專利名稱：全自動(dòng)單相交流調(diào)壓保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用變壓器的交流功率輸入變換為交流功率輸出的調(diào)壓裝置，尤其是一種使用自耦變壓器，由繼電器分級(jí)步進(jìn)控制的單相交流穩(wěn)壓器，特別適合于作家用交流穩(wěn)壓電源。
現(xiàn)有繼電器控制的家用交流穩(wěn)壓器均使用單線圈多抽頭式自耦變壓器，由繼電器控制分級(jí)步進(jìn)調(diào)壓，盡管較其他類型的交流穩(wěn)壓器具有成本低廉、穩(wěn)壓范圍寬，效率高的優(yōu)點(diǎn)，但卻存在下列明顯的不足1、在整個(gè)穩(wěn)壓范圍內(nèi)，控制過程不僅有瞬間電壓跳變，而且有瞬間電壓間斷，不適于作計(jì)算機(jī)一類儀器設(shè)備的穩(wěn)壓電源；2、即使在電網(wǎng)電壓正常的狀態(tài)下，作為初級(jí)的一部分繞組仍始終并聯(lián)在電網(wǎng)上，約有20～70W的空耗；3、串聯(lián)在供電回路中的繼電器的接點(diǎn)數(shù)多，接觸電阻損耗大(以10A的電流計(jì)算，每對(duì)觸頭約損耗5W)，不僅耗能，還會(huì)因發(fā)熱而產(chǎn)生各種危害；4、整個(gè)穩(wěn)壓范圍內(nèi)，大電流切換，繼電器觸頭又無吸能保護(hù)裝置，因此繼電器觸頭會(huì)因打火而過早燒蝕。
鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在上述不足，本實(shí)用新型的目的是公開一種改進(jìn)型繼電器控制的家用交流穩(wěn)壓器，它具有電網(wǎng)電壓正常(220V±10％)時(shí)無空耗，且在主調(diào)范圍(170V～270V)內(nèi)，控制過程無瞬間電壓間斷現(xiàn)象的突出優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案包括自耦變壓器ZB和繼電開關(guān)Js、Jj，其特征在于自耦變壓器ZB的線圈由電感量相等的隔離互感線圈L0與L＋L1組成，兩繼電開關(guān)Js、Jj的轉(zhuǎn)換觸頭分別與繞組L0的兩頭相連，繼電開關(guān)Js的兩靜觸頭分別與線圈L1和公共零線N相連，繼電開關(guān)Jj的兩靜觸頭分別與線圈L和公共零線N相連，線圈L與線圈L1的串聯(lián)結(jié)點(diǎn)的引出線B和公共零線N為交流輸出端，線圈L與繼電開關(guān)Jj的一靜觸頭相連的結(jié)點(diǎn)引出線A和公共零線N為交流輸入端。本實(shí)用新型由控制電路檢測(cè)輸入電壓Vsr并控制繼電開關(guān)Js和Jj完成直接輸出、升壓調(diào)節(jié)和降壓調(diào)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定在220V±10％范圍內(nèi)。當(dāng)電網(wǎng)電壓Vsr正常(220V±10％)時(shí)，本實(shí)用新型所述的繼電開關(guān)Js、Jj處于常閉狀態(tài)，將線圈L0與串聯(lián)線圈L＋L1反極性并聯(lián)后串接供電回路中，實(shí)現(xiàn)直接輸出供電，即電網(wǎng)輸入電壓Vsr等于變換輸出電壓Vsc；當(dāng)電網(wǎng)輸入電壓Vsr＞220V＋10％時(shí)，繼電開關(guān)Jj吸合將線圈L0和L1＋L串聯(lián)并聯(lián)于電網(wǎng)上，轉(zhuǎn)換成降壓調(diào)節(jié)供電；當(dāng)電網(wǎng)輸入電壓Vsr＜220V－10％時(shí)，繼電開關(guān)Jj脫開而繼電開關(guān)Js吸合，只有線圈L0并聯(lián)于電網(wǎng)上，轉(zhuǎn)換成升壓調(diào)節(jié)供電。
本實(shí)用新型較現(xiàn)有技術(shù)具有下列突出優(yōu)點(diǎn)1、在電網(wǎng)電壓Vsr等于220V±10％時(shí)，自耦變壓器ZB的互感線圈L0與L＋L1反極性并聯(lián)后串接供電會(huì)路中，L0和L＋L1所產(chǎn)生的磁通相互抵消，其感抗等于零，無普通自耦變壓器的空耗；2、本實(shí)用新型所述的自耦變壓器ZB的輸入/輸出端共零線，二者的相線也只串聯(lián)有線圈L，所以在主調(diào)范圍(170V～270V)內(nèi)，控制過程中無瞬間斷電現(xiàn)象；3、自耦變壓器ZB無論是變換成升壓狀態(tài)，還是變換成降壓狀態(tài)，繼電開關(guān)Jj和Js均串接于激磁回中，所切換的電流小，因此不僅觸頭的接觸損耗小，而且可延長(zhǎng)觸頭的使用壽命，也可減輕因觸頭打火所帶來的其它危害。
以下結(jié)合附圖和一個(gè)最佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為本實(shí)用新型所述的自耦變壓器ZB的電原理圖；圖2為繼電觸頭保護(hù)裝置電原理圖；圖3、4和5為本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例的電原理圖，圖3、4和5的各引出端的同名端相連；其中，圖3為調(diào)壓電路的電原理圖，圖4為直流電源電路和調(diào)壓執(zhí)行電路的電原理圖，圖5為主控及負(fù)載電流模擬顯示單元電路的電原理圖。
參照?qǐng)D3，本實(shí)用新型的一個(gè)附加技術(shù)特征在于串聯(lián)線圈L＋L1中的線圈L的一頭串聯(lián)有升壓擴(kuò)展線圈Lg，該線圈的兩頭分別與升壓擴(kuò)展繼電開關(guān)J1的兩靜觸頭相連，升壓擴(kuò)展繼電開關(guān)J1的轉(zhuǎn)換觸頭與交流輸入相線A相連；串聯(lián)線圈L＋L1中的線圈L1的兩頭分別與升壓擴(kuò)展繼電開關(guān)J2的兩靜觸頭相連，升壓擴(kuò)展繼電開關(guān)J2的轉(zhuǎn)換觸頭與交流輸出相線B相連，由控制電路控制繼電開關(guān)切換，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)升壓擴(kuò)展。其目的是為了擴(kuò)展本實(shí)用新型的調(diào)壓范圍的下限，以滿足目前市電電壓普遍偏低的需要。
參照?qǐng)D2和圖3，本實(shí)用新型的另一個(gè)附加技術(shù)特征在于所有繼電開關(guān)的轉(zhuǎn)換觸頭與兩靜觸頭上均跨接有吸能保護(hù)裝置X，該吸能保護(hù)裝置由整流橋D1～D4，和并聯(lián)在該整流橋輸出端的電解電容C及放電電阻R所構(gòu)成。在繼電開關(guān)切換過程中，本實(shí)用新型所述吸能保護(hù)裝置X，將繼電開關(guān)觸點(diǎn)兩頭所產(chǎn)生的高壓電能經(jīng)整流橋D1～D4送至電解電容C暫存，然后經(jīng)放電電阻R緩慢釋放，以免繼電開關(guān)在切換過程中(尤其是升壓擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)下的大電流切換)拉弧燒蝕，延長(zhǎng)觸頭壽命。本實(shí)用新型所述的吸能保護(hù)裝置X較現(xiàn)有技術(shù)使用無極性電容吸能滅弧效果顯著提高，因?yàn)?，其一是它只吸收能量不釋放能?經(jīng)電阻R放電)，其二是電解電容的容量大，且易取材，成本低。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)描述本實(shí)用新型所述的全自動(dòng)單相交流調(diào)壓保護(hù)器的工作原理，以便公眾更好地掌握實(shí)施本實(shí)用新型的技術(shù)手段。
參照?qǐng)D4和圖3，從本實(shí)用新型所述的自耦變壓器ZB的輸出端B和N取出比較穩(wěn)定的交流電經(jīng)電容C0降壓、全橋D1-D4整流、電解電容C1濾波、三極管BG3并聯(lián)穩(wěn)壓后為所有控制電路提供直流電源；該直流電源直接給繼電器Jb、Jj及Js、供電，經(jīng)由三極管BG1和穩(wěn)壓二極管DW1以及電阻R1、R4、R5、R6組成的串聯(lián)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，電解電容C4濾波，得到較為穩(wěn)定的直流電E1給圖5所示的主控及負(fù)載電流模擬顯示單元電路供電；該直流電源電路中三極管BG2主要是擴(kuò)展所述串聯(lián)穩(wěn)壓電路的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)對(duì)三極管BG1和穩(wěn)壓二極管DW1也具有一定過流保護(hù)作用。本直流電源另一重特點(diǎn)是增設(shè)有輔助供電電源，該電源的交流電取自本實(shí)用新型所述的自耦變壓器ZB的附加繞組所輸?shù)碾妷篤ab，該電壓Vab，由二極管D5整流、電解電容C3濾波給繼電器J1、J2供電，在經(jīng)隔離二極管D6為繼電器Js、Jj補(bǔ)充能量。當(dāng)電網(wǎng)電壓正常(220V±10％)時(shí)，即所述的自耦變壓器ZB末變換成升壓或降壓狀態(tài)以及切換過程中，只由主電源供電，在所述的自耦變壓器ZB變換成升壓或降壓狀態(tài)后，所述的輔助供電源給Js、Jj提供維持吸合電流同時(shí)給繼電器J1、J2供電。本實(shí)用新型中所設(shè)置的輔助供電源的作用有三，一是減小所述的自耦變壓器ZB末變換成升壓或降壓狀態(tài)時(shí)的無功損耗；二是利用電阻R9的隔離作用和電容C2的蓄能作用，既能給繼電器提瞬間吸合電流，又能提高電源E1的穩(wěn)定性；三是利用電阻R9的隔離作用，在所述的自耦變壓器ZB由于某種故障而不能變換成升壓或降壓狀態(tài)時(shí)，Js或Jj吸合后能自動(dòng)脫開。
參照?qǐng)D5，本實(shí)用新型所述的主控單元電路包括調(diào)壓控制部分、異常狀態(tài)保護(hù)部分和負(fù)載電流模擬顯示部分。
參照?qǐng)D5，電源E1經(jīng)電阻R10、R11限流、穩(wěn)壓二極管DW2、電容C12二次穩(wěn)壓、濾波獲得較高穩(wěn)定度的電壓E2，該電壓經(jīng)電位器W1以及R19-26八電阻分壓后為調(diào)壓控制部分由四運(yùn)放(LM324)IC1～I(xiàn)C4所構(gòu)成的四電壓比較器以及異常狀態(tài)保護(hù)部分由運(yùn)放(1/2LM324)IC5、IC6及反相器f4所構(gòu)成的窗口比較器提供電壓比較基準(zhǔn)。
參照?qǐng)D5并結(jié)合圖3和圖4，市電經(jīng)二極管D11半波整流，電阻R13、R15和電位器W2與電阻R17分壓和電容C7濾波為所述的四電壓比較器提供輸入采樣信號(hào)；當(dāng)輸入電壓Vsr為220V±10％時(shí)，IC2、IC3、IC4均輸出高電平，只有IC1輸出低電平，由于運(yùn)放IC2、IC3、IC4的輸出端分別串接有反相器f1、f2、f3，所以三極管BG5、BG6、BG7、BG8均處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器Js、J1、J2都處于脫開狀態(tài)(圖3所示狀態(tài))，自耦變壓器ZB的兩繞組L與L0＋L1反極性并聯(lián)串聯(lián)于輸入/輸出的相線中，此時(shí)自耦變壓器ZB的輸出電壓Vsc等于電網(wǎng)輸入電壓Vsr；當(dāng)輸入電壓Vsr每下降30V時(shí)，運(yùn)放IC2、IC3、IC4依次先后輸出低電平，三極管BG6、BG7、BG8依次先后導(dǎo)通，繼電器Js、J1、J2依次先后吸合，使自耦變壓器ZB的激磁繞組依次變?yōu)長(zhǎng)0＋Lg、L0、L0，而調(diào)壓繞組則依次變L、L＋Lg、L＋Lg＋L1，從而將自耦變壓器ZB的輸出電壓調(diào)至220V±10％；當(dāng)電網(wǎng)電壓為242V～270V時(shí)，四運(yùn)放IC1～I(xiàn)C4均輸出高電平，由于反相器f1～f3的存在，所以只三極管BG5導(dǎo)通，即只有繼電器Jj吸合，使自耦變壓器ZB變換成降壓狀態(tài)，也將輸出電壓Vsc穩(wěn)定在220V±10％范圍內(nèi)。
參照?qǐng)D5并結(jié)合圖3和圖4，自耦變壓器ZB的輸出電壓Vsc經(jīng)二極管D12半波整流，電阻R14、R16和電位器W3與電阻R18分壓和電容C8濾波為所述的窗口比較器提供輸出采樣信號(hào)；當(dāng)自耦變壓器ZB的輸出電壓Vsc穩(wěn)定在180V～250V范圍內(nèi)運(yùn)放IC5和反相器f4均輸出低電平，那么只要不超載，由三只二極管D27、D28、D29和反相器f5組成的三輸入或非門則輸出高電平，三極管BG4導(dǎo)通保護(hù)繼電器Jb吸合給負(fù)載供電；當(dāng)自耦變壓器ZB的輸出電壓Vsc超出180V～250V的范圍，保護(hù)繼電器Jb則脫開，實(shí)現(xiàn)過壓和欠壓保護(hù)，確保用電安全。
參照?qǐng)D5并結(jié)合圖3和圖4，本實(shí)用新型還設(shè)有超載保護(hù)(即過流保護(hù))和負(fù)載電流模擬顯示電路。由取樣電阻JR將負(fù)載電流的變化轉(zhuǎn)變成其端電壓的變化，并經(jīng)二極管D31、D30送至虛擬接地點(diǎn)P、Q，由運(yùn)放(1/4LM324)IC7對(duì)P、Q兩點(diǎn)微弱的電壓差進(jìn)行比例放大，再經(jīng)由二極管D19和電容C11組成的積分電路積分后變成電平信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)三極管BG10倒相放大后，由三極管BG12跟隨輸出驅(qū)動(dòng)模擬顯示電路。所述的模擬顯示電路為串聯(lián)式五級(jí)步進(jìn)顯示，隨著負(fù)載電流的增大發(fā)光二極管F6～F10依次發(fā)光，每增加一級(jí)發(fā)光顯示，負(fù)載電流增加20％，當(dāng)負(fù)載電流超過額定值時(shí)，三極管BG11延時(shí)導(dǎo)通，使反相器f5翻轉(zhuǎn)，三極管BG4截止，繼電器Jb脫開切斷自耦變壓器ZB的輸出，實(shí)現(xiàn)超載保護(hù)。三極管BG11導(dǎo)通后，經(jīng)電阻R39和二極管D26進(jìn)一步抬高三極管BG10的基極電位，完成正反饋，保持繼電器Jb的脫開狀態(tài)，此時(shí)只有撥動(dòng)一下復(fù)位開關(guān)K2-2才能恢復(fù)正常工作。
參見圖5，運(yùn)放IC1～I(xiàn)C6都設(shè)有二極管與電阻串聯(lián)的正反饋電路(其中IC1～I(xiàn)C4的反饋回路中設(shè)有三極管BG9構(gòu)成恒流正反饋)，防止產(chǎn)生振蕩，以提高控制過程的穩(wěn)定性。
參見圖5，輸出采樣和輸入采樣電路與電壓比較基準(zhǔn)電路之間分別所跨接的二極管D18、D17是起鉗位作用的，防止輸入和輸出超壓而損壞運(yùn)放。
參見圖5，電阻并聯(lián)有串聯(lián)的發(fā)光二極管F4、F5為電壓、電流表提供夜間照明。
權(quán)利要求1.一種全自動(dòng)單相交流調(diào)壓保護(hù)器，包括自耦變壓器ZB和繼電開關(guān)Js、Jj，其特征在于自耦變壓器ZB的線圈由電感量相等的隔離互感線圈L0與L＋L1組成，兩繼電開關(guān)Js、Jj的轉(zhuǎn)換觸頭分別與繞組L0的兩頭相連，繼電開關(guān)Js的兩靜觸頭分別與線圈L1和公共零線N相連，繼電開關(guān)Jj的兩靜觸頭分別與線圈L和公共零線N相連，線圈L與線圈L1的串聯(lián)結(jié)點(diǎn)的引出線B和公共零線N為交流輸出端，線圈L與繼電開關(guān)Jj的一靜觸頭相連的結(jié)點(diǎn)引出線A和公共零線N為交流輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動(dòng)單相交流調(diào)壓保護(hù)器，其特征在于串聯(lián)線圈L＋L1在線圈L的一頭串聯(lián)有升壓擴(kuò)展線圈Lg，該線圈的兩頭分別與升壓擴(kuò)展繼電開關(guān)J1的兩靜觸頭相連，升壓擴(kuò)展繼電開關(guān)J1的轉(zhuǎn)換觸頭與交流輸入相線A相連；串聯(lián)線圈L＋L1中的線圈L1的兩頭分別與升壓擴(kuò)展繼電開關(guān)J2的兩靜觸頭相連，升壓擴(kuò)展繼電開關(guān)J2的轉(zhuǎn)換觸頭與交流輸出相線B相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種全自動(dòng)單相交流調(diào)壓保護(hù)器，其特征在于所有繼電開關(guān)的轉(zhuǎn)換觸頭與兩靜觸頭上均跨接有吸能保護(hù)裝置X，該吸能保護(hù)裝置由整流橋D1～D4和并聯(lián)在該整流橋輸出端的電解電容C及放電電阻R所構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種全自動(dòng)單相交流調(diào)壓保護(hù)器，其特征在于自耦變壓器ZB的線圈由電感量相等的隔離互感線圈L0與L+L1組成，兩繼電開關(guān)Js、Jj的轉(zhuǎn)換觸頭分別與繞組L0的兩頭相連，繼電開關(guān)Js的兩靜觸頭分別與線圈L1和公共零線N相連，繼電開關(guān)Jj的兩靜觸頭分別與線圈L和公共零線N相連，由控制電路檢測(cè)輸入電壓Vsr并控制繼電開關(guān)Js和Jj完成直接輸出、升壓調(diào)節(jié)和降壓調(diào)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定在220V±10％范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)G05F1/10GK2235136SQ95221329
公開日1996年9月11日 申請(qǐng)日期1995年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月7日
發(fā)明者舒靖文 申請(qǐng)人:舒靖文