一種由工頻變壓器實(shí)現(xiàn)的防雷式不間斷電源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種由工頻變壓器實(shí)現(xiàn)的防雷式不間斷電源，包括電源電路、工頻變壓器、充電電路、電池組、逆變電路、交流調(diào)壓電路、保護(hù)電路，所述電源電路連接工頻變壓器，所述工頻變壓器連接充電電路、逆變電路；所述交流調(diào)壓電路與工頻變壓器調(diào)壓繞組組成調(diào)壓電路，所述逆變電路連接工頻變壓器，所述保護(hù)電路連接逆變電路與電池組。該防雷式不間斷電源屬小功率型，由工頻變壓器保證了電源所接設(shè)備與前端交流供電線路的防雷隔離，該裝置實(shí)用性強(qiáng)、需求緊迫，對(duì)于站點(diǎn)分散、隔離防雷且需要對(duì)電源進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制的地震臺(tái)站具有很好地實(shí)用價(jià)值，成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用具有很好的前景。
【專利說明】
一種由工頻變壓器實(shí)現(xiàn)的防雷式不間斷電源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電子電力裝置的領(lǐng)域，具體涉及一種由工頻變壓器實(shí)現(xiàn)的防雷式不間斷電源。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著防震減災(zāi)事業(yè)和電子技術(shù)的發(fā)展，地震數(shù)字化儀器裝置對(duì)供電電源提出了越來越高的要求。對(duì)于傳輸不間斷觀測(cè)數(shù)據(jù)的地震臺(tái)站來說，為了得到穩(wěn)定可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，一般勘選在受外界影響因素小的偏僻環(huán)境。尤其是測(cè)震臺(tái)站對(duì)基巖臺(tái)基的嚴(yán)格規(guī)定，往往建設(shè)的土層覆蓋淺、接地條件不能完全滿足避雷要求，造成臺(tái)站遭受雷擊破壞的機(jī)率增加。為免遭雷擊，大都在電源的總?cè)肟谔幇惭bSPD(浪涌保護(hù)器，又稱電涌保護(hù)器、防雷器、避雷器，用于保護(hù)用電設(shè)備免遭雷電電磁脈沖或操作過電壓破壞。)，其避雷效果主要取決于SPD的性能指標(biāo)。由于臺(tái)站周圍環(huán)境、條件復(fù)雜，所以合理地選用、配置、安裝和嚴(yán)格進(jìn)行SPD施工，在實(shí)際工作中往往很難做到。
[0003]對(duì)于偏遠(yuǎn)的無人值守地震臺(tái)來說，用人工拉閘的方式來避免儀器設(shè)備被雷擊損壞是無法做到的。而這些精密儀器多為低電壓、低功耗的昂貴設(shè)備，不論是儀器自帶的電源還是傳統(tǒng)的不間斷電源，其避雷效果完全取決于SPD的狀況，其表現(xiàn)往往不盡人意而遭受雷擊，由此帶來的數(shù)據(jù)中斷和高額修理費(fèi)用時(shí)有發(fā)生。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出了一種由工頻變壓器實(shí)現(xiàn)的防雷式不間斷電源，由工頻變壓器保證電源所接設(shè)備與前端交流供電線路的防雷隔離。
[0005]本實(shí)用新型提出的一種由工頻變壓器實(shí)現(xiàn)的防雷式不間斷電源，包括電源電路、工頻變壓器、充電電路、電池組、逆變電路、交流調(diào)壓電路、保護(hù)電路，所述電源電路連接工頻變壓器用于市電輸入，所述工頻變壓器設(shè)有三組調(diào)壓繞組，市電狀態(tài)時(shí)工頻變壓器作為交流調(diào)壓變壓器連接充電電路為電池組充電，逆變狀態(tài)時(shí)，所述工頻變壓器連接逆變電路作為逆變輸出變壓器，所述逆變電路包括逆變控制電路、逆變驅(qū)動(dòng)電路、逆變功放電路，所述逆變驅(qū)動(dòng)電路連接逆變控制電路與逆變功放電路，所述逆變控制電路通過傳輸電平信號(hào)控制逆變驅(qū)動(dòng)電路的工作模式，所述逆變控制電路同時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)使逆變功放電路反復(fù)導(dǎo)通或截止，所述逆變功放電路連接工頻變壓器，所述交流調(diào)壓電路包括調(diào)壓繼電器LZ1、RLYl、RLY2，所述調(diào)壓繼電器LZl、RLY1、RLY2與所述工頻變壓器的三個(gè)調(diào)壓繞組分別構(gòu)成調(diào)壓電路，根據(jù)市電的電壓波動(dòng)幅度控制上述調(diào)壓繼電器的觸頭進(jìn)行調(diào)壓電路的轉(zhuǎn)換，使輸出電壓保持在220V，所述保護(hù)電路連接逆變電路與電池組，當(dāng)電池組電壓值下降至保護(hù)值以下，所述保護(hù)電路關(guān)閉逆變電路。
[0006]優(yōu)選的，所述逆變電路還包括逆變穩(wěn)壓電路，所述逆變穩(wěn)壓電路連接工頻變壓器與逆變驅(qū)動(dòng)電路，逆變狀態(tài)時(shí)，所述工頻變壓器中充電繞組的電壓形成逆變輸出電壓的直流檢測(cè)電壓，所述逆變穩(wěn)壓電路調(diào)節(jié)逆變驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)的寬度，由驅(qū)動(dòng)信號(hào)的寬度調(diào)節(jié)電壓輸出幅值。
[0007]優(yōu)選的，所述不間斷電源還包括報(bào)警電路，報(bào)警電路連接逆變電路，當(dāng)電池電壓下降至保護(hù)值以下，逆變電路關(guān)閉觸發(fā)報(bào)警電路。
[0008]優(yōu)選的，所述逆變控制電路采用PffM控制芯片U8(SG3524)作為逆變PffM脈沖控制電路。
[0009]有益效果
[0010]本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果是:該防雷式不間斷電源屬小功率型，由工頻變壓器保證了電源所接設(shè)備與前端交流供電線路的防雷隔離，該裝置實(shí)用性強(qiáng)、需求緊迫，對(duì)于站點(diǎn)分散、隔離防雷且需要對(duì)電源進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制的地震臺(tái)站具有很好地實(shí)用價(jià)值，成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用具有很好的前景。
【附圖說明】
[0011]附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。在附圖中:
[0012]圖1是本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖3是本實(shí)用新型逆變電路圖；
[0015]圖中:1、工頻變壓器，2、充電電路，3、直流電源，4、逆變控制電路，5、逆變穩(wěn)壓電路，6、逆變驅(qū)動(dòng)電路，7、逆變功放電路，8、保護(hù)電路，9、電池組，10、交流調(diào)壓電路，11、報(bào)警電路。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0017]實(shí)施例1
[0018]如圖1-3所示，本實(shí)施例的一種由工頻變壓器實(shí)現(xiàn)的防雷式不間斷電源，包括電源電路、工頻變壓器1、充電電路2、電池組9、逆變電路、交流調(diào)壓電路10、保護(hù)電路8，所述電源電路連接工頻變壓器I用于市電輸入，所述工頻變壓器I設(shè)有三組調(diào)壓繞組，市電狀態(tài)時(shí)工頻變壓器I連接充電電路2為電池組充電、作為交流調(diào)壓變壓器，逆變狀態(tài)時(shí)，連接逆變電路作為逆變輸出變壓器，所述逆變電路包括逆變控制電路4、逆變驅(qū)動(dòng)電路6、逆變功放電路7，所述逆變驅(qū)動(dòng)電路6連接逆變控制電路4與逆變功放電路7，逆變控制電路4傳輸電平信號(hào)控制逆變驅(qū)動(dòng)電路6的工作狀態(tài)，逆變控制電路4輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)使逆變功放電路7反復(fù)導(dǎo)通和截止，所述逆變功放電路7連接工頻變壓器I，所述交流調(diào)壓電路10包括LZl、RLY1、RLY2，所述LZ1、RLY1、RLY2分別與工頻變壓器I調(diào)壓繞組組成調(diào)壓電路，根據(jù)市電的幅度控制各繼電器觸頭進(jìn)行調(diào)壓電路的轉(zhuǎn)換，使輸出電壓保持在220V左右，其中LZ1、RLY1、RLY2為調(diào)壓繼電器，所述保護(hù)電路8連接逆變電路與電池組9，電池組9電壓值下降至保護(hù)值以下，所述保護(hù)電路關(guān)閉逆變電路。
[0019]所述逆變電路還包括逆變穩(wěn)壓電路5，所述逆變穩(wěn)壓電路5連接工頻變壓器I與逆變驅(qū)動(dòng)電路6，逆變狀態(tài)時(shí)，所述工頻變壓器I中充電繞組的電壓形成逆變輸出電壓的直流檢測(cè)電壓，所述逆變穩(wěn)壓電路5調(diào)節(jié)逆變驅(qū)動(dòng)電路6的驅(qū)動(dòng)信號(hào)寬度，由驅(qū)動(dòng)信號(hào)的寬度調(diào)節(jié)電壓輸出幅值。
[0020]所述不間斷電源還包括報(bào)警電路11，報(bào)警電路11連接逆變電路，電池電壓下降至保護(hù)值以下，逆變電路關(guān)閉觸發(fā)報(bào)警電路。
[0021 ] 所述逆變控制電路4采用PffM控制芯片U8(SG3524)作為逆變PffM脈沖控制電路。
[0022]需要說明的是，本實(shí)施例中一種由工頻變壓器實(shí)現(xiàn)的防雷式不間斷電源，所述交流調(diào)壓電路10制作在一塊小電路板上，通過接插件連接逆變電路。所述不間斷電源包括報(bào)警電路U，報(bào)警電路11連接逆變電路，電池組9電壓下降至保護(hù)值以下時(shí)觸發(fā)報(bào)警電路11。所述逆變控制電路4采用P麗控制芯片U8(SG3524)作為逆變P麗脈沖控制電路。有關(guān)SG3524的介紹資料很多，本實(shí)施例只作簡(jiǎn)單分析。
[0023]防雷式不間斷電源開機(jī)時(shí)若市電正常，開機(jī)時(shí)市電得以進(jìn)入電路，電路便進(jìn)入工作狀態(tài);當(dāng)市電異常時(shí)，將市電供電通路切斷，通過電池組8向電路供電。
[0024]逆變電路中HVM控制芯片U8(SG3524)輸出Pmi脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)使逆變功放電路反復(fù)導(dǎo)通或截止。由于逆變功放電路7反復(fù)導(dǎo)通或截止，工頻變壓器I初級(jí)繞組中就產(chǎn)生了方向不斷變換的交流電流，同時(shí)在工頻變壓器I次級(jí)繞組中產(chǎn)生方向不斷變換的交流電壓。由于PWM脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)是方波脈沖，所以次級(jí)繞組中產(chǎn)生的也是方波電壓。
[0025]如圖3所示，逆變電路中Q4、Q6及周邊元件組成了上臂驅(qū)動(dòng)電路，Q3、Q5及周邊元件組成了下臂驅(qū)動(dòng)電路。Q7、Q8構(gòu)成PffM輸出逆變控制電路4。當(dāng)Q7、Q8基極為高電平時(shí)，Q7、Q8截止，對(duì)電路無影響。當(dāng)Q7、Q8基極為低電平時(shí)，Q7、Q8飽和導(dǎo)通，分別將U8(SG3524)的12、13腳接地，也就是將U8 (SG3524)內(nèi)部功率管的集電極極接地，使功率管截止，因而SPffM輸出通道被切斷。另外，Q3、Q4發(fā)射極接至驅(qū)動(dòng)過流檢測(cè)電路。當(dāng)逆變功放電路7發(fā)生故障，驅(qū)動(dòng)電流過大時(shí)，Q3、Q4發(fā)射極電壓將升高，使送入過流檢測(cè)電路的信號(hào)也升高，于是保護(hù)電路8動(dòng)作，將PffM控制芯片關(guān)閉，使電路得到保護(hù)。
[0026]Q2A、Q2B并聯(lián)后與周邊元件組成上臂功放電路，Q1A、Q1B并聯(lián)后與周邊元件組成下臂功放電路。功放管基極所接的D1、D2，C1、C2為加速元件。以上臂電路說明:當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖為負(fù)極性時(shí)，D2導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)脈沖直接加至功率管的基極，使功率管迅速飽和。同時(shí)功率管的基極電流對(duì)C2充電，其極性為右正左負(fù)。而當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖為正極性時(shí)，D2截止。C2右端的正極性電壓加至功率管基極，向功率管基極反向注入電流，使功率管加速截止。此后C2兩端的電壓通過R2泄放掉，以便下次再進(jìn)行充電。
[0027]上臂功率管導(dǎo)通時(shí)，下臂功率管截止。此時(shí)電路中的電流路徑為:電池組8正極—開關(guān)—工頻變壓器I繞組—Q2A、Q2B—保險(xiǎn)管—電池組8負(fù)極。在工頻變壓器I初級(jí)繞組中產(chǎn)生自下向上的電流，同時(shí)在工頻變壓器I次級(jí)繞組中產(chǎn)生自下至上的感生電壓(次級(jí)繞組中產(chǎn)生的感生電壓的方向視Tl初次級(jí)繞組的繞制方向而定，此處假設(shè)繞制方向相同)。
[0028]當(dāng)上臂功率管截止，下臂功率管導(dǎo)通時(shí)，電路中的電流路徑為:電池組9正極—開關(guān)—工頻變壓器I繞組—Q1A、Q1B—保險(xiǎn)管—電池組9負(fù)極。在工頻變壓器I次級(jí)繞組中產(chǎn)生自上向下的電流，同時(shí)在工頻變壓器I次級(jí)繞組中產(chǎn)生自上至下的感生電壓。于是，當(dāng)上下臂功率管反復(fù)導(dǎo)通和截止時(shí)，工頻變壓器I初級(jí)繞組中就產(chǎn)生了方向不斷變換的交流電流，同時(shí)在工頻變壓器I次級(jí)繞組中產(chǎn)生方向不斷變換的交流電壓。由于驅(qū)動(dòng)信號(hào)是方波脈沖，所以次級(jí)繞組中產(chǎn)生的也是方波電壓。
[0029]逆變輸出電壓應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定，但是隨著電池組9電壓的下降，以及負(fù)載的變化，都會(huì)使逆變輸出電壓下降或者發(fā)生波動(dòng)。為了穩(wěn)定逆變輸出電壓，設(shè)置了逆變穩(wěn)壓電路5，調(diào)節(jié)電壓輸出幅度。逆變狀態(tài)時(shí)，工頻變壓器I充電繞組中的電壓幅度反應(yīng)了逆變輸出電壓的幅度，經(jīng)D40、D41整流，R17與VR2、R98分壓，C9濾波后，再經(jīng)D39隔離后形成逆變輸出電壓的直流檢測(cè)電壓，加至U8(SG3524)的I腳。圖3中R26為直流檢測(cè)電壓的負(fù)載電阻，使檢測(cè)電壓更加穩(wěn)定。當(dāng)逆變電壓升高時(shí)，U8得I腳電壓也升高，U8(SG3524)的11、14腳輸出的P麗脈沖信號(hào)的寬度變窄，結(jié)果逆變電壓將降低。反之，當(dāng)逆變電壓降低時(shí)，U8(SG3524)的I腳電壓也降低，U8 (SG3524)的11、14腳輸出的PWM脈沖信號(hào)的寬度變寬，結(jié)果逆變電壓將升高。調(diào)節(jié)VR2的數(shù)值，可調(diào)節(jié)加至U8(SG3524)的I腳的檢測(cè)電壓的幅值，也就調(diào)節(jié)了逆變輸出電壓的幅值。
[0030]工頻變壓器I設(shè)有三組調(diào)壓繞組，每組調(diào)壓繞組40V電壓，與調(diào)壓繼電器LZl、RLY1、RLY2組成調(diào)壓電路。當(dāng)市電正常時(shí)，三個(gè)繼電器LZ1、RLY1、RLY2線圈均處于失電狀態(tài)，它們的觸頭均被釋放，市電得以進(jìn)入，交流調(diào)壓電路并加至O?220V繞組，而輸出則也由O?220V繞組引出，相當(dāng)于市電直接輸出。當(dāng)市電偏高時(shí)，繼電器LZl、RLY1線圈均處于失電狀態(tài)，它們的觸頭均處于釋放狀態(tài)。而繼電器RLY2的線圈則處于得電狀態(tài)，其觸頭被吸合。此時(shí)市電進(jìn)入交流調(diào)壓電路，加至O?2 20V繞組，而輸出則接至O?180V繞組，較輸入電壓減少了 40 V，輸出電壓低于輸入電壓，使負(fù)載得到的電壓保持在220V左右。市電電壓偏低時(shí)，繼電器RLY2線圈失電，其觸頭處于釋放狀態(tài)。繼電器LZl線圈得電，其觸頭處于吸合狀態(tài)，市電進(jìn)入的通路被切斷，此時(shí)由電池提供能量，向負(fù)載供電。市電異常時(shí)，繼電器RLYl、RLY2的觸頭均處于釋放狀態(tài)。市電恢復(fù)正常，RLYl、RLY2的觸頭無須轉(zhuǎn)換，即可輸出220V市電，減少了繼電器電路不必要的動(dòng)作，提高了電路的可靠性。
[0031]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種由工頻變壓器實(shí)現(xiàn)的防雷式不間斷電源，包括電源電路、工頻變壓器、充電電路、電池組、逆變電路、交流調(diào)壓電路、保護(hù)電路，其特征在于，所述電源電路連接工頻變壓器用于市電輸入，所述工頻變壓器設(shè)有三組調(diào)壓繞組，市電狀態(tài)時(shí)工頻變壓器作為交流調(diào)壓變壓器連接充電電路為電池組充電，逆變狀態(tài)時(shí)，所述工頻變壓器連接逆變電路作為逆變輸出變壓器，所述逆變電路包括逆變控制電路、逆變驅(qū)動(dòng)電路、逆變功放電路，所述逆變驅(qū)動(dòng)電路連接逆變控制電路與逆變功放電路，所述逆變控制電路通過傳輸電平信號(hào)控制逆變驅(qū)動(dòng)電路的工作模式，所述逆變控制電路同時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)使逆變功放電路反復(fù)導(dǎo)通或截止，所述逆變功放電路連接工頻變壓器，所述交流調(diào)壓電路包括調(diào)壓繼電器LZl、RLY1、RLY2，所述調(diào)壓繼電器LZl、RLY1、RLY2與所述工頻變壓器的三個(gè)調(diào)壓繞組分別構(gòu)成調(diào)壓電路，根據(jù)市電的電壓波動(dòng)幅度控制上述調(diào)壓繼電器的觸頭進(jìn)行調(diào)壓電路的轉(zhuǎn)換，使輸出電壓保持在220V，所述保護(hù)電路連接逆變電路與電池組，當(dāng)電池組電壓值下降至保護(hù)值以下，所述保護(hù)電路關(guān)閉逆變電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由工頻變壓器實(shí)現(xiàn)的防雷式不間斷電源，其特征在于，所述逆變電路還包括逆變穩(wěn)壓電路，所述逆變穩(wěn)壓電路連接工頻變壓器與逆變驅(qū)動(dòng)電路，逆變狀態(tài)時(shí)，所述工頻變壓器中充電繞組的電壓形成逆變輸出電壓的直流檢測(cè)電壓，所述逆變穩(wěn)壓電路調(diào)節(jié)逆變驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)的寬度，由驅(qū)動(dòng)信號(hào)的寬度調(diào)節(jié)電壓輸出幅值。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種由工頻變壓器實(shí)現(xiàn)的防雷式不間斷電源，其特征在于，所述不間斷電源還包括報(bào)警電路，報(bào)警電路連接逆變電路，當(dāng)電池電壓下降至保護(hù)值以下，逆變電路關(guān)閉觸發(fā)報(bào)警電路。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種由工頻變壓器實(shí)現(xiàn)的防雷式不間斷電源，其特征在于，所述逆變控制電路采用PWM控制芯片U8 (SG3524)作為逆變PffM脈沖控制電路。
【文檔編號(hào)】H02J9/06GK205725142SQ201620598784
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】彭宏偉, 于瑞紅, 李立新, 郭純生, 陳遜
【申請(qǐng)人】防災(zāi)科技學(xué)院