微机控制的大功率交流稳流源制造技术

属于一种微机控制的大功率交流稳流装置。主变压器负载上输出的电流经复合采样环节与光电耦合采样器，变为直流脉动电流，再由Ａ／Ｄ转换器转换后，输入微机进行处理，并由并行输出口输出一个“控制字”，去触发电压分节网络中的双向可控硅，并使其输出一个相应电压。当输出电流大于或小于设定值时，输出的电压就要减少或增加，从而达到稳流作用。本发明专利技术失真度小，系统效率高达８０％～９０％，无机械惯性，响应时间快，操作方便。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

High power AC stabilized current source controlled by Microcomputer

The utility model relates to a large power AC current stabilizing device which is controlled by a microcomputer. The main transformer load on the output current by the composite sampling element and a photoelectric coupling sampler into DC ripple current, then the A / D converter, input computer processing, and by parallel outputs a control word, to trigger the bidirectional thyristor voltage segment network, and its output a corresponding voltage. When the output current is greater than or less than the set value, the output voltage will be reduced or increased, so as to achieve the role of steady flow. The invention has the advantages of small distortion, system efficiency as high as 80% to 90%, no mechanical inertia, fast response time and convenient operation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于用微机系统控制的大功率交流稳流装置。工矿企业、电力部门的继电部门、电加热热处理等部门中的供电系统均需要配有稳流装置。而目前，直流小功率的稳流装置较为普遍，但大功率交流稳流装置不多。现行的大功率交流稳流源大致有以下三种类型第一种是由伺服电机带动自耦调压器实现稳流的装置。西德B、B、C公司生产的交流稳流装置就是这种类型的典型代表。它由调压器、伺服电机的机械传动系统、采样单元、基准电压发生器，比较器组成。采样值与基准值通过比较器后，产生一个误差信号，用于控制伺服电机机械系统来调节调压器的输出电压，从而达到稳流的目的。其缺点是调整元件为伺服电机，所以调整速度与响应速度慢，又因为机械惯性大，极易产生振荡，故可靠性差。此外，调压器有触点，会产生火花，容易磨损。第二种是执行元件为磁放大器的交流稳流装置。日本寺崎公司生产的就是这种交流稳流源，它由调压器、磁放大器、采样单元、基准电压发生器、比较器与电子跟随器组成。接通电源后，调压器上的输出线圈输出的电压由磁放大器调整后，加到主变压器的负载上，经采样单元输出一个信号，比较器将此信号与基准信号比较后输出一个误差信号，此误差信号输入到电子跟随器，电子跟随器再将信号送到磁放大器进行调节。由于磁放大器须工作在接近饱和区的很小一段范围内，这样，第一，会引起高次谐波，使正弦波失真。第二，因为磁放大器工作区域小，系统须包括有调压器，而调压器的输出电压、磁放大器的线圈匝数等多个调整量，均须调到最佳工作点，故其调试困难，使用不方便。第三，磁系统响应时间慢，为0.3秒左右。第三种，是目前国内流行的一种，即用可控硅调相来实现稳流的交流稳流源。它由主变压器、采样单元、基准电压发生器、比较器、脉冲源、具有调整功能的可控硅组成。采样的数值与基准电压通过比较器后，产生一个误差信号，用于调整脉冲源的振荡频率，从而控制可控硅的导通角，以便调节主变压器的一次线圈与二次线圈上的电压，最后达到稳流目的。这种类型的交流稳流源由于正弦波被切去一个角，因而引起正弦波严重失真，产生高次谐波，干扰电网。综上所述，现行的这三种类型的交流稳流源，不是系统响应时间慢，调试困难，就是正弦波严重失真，或者是存在机械惯性大，极易产生振荡。本专利技术的目的，是设计一种失真度小，响应时间快，调试与操作均很方便的由微机控制的大功率交流稳流源，以满足供电网络的需要。本专利技术是一种装有微机系统的大功率交流稳流源。除主变压器外，它包括调整变压器、电压分节网络、复合采样环节、光电耦合采样器、过零检测及触发电路、可控硅触发电路、A/D转换器即模拟/数字转换器，与微机反馈控制系统。其连接方式是电压分节网络输出端与主变压器一次线圈的输入端连接，复合采样环节的输入端与输出端分别与主变压器上的负载输出端和光电耦合采样器输入端连接，光电耦合采样器的输出端，通过A/D转换器和微机反馈控制系统相连，而过零检测及触发电路接在主变压器的输入端和电压分节网络之间。电压分节网络的结构是这样的把调整变压器的二次线圈分为5组相同的线圈，每组线圈设有3个抽头，5组线圈共有15个抽头，每个抽头均串接一个双向可控硅触发电路，共串接15个。上述的复合采样环节由电路互感器与采样电阻器组成，此电路互感器包括两个互感器CT1、CT2和一匝或多匝线圈，此一匝或多匝线圈同时穿过上述两个互感器CT1、CT2。此外，CT1、CT2的二次线圈各自并联两个串接的采样电阻R1、R2和R3、R4。上述的光电耦合采样器由桥式整流器D、光电耦合管BG7、微调电位器W、限流电阻R与二极管D1组成，它们是这样连接的桥式整流器D的两个输入端与复合采样器的两个输出端相连，而其另外两个输出端的一端通过串接的微调电位器W与限流电阻R，与光电耦合管BG7的二极管一端连接，D的另一端出端与BG7的二极管另一端相连，BG7内的二极管还反向并联一个二极管D1，BG7中三极管的发射极与A/D转换器相连。上述的过零检测及触发电路的结构是两个反向并联的二极管D2、D3两端，分别与电压比较器A0的同向端(+)和反向端(-)连接，而A0的输出端一方面接C1与R5组成的微分电路输入端，另一方面和反向器A1的输入端相连，A1的输出端又与由C2和R6组成的另一个微分电路输入端连接，上述两个微分电路输出端又分别与整形器A2和A3相连，而A2与A3均和与非门A4的输入端连接。A4的输出端又和反向器A5输入端相连，A5的输出端与光电耦合管BG8的二极管一端连接，BG8的三极管集电极与微机反馈控制系统的中断信号输入端相连。上述的电压分节网络中的15个双向可控硅触发电路单元分别串接在调压器二次线圈上5组相同线圈的15个抽头中，即每一组线圈包括3个单元，这15个单元的电路结构完全相同，具体地说，每一单元均包括一个光电耦合管，一个触发三极管、一个双向可控硅;光电耦合管中的三极管的发射极与单元电路中的触发三极管的基极连接，而触发三极管的集电极又与双向可控硅的输入端相连，各个单元中的触发三极管的集电极均与正10V电源连接，整个电路的每一单元均触发一个双向可控硅。此外，每组线圈的3个单元各自的光电耦合管的二极管的一端，分别与微机反馈控制系统中的并行输出口PIO的相应的反向器的输出端相连。上述的微机反馈控制系统由中央处理机CPU、只读存储器EPROM、随机存取存储器RAM、并行输出口PIO组成，而此中央处理机CPU分别和上述的EPROM、RAM、以及PIO连接。本专利技术的原理结合附图说明图1加以说明。通过负载输出的电流，经复合采样环节与光电耦合采样器后变为直流脉动电流，再由A/D转换器转换为数字量，由微机读出，此微机再与设定数字量比较，其误差经过数据处理后，产生一个合适的输出电压值，再由微机并行输出口PIO输出一个“控制字”，这样，电压分节网络中相应的双向可控硅被触发，使电压分节网络输出一个相应电压。过零检测及触发电路位于主变压器输入端与电压分节网络输出端之间，是为了输出过零信号。当负载输出电流大于设定值时，输出电压要减少;反之输出电压就要增加，从而起到稳流作用。显然这是一个由微机控制的负反馈控制系统。本专利技术的优点如下1、正弦波失真度小。正弦波失真度的大小，主要取决于双向可控硅死区电压的大小，本专利技术的双向可控硅死区电压仅为0.7V左右，此电压占输出电压的比例是很小的，故正弦波失真度在0.8%以下。2、响应时间快。由于采用微机控制，而其电子开关速度快，所以整个系统的响应时间小于40ms，在预置情况下，小于10ms，如果安装可关断双向可控硅，响应时间可小于10ms。3、功率因数接近1。本专利技术的调整与输出部分是纯变压器，功率因数接近1。可带阻性、热性、容性负载。设备效率高，可达80%～90%。4、不存在机械惯性。只要数据处理合适，不会产生自激。5、由于装有微机，使系统智能化。图1为本专利技术的方框结构图。图2为电压分节网络的电路图。由此图看出调整变压器的一次线圈接220V交流电源，其二次线圈，即电压分节网络，分为5组相同的线圈，每组线圈有3个抽头，每个抽头均串接一个双向可控硅触发电路。五组线圈的3个抽头之间的电位差相应为1V+1V、3V+3V、9V+9V、27V+27V、81V+81V，其相应的接点分别为a1、b1、c1、a3、b3、c3、a9、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机控制的大功率交流稳流源，其特征在于，它由调整变压器、电压分节网络、复合采样环节、光电耦合采样器、过零检测及触发电路、可控硅触发电路、主变压器、Ａ／Ｄ转换器与微机反馈控制系统组成，上述各部件连接情况是：电压分节网络的输出端与主变压器一次线圈的输入端连接，而主变压器的负载输出端则与复合采样环节输入端相连。复合采样环节的输出端又与光电耦合采样器输入端相连，光电耦合采样器的输出端通过Ａ／Ｄ转换器与微机反馈控制系统连接，而过零检测及触发电路则接在主变压器的输入端与电压分节网络输出端之间，所述的电压分节网络是把调整变压器的二次线圈分为５组线圈，每组线圈有３个抽头，共１５个抽头，每个抽头均串接一个双向可控硅触发电路，所述的复合采样环节包括电路互感器与采样电阻器，所述的电路互器是一匝或多匝线圈同时穿过两个互感器ＣＴ↓［１］、ＣＴ↓［２］，ＣＴ↓［１］、ＣＴ↓［２］的二次线圈分别并联两个串接电阻Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］与Ｒ↓［３］、Ｒ↓［４］所述的光电耦合采样器包括桥式整流器Ｄ、光电耦合管ＢＧ↓［７］、微调电位器Ｗ、限流电阻Ｒ与二极管Ｄ，桥式整流器Ｄ的两个输入端与２２０Ｖ交流电源相连，其两个输出端的一端通过串接的微调电位器Ｗ与电阻Ｒ，和光电耦合管ＢＧ↓［７］中二极管一端连接，另一端与ＢＧ↓［７］中二极管另一端相连，此二极管还反向并联一个二极管Ｄ↓［１］，光电耦合管中三极管的发射极与Ａ／Ｄ转换器相连，所述的过零检测及触发电路的两个反向并联的二极管Ｄ↓［２］、Ｄ↓［３］两端，分别与电压比较器Ａｏ的同向端（＋）和反向端（－）连接，而Ａｏ的输出端一方面接Ｃ↓［１］与Ｒ↓［５］组成的微分电路输入端，另一方面与反向器Ａ↓［６］的输入端相连，而Ａ↓［６］的输出端再与Ｃ↓［２］和Ｒ↓［６］组成的另一个微分电路输入端连接，上述两个微分电路各接一个整形器Ａ↓［２］、Ａ↓［３］，而Ａ↓［２］、Ａ↓［３］均和与非门Ａ↓［４］的输入端相连，Ａ↓［４］的输出端又与反向器Ａ↓［５］输入端连接，而Ａ↓［５］的输出端与光电耦合管ＢＧ↓［８］中二极管一端相连，ＢＧ↓［８］中的三极管集电极与微机反馈控制系统的中断信号输入端连接，所述的可控硅触发电路共５组１５个单元，每一组有３个单元，１５个单元电路结构完全相同，每一单元均包括一个光电耦合管、一个触发三极管、一个双向可控硅，每组３个单元各自的光电耦合管的二极管的一端，分别与微机反馈控制系统并行输出器ＰＩＯ相应的反...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈祖冀，
申请(专利权)人：天津师范专科学校，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]