[发明专利]理想的电压控制器

说明书

本发明一般地涉及控制负载的外加电压，特别适于用来保存工作中的电感性和电阻性负载中的能量。

节省能量已日益成为人们在设计电路和系统时所重视的问题。节约能量对于终端用户和整个社会都有好处。例如，若系统耗能减少，则工作费用也随之减少;另一方面，能量需求的降低，减少了对环境的有害影响（诸如污染、资源损耗等）。关于降低能耗的问题，可以交流电动机工作为例。这样的电动机的应用非常普遍，工厂、商业设施乃至居民住宅安装的大量电器和设备中，都使用了这样的电动机。这些电动机通常接到当地公用事业公司提供的输电线上，而这些公共事业公司的电压随时随地会有很大差别。电机一般以恒定的速度运转，该速度在一定工作电压范围内与加到电机上的交流电压无关。

在预先规定的时间内，电路中任何负载元件（例如电机）所消耗的电能是由施加于负载两端的瞬时交流电压与流过负载瞬时交流电流的乘积在这段时间内的积分来确定的。典型的交流电压是正弦波形，众所周知，给一个电感性负载提供一个正弦输入，将导致具有同样的正弦波形的交流电流和交流电压，只是二者在时间上产生偏移，这一偏移称为相位移或相位差，用角度来表示。对恒定电压以及因而相应的恒定电流，负载消耗的功率可表示为VIcosφ，式中V是负载两端的外加交流电压的平均值，I是流过负载电流的平均值，φ是电压和电流之间的相位差。Cosφ称为“功率因数”，因此功耗与相位差有关。相位差取决于电机负载状况，因此，功耗取决于电机负载状况和施加于电机的线电压。

在线电压规定的波动范围内，大多数电机都能正常工作。通常电机的设计者要考虑到电机有可能在通常遇到的最低的线电压下运行。这一电压较大多数地方和时间遇到的电压要低得多。例如，电冰箱的负载必须能够提供足够的电能，既使在全负荷和节电的情况下也如此。有时公共事业公司为满足大量用电需要，常常在整个电网或其一部分降低供电电压。线路电压的改变将影响负载性能和能耗。尽管线电压如此大范围的变化是人们所不希望的，但大多数的负载设计者和用户面对此情况感到束手无策。应该指出，通常情况下的线电压波动不会改变电压与电流间的相位差。早先的节能系统仅对相位变化敏感，对线电压的波动不敏感。

因此，需要一种节能系统，用于控制施加于负载的电压。该系统既要简单又能响应线电压的变化;从而调节这样的变化。

由此，本发明的宗旨是为节约能量提供一种改进了的负载控制系统。

本发明的另一目的是提供一个节能系统供各种负载使用，该系统在设计上比起早先的系统来要简单。

通过以下结合附图所作的描述，本领域的人员将更加明白本发明的这些及其他目的。

本发明包括控制负载外加电压的方法和装置，该方法包括接收交流线电压，交流工作电压由交流线电压产生并加到负载两端。产生一被测信号，它是交流工作电压幅度的函数。然后将被测信号平均，以产生代表被测信号的平均值的平均信号。根据平均信号的变化，要持续地重新调正交流工作电压。

还给出了将上述方法付诸实施的设备。它包括：用来接收交流线电压的终端装置;由交流线电压产生交流工作电压的装置;把工作电压加于负载端的连接装置;产生被测信号的电压检测装置，该被测信号是该工作电压幅度的函数;还提供了信号平均装置，用于产生表示测量信号平均值的平均信号;最后，该设备还包括交流电压调制器，用来根据平均信号来调节交流工作电压。

在本发明装置的最佳实施例中，交流电压调制器包含有电压降低装置，用于在每个周期的一部分时间内节断线电压，断开的时间由被测信号的平均值来确定。交流电压调制器还包括相位控制集成电路器件，用来控制三端双向可控硅开关。相位控制集成电路器件响应于平均信号，以产生控制信号使可控硅开关在线电压每个周期的部分时间内切断线电压向负载的施加。

图1是方块图，示出了本发明主要构成部分;

图2显示了图1的交流电压调制装置60;

图3显示了图1的电压检测电路20的最佳实施例;

图4显示了图1的平均电路50的最佳实施例，它采用了全波电容耦合反馈;

图5显示了图1的平均电路50的一种替代实施例，它采用了均方反馈。

图6显示了图1的平均电路50的另一实施例，它采用了均方根反馈。

已经知道调节负载的外加电压可达到节能的目的，为使这一方法切实可行，电压调节装置必须快速响应电压变化。现有技术不能满足这种快速要求，阻碍了这种方法推广普及。因此，需要有一种较简单的、价廉的、十分安全又可靠的节能装置。本发明采用一种新颖手段来敏感线电压的变化，以实现AC线电压的快速调节，达到节能之目的。