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CN105871221A - 一种低空载损耗的变压器系统 - Google Patents

一种低空载损耗的变压器系统 Download PDF

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CN105871221A
CN105871221A CN201610176924.6A CN201610176924A CN105871221A CN 105871221 A CN105871221 A CN 105871221A CN 201610176924 A CN201610176924 A CN 201610176924A CN 105871221 A CN105871221 A CN 105871221A
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高波
蒙有为
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Gardenia Ind Ltd
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Gardenia Ind Ltd
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Abstract

本发明公开了一种低空载损耗变压器系统，包括主变压器、低空载损耗的辅助电源、单片机、电子开关与负载检测单元、空载时断开主变压器而仅使用低功耗的辅助电源，利用单片机在主变压器T1空载时输出脉冲扫描信号以控制电子开关瞬时导通，负载检测单元实时检测负载回路是否导通，一旦负载开关闭合检测到主变压器T1带载时即可控制电子开关常闭，主变压器正常使用符合满载高效率，从而实现在空载时使损耗大大降低以满足美国能效DOE标准指标。

Description

一种低空载损耗的变压器系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术，尤其是一种低空载损耗的变压器系统。
背景技术
传统变压器设计方案在追求大功率的时候，不可避免的造成了较大的空载损耗，比如一种功率300W为主流变压器的空载损耗常常高达9.5W，在发展中国家能够适用，一旦出口到发达国家，比如美国，其DOE能效指标要求变压器的空载功耗小于0.2W~0.3W。因此，生产厂家都在为降低变压器的空载损耗而努力。
由于变压器的空载损耗主要是因为变压器铁芯消耗的无功功率，如果要降低空载损耗，就需要降低无功功率，因此，现有厂家提出的改进方案是使用性能更加优异的铁芯，以及增加线圈匝数，这样一来，就直接造成成本上升，并且变压器体积庞大。
发明内容
针对上述传统变压器自身的局限性，本设计为达到最新的能效标准，采用一种在低成本条件满足DOE能效指标的低空载损耗变压器系统。
本发明采用的技术方案是：
一种低空载损耗的变压器系统，包括主变压器T1、辅助电源、单片机、电子开关、以及负载检测单元，所述主变压器T1与辅助电源的输入端同时用于接入交流市电供电侧，主变压器T1的次级绕组用于串联负载开关S及负载以构成负载回路，负载检测单元用于检测负载回路是否导通并与单片机连接以反馈主变压器T1带载信号，所述辅助电源的输出端与单片机的输入端连接，电子开关串接在主变压器T1输入端与交流市电供电侧之间且控制端与单片机连接；单片机用于在主变压器T1空载时输出脉冲扫描信号以控制电子开关瞬时导通，并在主变压器T1带载时控制电子开关常闭。
优选的，所述电子开关由继电器K1和三极管Q1组成，继电器K1的常开触点串接在所述主变压器T1输入端与交流市电供电侧之间，继电器K1的线圈两端分别与辅助电源输出端、三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极接地且基极与单片机的脉冲扫描信号输出端连接。
其中，所述负载检测单元为电压互感器、电流互感器、光电传感器、与负载开关S闭合时联动的检测开关中的一种或多种。
优选之一，所述辅助电源包括低空载损耗的辅助变压器T2以及与辅助变压器T2次级绕组依次连接的整流电路、滤波电路，该滤波电路输出端与所述单片机连接。
优选之二，所述辅助电源为低空载损耗的开关电源。
进一步，所述辅助电源与单片机之间设置有串联分压电路，该串联分压电路用于检测辅助电源的输入电压是否存在电压过低或过高以反馈给单片机。
本发明的有益效果：
本发明变压器系统采用主变压器与低空载损耗的辅助电源组合使用，结合单片机、电子开关与负载检测单元等控制部件，空载时断开主变压器而仅使用低功耗的辅助电源，利用单片机在主变压器T1空载时输出脉冲扫描信号以控制电子开关瞬时导通，负载检测单元实时检测负载回路是否导通，一旦负载开关闭合检测到主变压器T1带载时即可控制电子开关常闭，主变压器正常使用符合满载高效率，从而实现在空载时使损耗大大降低以满足美国能效DOE标准指标。此外，串联分压电路还很方便实现欠压/过压/过载/短路等保护。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
图1是本发明变压器系统的原理框图；
图2是本发明变压器系统的具体实施例电路图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明的一种低空载损耗的变压器系统，包括主变压器T1、辅助电源、单片机、电子开关、以及负载检测单元。
上述核心部件的具体连接关系为：主变压器T1与辅助电源的输入端同时用于接入交流市电供电侧，主变压器T1的次级绕组用于串联负载开关S及负载以构成负载回路，负载检测单元用于检测负载回路是否导通并与单片机连接以反馈主变压器T1带载信号，所述辅助电源的输出端与单片机的输入端连接，电子开关串接在主变压器T1输入端与交流市电供电侧之间且控制端与单片机连接。
其工作原理为：空载时，电子开关断开，主变压器的原边绕组没有电力输入而仅使用低功耗的辅助电源，利用单片机在主变压器T1空载时输出脉冲扫描信号以控制电子开关瞬时导通，负载检测单元实时检测负载回路是否导通，一旦负载开关闭合检测到主变压器T1带载时即可控制电子开关常闭，主变压器正常使用符合满载高效率，从而实现在空载时使损耗低于0.2W以满足美国能效DOE标准指标。
如图2所示，为本发明的具体实施例，电子开关由继电器K1和三极管Q1组成，继电器K1的常开触点串接在所述主变压器T1输入端与交流市电供电侧之间，继电器K1的线圈两端分别与辅助电源输出端、三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极接地且基极与单片机的脉冲扫描信号输出端连接。需要指出的是，电子开关还可以具有其他实例，比如可控硅和其他开关器件，三极管Q1也可由场效应管、IGBT等已知的功率开关器件替代。
而负载检测单元采用电压互感器B，当然电压互感器并非负载检测单元的唯一实施例，也可以采用电流互感器、光电传感器、与负载开关S闭合时联动的检测开关等已知的负载检测单元，根据负载的不同可以采用不同的检测单元，比如负载为灯具就可以采用光电传感器，负载为其他电器比如扬声器时就可以采用声音传感器，也就是说负载检测单元包括但不限于上述实例。
本实施例中辅助电源包括低空载损耗的辅助变压器T2以及与辅助变压器T2次级绕组依次连接的整流电路、滤波电路，该滤波电路输出端与所述单片机连接，其中，整流电路为二极管D1和D2组成的半桥整流器，滤波电路为电容C1、C2以及三端稳压器U。此外，辅助电源还可以为低空载损耗的开关电源，或者其他已知的低空载损耗电源。
本实施例的工作过程具体如下：
1）当接通输入电压时，主变压器T1不工作，辅助变压器T2工作，此时系统空载损耗等于辅助变压器T2的空载损耗，即P0=P02。由于T2的空载损耗比较小，所以很容易做到P02小于0.2W。
2）当T2工作时，我们设定单片机的RLY引脚输出一个脉冲扫描信号，直接经三极管Q1控制继电器K1，当脉冲信号处于t1时，主变压器T1导通，此时空载损耗P0=P01+P02；当扫描信号处于t2时，空载损耗P0=P02；因为t2远远大t1,所以可以认为在整个周期T(T=t1+t2)内输入空载损耗P≈P02。
3）当负载开关S断开，我们就是不断扫描的方式实现了低空载损耗的要求。
4）若负载开关S接通，当扫描波形处于t1时，主变压器T1次级绕组有电流I通过，通过电压互感器B给单片机信号，单片机发出指令让继电器K1接通，从而使主变压器T1处于工作状态，实现由主变压器T1进入到正常工作状态。由于主变压器T1不需要兼顾到空载损耗，所以可以设计主变压器T1效率达到指定要求。5）当负载开关S断开时，主变压器T1的次级电流I=0，电压互感器B信号为零，单片机发出关闭继电器指令，整个线路恢复到扫描方式，实现空载低损耗。
此外，作为本技术方案的进一步扩展，所述辅助电源与单片机之间设置有串联分压电路，该串联分压电路用于检测辅助电源的输入电压是否存在电压过低或过高以反馈给单片机，R1和R21组成的串联分压电路还很方便实现欠压/过压/过载/短路等保护。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低空载损耗的变压器系统，其特征在于：包括主变压器T1、辅助电源、单片机、电子开关、以及负载检测单元，所述主变压器T1与辅助电源的输入端同时用于接入交流市电供电侧，主变压器T1的次级绕组用于串联负载开关S及负载以构成负载回路，负载检测单元用于检测负载回路是否导通并与单片机连接以反馈主变压器T1带载信号，所述辅助电源的输出端与单片机的输入端连接，电子开关串接在主变压器T1输入端与交流市电供电侧之间且控制端与单片机连接；单片机用于在主变压器T1空载时输出脉冲扫描信号以控制电子开关瞬时导通，并在主变压器T1带载时控制电子开关常闭。
2.根据权利要求1所述的一种低空载损耗的变压器系统，其特征在于:所述电子开关由继电器K1和三极管Q1组成，继电器K1的常开触点串接在所述主变压器T1输入端与交流市电供电侧之间，继电器K1的线圈两端分别与辅助电源输出端、三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极接地且基极与单片机的脉冲扫描信号输出端连接。
3.根据权利要求1所述的一种低空载损耗的变压器系统，其特征在于:所述负载检测单元为电压互感器、电流互感器、光电传感器、与负载开关S闭合时联动的检测开关中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种低空载损耗的变压器系统，其特征在于:所述辅助电源包括低空载损耗的辅助变压器T2以及与辅助变压器T2次级绕组依次连接的整流电路、滤波电路，该滤波电路输出端与所述单片机连接。
5.根据权利要求1所述的一种低空载损耗的变压器系统，其特征在于: 所述辅助电源为低空载损耗的开关电源。
6.根据权利要求4或5所述的一种低空载损耗的变压器系统，其特征在于:所述辅助电源与单片机之间设置有串联分压电路，该串联分压电路用于检测辅助电源的输入电压是否存在电压过低或过高以反馈给单片机。
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