專利名稱：零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域 本實(shí)用新型涉及一種交流調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，更具體地說，是涉及一種零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置。

背景技術(shù)：
交流穩(wěn)壓裝置廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化，成套設(shè)備、道路節(jié)能照明、數(shù)控機(jī)床、輕紡、醫(yī)療、賓館、廣播電視、通訊設(shè)備等各種需要穩(wěn)定的交流電源供電的場合。
常用的交流穩(wěn)壓器以補(bǔ)償式較多，是利用連接在主回路上的補(bǔ)償繞組產(chǎn)生的電壓和輸入電壓疊加得到穩(wěn)定輸出電壓。此類調(diào)壓穩(wěn)壓電路多通過補(bǔ)償變壓器上初級繞組的不同繞組線圈的投切，利用初級側(cè)工作繞組和次級繞組的變比關(guān)系，或者通過調(diào)整初級繞組上所加電壓的方式，提供雙向多檔的電壓補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓穩(wěn)壓的目的。但是，在進(jìn)行檔位投切過程中，如果線路設(shè)計(jì)不周，切換開關(guān)的觸頭間容易產(chǎn)生飛弧，輕則容易縮短開關(guān)的使用壽命、重則甚至可能導(dǎo)致線路短路。
中國專利200410013162.5公開了一種無弧補(bǔ)償式單相調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，它在負(fù)責(zé)補(bǔ)償變壓器初級繞組的線圈各抽頭間切換的繼電器(J2與J4)和負(fù)責(zé)相線與零線間換相切換的繼電器(J1與J3)的觸點(diǎn)產(chǎn)生切換動作之前，控制電源輸入相線的繼電器(J5)觸點(diǎn)先切斷控制電路的電源若干時(shí)間后，負(fù)責(zé)補(bǔ)償變壓器初級繞組的線圈各抽頭間切換的繼電器(J2與J4)和負(fù)責(zé)相線與零線切換的繼電器(J1與J3)才動作，并且待各個(gè)繼電器(J1-J4)完成切換后，控制電源輸入相線的繼電器(J5)再接通電源線。該方案使得繼電器J1-J4的兩端觸點(diǎn)能在無電壓差的情形下切換，即零壓切換，從而實(shí)現(xiàn)無壓無弧切換調(diào)壓穩(wěn)壓的目的。
可是，我們在實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)即便繼電器兩端觸點(diǎn)間不存在電壓差，但如果線路中因種種原因還存在有電流，則繼電器觸頭間仍然可能發(fā)生飛弧現(xiàn)象。以常見的補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器為例，在開關(guān)切換瞬間，補(bǔ)償變壓器次級繞組往往因帶有負(fù)載而使次級回路中仍然存在有電流，該電流會通過鐵芯在初級繞組處于零檔短接狀態(tài)時(shí)感應(yīng)出相應(yīng)的磁場平衡電流。該磁場平衡電流在開關(guān)切換時(shí)，也會造成繼電器觸頭間的飛弧。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，即在于提供一種適用于現(xiàn)有電網(wǎng)所有電壓等級的零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型能使線路開關(guān)在零電流下進(jìn)行調(diào)壓穩(wěn)壓切換，更能有效避免飛弧現(xiàn)象的發(fā)生。
本實(shí)用新型所述零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，包括有補(bǔ)償變壓器及控制電路；所述補(bǔ)償變壓器的次級繞組串接于電源與負(fù)載之間，其初級繞組的兩個(gè)端部抽頭均各通過若干切換開關(guān)接至電源的零線及其相線；其特征在于所述初級繞組的其中至少一個(gè)端部抽頭，與其接至電源零線或相線的各切換開關(guān)之間，還包括連接有第一電子開關(guān)；該第一電子開關(guān)為功率電子開關(guān)器件，例如可采用一個(gè)固態(tài)繼電器、或者一個(gè)雙向可控硅、或者兩個(gè)反向并聯(lián)的單向可控硅、IGBT、MOS器件等。上述方案優(yōu)選地，僅在初級繞組的其中一個(gè)端部抽頭與其接至電源零線或相線的各切換開關(guān)之間，設(shè)置有第一電子開關(guān)。
上述裝置的控制方法為 1)對裝置輸入、輸出側(cè)電壓進(jìn)行檢測、采樣； 2)采樣得到的輸出電壓值與目標(biāo)值進(jìn)行比較； 3)通過所述切換開關(guān)將所述補(bǔ)償變壓器初級繞組接至同相或異相電壓、或線電壓，在所述次級繞組兩端獲得方向及大小合適的補(bǔ)償電壓； 其特別之處在于需要補(bǔ)償電壓時(shí)，在上述切換開關(guān)進(jìn)行換檔切換前，先使該第一電子開關(guān)斷開；在上述切換開關(guān)完成換檔切換后，再使該第一電子開關(guān)恢復(fù)至閉合狀態(tài)。
這樣做的目的在于先用第一電子開關(guān)將初級繞組側(cè)的電流通路斷開，再對相應(yīng)的負(fù)責(zé)完成電壓補(bǔ)償任務(wù)的切換開關(guān)進(jìn)行投切；待切換開關(guān)的投切完成后，再閉合第一電子開關(guān)，使初級繞組側(cè)的電流通路恢復(fù)至閉合狀態(tài)。藉此，本技術(shù)方案克服了無電壓狀態(tài)下零檔切換時(shí)，當(dāng)次級繞組(帶負(fù)載)有電流的情況下，初級繞組因產(chǎn)生相應(yīng)的磁場平衡電流而導(dǎo)致非零電流狀態(tài)下飛弧切換的缺點(diǎn)。
作為對上述零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的進(jìn)一步優(yōu)化，所述補(bǔ)償變壓器還包括有獨(dú)立的輔助繞組；該輔助繞組的兩個(gè)端部抽頭間，串聯(lián)連接有電阻及第二電子開關(guān)。與第一電子開關(guān)一樣，該第二電子開關(guān)可為一個(gè)固態(tài)繼電器、或者一個(gè)雙向可控硅、或者兩個(gè)反向并聯(lián)的單向可控硅、或者其它的功率電子開關(guān)器件。當(dāng)然，初級繞組的兩個(gè)端部抽頭間，串聯(lián)連接有電阻及第二電子開關(guān)也是可以的，只是設(shè)計(jì)耐壓要高。
對應(yīng)的該優(yōu)化裝置的控制方法增加如下步驟補(bǔ)償電壓時(shí)，在上述第一電子開關(guān)斷開前，先閉合該第二電子開關(guān)；在所述第一電子開關(guān)閉合后，再斷開該第二電子開關(guān)。
在此，該輔助繞組起磁場平衡并電流續(xù)流的作用，以避免切換過程中初級繞組斷開后、次級繞組轉(zhuǎn)而進(jìn)入電抗器工作狀態(tài)并進(jìn)而導(dǎo)致負(fù)載側(cè)電壓大大降低。而且，如果沒有此輔助繞組及其回路，由于次級繞組在進(jìn)入電抗器工作狀態(tài)后，其兩端產(chǎn)生較大的電壓降，通過鐵芯就會在初級繞組兩端感應(yīng)出極高的電壓；該極高電壓由于遠(yuǎn)高于線路中可控硅的設(shè)計(jì)耐壓，極可能導(dǎo)致燒壞可控硅。
由于該輔助繞組為短時(shí)工作制(一般約為0.1ms左右)，所以其匝數(shù)及線徑可以比其它兩繞組小很多，因而并不會明顯增加整個(gè)裝置的成本。
為增加調(diào)壓穩(wěn)壓范圍及精度，在上述零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置補(bǔ)償變壓器的初級繞組上，還可包括有一個(gè)或多個(gè)中部抽頭；所述各中部抽頭，也通過切換開關(guān)接至電源零線，和/或，電源相線。
顯然，本實(shí)用新型零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的調(diào)壓穩(wěn)壓電源，可為單相或三相交流電。
根據(jù)上述技術(shù)方案及分析可知，本實(shí)用新型零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置具有如下特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn) 1)能完全實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓調(diào)壓無飛弧切換，調(diào)壓穩(wěn)壓更安全、高效；而且，適用范圍廣，可供任何單相三相需要穩(wěn)壓的各類型負(fù)載使用，適用于現(xiàn)有電網(wǎng)所有電壓等級。
2)由于本裝置在調(diào)壓穩(wěn)壓切換過程中，僅是斷開本相的初級繞組所在回路，其它兩相不須動作，所以，在分相調(diào)壓穩(wěn)壓切換時(shí)，可避免調(diào)壓穩(wěn)壓切換對其它兩相產(chǎn)生干擾。
3)結(jié)構(gòu)更簡單，便于降低整機(jī)制造成本及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
與現(xiàn)有技術(shù)中國專利200410013162.5相比，由于負(fù)責(zé)切斷初級繞組所在回路的第一電子開關(guān)，在本方案中由位于切換開關(guān)與電源之間，移到了初級繞組抽頭與各切換開關(guān)之間，故可減少第一電子開關(guān)在裝置中的使用量。例如，和在先申請中的采用5個(gè)可控硅相比(零線也要控制)，本方案在進(jìn)行三相交流電的調(diào)壓穩(wěn)壓時(shí)，可以只需使用3個(gè)第一電子開關(guān)；而在單相調(diào)壓穩(wěn)壓時(shí)，本方案只需使用1個(gè)第一電子開關(guān)。
出于同樣原因，在對三相交流電進(jìn)行調(diào)壓穩(wěn)壓時(shí)，如果采用在先專利200410013162.5的技術(shù)方案，當(dāng)對初級繞組施加線電壓時(shí)，可控硅上通過的電流為線電流(等于√3倍相電流)，但若使用本方案，由于第一電子開關(guān)位置后移直接與初級繞組串接，所以其上通過的電流仍為相電流，因而對第一電子開關(guān)的過流、耐壓等參數(shù)要求也可比在先專利中的明顯降低。

圖1是本實(shí)用新型零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的一個(gè)實(shí)施例的電路原理示意圖。
圖2是本實(shí)用新型零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的一個(gè)零電流無弧切換時(shí)序示意圖。
圖3是本實(shí)用新型零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的另一實(shí)施例的電路原理示意圖。
附圖標(biāo)記說明 U入-本裝置輸入端電壓(接電源) U出-本裝置輸出端電壓(接負(fù)載) ΔU-補(bǔ)償電壓 T-補(bǔ)償變壓器 Q初-補(bǔ)償變壓器T的初級繞組 Q次-補(bǔ)償變壓器T的次級繞組 Q輔-補(bǔ)償變壓器T的輔助繞組 K1-K6切換開關(guān) KP-第一電子開關(guān) KPR-第二電子開關(guān) R-電阻 具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置及其控制方法作進(jìn)一步的說明。
圖1是本實(shí)用新型零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的一個(gè)實(shí)施例的電路原理示意圖。如圖所示的本實(shí)用新型零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，包括有補(bǔ)償變壓器T及控制電路；補(bǔ)償變壓器的次級繞組Q次串接于電源U入與負(fù)載U出之間，其初級繞組Q初的兩個(gè)端部抽頭A1和A2均各通過切換開關(guān)K1-K6接至電源的零線及其相線；端部抽頭A1與其接至電源零線或相線的切換開關(guān)K1-K3的共同端之間，還串接有第一電子開關(guān)KP。補(bǔ)償變壓器T上還設(shè)置有獨(dú)立的輔助繞組Q輔；該輔助繞組Q輔的兩個(gè)端部抽頭間，串聯(lián)連接有電阻R及第二電子開關(guān)KPR。電子開關(guān)KP和KPR均可以選擇采用固態(tài)繼電器、或雙向可控硅、或者兩個(gè)反向并聯(lián)的單向可控硅、IGBT、MOS器件或者其它的功率電子開關(guān)器件。切換開關(guān)K1-K6，可選擇采用常規(guī)的機(jī)械開關(guān)，也可選擇采用各種電子開關(guān)。
該裝置的調(diào)壓穩(wěn)壓控制方法包括如下步驟 1)對裝置輸入、輸出側(cè)電壓進(jìn)行檢測、采樣； 2)采樣得到的輸出電壓值與目標(biāo)值進(jìn)行比較； 3)以裝置輸入側(cè)電壓為基準(zhǔn)，計(jì)算出補(bǔ)償電壓量，定出欲執(zhí)行切換任務(wù)的具體開關(guān)位置； 4)先閉合該第二電子KPR開關(guān)，到一定時(shí)間(如20ms)后斷開第一電子開關(guān)KP； 5)一定時(shí)間(如20ms)后，投切相應(yīng)的執(zhí)行補(bǔ)償任務(wù)的具體切換開關(guān)； 6)切換開關(guān)完成投切后，閉合第一電子開關(guān)KP； 7)一定時(shí)間(如20ms)后，斷開該第二電子開關(guān)。
該裝置通過切換開關(guān)將所述補(bǔ)償變壓器初級繞組選擇接至同相或異相電源，在所述次級繞組兩端獲得方向及大小合適的補(bǔ)償電壓。
上述過程中各開關(guān)的切換時(shí)序示意圖可參見圖2。圖中，高電平表示開關(guān)處于導(dǎo)通閉合狀態(tài)，低電平表示開關(guān)處于斷開狀態(tài)；Kn指代調(diào)壓穩(wěn)壓時(shí)欲斷開的切換開關(guān)，Km指代調(diào)壓穩(wěn)壓時(shí)欲閉合的切換開關(guān)；n1-n5示出了各開關(guān)的切換時(shí)間間隔。
以下利用圖1，并結(jié)合例舉的參數(shù)，對本實(shí)用新型零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的使用作進(jìn)一步說明 如圖所示，初級繞組Q初的兩個(gè)端部抽頭A1和A2分別通過切換開關(guān)K1至K6接到電源的零錢及不同相線。通過控制切換開關(guān)K1至K6的通斷，可對初級繞組Q初施加同相相電壓或異相相電壓或線電壓，而對次級輸出進(jìn)行正向或反向、合計(jì)7檔補(bǔ)償。即(假設(shè)次級繞組接到電源A相為負(fù)載供電，輸入端記為UA入，輸出端記為UA出。) 1)+3檔K1和K5閉合，線電壓UAB正向施加到初級繞組Q初上。
由于線電壓UAB與A相相電壓UAN的相位存在30度夾角，而其輻值是UAN的√3倍，所以此時(shí)的(設(shè)此時(shí)初級繞組與次級繞組的變比為i；由于ΔU相對UA入比較小，可以用下列式子近似計(jì)算) UA出≈UA入+UABXCOS30°/i＝UA入+1.5XUA入/i＝UA入(1+1.5/i). 2)+2檔K1和K4閉合，向初級繞組Q初上施加正向同相相電壓UAN.因此此時(shí)的 ΔU＝UA入/i， UA出＝UA入+ΔU＝UA入+UA入/i＝UA入(1+1/i). 3)+1檔K3和K5閉合，異相相電壓UBN反向施加到初級繞組Q初上. 由于相電壓UBN與A相相電壓UAN的相位存在120度夾角，反向的相電壓UBN與A相相電壓UAN的相位存在60度夾角，因此此時(shí)的 UA出≈UA入+UBNXCOS60°/i＝UA入+0.5XUBN/i 4)0檔K3和K4閉合，初級繞組Q初兩端電壓為0，此時(shí)，ΔU＝0，UA出＝UA入。
5)-1檔K2和K4閉合，異相相電壓UBN正向施加到初級繞組Q初上. 由于正向的相電壓UBN與A相相電壓UAN的相位存在120度夾角，因此此時(shí)的 UA出≈UA入+UBNXCOS120°/i＝UA入-0.5XUBN/i 6)2檔K3和K6閉合，將同相相電壓UAN反向施加到初級繞組Q初上.因此此時(shí)的 ΔU＝UA入/i， UA出＝UA入+ΔU＝UA入-UA入/i＝UA入(1-1/i) 7)-3檔K2和K6閉合，線電壓UAB反向施加到初級繞組Q初上。
由于反向的線電壓UAB與A相相電壓UAN的相位存在150度夾角，而其輻值是UAN的√3倍，所以此時(shí)的 UA出≈UA入+UABXCOS150°/i＝UA入-1.5XUA入/i＝UA入(1-1.5/i). 上述分析表明，本實(shí)用新型零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置通過補(bǔ)償變壓器T的初次級繞組線圈的投切和變比關(guān)系，能提供雙向多檔的電壓補(bǔ)償，從而可達(dá)到調(diào)壓的目的。穩(wěn)壓的情形也同理，在此不再詳述。
此外，雖然上述實(shí)施例僅例舉了采用A相電源為負(fù)載供電，采用異相為B相電、線電壓為AB相進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那樾危?，根?jù)電學(xué)常識，此時(shí)如利用異相相電壓為C相、線電壓為AC相進(jìn)行補(bǔ)償，也是可行的。
輸入電壓為B相或C相電源時(shí)的情形，亦可同理分析。在此不再另行說明。
圖3是本實(shí)用新型零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的另一實(shí)施例的電路原理示意圖。本圖中的調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的初級繞組上，與圖1的相比，增加了2個(gè)中部抽頭；這2個(gè)中部抽頭，也通過切換開關(guān)接至電源A相。(當(dāng)然，也可根據(jù)具體調(diào)壓穩(wěn)壓要求，將各抽頭自行設(shè)定接至電源零線，和/或，電源各相線。) 工作時(shí)，通過選擇初級繞組的工作線圈匝數(shù)，并對其選擇施加相應(yīng)的異相相電壓、同相相電壓或線電壓，便于實(shí)現(xiàn)多檔、寬范圍、高精度的電壓補(bǔ)償。
顯然，本實(shí)用新型零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的技術(shù)方案，不論單相或三相交流供電情形均適用。
本實(shí)用新型零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的控制電路部分(包括功率電子開關(guān)器件的控制電路部分)，可采用本領(lǐng)域公知技術(shù)，出于圖面簡潔考慮，未在各附圖中詳細(xì)畫出，在此也不再詳述。
權(quán)利要求1.零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，包括有補(bǔ)償變壓器及控制電路；所述補(bǔ)償變壓器的次級繞組串接于電源與負(fù)載之間，其初級繞組的兩個(gè)端部抽頭均各通過若干個(gè)切換開關(guān)接至電源的零線及其相線；其特征在于所述初級繞組的其中至少一個(gè)端部抽頭，與其接至電源零線或相線的各切換開關(guān)之間，還包括連接有第一電子開關(guān)；該第一電子開關(guān)為功率電子開關(guān)器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，其特征在于所述補(bǔ)償變壓器還包括有獨(dú)立的輔助繞組；該輔助繞組的兩個(gè)端部抽頭間，串聯(lián)連接有電阻及第二電子開關(guān)；該第二電子開關(guān)為功率電子開關(guān)器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，其特征在于所述功率電子開關(guān)器件為一個(gè)固態(tài)繼電器，或者一個(gè)雙向可控硅，或者兩個(gè)反向并聯(lián)的單向可控硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，其特征在于所述補(bǔ)償變壓器的初級繞組上，還包括有一個(gè)或多個(gè)中部抽頭；所述各中部抽頭，也通過切換開關(guān)接至電源零線，和/或，電源相線。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，其特征在于所述補(bǔ)償變壓器的初級繞組上，還包括有一個(gè)或多個(gè)中部抽頭；所述各中部抽頭，也通過切換開關(guān)接至電源零線，和/或，電源相線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，其特征在于本調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的調(diào)壓穩(wěn)壓電源為單相或三相交流電。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，其特征在于本調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的調(diào)壓穩(wěn)壓電源為單相或三相交流電。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，其特征在于本調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的調(diào)壓穩(wěn)壓電源為單相或三相交流電。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，其特征在于本調(diào)壓穩(wěn)壓裝置的調(diào)壓穩(wěn)壓電源為單相或三相交流電。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種零電流無弧切換式調(diào)壓穩(wěn)壓裝置，其補(bǔ)償變壓器的次級繞組串接于電源與負(fù)載之間；其初級繞組的兩個(gè)端部抽頭均各通過若干個(gè)切換開關(guān)接至電源的零線及其相線；所述初級繞組的其中至少一個(gè)端部抽頭，與其接至電源零線和/或相線的切換開關(guān)之間，還包括有第一電子開關(guān)。由于本實(shí)用新型的調(diào)壓穩(wěn)壓切換是在切換開關(guān)所在線路零電流的情況下進(jìn)行，故能真正實(shí)現(xiàn)無弧切換；同時(shí)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，分相調(diào)壓穩(wěn)壓切換時(shí)不會對其它兩相產(chǎn)生干擾；并且，結(jié)構(gòu)更簡單，便于降低整機(jī)制造成本及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。本實(shí)用新型調(diào)節(jié)精度高、應(yīng)變迅速、效率高，穩(wěn)壓效果好，并可供任何單相三相需要調(diào)壓穩(wěn)壓的各類型負(fù)載使用，適用于現(xiàn)有電網(wǎng)所有電壓等級。
文檔編號H02J3/12GK201556945SQ200920164878
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者駱武寧, 海濤 申請人:南寧微控技術(shù)有限公司