CN1672316A - 用于控制电压的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于连接具有交流电源电压的电源的电压控制设备以及用于控制电压的相关方法。该设备包括：具有输入电压的输入端(P1、P2、P3)，所述输入端与电源连接；具有输出电压的输出端(L1、L2、L3)；用于比较输出电压和预定电压V1、V2、V3并产生比较信号的装置；根据比较信号调整(THY1、THY2、THY3)输出电压的装置，所述装置连接到输入端和输出端；由此使输出电压基本保持在预定电压。优选地，调整输出电压的装置包括在一个半个周期内延迟输出电压的上升开始时刻的装置。更优选地，延迟装置包括闸流晶体管模块。

Description

用于控制电压的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于电气设备的电压控制设备。
背景技术
商业经营场所(例如商场和营业所)等许多场所运转着一些电气设备，例如冰箱、冷气房、冷库和计算机设备。这些设备中的大部分以230V交流(AC)额定电压工作。
然而，提供给这些场所的电源明显地在200V AC和250V AC之间变化，并且在许多情况下，所供应的电压倾向于这两个极值中的较高极值。
如果所提供的电压供电高于一个电气设备的额定电压，就会出现很多问题。首先，消耗了超额电，导致成本增加。其次，在设备中产生额外的热和损耗，可能导致设备过早发生故障。第三，电气设备可能因过量电压冲击而损坏。
因此，应该理解直接使用这种可变电源具有许多缺点。
发明内容
本发明试图提供一种解决该问题的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种电压控制设备，用于连接具有交流电源电压的电源，该设备包括：
具有输入电压的输入端，所述输入端用于与所述电源连接；
具有输出电压的输出端；
用于比较所述输出电压和预定电压并产生比较信号的装置；
用于根据所述比较信号调整所述输出电压的装置，所述装置连接到所述输入端和所述输出端；
由此使所述输出电压基本保持在所述预定电压。
优选地，所述调整输出电压的装置包括延迟在半个周期内的输出电压上升开始时刻的装置。
便利地，所述调整输出电压的装置包括在两个半个周期内延迟输出电压上升开始时刻的装置。
有利地，对一个半个周期内的输出电压上升开始时刻的延迟控制独立于对另一半个周期内的输出电压上升开始时刻的延迟控制。
优选地，所述调整输出电压的装置包括闸流晶体管模块。
便利地，闸流晶体管模块包括一对反向并联的闸流晶体管。
有利地，所述调整输出电压的装置包括在半个周期内减少输出电压的幅度的装置。
优选地，所述调整输出电压的装置包括在两个半个周期内减少输出电压的幅度的装置。
便利地，一个半个周期内输出电压的减少控制独立于在另一半个周期内输出电压幅度的减少控制。
有利地，所述减少输出电压的幅度的装置包括可变AC变压器。
优选地，所述设备进一步包括跨接所述调整输出电压的装置的旁路开关。
便利地，所述设备进一步包括改变所述预定电压的装置。
有利地，所述设备进一步包括用于显示配置参数和运转信息的显示器。
优选地，由输入电压给所述设备供电。
便利地，所述设备用于连接单相电压。
有利地，所述设备用于连接多相电压。
优选地，所述多相电压是三相电压。
根据本发明的另一个方面，提供了一种控制交流电压的方法，包括如下步骤：
提供具有带输入电压的输入端的设备，所述输入端连接具有交流电源电压的电源；
具有输出电压的输出端；
比较所述输出电压和预定电压以产生比较信号；
根据所述比较信号来调整所述输出电压，由此使所述输出电压基本保持在所述预定电压。
优选地，调整输出电压包括延迟半个周期内的输出电压上升开始时刻。
便利地，调整输出电压包括延迟两个半个周期内的输出电压上升开始时刻。
有利地，在一个半个周期内输出电压上升开始时刻的延迟控制独立于另一半个周期内输出电压上升开始时刻的延迟控制。
优选地，由闸流晶体管模块引起输出电压上升开始时刻的延迟。
便利地，闸流晶体管模块包括一对反向并联的闸流晶体管。
有利地，调整输出电压包括减少在半个周期内输出电压的幅度。
优选地，调整输出电压包括减少在两个半个周期内输出电压的幅度。
便利地，在一个半个周期内输出电压的减少控制独立于另一半个周期内输出电压幅度的减少控制。
有利地，由可变AC变压器使输出电压的幅度减少。
优选地，所述预定电压被改变。
便利地，电源电压是单相电压。
有利地，电源电压是多相电压。
优选地，多相电压是三相电压。
同样，公开了一种电压限制设备(voltage capping device)，用于连接在单相或多相的AC电源和至少一个电气设备之间，该电压限制设备包括：
a)用于AC电源的每个相的电开关，使用于AC电源和所述电气设备之间，以改变在AC干线电源的每个半个周期中供应的电压；
b)输出电压测量装置，用于测量所述开关的输出和所述电气设备之间的电压；
c)比较器装置，用于比较由所述输出测量装置测量的电压和预定电压值，以及
d)控制装置，其根据从所述输出测量装置和所述比较器装置中接收的信号来控制所述电开关，以确保供应给所述电气设备的电压基本等于所述预定电压值。
优选地，所述电开关由闸流晶体管模块构成，闸流晶体管模块通过延迟每个半个周期内电压每次上升的开始时刻，来改变供应电压的时间。优选地，所述闸流晶体管模块为一对背对背布置的闸流晶体管。
优选地，提供跨接每个电开关的旁路开关。
优选地，从AC电源给所述限制设备供电。
优选地，提供用于显示配置参数及运转信息的显示器。
优选地，提供用于改变预定电压值的装置。
附图说明
现在将参考附图来说明本发明的实施例，其中：
图1示出了电路图；
图2示出了由两个背对背的闸流晶体管形成的闸流晶体管模块；
图3示出了由本发明的设备所转换的一个完整的AC周期的曲线图；
图4示出了用于本发明的设备的输入电压和输出电压的曲线图。
具体实施方式
参照图1，其中显示了电压限制设备(voltage capping device)1的电路图。设备1连接在具有三个相位P1、P2、P3的AC电源和由L1、L2、L3表示的一个三相电气设备之间。
设备1具有三个电开关THY1、THY2、THY3，电开关THY1、THY2、THY3分别位于电源的各相位P1、P2、P3和设备L1、L2、L3之间，以改变AC干线电源的各半个周期供应电压的时间。开关THY1、THY2、THY3每一个都是由背对背布置的一对闸流晶体管形成的闸流晶体管模块(如图2所示)。这种结构已知是一对反向并联的闸流晶体管。还已知闸流晶体管为硅控整流器(或称SCR)。
如下所述，各闸流晶体管模块通过延迟各半个周期的每次电压上升的开始时刻来改变供应电压的时间。通过借助主旁路开关信号SW1或在出现错误时进行的自动操作，利用旁路接触器控制电路2来控制旁路开关S1、S2、S3，可以把开关THY1、THY2、THY3旁路。
输出电压传感器3为测量装置，其用于测量各开关输出THY1、THY2、THY3和设备L1、L2、L3之间的电压。
比较器电路4为比较器装置，其用来比较输出电压传感器所测量的电压与预定电压值，该预定电压值是由电压输出设置点V1、V2、V3所改变和设置的。
所提供的闸流晶体管控制装置5根据从输出电压传感器3和比较器电路4中接收的信号来控制开关THY1、THY2、THY3，以确保供应到设备L1、L2、L3的电压基本等于由电压输出设置点V1、V2、V3所设定和改变的预定电压值。
提供显示器6来显示配置参数及运转信息。
控制设备1由电源单元7供电，该电源单元7由AC电源P1、P2、P3供电。
图3是示出电压随时间变化的曲线图。线8示出了AC电源的正常单相波形(例如来自P1)。控制各闸流晶体管开关THY1、THY2、THY3以通过延迟各半个周期内各电压的上升开始时刻(onset)来改变供应电压的时间，从而如线9所示，减小了波形幅度、降低了有效RMS电压。增加延迟会使波形幅度(以及因此的RMS电压)减小，而减少延迟会使波形幅度(以及因此的RMS电压)增加。
因而控制设备1使用其电压传感器3来感测开关THY1、THY2、THY3的输出电压，并且随后根据该电压值是否低于或高于由电压输出设置点V1、V2、V3所改变和设置的预定电压值，通过延迟经由闸流晶体管THY1、THY2、THY3的传导，来调整该电压值的升降。
这通过设定在闸流晶体管模块使输出电压9从零改变以前输入电压8所要达到的阈值来完成。这导致输出电压9的第一个半个周期内的延迟10和第二个半个周期内的延迟11。可独立控制延迟10和延迟11并且它们可以具有不同的值。
设备由此调节并控制变化的交流电源电压，从而给出平稳而一致的预定值的输出电压。如果电源电压下降到预定电压值以下，那么输出电压将相应地下降到预定值以下。
本领域技术人员应意识到，通过使各半个周期内的输出电压提前返回到大约零，可取得类似的电压控制效果。在这种实施例中，设备通过使各半个周期的输出电压提前返回到大约零，来改变供应电压的时间。增加提前量会使波形幅度(以及因此的RMS电压)减小，而减少提前量会使波形幅度(以及因此的RMS电压)增加。在该半个周期内的该输出电压比输入电压提前一定量的时间返回到零。
此外，通过在各半个周期内降低输出电压的幅度可以调整输出电压。这将降低输出RMS电压。同样地，在一个半个周期内的输出电压控制可独立于另一个半个周期的输出电压控制。这可以通过利用可变AC变压器来实现。
可以使用调整输出电压的这些方法的组合。例如，可以在第一个半个周期内延迟输出电压，而在第二半个周期内使输出电压提前。另选地，可在第一个半个周期内延迟输出电压，而在第二半个周期内降低该输出电压。
图4示出了根据本发明的延迟各半个周期内的输出电压上升的设备的实验结果。从一天的14:10至第二天的10:29在大约20小时的期间内进行实验。所用的设备含有Semikron SKKT162闸流晶体管模块，并用Yokogawa电源分析仪表型号WT110来测量电压。上方的线12示出了在大约20小时期间内的电源输入电压。下方的线13示出了由本发明的设备所产生的相应输出电压。尽管在整个期间内输入电压在大约10伏的范围内明显变化，但输出电压始终保持在预定电压值235伏的上下1伏的范围内。
由此可以看出，本发明的控制设备可以用于将电源电压保持为等于或低于预定值的恒定电平。
实际上，可以将预定值设定为电气设备L1、L2、L3的额定电压，使得不会因消耗过量的电流而导致成本增加，并使得不会产生可能导致设备过早故障的额外的热和损耗。这还有助于防止由过量电压冲击引起的电气设备损坏。
本发明可以采取与上述具体说明的形式不同的形式。例如，L1、L2、L3可不代表一个三相电气设备，而表示多于一个的三相设备或三个独立单相电路或组合。同样，控制设备可以使用单相电，在这种情况下，控制设备可以仅具有一个电开关来控制一个或多个单相电气设备。
对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明范围的情况下进行另外的修改是显而易见的。

Claims (34)

1、一种电压控制设备，用于连接具有交流电源电压的电源，该设备包括：
具有输入电压的输入端，所述输入端用于与所述电源相连接；
具有输出电压的输出端；
用于比较所述输出电压和预定电压并产生比较信号的装置；
根据所述比较信号调整所述输出电压的装置，所述装置连接到所述输入端和所述输出端；
由此使所述输出电压基本保持在所述预定电压。
2、根据权利要求1所述的设备，其中所述调整输出电压的装置包括用于在半个周期内延迟所述输出电压的上升开始时刻的装置。
3、根据权利要求2所述的设备，其中所述调整输出电压的装置包括用于在两个半个周期内延迟所述输出电压的上升开始时刻的装置。
4、根据权利要求3所述的设备，其中在一个半个周期内所述输出电压上升开始时刻的延迟控制独立于另一半个周期内所述输出电压上升开始时刻的延迟控制。
5、根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述调整输出电压的装置包括闸流晶体管模块。
6、根据权利要求5所述的设备，其中所述闸流晶体管模块包括一对反向并联的闸流晶体管。
7、根据权利要求1所述的设备，其中所述调整输出电压的装置包括在半个周期内减少所述输出电压的幅度的装置。
8、根据权利要求7所述的设备，其中所述调整输出电压的装置包括在两个半个周期内减少所述输出电压的幅度的装置。
9、根据权利要求8所述的设备，其中在一个半个周期内所述输出电压的减少控制独立于在另一半个周期内所述输出电压幅度的减少控制。
10、根据权利要求7至9中的任一项所述的设备，其中所述减少输出电压的幅度的装置包括可变AC变压器。
11、根据前述权利要求中的任一项所述的设备，还包括跨接所述调整输出电压的装置的旁路开关。
12、根据前述权利要求中的任一项所述的设备，还包括用于改变所述预定电压的装置。
13、根据前述权利要求中的任一项所述的设备，还包括用于显示配置参数和运转信息的显示器。
14、根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其由所述输入电压供电。
15、根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其用于连接单相电压。
16、根据权利要求1至14中的任一项所述的设备，其用于连接多相电压。
17、根据权利要求16所述的设备，其中所述多相电压是三相电压。
18、一种控制交流电压的方法，包括如下步骤：
提供具有带输入电压的输入端的设备，所述输入端连接具有交流电源电压的电源；
具有输出电压的输出端；
比较所述输出电压和预定电压以产生比较信号；
根据所述比较信号来调整所述输出电压，由此使所述输出电压基本保持在所述预定电压。
19、根据权利要求18所述的方法，其中所述调整输出电压的步骤包括在半个周期内延迟所述输出电压的上升开始时刻。
20、根据权利要求18所述的方法，其中所述调整输出电压的步骤包括在两个半个周期内延迟所述输出电压的上升开始时刻。
21、根据权利要求20所述的方法，其中在一个半个周期内所述输出电压的上升开始时刻的延迟控制独立于在另一半个周期内所述输出电压的上升开始时刻的延迟控制。
22、根据权利要求18至21中的任一项所述的方法，其中由闸流晶体管模块引起所述输出电压的上升开始时刻的延迟。
23、根据权利要求22所述的方法，其中所述闸流晶体管模块包括一对反向并联的闸流晶体管。
24、根据权利要求18所述的方法，其中所述调整输出电压的步骤包括在半个周期内减少所述输出电压的幅度。
25、根据权利要求24所述的方法，其中所述调整输出电压的步骤包括在两个半个周期内减少所述输出电压的幅度。
26、根据权利要求25所述的方法，其中在一个半个周期内所述输出电压的减少控制独立于在另一半个周期内所述输出电压幅度的减少控制。
27、根据权利要求7至9中的任一项所述的方法，其中由可变AC变压器使所述输出电压的幅度减少。
28、根据权利要求18至27中的任一项所述的方法，其中所述预定电压被改变。
29、根据权利要求18至28中的任一项所述的方法，其中所述电源电压是单相电压。
30、根据权利要求18至28中的任一项所述的方法，其中所述电源电压是多相电压。
31、根据权利要求30所述的方法，其中所述多相电压是三相电压。
32、一种如此前充分参考和/或如附图中所示的电压控制设备。
33、一种如此前充分参考和/或如附图中所示的控制电压的方法。
34、一种电气设备，包括如此前充分参考和/或如附图中所示的电压控制设备。
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