專利名稱：正弦交流電串附加電勢調壓法的制作方法
技術領域：
電工技術
背景技術：
目前國內廣泛用于生產和試驗的正弦交流電的調壓法有三種1、采用感應式調壓器調壓感應式調壓器具有和繞線式異步電動機相似的結構。改變轉子和定子在空間的相對位置，轉子和定子電勢之間將發(fā)生相移，其合成電勢則因此而改變。由于轉子和定子之間存在氣隙，使磁阻大幅增加，要獲得一定磁通和無氣隙的磁路相比，需要增加較多的激磁安匝和采用較大體積的鐵芯，因此制造時耗材多，運行時空載電流大，效率低。感應式調壓器的轉子具有較大的轉動慣量，為能比較準確地到達電壓調節(jié)的目標位置，必須采用低轉速；又由于調節(jié)時只能從始點逐步地移動到終點，不能跨越，所以對電壓的變化無法作出快速反應。但因其輸出波形畸變小，可以帶載調壓，過載能力較強，性能穩(wěn)定可靠，仍然獲得廣泛應用。2、采用自耦式調壓器調壓自耦式調壓器分成環(huán)式和柱式兩種，都是通過改變碳刷在線圈上的位置來改變輸入和輸出線圈的匝數(shù)比，從而使輸出電壓發(fā)生變化。自耦式調壓器的缺點部分源自使用碳刷，碳刷的存在使可靠性降低，反應速度減慢，維護工作量加大。自耦式調壓器無法得到較高的調壓精度。這是因為碳刷是沿線圈的軸線方向移動而不是沿線圈的周邊移動，所以調壓精度就等于一匝線圈所對應的電壓除以額定電壓的百分比。為獲得較高的技術經濟指標每匝伏數(shù)不容作較大改變，致使調壓精度受到限制，且調壓器容量越大精度越低。在運行中自耦式調壓器各段電流的大小是不相同的，因此線圈的截面積也應有所不同。但由于采用變截面導線或用不同規(guī)格的導線分段繞制線圈在工藝上行不通，另外碳刷的厚度也無法隨導線的寬度(直徑)不同而改變，因此只得按額定電流選擇同一截面的導線繞制，使省材幅度下降。盡管如此，由于自耦式調壓器比較省材，運行效率高，也獲得了廣泛使用。3、采用可控硅交流調壓器調壓這種調壓器是通過控制交流電在半周期內的通導時間來改變半周期內的電壓平均值實現(xiàn)對輸出電壓的控制。由于輸出波形是不完整的正弦波，所以會產生高次諧波污染電網和干擾通訊并造成附加損耗。在單相或三相四線制電路中當可控硅正、負半周的通導角不相等時會產生直流分量，導致單相電機或變壓器負載的激磁電流增加，嚴重時影響正常運行甚至損壞元件。這種調壓方法只能把輸入電壓降低輸出，而不能把輸入電壓升高輸出，否則必須加升壓變壓器。此外，當控制角小于或等于負載的功率因數(shù)角時將失去調壓作用；而當控制角較大時，可控硅元件所允許通過的平均電流顯著減小，致使小導通時的負載能力大大下降。而異步電動機當負載轉矩不變時電壓下降將造成電流的迅速上升，由此形成的電流反差將使低端的調速性能變壞，調速范圍降低。在對可控硅進行數(shù)字控制時常把電壓的過0點作為時間基點。因為運算放大器的靈敏度不同，由0電平檢測器輸出的脈沖信號寬度常有差異，同時該脈沖寬度也不一定以理論過0點為對稱，致使無法確定計時基點的準確位置，影響電壓調節(jié)的準確度。而當使用模擬電路控制時，溫度、濕度、污垢程度等外部條件對控制角會產生一定的影響?？煽毓杞涣髡{壓器的優(yōu)點是反應速度快(因而可以組成閉環(huán)系統(tǒng))，控制功率小， 重量輕，投資小，多用于中、小電機的調壓調速，電爐的溫度控制，燈光調節(jié)等。由上面的說明可知，這三種電壓調節(jié)方法有一個共同點，就是綜合性能低，這在很大程度上限制了它們的使用范圍，造成設備的浪費。

發(fā)明內容
本發(fā)明為正弦交流電壓的調整方法提供了一個全新的技術方案，即通過在負載回路中加串和主電源同頻率的附加電勢實現(xiàn)對負載端電壓的調節(jié)。這種方案具有輸出波形畸變小、省材、高效、反應速度快，可以獲得很高的調壓精度，并可以帶載調壓、性能穩(wěn)定可靠等特點。本發(fā)明的主要內容除調壓方法外即是附加電勢源的結構、組合方法和控制方法， 現(xiàn)就上述內容分別說明如下。1、串附加電勢調壓原理設線性電路處在單一頻率的正弦激勵之下。在正弦穩(wěn)態(tài)時，沿任一閉合路，基爾霍夫的電壓定律可以表示為
權利要求
1.在主電源為正弦交流電的負載回路中，加串和主電源同頻率的附加電勢可以實現(xiàn)對負載端電壓的調整。
2.單元電勢源為變壓器結構。附加電勢源由若干單元電勢源組合而成。組合時把各單元電勢源(即變壓器)初級繞組的同名端經開關后并聯(lián)在一起作為附加電勢源的初級；把各單元電勢源次級繞組按異名端相接的方式串聯(lián)在一起作為附加電勢源的次級。參與組合的單元電勢源的位數(shù)則由調壓裝置的調壓精度和調壓幅度決定。單元電勢源的次級繞組的端電壓定義為單元電勢；附加電勢源的次級端電壓定義為附加電勢。附加電勢等于各單元電勢的代數(shù)和。
3.單元電勢的取值范圍為AUe3n。其中A為調壓精度，用百分數(shù)表示；Ue為調壓裝置的額定電壓(也可理解為調壓裝置的輸入電壓)；11 = 0，1，2，3" ，自然數(shù)。必要時單元電勢也可以選擇其它取值范圍。在滿足負載對調壓精度要求的前提下，單元電勢的取值可以存在偏差，例如AUe(l，3， 9,27,…)偏差后為 AUe(l，3. 1，9，26.8，…)等。
4.附加電勢通過改變參與組合的單元電勢源的工作狀態(tài)獲得。單元電勢源有同極性、 反極性和0三個工作狀態(tài)。經過組合所得的附加電勢值應能夠組成一個等差數(shù)列。該數(shù)列的階差和數(shù)列的最小項均等于調壓裝置的調壓精度所對應的電壓數(shù)值，而數(shù)列的最大項則等于調壓裝置的調壓幅度所對應的電壓數(shù)值。
5.附加電勢的編碼方法。附加電勢采用二進制數(shù)編碼，每個單元電勢的狀態(tài)用2位二進制數(shù)表示，每四個單元電勢占用8位計算機的一個字節(jié)。編碼時將參與組合的各位單元電勢按數(shù)值從大到小的順序自左至右排列；并用“10”、 “01”、“00”分別表示和主電源同極性、反極性和0三種工作狀態(tài)。當需要時，也可以按相反的方向編碼。例如AUe (1，3，9，27)4位單元電勢可以組合成正、負各40個附加電勢，其中25 = 27+0-3+1，編碼為(10 00 01 10)。
6.在由單元電勢組合成附加電勢時，單元電勢為0的單元電勢源的初級繞組兩端必須短接。
全文摘要
發(fā)明公開了一種正弦交流電串附加電勢調壓法。所屬技術領域 電工技術現(xiàn)有調壓方法，用于調壓器，感應式耗材大，效率低；自耦式可靠性較差，精度低；可控硅式會產生高次諧波，穩(wěn)定性較差。用于調速器，則感應式、自耦式反應速度太慢，可控硅式低端調速性能差。三種方式的共同點是綜合性能低。針對這一問題本發(fā)明采用串附加電勢調壓，用組合方式獲得附加電勢，數(shù)字控制方式，從而可獲得省材高效、反應快、高調節(jié)精度、波形畸變小、可帶載調壓和高、低端電流負荷能力比較均衡的效果。可用于制造普通和具有高反應速度和高精度的調壓及穩(wěn)壓裝置；泵和風機的調壓調速電源，變負荷電機的調壓調功電源，用于精密機床的具有高速穩(wěn)壓和三相不平衡校正功能的電源等。
文檔編號H02J3/12GK102222915SQ20101014478
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權日2010年4月13日
發(fā)明者王小兵 申請人:王小兵