[发明专利]正弦交流电串附加电势调压法

说明书

一、技术领域

电工技术

二、背景技术

目前国内广泛用于生产和试验的正弦交流电的调压法有三种：

1、采用感应式调压器调压

感应式调压器具有和绕线式异步电动机相似的结构。改变转子和定子在空间的相对位置，转子和定子电势之间将发生相移，其合成电势则因此而改变。

由于转子和定子之间存在气隙，使磁阻大幅增加，要获得一定磁通和无气隙的磁路相比，需要增加较多的激磁安匝和采用较大体积的铁芯，因此制造时耗材多，运行时空载电流大，效率低。

感应式调压器的转子具有较大的转动惯量，为能比较准确地到达电压调节的目标位置，必须采用低转速；又由于调节时只能从始点逐步地移动到终点，不能跨越，所以对电压的变化无法作出快速反应。

但因其输出波形畸变小，可以带载调压，过载能力较强，性能稳定可靠，仍然获得广泛应用。

2、采用自耦式调压器调压

自耦式调压器分成环式和柱式两种，都是通过改变碳刷在线圈上的位置来改变输入和输出线圈的匝数比，从而使输出电压发生变化。

自耦式调压器的缺点部分源自使用碳刷，碳刷的存在使可靠性降低，反应速度减慢，维护工作量加大。

自耦式调压器无法得到较高的调压精度。这是因为碳刷是沿线圈的轴线方向移动而不是沿线圈的周边移动，所以调压精度就等于一匝线圈所对应的电压除以额定电压的百分比。为获得较高的技术经济指标每匝伏数不容作较大改变，致使调压精度受到限制，且调压器容量越大精度越低。

在运行中自耦式调压器各段电流的大小是不相同的，因此线圈的截面积也应有所不同。但由于采用变截面导线或用不同规格的导线分段绕制线圈在工艺上行不通，另外碳刷的厚度也无法随导线的宽度(直径)不同而改变，因此只得按额定电流选择同一截面的导线绕制，使省材幅度下降。

尽管如此，由于自耦式调压器比较省材，运行效率高，也获得了广泛使用。

3、采用可控硅交流调压器调压

这种调压器是通过控制交流电在半周期内的通导时间来改变半周期内的电压平均值实现对输出电压的控制。

由于输出波形是不完整的正弦波，所以会产生高次谐波污染电网和干扰通讯并造成附加损耗。在单相或三相四线制电路中当可控硅正、负半周的通导角不相等时会产生直流分量，导致单相电机或变压器负载的激磁电流增加，严重时影响正常运行甚至损坏元件。这种调压方法只能把输入电压降低输出，而不能把输入电压升高输出，否则必须加升压变压器。此外，当控制角小于或等于负载的功率因数角时将失去调压作用；而当控制角较大时，可控硅元件所允许通过的平均电流显著减小，致使小导通时的负载能力大大下降。而异步电动机当负载转矩不变时电压下降将造成电流的迅速上升，由此形成的电流反差将使低端的调速性能变坏，调速范围降低。

在对可控硅进行数字控制时常把电压的过0点作为时间基点。因为运算放大器的灵敏度不同，由0电平检测器输出的脉冲信号宽度常有差异，同时该脉冲宽度也不一定以理论过0点为对称，致使无法确定计时基点的准确位置，影响电压调节的准确度。而当使用模拟电路控制时，温度、湿度、污垢程度等外部条件对控制角会产生一定的影响。

可控硅交流调压器的优点是反应速度快(因而可以组成闭环系统)，控制功率小，重量轻，投资小，多用于中、小电机的调压调速，电炉的温度控制，灯光调节等。

由上面的说明可知，这三种电压调节方法有一个共同点，就是综合性能低，这在很大程度上限制了它们的使用范围，造成设备的浪费。

三、发明内容

本发明为正弦交流电压的调整方法提供了一个全新的技术方案，即通过在负载回路中加串和主电源同频率的附加电势实现对负载端电压的调节。这种方案具有输出波形畸变小、省材、高效、反应速度快，可以获得很高的调压精度，并可以带载调压、性能稳定可靠等特点。

本发明的主要内容除调压方法外即是附加电势源的结构、组合方法和控制方法，现就上述内容分别说明如下。

1、串附加电势调压原理

设线性电路处在单一频率的正弦激励之下。在正弦稳态时，沿任一闭合路，基尔霍夫的电压定律可以表示为：