本實(shí)用新型屬于目標(biāo)產(chǎn)品所需的可控硅控制技術(shù)、變壓器技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)及其它各項(xiàng)相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自動(dòng)電壓平衡裝置。

背景技術(shù)：

對(duì)于用戶來說，電壓是否合格是是他們的終極用電目標(biāo)；對(duì)于供電部門來說，功率因數(shù)是選配電纜和變壓器容量的重要因數(shù)，是供電成本和配網(wǎng)效能的重要考核目標(biāo)。電壓過低或過高都會(huì)存在用電風(fēng)險(xiǎn)。

低電壓的危害：

（1）燒毀電動(dòng)機(jī)，電壓過低超過10％，將使電動(dòng)機(jī)電流增大，線圈溫度升高嚴(yán)重時(shí)甚至燒損電動(dòng)機(jī)；

（2）增大線損，在輸送一定電力時(shí)，電壓降低，電流相應(yīng)增大，引線損增大；

（3）降低送、變電設(shè)備能力，由于電壓降低，相應(yīng)降低線路輸送極限容量，因而降低了穩(wěn)定性，電壓過低可能發(fā)生電壓崩潰事故。

電壓過高的危害：

（1）對(duì)配變本身的影響

電壓過高引起鐵芯磁通密度增加，嚴(yán)重時(shí)鐵芯飽和（尤其是質(zhì)量差的配變），配變損耗急劇增加，引起諧振，產(chǎn)生諧波，影響其它用電設(shè)備。

（2）對(duì)用電設(shè)備的影響

電壓過高會(huì)導(dǎo)致大部分的用電設(shè)備壽命大幅縮短，并造成損耗增加。如電壓升高10%，白熾燈的使用壽命壽命減少約70%。

針對(duì)配網(wǎng)“低電壓”問題，除采取管理手段外，重點(diǎn)依靠以下幾種技術(shù)措施進(jìn)行解決：

1）有載調(diào)壓開關(guān)：適用在高壓場(chǎng)合，大容量，一次投入成本太高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，對(duì)于配網(wǎng)臺(tái)區(qū)變主要集中在對(duì)于6KV、10KV、35KV等應(yīng)用場(chǎng)合容量要求在幾百千瓦到幾兆瓦之間，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，維護(hù)工作量大，換擋反應(yīng)速度慢，三相同步調(diào)節(jié)但調(diào)節(jié)過程中容易三相不同步、容易起弧，油絕緣污染大，機(jī)械機(jī)構(gòu)壽命有限，不能頻繁切換，需要定期維護(hù)，可解決集中供電電壓低的問題，對(duì)于分散負(fù)荷無(wú)能為力，無(wú)法同時(shí)兼顧近端和遠(yuǎn)端電壓質(zhì)量要求，基本上解決不了臺(tái)區(qū)變副邊線路末端用戶的電壓質(zhì)量要求，對(duì)于380V及以下電壓的補(bǔ)償，缺少相應(yīng)產(chǎn)品，對(duì)于低壓線路末端電壓補(bǔ)償往往是無(wú)能為力；

2）普通穩(wěn)壓器：調(diào)壓速度慢，機(jī)械碳刷及油浸型需要7-10秒才能完成；機(jī)械式調(diào)壓，有觸點(diǎn)，壽命短，使用成本高、機(jī)械及碳刷型穩(wěn)壓器80%故障產(chǎn)生于機(jī)械和碳刷，需定期維護(hù)。穩(wěn)壓范圍小、效率低；工作方式為利用碳刷滑動(dòng)接觸繞線表面產(chǎn)生火花電弧，進(jìn)而造成突波（浪涌）現(xiàn)象，瞬間的突波回造成PC設(shè)備故障；負(fù)載適用性差，不適用非線性設(shè)備；復(fù)雜碳刷會(huì)使用之頻繁度而決定磨損之快慢，有碳刷更換及維護(hù)，環(huán)形變壓器線圈與接觸面，皆經(jīng)研磨過，會(huì)因碳刷磨損后起電弧造成線圈平面凹凸不平，除非線圈重新研磨過，否則更換線圈后亦使用不長(zhǎng)；若分相調(diào)整，還要增加費(fèi)用 ；承載能力差，一般設(shè)備啟動(dòng)電流必須考慮增加容量，啟動(dòng)電流會(huì)造成壓降或造成碳刷磨損加快；適用環(huán)境能力差，耐震性差無(wú)法承受惡劣環(huán)境非固定性結(jié)構(gòu)、因碳刷滑動(dòng)于線圈表面，接觸部分在運(yùn)輸過程或使用于震動(dòng)性場(chǎng)所，極易使碳刷斷裂，耐震性差。線圈結(jié)構(gòu)表面為開放式，油氣，水氣，落塵多之環(huán)境，易造成線圈表面層間短路，燒壞線圈，市面上出現(xiàn)的基于晶閘管控制技術(shù)的具有同類功能的穩(wěn)壓器產(chǎn)品較少，調(diào)壓檔位少，冗余功能多，大多不適合戶外安裝使用，對(duì)使用者要求多，價(jià)格貴；

3）SVG ：主要用于動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，控制功率因數(shù)，雖然也可以起到支撐電壓作用，但是對(duì)于線路過長(zhǎng)導(dǎo)致的電壓跌落補(bǔ)償意義不大，補(bǔ)償深度有限，同時(shí)在線路滿足功率因數(shù)要求的情況下，輸出無(wú)功，抬高電壓會(huì)增加線損；而且價(jià)格昂貴；

4）安裝配電變壓器，改造分支線路：造價(jià)高，小負(fù)荷下供電成本較難回收，對(duì)于較大長(zhǎng)度時(shí)，效果有限；

5）安裝分布式發(fā)電裝置：特點(diǎn)：能提高供電可靠性，能源的造價(jià)較高；

6）安裝自動(dòng)電壓平衡裝置：

a、所需的裝置容量小，大部分用戶由系統(tǒng)直接提供；

b、造價(jià)低，性價(jià)比較高；

c、提高末端電壓，減小線路損耗，提高線路有功輸送能力。

d、調(diào)壓范圍寬，可靈活定制。

綜上，自動(dòng)電壓平衡裝置主要以解決工廠、農(nóng)村、城鎮(zhèn)小區(qū)等配電線路過長(zhǎng)造成的末端電壓跌落或配電網(wǎng)電壓瞬間跌落影響供電電壓質(zhì)量的場(chǎng)合，是一種基于可控硅控制技術(shù)的智能型、無(wú)觸點(diǎn)、自動(dòng)調(diào)壓的新型串聯(lián)線路調(diào)壓裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種自動(dòng)電壓平衡裝置，通過控制可控硅改變分接位置，從而改變?nèi)嘧儔浩髯儽?20V/(220V+ax-an），達(dá)到調(diào)整電壓的目的，可控硅切換時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)涌流切換和無(wú)縫切換，大大解決配電網(wǎng)末端電壓跌落或電壓瞬間跌落的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供了一種自動(dòng)電壓平衡裝置，所述的自動(dòng)電壓平衡裝置串聯(lián)在380V三相四線制線路中，所述的自動(dòng)電壓平衡裝置包括三相變壓器、可控硅和智能化的自動(dòng)控制器，所述的三相變壓器的整個(gè)線圈包括原邊線圈和副邊線圈，所述的副邊線圈的抽頭通過可控硅連接至原邊線圈的異名端，三相變壓器通過可控硅串聯(lián)線路中，所述的自動(dòng)控制器輸出驅(qū)動(dòng)指令信號(hào)到可控硅的門極驅(qū)動(dòng)電路。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的副邊線圈采用多繞組抽頭，包括正向繞組和負(fù)向繞組。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的自動(dòng)控制器采用28系列的DSP控制芯片。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的自動(dòng)控制器采集電壓、電流和狀態(tài)輸入信號(hào)送到控制芯片，再由控制芯片處理，通過控制輸出驅(qū)動(dòng)到對(duì)應(yīng)的可控硅，將其關(guān)斷，導(dǎo)通下一檔位的可控硅，進(jìn)行自然無(wú)涌流切換檔位。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的三相四線制線路的兩端分別設(shè)置有三相進(jìn)線和三相輸出線。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的自動(dòng)電壓平衡裝置，通過控制可控硅改變分接位置，從而改變?nèi)嘧儔浩髯儽?20V/(220V+ax-an），達(dá)到調(diào)整電壓的目的，可控硅切換時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)涌流切換和無(wú)縫切換，大大解決配電網(wǎng)末端電壓跌落或電壓瞬間跌落的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1 是本實(shí)用新型自動(dòng)電壓平衡裝置的一較佳實(shí)施例的電路圖；

圖2是多抽頭串聯(lián)變壓器的設(shè)計(jì)；

圖3是自動(dòng)電壓平衡裝置調(diào)壓原理圖；

圖4是自動(dòng)電壓平衡裝置主電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

如圖1-4所示，本實(shí)用新型實(shí)施例包括：

一種自動(dòng)電壓平衡裝置，所述的自動(dòng)電壓平衡裝置串聯(lián)在380V三相四線制線路中，例如，將其串聯(lián)在臺(tái)區(qū)變的低壓側(cè)，即臺(tái)區(qū)變的輸出接自動(dòng)電壓平衡裝置，自動(dòng)電壓平衡裝置輸出接至用戶線路。當(dāng)臺(tái)區(qū)變的低壓側(cè)電壓浮動(dòng)時(shí)，自動(dòng)電壓平衡裝置穩(wěn)定輸出在220V（相電壓）左右，以保證末端電壓平衡。

所述的自動(dòng)電壓平衡裝置包括三相變壓器、可控硅和智能化的自動(dòng)控制器，所述的三相變壓器的整個(gè)線圈包括原邊線圈和副邊線圈，所述的副邊線圈的抽頭通過可控硅連接至原邊線圈的異名端，三相變壓器通過可控硅串聯(lián)線路中，所述的自動(dòng)控制器輸出驅(qū)動(dòng)指令信號(hào)到可控硅的門極驅(qū)動(dòng)電路，通過控制可控硅，改變分接位置，從而改變?nèi)嘧儔浩髯儽?，達(dá)到調(diào)整電壓的目的。

上述中，所述的副邊線圈采用多繞組抽頭，包括正向繞組和負(fù)向繞組。

進(jìn)一步的，所述的自動(dòng)控制器采用28系列的DSP控制芯片，主要由28系列的DSP控制芯片、電壓采樣、電流采樣、狀態(tài)輸入、通訊端口、控制輸出、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等電路組成。所述的自動(dòng)控制器通過采集電壓、電流和狀態(tài)輸入信號(hào)送到控制芯片，再由控制芯片處理，通過控制輸出驅(qū)動(dòng)到對(duì)應(yīng)的可控硅，將其關(guān)斷，導(dǎo)通下一檔位的可控硅，進(jìn)行自然無(wú)涌流切換檔位。根據(jù)系統(tǒng)電壓變化，關(guān)斷/導(dǎo)通相應(yīng)的可控硅，進(jìn)行自然無(wú)涌流切換檔位。

本實(shí)施中，所述的三相四線制線路的兩端分別設(shè)置有三相進(jìn)線和三相輸出線。

具體地，自動(dòng)電壓平衡裝置的產(chǎn)品構(gòu)成主要包括：主電路部分、輔助電路部分和控制電路部分。

主電路部分主要是大電流通過的部分，包括輸入排、旁路接觸器主觸點(diǎn)（或可控硅）、變壓器原副邊線圈繞組、空開及輸出排。

輔助電路部分主要是除主電路以外的部分，包括測(cè)量采樣回路、控制部分、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)回路、接觸器和繼電器的線圈及輔助觸點(diǎn)、溫度繼電器觸點(diǎn)、保護(hù)電路觸點(diǎn)等。

控制電路是整個(gè)裝置的核心部分，它主要由DSP芯片、電壓電流采樣電路、開入及開出信號(hào)處理電路、通訊端口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、驅(qū)動(dòng)控制輸出電路和硬件保護(hù)電路等組成。

產(chǎn)品原理：

通過可控硅改變分接位置，從而改變?nèi)嘧儔浩髯儽龋_(dá)到調(diào)整電壓的目的。繞組抽頭通過可控硅串聯(lián)，連接至原邊線圈的異名端，裝置檢測(cè)系統(tǒng)電壓的變化，判斷相應(yīng)檔位的可控硅關(guān)斷或開通，改變變壓器的變比，從而達(dá)到穩(wěn)壓的效果。

控制原理：

采用外部中斷檢測(cè)系統(tǒng)電壓的頻率確定模擬量的采樣周期，采用DSP定時(shí)中斷進(jìn)行定時(shí)中斷、模擬量采樣、系統(tǒng)電壓有效值計(jì)算、系統(tǒng)電壓和輸出電壓平均值濾波等操作。

每間隔一段時(shí)間進(jìn)行一次系統(tǒng)電壓范圍判斷，如果系統(tǒng)電壓在調(diào)壓范圍之內(nèi)，則進(jìn)行換擋操作，即觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路，輸出對(duì)應(yīng)變壓器抽頭的可控硅門極信號(hào)，導(dǎo)通可控硅（檢測(cè)系統(tǒng)電流，過零觸發(fā)），實(shí)施調(diào)壓。換擋判斷的電壓范圍根據(jù)變壓器抽頭繞組的技術(shù)參數(shù)來定。

自動(dòng)電壓平衡裝置，三相可同時(shí)進(jìn)行調(diào)壓操作，也可以三相分別進(jìn)行調(diào)壓操作。三相同時(shí)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)電壓采樣取三相系統(tǒng)電壓有效值的平均值進(jìn)行調(diào)壓；三相獨(dú)立調(diào)節(jié)，系統(tǒng)電壓采樣分別取A、B、C相系統(tǒng)電壓有效值對(duì)A、B、C相單獨(dú)進(jìn)行調(diào)壓。

產(chǎn)品主要功能：

1）電壓調(diào)節(jié)范圍：既可以正向調(diào)壓，也可以負(fù)向調(diào)壓。主要由變壓器副邊線圈的技術(shù)參數(shù)決定，一般來說，負(fù)向電壓補(bǔ)償?shù)纳疃?30%，正向電壓補(bǔ)償?shù)纳疃?30%，就可以滿足380V線路下的全部低電壓?jiǎn)栴}；

2）穩(wěn)壓精度范圍：可在+/-10%——+/-10%之間；

3）補(bǔ)償模式設(shè)定功能：安裝前，在調(diào)試模式下，設(shè)定好參數(shù)，將裝置設(shè)置為正常運(yùn)行模式，安裝后，將永久運(yùn)行；

4）不會(huì)造成母線電壓波動(dòng)及閃變；

5）可與無(wú)功補(bǔ)償電容并聯(lián)運(yùn)行，具有網(wǎng)諧振抑制功能；

6）具有運(yùn)行參數(shù)和定值設(shè)置功能；

7）具有事件顯示及其記錄功能；

8）具備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示、人機(jī)交互功能；

9）具有過/欠壓、過流、過載、過溫等保護(hù)功能；具有裝置軟啟動(dòng)、限流 運(yùn)行、掉電自啟動(dòng)等功能；

10）具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控。

產(chǎn)品性能指標(biāo)：

1）額定電壓等級(jí)380 VAC（－10% +10%）；

2）接線方式：三相四線制；

3）滿載損耗：采用銅芯繞組，損耗≤ 1%；

4）自動(dòng)旁路設(shè)計(jì)，內(nèi)置快速切換旁路開關(guān)，在裝置調(diào)壓回路出現(xiàn)故障時(shí)，可以快速切換到旁路模式，最大程度減少用戶失電時(shí)間；

5）響應(yīng)時(shí)間：50ms之內(nèi)，響應(yīng)時(shí)間包括檢測(cè)到系統(tǒng)電壓變化、DSP計(jì)算至驅(qū)動(dòng)指令下發(fā)這一段時(shí)間；

6）輸出電壓失電時(shí)間：<2ms；

7）過載能力：過載能連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，一段時(shí)間后報(bào)故障進(jìn)入機(jī)械旁路；過載故障消失后，可自動(dòng)由機(jī)械旁路轉(zhuǎn)為調(diào)壓模式。

實(shí)施例：

圖3顯示為自動(dòng)電壓平衡裝置調(diào)壓原理圖。A、B、C、N分別為三相進(jìn)線；U、V、W、N分別為三相出線。三相變壓器的整個(gè)線圈分為兩部分：原邊線圈、副邊線圈，副邊線圈每相以3個(gè)繞組為例，分別為a1/an、a2/an、an/a3、b1/bn、b2/bn、bn/b3、c1/cn、c2/cn、cn/c3。原邊線圈與副邊線圈同名端，如圖1。

主電路搭建，如圖1和3所示：

原邊線圈A接進(jìn)線A相，同時(shí)與副邊線圈異名端a1相接；原邊線圈N接進(jìn)線N相，副邊線圈an抽頭接輸出U相。其中，副邊線圈繞組的抽頭（a1、a2、an、a3）通過4個(gè)可控硅后，都接至進(jìn)線A相上；

原邊線圈B接進(jìn)線B相，同時(shí)與副邊線圈異名端b1相接；原邊線圈N接進(jìn)線N相，副邊線圈bn抽頭接輸出V相。其中，副邊線圈繞組的抽頭（b1、b2、bn、b3）通過4個(gè)可控硅后，都接至進(jìn)線B相上；

原邊線圈C接進(jìn)線C相，同時(shí)與副邊線圈異名端c1相接；原邊線圈N接進(jìn)線N相，副邊線圈cn抽頭接輸出W相。其中，副邊線圈繞組的抽頭（c1、c2、cn、c3）通過4個(gè)可控硅后，都接至進(jìn)線C相上。

根據(jù)調(diào)壓范圍的深度，來選擇或定制變壓器副邊繞組的參數(shù)，調(diào)壓范圍的不同，導(dǎo)致的只是變壓器副邊繞組的個(gè)數(shù)和相應(yīng)抽頭對(duì)應(yīng)的可控硅個(gè)數(shù)。主電路接法與上述一致即可。

最終都是通過可控硅改變分接位置，從而改變?nèi)嘧儔浩髯儽龋_(dá)到調(diào)整電壓的目的。

圖3中的自動(dòng)控制器，主要由28系列的DSP控制芯片、電壓采樣、電流采樣、狀態(tài)輸入、通訊端口、控制輸出、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等電路組成。自動(dòng)控制器采集電壓、電流、狀態(tài)輸入信號(hào)，送到控制芯片，再由控制芯片處理，通過控制輸出驅(qū)動(dòng)到對(duì)應(yīng)的可控硅，將其關(guān)斷，導(dǎo)通下一檔位的可控硅，進(jìn)行自然無(wú)涌流切換檔位。

綜上所述，本實(shí)用新型的自動(dòng)電壓平衡裝置，通過控制可控硅改變分接位置，從而改變?nèi)嘧儔浩髯儽?20V/(220V+ax-an），達(dá)到調(diào)整電壓的目的，可控硅切換時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)涌流切換和無(wú)縫切換，大大解決配電網(wǎng)末端電壓跌落或電壓瞬間跌落的問題。

以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。