CN1055562C - 电气调节器 - Google Patents

Abstract

一种电气调节器，能任意地或连续地调节一变压器的匝数比以便任意地并有效地调节或转换输入交流电源或交流信号并输出经调节的或经转换的交流电源或交流信号。这种调节器的一个例子由一个具有6个初级线圈(31至36)和1个次级线圈(37)的变压器(3)和一个线圈转换部分(2)构成，该初级线圈(31至36)对该次级线圈(37)的匝数比分别为(1，2，4，8，16和32)，该线圈转换部分(2)通过由开关改变初级线圈的组合并改变初级侧的匝数来数字地、连续地调节初级线圈对次级线圈的匝数比。

Description

电气调节器

本发明涉及对诸如稳定电源设备、电动机控制设备、功率控制设备或各种电源设备的电气控制设备不可缺少的电压或电流调节装置，本发明也涉及一种新型系统的静止型电压或电流调节器(下文称之为“电气调节器”)，该新型系统具有高效率、高响应速度，尺寸小、重量轻，对负载功率因数没有限制，并可相对简单地获得高精确度而不产生电源谐波电流。

目前，由于电子元件的微型化和高度集成化，电子设备已实现尺寸小、重量轻、成本低且效率高而其功能和精确度日益提高。在上述电气控制设备或类似设备的情况中，由于电力变换器的固有特性，要实现与其它电子设备类似的改进，比较困难。最根本地，由于电气控制设备取代旧有控制设备的技术和由于在一晶闸管相控系统或一开关系统中，因而在开关操作期间引起的其它电子设备中的电磁干扰或在开关操作期间产生的谐波电流对电力公司的电力系统产生不利影响。由于上述及其它原因，无法期望传统技术的较大改进。

作为传统电气调节器的控制系统，主要采用CVT系统、滑动系统、磁放大器系统、分线开关系统、晶闸管相控系统和开关系统。电气控制设备的电气调节器所需的主要性能包括高效率、高响应速度、较小的尺寸及较轻的重量，无电源高次谐波，对负载功率因数没有限制，容易获得高精确度、高可靠性，低成本，静止型，等等。

在滑动系统的情况中，由于其不属于静止型而是具有—滑动端，经常需要修理，而且可靠性低。另外，在获得高效率、高响应速度、较小尺寸、较轻重量和高精确度方面具有局限性。在CVT系统和磁放大器系统的情况中，由于其属于静止型，虽然可靠性高，但其重量大，且因此在获得高效率、高响应速度、较小尺寸、较轻重量和高精度方面具有局限性。在分线开关系统的情况中，开关周期长，且控制分辨率低。而且，在实现高效率、较小尺寸和较轻重量方面具有局限性。在晶闸管相控系统和开关系统的情况中，出现诸如由输出电压波形的畸变或开关噪声的产生引起的电磁干扰和谐波电流的问题，以及例如不能用于低功率因数负载的问题。而且，在实现高效率、高响应速度、较小尺寸、较轻重量和高精确度方面存在局限性。

本发明用来消除传统的电气调节器的问题，因此本发明的一个目的是提供一种取代诸如应用于传统电气调节器中的CVT系统、滑动系统、磁放大系统、分线开关系统、晶闸管相控系统和开关系统的控制系统的新型电气调节器。

本发明的另一个目的是提供一种改进的静止型电气调节器，其具有电气控制设备的电气调节器所需的性能，诸如高效率、高响应速度、较小尺寸、较轻重量、无电源高次谐波，对负载功率因数没有限制，容易获得高精确度，高可靠性及低成本。

在将交流电压从一特定值转换为另一值的情况中，众所周知最好使用一变压器。变比是根据变压器的匝数比确定的。根据本发明，为了使电压可以以高性能进行调节，在变压器的初级侧、次级侧或初、次级两侧设置多个线圈，并可以根据诸如串联或并联的连接的任意组合来改变线圈的连接，由此能够连续地改变原边和副边之间复合线圈的比例。

当通过数字领域中公知的二进制系统将多个线圈串联组合在一起时，组合数为2ⁿ(n为线圈数)，结果可以以较少数目的线圈在更宽的范围内调节匝数比。例如，4个线圈可实现16种组合，8个线圈可实现256种组合，而10个线圈可实现1024种组合。

当由数目可变的线圈如此组成的数字变压器被用作一串联变压器系统的电压调节器的串联变压器时，可提供一种具有更高性能的电压调节器，并可经微机通过控制线圈比来实现非常灵活的控制。

根据本发明的一方面，提供一种电气调节器，包括一变压器，其特征在于：

还包括用于改变各初级线圈的连接的组合以调节复合初级线圈数目的线圈转换操作装置；及

其中，该变压器具有一具有任意匝数的次级线圈和其匝数分别为最小匝数及最小匝数的2倍、4倍、8倍、……2^n-1倍的多个初级线圈，n为初级线圈数。

根据本发明的另一方面，提供一种电气调节器，包括一变压器，其特征在于：

还包括用于改变各次级线圈的连接的组合以调节复合次级线圈数目的线圈转换操作装置；

其中，该变压器具有一具有任意匝数的初级线圈和其匝数分别为最小匝数及最小匝数的2倍、4倍、8倍、……2^m-1倍的多个次级线圈，m为次级圈数。

根据本发明的再一方面，提供一种电气调节器，包括一变压器，其特征在于：

还包括用于改变各初级线圈以及各次级线圈的连接的组合以分别调节复合初级及次级线圈的数目的线圈转换操作装置；

其中，该变压器具有其匝数分别为最小匝数及最小匝数的2倍、4倍、8倍、……2^n-1倍的多个初级线圈，n为初级线圈数，和其匝数分别为最小匝数及最小匝数的2倍、4倍、8倍……2^m-1倍的多个次级线圈，m为次级线圈数。

根据下面结合附图的描述，本发明的上述及其它特点将更加明显。

图1为根据本发明一个实施例的一电气调节器的主电路方框图；

图2为根据本发明另一实施例的一电气调节器的主电路方框图；

图3为根据本发明又一实施例的一电气调节器的主电路方框图；

现在，将参考附图对本发明的优选实施例进行更详细的描述。

图1为根据本发明一实施例的一个具有6个初级线圈的电气调节器的主电路的方框图。如图1所示，该主电路包括提供初级侧输入电压的一交流电源1；具有一次级线圈37和对该次级线圈37的匝数比分别为1，2，4，8，16和32的多个初级线圈31，32，33，34，35和36的一变压器3；和一线圈转换操作部分2，它通过多个开关21，22，23，24，25，26，27，28，29，210，211和212来改变多个初级线圈31至36的组合，以使复合线圈的数目可调而结果是对次级线圈的匝数比可以数字的、连续地调节。

由于随着线圈转换操作部分2的操作可以使对次级线圈的匝数比(a1)从1至63数字地、连续地调节，输出电压E₂由E₁/a₁表示，其有E₁是一输入电压，于是能够调节一电压。即使初级线圈31至36与次级线圈37的匝数比并不是分别为1，2，4，8，16和32，可以根据目的来任意确定。同样，也可根据目的任意确定初级线圈的数目，如是两个或多个另外，可以在每个初线线圈或次级线圈上设置一抽头以便提供更复杂的调节功能。或者，可以提供多个独立的变压器来取代变压器3，以便按照与上述相同的方式进行连接以获得同样的功能。

图2是根据本发明一实施例的具有6个次级线圈的一电气调节器的主电路方框图。如图2所示，该主电路包括提供一初级侧输入电压的交流电源1；具有一初级线圈47和对该初级线圈47的匝数比分别为0.01、0.02、0.04、0.08、0.16和0.32的多个次级线圈41、42、43、44、45和46的变压器4；和一线圈转换操作部分5，它通过多个开关51，52，53，54，55，56，57，58，59，510，511和512来改变多个次级线圈41至46的组合，以使复合线圈的数目可调，而结果是对初级线圈的匝数比可以数字地、连续地调节。

由于随着线圈转换操作部5的操作可以使对初级线圈的匝数比(a2)从0.01至0.63数字地、连续地调节，输出电压E₂由E1×a2来表示，其中E1为一输入电压，于是能够以E1×0.01的分辨率来调节一电压。即使次级线圈41至46与初级线圈47之间的匝数比并不是分别为0.01、0.02、0.04、0.08、0.16和0.32，可以根据目的来任意确定。同样，可根据目的任意确定次级线圈的数目如是两个或多个。另外，可以在每个次级线圈或初级线圈上设置一抽头，以便提供更复杂的调节功能。或者，可以提供多个独立的变压取代变压器4，以便按照与上述相同的方式进行连接以获得同样的功能。

图3是根据本发明又一实施例的具有6个初级线圈和6个次级线圈的一电气调节器的主电路方框图。如图3所示，该主电路包括提供一初级侧输入电压的一交流电源1；具有对具有最小匝数的次级线圈67的匝数比分别为1，2，4，8，16和32的初级线圈61，62，63，64，65和66，和对具有最小匝数的初级线圈61的匝数比分别为0.01、0.02、0.04、0.08、0.16和0.32的次级线圈67，68，69，610，611，612的一变压器6；一线圈转换操作部分7，它通过多个开关71，72，73，74，75，76，77，78，79，710，711和712来改变多个初级线圈61至66的组合，以使复合线圈的数目可变，而结果是对次级线圈的匝数比可以数字地、连续地调节；和一线圈转换操作部分8，它通过多个开关81，82，83，84，85，86，87，88，89，810，811和812来改变多个次级线圈67至69、610、611和612的组合，以使复合线圈的数目可变，而结果是对初线线圈的匝数比可以数字地、连续地调节。

由于随着线圈转换操作部分7的操作可以使对次级线圈的匝数比(a1)从1至63数字地、连续地变化，并且随着线圈转换操作部分8的操作可以使对初级线圈的匝数比(a2)从0.01至0.63数字地、连续地变化，输出电压E2由E1×a2/a1来表示，其中E是输入电压于是能够在一比较宽的范围内或比较精确地调节一电压。初级线圈以及次级线圈的匝数比的组合可以根据目的任意确定。同样，可以根据目的分别确定初级和次级线圈的数目，如是两个或更多。另外，可以在每个初级和次级线圈上设置一抽头，以便提供更复杂的调节功能。或者，可以提供多个独立的变压器来代替变压器6，以便按照与上述相同的方式进行连接以获得同样的功能。

在任一实施例中，如果通过监视输出电压来自动操作线圈转换操作部分，可将该电气调节器制成一恒压调节器。同样，如果通过监视输出电流来自动操作线圈转换操作部分，可将该电气调节器制成一恒流调节器。

而且，初级侧输入电压E1可以是诸如传感信号、检测信号或控制信号的各种交流电压/电流信号而不是—交流电源，在这种情况下，它可作为—信号转换器。

如上所述，本发明的电气调节器适用于稳定电源设备、电动机控制设备、功率控制设备，和各种电源设备，等等，由此实现巨大的进步，诸如高效率、高响应速度、较小尺寸和较轻的重量，无电源高次谐波，对负载功率因数没有限制，以及高精确度、高可靠性及低成本，于是从工业领域的各种角度来看，提供了经济效果。

以上对本发明优选实施例的描述是为了说明和描述。并不打算穷举或把本发明限制在所公开的具体形式上，可根据上文讲授或在对本发明的实施中作出变动和修改。选择并描述该实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，以使本领域的技术人员能在各种具体场合应用本发明，并作出适合于预期的具体应用的各种修改。本发明的范围由所附权利要求及其等效权利要求来定义。

Claims (3)

1、一种电气调节器，包括一变压器，其特征在于：

还包括用于改变各初级线圈的连接的组合以调节复合初级线圈数目的线圈转换操作装置；及

其中，该变压器具有一具有任意匝数的次级线圈和其匝数分别为最小匝数及最小匝数的2倍、4倍、8倍、……2^n-1倍的多个初级线圈，n为初级线圈数。

2、一种电气调节器，包括一变压器，其特征在于：

还包括用于改变各次级线圈的连接的组合以调节复合次级线圈数目的线圈转换操作装置；

其中，该变压器具有一具有任意匝数的初级线圈和其匝数分别为最小匝数及最小匝数的2倍、4倍、8倍、……2^m-1倍的多个次级线圈，m为次级圈数。

3、一种电气调节器，包括一变压器，其特征在于：

还包括用于改变各初级线圈以及各次级线圈的连接的组合以分别调节复合初级及次级线圈的数目的线圈转换操作装置；

其中，该变压器具有其匝数分别为最小匝数及最小匝数的2倍、4倍、8倍、……2^n-1倍的多个初级线圈，n为初级线圈数，和其匝数分别为最小匝数及最小匝数的2倍、4倍、8倍……2^m-1倍的多个次级线圈，m为次级线圈数。

Images