分電容C1、放電電阻(或其他放電電路如恒流源)R3，比較放大結(jié)果控制只在正半周導(dǎo)通的單向可控硅(單向功率晶體管、場效應(yīng)管)GK2，電路是負半周取樣，且用負半周取樣比較結(jié)果控制正半周輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于主控電路在大電流控制時，是通過小電流可控硅推動大電流可控硅實現(xiàn)的，且a.大電流可控硅是單向可控硅時，小電流單向可控硅的陰極通過電感、電阻(電感和電阻在有些場合也可以不用)接大電流單向可控硅的控制極，小電流單向可控硅的陽極接大電流可控硅的陽極或獨立供電電源，小電流單向可控硅的控制極作為總的控制極。b.大電流可控硅是雙向可控硅時，將兩個小電流單向可控硅反并聯(lián)(各自將陽極和另一個的陰極相聯(lián))后，將其中一個陽極、陰極連接端通過電感、電阻(電感、電阻在有些場所可以不用)接雙向大電流可控硅的控制極，另一個陽極、陰極連接端接雙向可控硅的第二電極或獨立電源，雙向可控硅的第一電極作為總的第一電極，小電流單向可控硅的控制極作為總的控制極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于對稱性補償電路有跨接在〔1〕兩端的分壓取樣電阻R7和R8，有積分電路〔5〕，積分出的誤差信號通過放電電路控制的是基準電源UZ1和UZ2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于移相控制電路中，輸出電壓與樣本源平均電壓成函數(shù)關(guān)系時，R1是一個恒流源，與樣本峰值電壓成函數(shù)關(guān)系時，R1是電阻，與樣本有效電壓成函數(shù)關(guān)系時，R1是對積分后的樣本進行取樣的電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于移相控制電路是由取樣電阻R1、R2或R及二極管D1、D2，電容C1、C2，放電電阻R3、R4及比較放大器B1、B2構(gòu)成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的裝置，其特征在于電壓比較放大器是由三極管T1－2、電阻R9、R14組成的放大器，三極管T4－5、T7－8、電阻R10－13組成的施密特觸發(fā)器，三極管T9組成的推動電路及隔離耦合器〔8〕構(gòu)成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于隔離耦合器〔8〕是一個光電耦合器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的裝置，其特征在于放電電阻R3、R4的一端是接在負電源及正電源上的。
專利摘要一種交流電壓自動調(diào)節(jié)，特別是用于照明燈、電機自動調(diào)節(jié)和過電壓、過電流、斷相保護的交流電壓自動調(diào)節(jié)裝置。該裝置的特點是正半周取樣，其結(jié)果在負半周通過可控硅等功率器件控制輸出，而負半周取樣，其結(jié)果在正半周通過可控硅等功率器件控制輸出。大電流控制時采用小電流可控硅推動大電流可控硅的辦法，具有控制反應(yīng)速度快、成本低、體積小的特點。
文檔編號H02M5/02GK2050237SQ8821387
公開日1989年12月27日 申請日期1988年9月6日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月6日
發(fā)明者潘之凱 申請人:潘之凱