專利名稱：數字式交流精密調壓器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種數字式交流精密調壓器，屬于電力電子技術，用于交流調壓的電氣裝置。
在交流調壓領域，目前廣泛使用的是手動碳刷接觸調壓，它的調壓精度實際上就是該調壓器的匝間電壓，功率一大，它的匝間電壓可能大于3-4V，自然就難得精密，工業上使用的大功率調壓器，如感應調壓器、移圈調壓器、接觸調壓器等結構龐大，概難同時實現既保效率高，又保波形好的寬范圍精密調壓，不能滿足諸多行業的需要。中國專利ZL93222761.9中公開的數字補償式電力穩壓器，只局限于使用繼電器通過補償變壓器的補償電壓穩壓，未解決精密穩壓，特別是控制電路采用了A/D轉換器和數據處理器等復雜轉換單元。
本實用新型的目的在于設計一種體積小、結構簡單、高效、寬范圍，能精密調壓的數字式交流精密調壓器。
本實用新型涉及一種數字式交流精密調壓器，有變壓器、數字電壓表、直流電源和時鐘脈沖發生器，其特征在于有一個N位數控電路，由2-4塊可逆計數器級連構成的數控脈沖產生電路和光電耦合器與雙向晶閘管構成或繼電器構成的輸出電路組成；變壓器采用具有分數磁路的二進制繞組變壓器，在分數磁路上有二進制分數匝繞組20-2i，而二進制整數匝繞組2i+1-2n-1和初級繞組N1及直流電源繞組N2、N3同在總磁路上。
按本實用新型提供的數字式交流精密調壓器，其體積小、結構簡單、調節范圍廣、效率高、波形好、精度高，能進行精密調壓。
本實用新型有如下附圖圖1為數字式交流精密調壓器原理圖。
圖2為直流電源和時鐘脈沖發生器電原理圖。
圖3、圖4為數控電路中數控脈沖產生電路原理圖。
圖5、圖6為數控電路中繼電器有觸點隔離輸出電路。
圖7為數控電路中的光電耦合器與雙向晶閘管無觸點隔離輸出電路圖。
圖8為數字式交流精密調壓器自耦輸出原理圖。
下面參照
本實用新型數字式交流精密調壓器的實施方案。數字式47交流精密調壓器由變壓器T1、N位數控電路、數字電壓表與直流電源和時鐘脈沖發生器組成，如圖1所示。其變壓器T1采用具有分數磁路的二進制繞組變壓器，在分數磁路上繞二進制分數匝繞組2o-2i，其二進制整數匝繞組2i+1-2n1和初級繞組N1及直流電源繞組N2、N3均繞于總磁路上。變壓器分數磁路上的鐵芯截面積為總磁路的1/10或更小，它上面的一匝即等效于總磁路上的0.1匝或更小。直流電源和時鐘脈沖發生器由CD4024分頻器IC1、LM339比較器IC2-1、IC2-2、晶體二極管BG1-BG9、二極管D1-D6、整流二極管CW1-CW3及其阻容元件組成，如圖2所示。輸入端
接變壓器T1的N2、N3繞組，經D1-D4全波整流，通過BG1-BG3和CW1輸出+14V穩壓電壓供N位數控電路，BG4-BG6和CW2輸出+5V穩壓電壓，BG7-BG9和CW3輸出-5V穩壓電壓供數字電壓表。它們都能實現寬范圍穩壓。交流電壓經電阻R6和二極管D5、D6作正負限幅后觸發LM339比較器IC2-1，令其在每個正半周的下落過零點輸出一個脈沖下降沿，通過R11、R12分壓，保證送入分頻器IC1的1腳的脈沖電平為0V，滿足CD4024下降沿觸發的要求，經IC1的64次分頻后由3腳輸出一個正脈沖，經比較器IC2-2和R17、C4組成的電路延時復位，保證了在IC1的3腳輸出一個頻率為50/64赫、上升沿與交流電壓正半周下落過零點一致、持續時間為5毫秒的時鐘脈沖，送入圖3或圖4中可逆計數器IC4、IC5或IC8、IC9的15腳，即能保證調壓器中雙向晶閘管或繼電器均在交流電壓過零時切換，確保平穩可靠。若負載為感性，則時鐘脈沖的上升沿應與電流過零點一致，電路只需增加一個電流互感器和電源過零窗口比較器即成。
N位數控電路采用由比較器IC3-1、IC3-2、IC3-3，可逆計數器IC4、IC5按鈕開關AN1、AN2、″復零″按鈕、二極管D11-D26、電阻R21-R29、電容C5構成的數控脈沖產生電路和繼電器J1-J8、三極管BG11-BG18、二極管D51-D58、電阻R41-R48，電容C11-C18構成的有觸點隔離輸出電路組成8位有觸點隔離輸出數控電路，可逆計數器IC4、IC5的15腳與直流電源和時鐘脈沖發生器中分頻器IC1的3腳連接，繼電器J1-J3和J4-J8的常閉觸點分別與變壓器中的分數匝繞組20-22和整數匝繞組23-27繞組連接，如圖3、圖5、圖6所示。圖3中比較器IC3采用LM339，可斷計數器IC4、IC5采用CD4516，時鐘脈沖取自IC1的3腳，比較器IC3-1和相關元件構成十來秒的延時，保證加電之初可逆計數器IC4、IC5都因1腳為高電平而令輸出置零，延時結束后始降為低電平，方允許IC4、IC5進行加減運算。在調壓過程中通過比較器IC3-2、IC3-3將按鈕AN1、AN2的下端均箝位到零，這樣按下AN1、即令IC4、IC5的5腳為低電平，而它們的10腳均為高電平，故在15腳所加時鐘脈沖的驅動下進行加計數運算，使輸出電壓增加；按AN2，則令IC4的5、10腳和IC5的10腳均為低電平，因而進行減法計數運算，使輸出電壓降低，從而實現調壓。為防止IC4、IC5加減運算滿檔后的回變，加有二極管D11-D18、R29的IC3-3構成的減滿檔剎車電路。中途若需復零，即按″復零″按鈕。圖5、圖6中IC4、IC5輸出的加減運算的數控脈沖，經繼電器J1-J8，通過其觸點，J1-J3的觸點與T1的輸出繞組20-22連接，J4-J8的觸點與23-27繞組連接。變壓器T1的輸出繞組均繞成二進制繞組，與20-22等效的三個繞組繞于分數磁路，與23-27等效的繞組繞于總磁路上。N2、N3提供直流電源和時鐘脈沖發生器所需交流電壓。
N位數控電路可采用由比較器IC3-1、IC3-2、IC3-3，可逆計數器IC4、IC5、按鈕開關AN1、AN2、″復零″按鈕、二極管D11-D26、電阻R21-R29、電容C5構成的數控脈沖產生電路和雙向晶閘管SCR1-SCR16、光電耦合器GD1-GD16、電阻R51-R98、電容C21-C36構成的無觸點隔離輸出電路組成的8位無觸點隔離輸出數控電路，可逆計數器IC4、IC5的15腳與直流電源和時鐘脈沖發生器中的分頻器IC1的3腳連接，雙向晶閘管SCR1-SCR6和SCR7-SCR16分別與變壓器中的分數匝繞組20-22和整數匝繞組23-27繞組連接，如圖3、圖7所示。其數控脈沖產生電路及調壓原理如前所述，輸出的數控脈沖由①-⑧端送入，通過MOC3021光電耦合器GD1-GD16，低電平使雙向晶閘管SCR1、3、5、7、9、11、13、15選擇導通，高電平使SCR2、4、6、8、10、12、14、16選擇導通，從而恰當組合20-27中對應的繞組，而取得所需的輸出電壓，與20-22等效的三個繞組繞于變壓器的分數磁路，其余繞在總磁路上，N2、N3提供直流電原和時件脈沖發生器所需的交流電壓，如圖7所示。
N位數控電路還可采用由比較器IC6-1-IC6-4、IC7-1、IC7-2、IC10-1、IC10-2、可逆計數器IC8、IC9、二極管D31-D47、齊納二極管CW4、CW5、電位器W1、W2電阻R31-R40、電容C6、C7構成的數控脈沖產生電路和繼電器J1-J8、三極管BG11-BG18、二極管D51-D58、電阻R41-R48、電容C11-C18構成的有觸點隔離輸出電路組成具有穩壓功能的8位有觸點隔離輸出數控電路，可逆計數器IC8、IC9的15腳與直流電源和時鐘脈沖發生器中分頻器IC1的3腳連接，繼電器J1-J3和J4-J8的常閉觸點分別與變壓器中的分數匝繞組20-22和整數匝繞組23-27繞組連接，二極管D31的正端與輸出電壓Vout連接，如圖4、圖5、圖6所示。用輸出取樣電壓控制可逆計數器作跟蹤運算，從而獲得所需的數控脈沖去驅使輸出電壓穩定，圖4輸出電壓Vout由D1整流，R31、C6降壓濾波，經齊納二極管CW4加到電位器W1、W2的上端。CW4的作用是提高加于W1和W2上的取樣電壓的變動幅值而提高控制靈敏度。穩壓的下限值由W1調定，上限值由W2調定，均由TL431比較器IC10-1、IC10-2作精密比較。在穩壓過程中，LM339比較器IC7-1、IC7-2的輸出端將IC10-2、IC10-1的正極箱位到零。當輸出電壓低于穩壓下限值時，IC10-1、IC10-2均不導通，致令比較器IC6-1將CD4516可逆計數器IC8的5腳箝位到低電平，而比較器IC6-3保證了IC8、IC9的10腳均為高電平，因而在15腳所加時鐘脈沖的驅動下作加計數運算，使輸出電壓逐步升高；當輸出電壓升到穩壓下限值時IC10-1導通，IC6-1的輸出躍為高電平；而此時由于IC10-2還未及導通，比較器IC6-2的輸出也應為高電平，故保證IC8的5腳隨IC6-1的輸出躍為高電平，可逆計數器IC8、IC9停止運算，使輸出穩定下來。若電網電壓變高而使輸出電壓超過穩壓上限值，IC10-2立即導通，通過IC6-2、IC6-3，使IC8的5腳、10腳和IC9的10腳均跌為低電平，故進行減計數運算，使輸出電壓降低，當降到上下限值之間時，輸出又穩定，從而實現穩壓輸出。IC6-4作為開機之初的預置電路，保證每次開機時輸出電壓均由最低電壓逐步升高，從而具有軟起動功能。D32-D47、R39-R40和IC7-1、IC7-2構成IC8、IC9加減運算滿檔時的剎車電路，以防輸出電壓大起大落。其由繼電器構成的有觸點隔離輸出電路圖5、圖6所示，如前所述。
N位數控電路也可采用由比較器IC6-1-IC6-4、IC7-1、IC7-2、IC10-1、IC10-2、可逆計數器IC8、IC9、二極管D31-D47、齊納二極管CW4、CW5、電位器W1、W2、電阻R31-R40、電容C6、C7構成的數控脈沖產生電路和雙向品閘管SCR1-SCR16、光電耦合器GD1-GD16、電阻R51-R98、電容C21-C36構成的無觸點隔離輸出電路組成的具有穩壓功能的8位無觸點隔離輸出數控電路，可逆計數器IC8、IC9的15腳與直流電源和時鐘脈沖發生器中分頻器IC1的3腳連接，雙向品閘管SCR1-SCR6和SCR7-SCR16分別與變壓器中的分數匝繞組20-22和整數匝繞組23-27繞組連接，二極管D31的正端與輸出電壓Vout連接。如圖4、圖7所示，其電路原理分別均如前所述。
數字式交流精密調壓器可采用具有分數磁路的二進制繞組自耦變壓器，在分數磁路上有二進制分數匝繞組2o-2i；整數匝繞組2i+1-2n-1和輸出繞組Nout及基本繞組
直流電源繞組N2、N3同在總磁路上，輸出繞組Nout與二進制繞組的最高位2n-1繞組、基本繞組
直流電源繞組N2、N3串接輸出構成自耦輸出電路。如圖8所示，圖中變壓器的與20-22等效的三個繞組繞于分數磁路，其余繞在總磁路，
之間的基本繞組匝數按最低輸入電壓(如100V)計算，最高位二進制繞組27繞組與Nout繞組連接，使Nout繞組、
基本繞組、N3繞組串接組成8位有觸點自耦輸出電路。
數字式交流精密調壓器它既保證調壓范圍寬，精度高，波形好、效率高、無電污染、產品的功率等級不受限制，又便于近控或遠控制作，尤其便于大中功率交流電機實行軟起動和調壓調速節能運行。
權利要求1．數字式交流精密調壓器，有變壓器、數字電壓表、直流電源和時鐘脈沖發生器，其特征在于有一個N位數控電路，由2-4塊可逆計數器級連構成的數控脈沖產生電路和光電耦合器與雙向晶閘管構成或繼電器構成的輸出電路組成；變壓器采用具有分數磁路的二進制繞組變壓器，在分數磁路上有二進制分數匝繞組2o-2i，而二進制整數匝繞組2i+1-2n-1和初級繞組N1及直流電源繞組N2、N3同在總磁路上。
2．按權利要求1所述的數字式交流精密調壓器，其特征在于N位數控電路采用由比較器IC3-1、IC3-2、IC3-3，可逆計數器IC4、IC5按鈕開關AN1、AN2、″復零″按鈕、二極管D11-D26、電阻R21-R29、電容C5構成的數控脈沖產生電路和繼電器J1-J8、三極管BG11-BG18、二極管D51-D58、電阻R41-R48，電容C11-C18構成的有觸點隔離輸出電路組成8位有觸點隔離輸出數控電路，可逆計數器IC4、IC5的15腳與直流電源和時鐘脈沖發生器中分頻器IC1的3腳連接，繼電器J1-J3和J4-J8的常閉觸點分別與變壓器中的分數匝繞組20-22和整數匝繞組23-27繞組連接。
3．按權利要求1所述的數字式交流精密調太器，其特征在于N位數控電路采用由比較器IC3-1、IC3-2、IC3-3，可逆計數器IC4、IC5、按鈕開關AN1、AN2、″復零″按鈕、二極管D11-D26、電阻R21-R29、電容C5構成的數控脈沖產生電路和雙向晶閘管SCR1-SCR16、光電耦合器GD1-GD16、電阻R51-R98、電容C21-C36構成的無觸點隔離輸出電路組成的8位無觸點隔離輸出數控電路，可逆計數器IC4、IC5的15腳與直流電源和時鐘脈沖發生器中的分頻器IC1的3腳連接，雙向晶閘管SCR1-SCR6和SCR7-SCR16分別與變壓器中的分數匝繞組20-22和整數匝繞組23-27繞組連接。
4．按權利要求1所述的數字式交流精密調壓器，其特征在于N位數控電路采用由比較器IC6-1-IC6-4、IC7-1、IC7-2、IC10-1、IC10-2、可逆計數器IC8、IC9、二極管D31-D47、齊納二極管CW4、CW5、電位器W1、W2電阻R31-R40、電容C6、C7構成的數控脈沖產生電路和繼電器J1-J8、三極管BG11-BG18、二極管D51-D58、電阻R41-R48、電容C11-C18構成的有觸點隔離輸出電路組成具有穩壓功能的8位有觸點隔離輸出數控電路，可逆計數器IC8、IC9的15腳與直流電源和時鐘脈沖發生器中分頻器IC1的3腳連接，繼電器J1-J3和J4-J8的常閉觸點分別與變壓器中的分數匝繞組20-22和整數匝繞組23-27繞組連接，二極管D31的正端與輸出電壓Vout連接。
5．按權利要求1所述的數字式交流精密調壓器，其特征在于N位數控電路采用由比較器IC6-1-IC6-4、IC7-1、IC7-2、IC10-1、IC10-2、可逆計數器IC8、IC9、二極管D31-D47、齊納二極管CW4、CW5、電位器W1、W2、電阻R31-R40、電容C6、C7構成的數控脈沖產生電路和雙向品閘管SCR1-SCR16、光電耦合器GD1-GD16、電阻R51-R98、電容C21-C36構成的無觸點隔離輸出電路組成的具有穩壓功能的8位無觸點隔離輸出數控電路，可逆計數器IC8、IC9的15腳與直流電源和時鐘脈沖發生器中分頻器IC1的3腳連接，雙向品閘管SCR1-SCR6和SCR7-SCR16分別與變壓器中的分數匝繞組20-22和整數匝繞組23-27繞組連接，二極管D31的正端與輸出電壓Vout連接。
6．按權利要求1所述的數字式交流精密調壓器，其特征在于變壓器采用具有分數磁路的二進制繞組自耦變壓器，在分數磁路上有二進制分數匝繞組2o-2i；整數匝繞組2i+1-2n-1和輸出繞組Nout及基本繞組
直流電源繞組N2、N3同在總磁路上，輸出繞組Nout與二進制繞組的最高位2n-1繞組、基本繞組
直流電源繞組N2、N3串接輸出構成自耦輸出電路。
專利摘要數字式交流精密調壓器,由具有分數磁路的二進制繞組變壓器,N位數控電路、數字電壓表與直流電源和時鐘脈沖發生器組成。二進制分數磁路上繞分數匝繞組2文檔編號H02M5/02GK2350921SQ9723775
公開日1999年11月24日 申請日期1997年9月19日 優先權日1997年9月19日
發明者王先倫, 賴永海, 蔣長合 申請人:王先倫, 賴永海, 蔣長合