專利名稱：準(zhǔn)恒定電流、電壓控制交流電負(fù)載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種交流電器控制裝置，特別是涉及一種工作在特定的準(zhǔn)恒流區(qū)或準(zhǔn)恒壓區(qū)的準(zhǔn)恒定電流、電壓控制交流電負(fù)載裝置。
目前，用于交流電器負(fù)載的控制裝置各式各樣種類繁多，現(xiàn)舉兩例，如普通白熾燈至今仍還被廣泛使用，其一重要原因是它具有與太陽(yáng)光接近的顯色性，顯色指數(shù)接近100％。但白熾燈的使用壽命短，為了延長(zhǎng)白熾燈的壽命，人們又研制出了低壓鹵鎢白熾燈。它不僅延長(zhǎng)了白熾燈的使用壽命，而且還提高了光效?？傻蛪蝴u鎢白熾燈還有一致命的弱點(diǎn)，那就是必須要用一個(gè)變壓器才能工作，為使推廣使用受到了一定的限制。又如，電視機(jī)已普及到千家萬(wàn)戶，它給人們的工作、學(xué)習(xí)和生活帶來(lái)方便和樂(lè)趣。但因某種原因電視機(jī)常常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障，燒毀電視機(jī)中的電子元件，使得電視機(jī)不能工作，甚至還會(huì)引起火災(zāi)的發(fā)生，給個(gè)人、集體、奈至國(guó)家造成不可估量的損失。電視機(jī)最容易出現(xiàn)故障的地方就是電源，也是產(chǎn)生不良后果的魁首，現(xiàn)大多數(shù)電視機(jī)的電源都采用開(kāi)關(guān)式電源，由它取代了傳統(tǒng)的帶鐵芯變壓器的電源，這種電源的工作方式是，將市電直接經(jīng)過(guò)整流輸出的高壓加到以開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的電路上，這樣電路上的一些電子元件很易于擊穿，如果電路中某一電子元件一旦擊穿，就會(huì)造成電視機(jī)電源短路的危險(xiǎn)。雖在電視機(jī)的電源前加有保險(xiǎn)絲，但因保險(xiǎn)絲熔值的偏差或其它原因的影響，在保險(xiǎn)絲未熔斷前就已燒壞了許多與之相關(guān)的電子元器件，甚至還會(huì)造成起火爆炸的巨大損失。
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，而提供一種準(zhǔn)恒定電流、電壓控制交流電負(fù)載裝置，使其它不僅可以取代低壓鹵鎢白熾燈使用的變壓器，而且還能在負(fù)載發(fā)生短路時(shí)，防止如電視機(jī)中電子元器件的損壞及火災(zāi)的發(fā)生，起到安全防火的作用。
本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明控制交流電負(fù)載裝置工作在準(zhǔn)恒流、恒壓狀態(tài)，它包括有電容器C和開(kāi)關(guān)K，其特征在于交流電壓輸入端接電容器C，電容器C接開(kāi)關(guān)K，開(kāi)關(guān)K接交流電壓輸入端成閉合回路，開(kāi)關(guān)K兩端接交流電負(fù)載，接入交流電負(fù)載后開(kāi)關(guān)K是斷開(kāi)的，交流輸入電壓、電容器C和交流電負(fù)載成閉合回路。
電容器C是一組合電容器，由一個(gè)電容器或多個(gè)電容器C串聯(lián)或多個(gè)電容器C并聯(lián)構(gòu)成，組合電容器C有多個(gè)輸出端。
交流負(fù)載為電視機(jī)，控制裝置的開(kāi)關(guān)K接電視機(jī)電源輸入端，其工作在恒壓區(qū)。
交流負(fù)載是低壓鹵燈，控制裝置的開(kāi)關(guān)K可以是1-8個(gè)串聯(lián)連接，在每個(gè)開(kāi)關(guān)K的兩端接一低壓鹵鎢白熾燈，其工作在恒流區(qū)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和積極效果其控制交流負(fù)載裝置用于交流電負(fù)載不怕短路，節(jié)省元器件，成本低，還可延長(zhǎng)電器的使用壽命，具有防火其功效，控制裝置自身的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖1為本發(fā)明的電路原理圖。
圖2a、b是圖1電路原理圖中電容器的結(jié)構(gòu)視圖。
圖3是本發(fā)明的實(shí)施例電路原理圖。
圖4是本發(fā)明的另一實(shí)施例電路原理圖。
圖5a、b是形成恒流區(qū)的三角形視圖。
圖6是恒流區(qū)圖形。
圖7a、b是形成恒壓區(qū)的三角形視圖。
圖8是恒壓區(qū)圖形。
下面首先闡明準(zhǔn)恒流、準(zhǔn)恒壓區(qū)的理論根據(jù)本發(fā)明的目的是通過(guò)“控制裝置”與“負(fù)載”之間相互關(guān)系，使負(fù)載與交流電之間的“控制裝置”能在工程設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)一段準(zhǔn)恒流區(qū)。本發(fā)明就是在這一段準(zhǔn)恒流區(qū)內(nèi)，所取的每一特定值都可使負(fù)載R，從O增到R′這一段區(qū)間內(nèi)的交流電流I～數(shù)值，可以按照設(shè)計(jì)要求近似不變，這就是準(zhǔn)恒流的意思。
同上述“控制裝置”尚可在特定工程設(shè)計(jì)要求下，實(shí)現(xiàn)一段準(zhǔn)恒壓區(qū)，這就是說(shuō)可根據(jù)各個(gè)不同國(guó)家的交流電網(wǎng)，在這段準(zhǔn)恒壓區(qū)內(nèi)取一特定值，設(shè)計(jì)出有許多固定電壓的負(fù)載，可以直接接入，從而又產(chǎn)生了使負(fù)載在世界各國(guó)不同電壓標(biāo)準(zhǔn)下通用，既模糊控制負(fù)載的功能。此裝置還避免了在通電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流對(duì)負(fù)載沖擊的新功能。
本發(fā)明屬交流電負(fù)載控制裝置，其特點(diǎn)是采用可控制的準(zhǔn)恒流特性驅(qū)動(dòng)負(fù)載做功，是一種可以單獨(dú)作用或內(nèi)藏作用的獨(dú)立電器。實(shí)質(zhì)上它是一個(gè)“電容集合”電路，根據(jù)實(shí)際用途而采用不同的值組合，其基礎(chǔ)具有很簡(jiǎn)單的表述及圖形形式，它對(duì)商業(yè)電網(wǎng)具有補(bǔ)賞作用。即以一定數(shù)量的容性電流去抵消一定數(shù)量必然存在的感性(各種接于電網(wǎng)上的鐵或磁芯線圈以及長(zhǎng)線電感引起的)電流，對(duì)提高電網(wǎng)的總體功率因數(shù)cosφ具有良好作用因而投入電網(wǎng)的應(yīng)用是很合理合算(減少輸電線電功率的損耗)的事情。
產(chǎn)生準(zhǔn)恒流區(qū)的根據(jù)(以中國(guó)電網(wǎng)為例)通常連接形式如圖1所示；阻抗公式如下(純阻形式)Z=Xc2+R2------(1)]]>因Xc=12πfc------(2)]]>其中f為商業(yè)電網(wǎng)交流電頻率在中國(guó)為f=50Hz(赫)，C為電容等效值F(法)。
R為負(fù)載電阻值(歐姆)，三者關(guān)系是一直角三角形的三個(gè)邊，如圖5-a所示，眾所周知，以直角三角形三個(gè)邊的值同乘，以定值電流I～則成為另一直角三角形，它分別對(duì)應(yīng)的將是電網(wǎng)電壓U～以及容抗電壓Uxc以及負(fù)載電壓UR三者的關(guān)系如圖5-b數(shù)值關(guān)系是U～2=U2xc+U2R從以上推算可得到I～下降10％的準(zhǔn)恒流區(qū)的大小，設(shè)定條件如下以I～為標(biāo)準(zhǔn)值，下降10％的值將為0.9I～這時(shí)對(duì)應(yīng)的容抗電壓也為0.9Uxc，負(fù)載電壓為0.9UR。
那么標(biāo)準(zhǔn)值I～將對(duì)應(yīng)R=O的情形，則U～=Uxc在中國(guó)例如此值即為U=Uxc=220伏，此時(shí)對(duì)應(yīng)0.9Uxc的值為220-(1-0.9)×220=198伏求出UR的容許值(既保證在100％～90％I～時(shí)的對(duì)應(yīng)值)
換句話說(shuō)既UR從0～95.9伏范圍內(nèi)，可認(rèn)為I～基本不變(準(zhǔn)恒流區(qū))，將95.9伏除以電流I～值，則求出R′值的大小。即R′=95.9I~Ω]]>那么R從O變到R′就是被此方法開(kāi)發(fā)的準(zhǔn)恒流區(qū)的實(shí)際電阻負(fù)載變化的寬度，以圖6所示。
產(chǎn)生準(zhǔn)恒壓區(qū)的根據(jù)(以中國(guó)電網(wǎng)為例)如果設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)為電壓下降至電網(wǎng)電壓90％的話，那么就可以求出準(zhǔn)恒壓區(qū)，和上面推導(dǎo)的方法一樣，只要把Uxc和UR值的數(shù)值位置交換一下即可進(jìn)入準(zhǔn)恒壓區(qū)的分界點(diǎn)R″的值將按照下述關(guān)系R″=198I~Ω]]>大于R″的負(fù)載值的電器即可以認(rèn)為工作在準(zhǔn)恒壓區(qū)，直接以圖形數(shù)值表示如圖7。
此時(shí)I～為不符合恒電流并小于恒電流值的負(fù)載電流，只要電器用具的實(shí)際負(fù)載電流小于此值，則電器可和用于實(shí)際電網(wǎng)產(chǎn)生同樣功能。所不同的是電器已實(shí)際處于不怕短路的保護(hù)之下了，準(zhǔn)恒壓區(qū)如圖8所示。
本發(fā)明(不包括負(fù)載)實(shí)際損耗的定量根據(jù)由于是一種電容，那么電容的實(shí)際損耗即是本身的損耗。很顯然用于直流的電解電容器是不適用的。所有無(wú)極性電容只要耐壓值合理，其損耗值按慣例由其損耗角決定。
即tgσ=ωCR其中ω=2πfC為電容值，R為各種損耗所折算的等值電阻。損耗角tgσ制造材料不同而異，一般在10％～0.1％的范圍里，通過(guò)特別制作，損耗當(dāng)然還可以減小。所以按照中等水平的電容器，其實(shí)際發(fā)熱量已可忽略。
本發(fā)明能保持正弦交流電的根據(jù)，由于電容器通常都是線性元件，只要加在它上面的是正弦交流電壓，其產(chǎn)生的也是正弦交流電流，如果負(fù)載也是線性的，如純電阻。當(dāng)然不會(huì)發(fā)生交流正弦波的畸變，因而它不會(huì)產(chǎn)生附加高次諧波，下式就是例證
不管電流值數(shù)量多小，當(dāng)然也不會(huì)發(fā)生波形畸變。工作頻率范圍確定的根據(jù)眾所周知，電容的容抗是隨頻率變化而變化的，如前指出
即容抗與頻率成反比這就意味著獲得同樣大小的定電流值，則頻率數(shù)愈高，則電容值愈小，這不僅可大幅度縮小體積，也可相應(yīng)降低成本。當(dāng)然，如果無(wú)限制的提高頻率，則也會(huì)造成電容結(jié)構(gòu)的困難或高頻波損耗增大，這在工程上是權(quán)衡的。所以提出的頻率范圍為50Hz(赫)～10Hz(兆赫)明顯的具有工程合理性。
功率范圍的根據(jù)電容作為一種元件只要通過(guò)電流就相應(yīng)產(chǎn)生電壓降，所以只要設(shè)計(jì)的電容能通過(guò)電流的允許值，以及耐壓性能，能超過(guò)電壓降的數(shù)值，功率范圍寬是必然的結(jié)果。以10KW為例，在中國(guó)220伏上只要容許下述交流電流通過(guò)，那么即可以認(rèn)為達(dá)到10KW級(jí)。
只要電容選擇上耐壓大于
伏(正弦交流電壓峰值)，電流大于50安，即可認(rèn)為能提供的功率范圍進(jìn)入10KW級(jí)。至于向小的范圍擴(kuò)張的話，那就更沒(méi)有問(wèn)題了。
本發(fā)明的溫度范圍電容器容許的工作范圍就是本發(fā)明的溫度范圍，如有特出需要只要經(jīng)過(guò)特別設(shè)計(jì)，范圍當(dāng)然可以大大拓寬的。通常做到-40℃(或以下)到100℃(或以上)是完全可行的。
下面以負(fù)載為電視機(jī)和低壓鹵鎢白熾燈的實(shí)施例請(qǐng)參閱圖1、圖2、所示的是本發(fā)明控制裝置的電路結(jié)構(gòu)原理圖，由交流輸入電壓U～、電容器C和開(kāi)關(guān)K組成閉合電路，在開(kāi)關(guān)K的兩端接電器負(fù)載，當(dāng)使用電器接入電路時(shí)，開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)，這時(shí)交流輸入電壓U～、電容器C與電器負(fù)載形成閉合回路，其負(fù)載工作在所設(shè)計(jì)的恒流區(qū)或恒壓區(qū)。為了滿足電器負(fù)載所需的電壓、電流的要求，電容器實(shí)際是一組合電容器，它可以是單獨(dú)一個(gè)電容器，也可以是多個(gè)串聯(lián)、并聯(lián)或串聯(lián)再并聯(lián)的電容器，組合電容器可有多個(gè)輸出端，以滿足電器負(fù)載不同的需要。
請(qǐng)參閱4是一低壓鹵鎢白熾燈，現(xiàn)使用的低壓鹵燈必須經(jīng)過(guò)變壓器降壓或者用電子變壓器方可在市電使用，給用戶帶來(lái)很大不便，并且?guī)в懈叽沃C波的干擾以及變壓器的電能損耗等。本發(fā)明的低壓鹵燈是由組合電容器C、開(kāi)關(guān)K及接在開(kāi)關(guān)K兩端的鹵鎢白熾燈組成。所述的電容器和鹵鎢白熾燈是串聯(lián)連接，電容器是一個(gè)組合電容器，它可以一個(gè)電容器，也可以是多個(gè)電容器串聯(lián)或并聯(lián)，組合電容器有多個(gè)引出點(diǎn)，以滿足不同電器負(fù)載需求。低壓鹵燈的鹵鎢白熾燈D可以是1-8個(gè)，分別接在1-8個(gè)開(kāi)關(guān)K上，只要其串聯(lián)壓降滿足0.436X電網(wǎng)電壓值(對(duì)應(yīng)電網(wǎng)電壓下浮10％)。其點(diǎn)燃低壓鹵燈的理論根據(jù)和計(jì)算辦法如下以中國(guó)電網(wǎng)電壓220伏，頻率50赫茲為例，
其中U～為220伏所以Ic=220×314C(安)C=Ic220×314]]>只要
就能符合設(shè)計(jì)條件，其中WR為低壓鹵燈瓦數(shù)，UR為低壓鹵燈電壓。
其連接形式是把計(jì)算的電容器與220伏電壓串聯(lián)后接上低壓鹵鎢白熾燈，電容器壓降Uc和低壓鹵燈壓降UR和電網(wǎng)電壓U～符合下述關(guān)系。
即U～2=Uc2+UR2進(jìn)一步計(jì)算證明，使Ic下降10％的UR值。
即
198伏是由下式計(jì)算得來(lái)，
以上計(jì)算證明，利用這個(gè)恒流區(qū)點(diǎn)燃一個(gè)12伏或8個(gè)12伏的低壓鹵燈，雖然負(fù)載可從1變至8倍，但電流變化10％，這在現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用中是首例，并且在低壓照明燈具的應(yīng)用中產(chǎn)生出下述特點(diǎn)(1)．用一個(gè)組合電容器代替變壓器，在點(diǎn)燃8個(gè)低壓燈時(shí)，等于省掉7個(gè)變壓器，可大幅度降低成本。
(2)．電容器自身?yè)p耗小，不發(fā)熱，不宜損壞。
(3)．定值直流加熱鎢絲使燈泡有一個(gè)漸亮過(guò)程，避免了在通電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流對(duì)燈絲的沖擊，使燈絲得到了良好的保護(hù)延長(zhǎng)了低壓燈的壽命。
(4)．低壓燈在工作時(shí)無(wú)諧波干擾。
(5)．重量較輕、條件減小、不發(fā)熱。
(6)．燈具呈容性阻抗，對(duì)電網(wǎng)功率因數(shù)有一定補(bǔ)償作用。
(7)．具有不怕短路的安全功能。
(8)．由于省掉鐵心變壓器，省掉了變壓器的能耗。
請(qǐng)參閱圖3是負(fù)載采用電視機(jī)的實(shí)施例本控制裝置由輸入電網(wǎng)電壓、電容器和接在開(kāi)關(guān)K兩端的電視機(jī)組成。電容器是串接在電視機(jī)電源輸入端與交流電網(wǎng)之間，應(yīng)用根據(jù)如下所述，因?yàn)闇?zhǔn)恒壓區(qū)是假定電網(wǎng)電壓下浮10％時(shí)所產(chǎn)生的。本示例可下浮5％為出發(fā)點(diǎn)，那么220-(220×5％)=209伏取近似值即為210伏。根據(jù)此數(shù)可按下式計(jì)算出電容器壓降Uxc=2202-2102=65.57]]>(伏)取近似值為66伏再根據(jù)電視機(jī)輸入功率計(jì)算出電視機(jī)實(shí)用電流
WTV為電視機(jī)輸入功率，由下式可計(jì)算出實(shí)際電容器值
這時(shí)電視機(jī)的應(yīng)用產(chǎn)生如下實(shí)效(1)．增加不大的成本，可以防止和減小由于電視機(jī)電源短路引起的燃燒及其它故障。
(2)．所接入的組合電容器，不發(fā)熱，不易損壞。
(3)．由于對(duì)輸入電流有明顯限制，對(duì)電視機(jī)顯象管和相關(guān)元件有延長(zhǎng)壽命減少故障的作用。
(4)．不會(huì)由于電視機(jī)出現(xiàn)故障而反過(guò)來(lái)影響電網(wǎng)安全(雙向保護(hù))。
本發(fā)明的電路構(gòu)思及器件新的用法，在電器領(lǐng)域內(nèi)尚屬首創(chuàng)，為電器領(lǐng)域的創(chuàng)造構(gòu)思開(kāi)辟了一個(gè)嶄新的空間。其應(yīng)用在燈頭、插座、家電、低壓加熱器等電器方面，同樣具有不怕短路、安全、節(jié)能、輕便等功效。因此，具有一定的實(shí)用性能和開(kāi)發(fā)潛力。
權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)恒定電流、電壓控制交流電負(fù)載裝置，本發(fā)明控制交流電負(fù)載裝置工作在準(zhǔn)恒流、恒壓狀態(tài)，它包括有電容器C和開(kāi)關(guān)K，其特征在于交流電壓輸入端接電容器C，電容器C接開(kāi)關(guān)K，開(kāi)關(guān)K接交流電壓輸入端成閉合回路，開(kāi)關(guān)K兩端接交流電負(fù)載，接入交流電負(fù)載后開(kāi)關(guān)K是斷開(kāi)的，交流輸入電壓、電容器C和交流電負(fù)載成閉合回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)恒定電流、電壓控制交流電負(fù)載裝置，其特征在于所述的電容器C是一組合電容器，由一個(gè)電容器C或多個(gè)電容器C串聯(lián)或多個(gè)電容器C并聯(lián)構(gòu)成，組合電容器C有多個(gè)輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的準(zhǔn)恒定電流、電壓控制交流電負(fù)載裝置，其特征在于所述的交流負(fù)載是電視機(jī)，控制裝置的開(kāi)關(guān)K接電視機(jī)電源輸入端，其工作在恒壓區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的準(zhǔn)恒定電流、電壓控制交流電負(fù)載裝置，其特征在于所述的交流負(fù)載是低壓鹵燈，控制裝開(kāi)關(guān)K可以是1-8個(gè)串聯(lián)連接，在每個(gè)開(kāi)關(guān)K的兩端接一低壓鹵鎢白熾燈，其工作在恒流區(qū)。
全文摘要
一種不怕短路,所用元器件少,成本低,又可延長(zhǎng)電器使用壽命的準(zhǔn)恒定電流、電壓控制交流電負(fù)載裝置。它由一組合電容器一端接交流電壓輸入端,另一端接開(kāi)關(guān)K,開(kāi)關(guān)K接交流電壓輸入端形成閉合回路,開(kāi)關(guān)K兩端接交流電負(fù)載(電器)構(gòu)成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,用途廣泛,是用于保護(hù)交流電電器的理想產(chǎn)品。
文檔編號(hào)H02M5/08GK1224271SQ9810035
公開(kāi)日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1998年1月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月21日
發(fā)明者劉祿貞 申請(qǐng)人:廣東省經(jīng)濟(jì)特區(qū)實(shí)業(yè)有限公司, 華大實(shí)業(yè)有限公司