CN201750343U - 电压侦测控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电压侦测控制装置，包括自耦变压器、开关组和侦测控制单元；自耦变压器具有多个绕组，各绕组分别具有一次侧及二次侧，一次侧分别与输入三相电源的至少两相连接，二次侧在不同匝数分别拉出抽头，以可选择性地构成一相电源输出端；开关组具有复数个电磁开关及对应的开关接点，开关接点分设于自耦变压器各绕组二次侧的各抽头之间，借助电磁开关激磁与否决定相对开关接点的开闭；侦测控制单元分别与自耦变压器各绕组的相电源输出端及开关组的电磁开关组件连接，以判断输入电源的各相电压，并控制开关组各开关接点的开闭，使自耦变压器各绕组的相电源输出端与二次侧不同的抽头连接。此装置可避免无谓的电力耗损，提高用电效率。

Description

电压侦测控制装置

技术领域

本实用新型有关于一种电压侦测控制装置，尤指一种可以有效监控电源(尤其是市电)的电压相位变化，进而调整电源的电压值，避免无谓的电力耗损，以及提高用电效率的电压侦测控制装置。

背景技术

目前的发电与导电作业，大多以三相交流电(Three phasealternating)来进行，由于三相电力可使用较少或较小型的导体，而非提供相同电力的多重单相系统，且三相电力亦可透过定转矩(Constant torque)驱动马达，取代单相马达的脉冲转矩(Pulsatingtorque)；加上三相电力每个相位均具有120°偏移的相同电压(与平衡负载的电流)，所有三相的总电力均稳定且一致，因此成为全球的标准传输方式。

原则上，单向电源与三相电源的应用，可看出优势所在：

(1)相较于单相整流电路，三相整流电路具有较低的涟波及较高的功率；

(2)就传送相同的电力而言，三相电源可比单相电源省下一半的压降与电力损失；

(3)就相关的发电机、变压器及电动机等设备而言，三相发电机、变压器及电动机的体积相对较单相发电机、变压器及电动机的体积较大，成本较高；

(4)三相电动机可自行产生旋转磁场，单相电动机则须加装起动线圈，故三相电动机的特性较佳且效率较高；

(5)三相系统是由完整的单相正弦波整合而成，可由用户自行选择单相或三相使用，因此适用性相对较高。

因此，用电量较大的场所(如工厂、医院、学校等)自然选用效率较高的三相电源。国内一般民生用电为220V/110V，如采用三相电源，各相之间(UV，VW，WU)的电压为220V，若取其中两相(UV)做为单相电源，其电压也为220V，但为考虑电力传送过程中的耗损及令客户端有足够电压的电源可供使用，一般三相电源各相之间(UV，VW，WU)的电压均高出220V很多。

尽管如此，当客户端选择三相电源或取其中两相以使用单相电源时，客户端仍须将较高的电压转换至相对较低的低电压(如200～220V)；但是，在高低电压的转换过程中即已造成电力的无谓损耗，此损耗不仅将转嫁到用户的用电成本，同时就整体电力资源而言，也已造成浪费。

实用新型内容

本实用新型的主要目的，在于提供一种电压侦测控制装置，其可避免无谓的电力耗损，提高用电效率。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种电压侦测控制装置，包括一自耦变压器、一开关组和一侦测控制单元；自耦变压器具有多个绕组，各绕组分别具有一次侧及二次侧，其中一次侧分别与输入三相电源的至少两相连接，其二次侧在不同匝数分别拉出抽头，以可选择性地构成一相电源输出端；开关组具有复数个电磁开关及对应的开关接点，开关接点分设于自耦变压器各绕组二次侧的各抽头之间，借助电磁开关的激磁与否决定相对开关接点的开闭；侦测控制单元分别与自耦变压器各绕组的相电源输出端及开关组的电磁开关组件连接，以判断输入电源的各相电压，并控制开关组各开关接点的开闭，使自耦变压器各绕组的相电源输出端与二次侧上不同的抽头连接。

上述侦测控制单元进一步包括：复数相电压检出电路，分别具有一输入端及一输出端，其输入端与自耦变压器各绕组的相电源输出端连接，以检出该相电源的电压值，并转换为直流电压而由输出端送出；一多任务选择电路，具有复数输入端及至少一输出端，各输入端分别与各相电压检出电路的输出端连接，以选择其中一相电压检出电路的输出讯号由输出端送出；一微处理器，具有复数输入端及复数输出端，其中一输入端与多任务选择电路连接；一切换电路，由一驱动器及复数继电器所组成，该驱动器受控于微处理器，各继电器具有开关接点，各开关接点分别连接于前述开关组的电磁开关与一电源之间，以便由微处理器透过该驱动器及继电器控制开关组各电磁开关的激磁与否。

上述侦测控制单元进一步包括一为侦测控制单元的各电路及开关组供电的电源电路。

上述电源电路包括一变压器、两桥式整流器及一稳压电路，该变压器的一次侧与各相电源输出端的其中两相连接，以取得一单相交流电源，该单相交流电源经变压器降压后分别送至两桥式整流器的输入端，以整流成直流电源，经过其中一桥式整流器整流后提供预定额度的直流工作电源，而由另一桥式整流器整流后的电源则再经稳降压电路进行稳压，以提供多组直流工作电源及参考电压。

上述切换电路由一驱动器及复数继电器所组成，该驱动器具有复数输入端，其分别与微处理器的输出端连接，而驱动器的输出端则分别与各继电器的激磁线圈连接；所述继电器分别包括复数开关接点，各继电器的开关接点分别连接于前述开关组各电磁开关与一直流电源之间。

上述各复数相电压检出电路分别由一变压器、一桥式整流器及一OP放大器所组成，该变压器的一次侧分别与前述相电源输出端连接，分别取得其相间电压；变压器的二次侧与桥式整流器的输入端连接，将经降压后的相电压整流成直流电压，再送至OP放大器进行讯号放大。

上述多任务选择电路由一微控制器、一多任务器及一放大器组成，该微控制器具有复数个输入端及至少一输出端，该多任务器具有复数输入端、至少一输出端及一控制端，前述各相电压检出电路的输出端分别与微控制器及多任务器的输入端连接，又多任务器的控制端与微控制器的输出端连接。

上述微处理器具有复数输入端及复数输出端，其中两输入端上分设一可变电阻，其另一输入端与前述放大器连接，以接收被检出的各相电压讯号。

上述自耦变压器是在一铁芯上设有三个绕组，各绕组分别具有一次侧及二次侧，其一次侧分别构成三相电源的各相电源输入端，其二次侧则分别与一相电源输出端连接。

上述自耦变压器进一步在其各绕组上分设一温度传感器。

采用上述结构后，本实用新型在电源(市电电源)进入客户端之前，先侦测该电源各相位的电压变化，并调整至适当的电压值后再由客户端使用，从而避免无谓的电力耗损，并提高用电效率。

附图说明

图1是本实用新型电压侦测控制装置的使用配置参考图；

图2是本实用新型电压侦测控制装置的组成架构示意图。

主要元件符号说明

10  电压侦测控制装置    11  自耦变压器

111 绕组                112 绕组

113 绕组                12  开关组

121 电磁开关            122 电磁开关

123 电磁开关            124 电磁开关

13  侦测控制单元        141 温度传感器

142 温度传感器          143 温度传感器

20  三相电源            30  客户端

具体实施方式

有关本实用新型的特点，可参照本案的附图及实施例的详细说明而获得清楚的了解。

首先参阅图1所示，本实用新型电压侦测控制装置10提供一种用以在三相电源20(市电电源)进入客户端30之前，先侦测该三相电源20各相位的电压变化，并调整至适当的电压值后再由客户端30使用，从而避免无谓的电力耗损，以及提高用电效率的侦测控制装置。

如图2所示，本实用新型电压侦测控制装置10包括：一自耦变压器11、一开关组12，以及一侦测控制单元13，下面将分别介绍。

自耦变压器11具有多个绕组，各绕组分别具有一次侧及二次侧，其中一次侧分别与输入三相电源的至少两相连接，其二次侧在不同匝数分别拉出抽头，以可选择性地构成一相电源输出端；实施时，该自耦变压器11是在一铁芯上设有三个绕组111、112、113，各绕组111、112、113分别具有一次侧及二次侧，其一次侧分别构成三相电源20的各相电源输入端(R，S，T)，其二次侧则分别与一相电源输出端(U，V，W)连接；各绕组111、112、113的二次侧分别在不同匝数分别拉出抽头(U，U3，U2，U1)、(V，V3，V2，V1)、(W，W3，W2，W1)，各绕组111、112、113其中一抽头(即高压端)(U，V，W)分别与相电源输出端(U，V，W)连接。

开关组12具有复数个电磁开关121、122、123、124及对应的开关接点(MFL，MFM，MFH，MR)，开关接点(MFL，MFM，MFH，MR)分设于自耦变压器11各绕组111、112、113二次侧的各抽头之间；如各绕组111、112、113其中一抽头(高压端)(U，V，W)系分别与相电源输出端(U，V，W)连接，至于各绕组111、112、113的其它抽头(U3，U2，U1)、(V 3，V2，V1)、(W3，W2，W1)则通过该开关组12的多个开关接点(MFL，MFM，MFH，MR)相互连接，利用电磁开关121、122、123、124的激磁与否决定相对开关接点(MFL，MFM，MFH，MR)的开闭，当不同的电磁开关121、122、123、124激磁时，自耦变压器11的各绕组111、112、113将透过不同的抽头(U3，V3，W3)、(U2，V2，W2)或(U1，V1，W1)与相电源输出端(U，V，W)连接，由于各绕组111、112、113的抽头(U，U3，U2，U1)、(V，V3，V2，V1)、(W，W3，W2，W1)匝数是由高压端向低压端递减，其分别代表不同的压降比例，当越往下端的抽头与相电源输出端(U，V，W)连接，由相电源输出端(U，V，W)送出的电压即越低；另外，开关组12进一步包括复数个常闭开关接点(MFL，MFM，MFH，MR)，其交叉地与各电磁开关121、122、123、124串联，以产生互斥作用，确保各电磁开关121、122、123、124及对应开关接点(MFL，MFM，MFH，MR)的独立运作。

另外，侦测控制单元13分别与自耦变压器11各绕组111、112、113的相电源输出端(U，V，W)及开关组20的各电磁开关组件121、122、123、124连接，以判断输入电源的各相电压，并控制开关组20各开关接点(MFL，MFM，MFH，MR)的开闭，使自耦变压器11各绕组111、112、113的相电源输出端(U，V，W)与二次侧上不同的抽头(U3，U2，U1)、(V3，V2，V1)、(W3，W2，W1)连接，从而将输入电源进行降压后，再由各相电源输出端(U，V，W)送出。

该侦测控制单元13进一步包括有复数个相电压检出电路、一多任务选择电路、一微处理器、一切换电路和一电源电路，以下将分别介绍。

复数相电压检出电路分别具有一输入端及一输出端，其输入端与自耦变压器11各绕组111、112、113的相电源输出端(U，V，W)连接，以检出该相电源的电压值，并转换为直流电压而由输出端送出；实施时，各复数相电压检出电路分别由一变压器、一桥式整流器及一OP放大器所组成，该变压器的一次侧分别与前述相电源输出端(U，V，W)连接，以分别取得其相间电压，而变压器的二次侧与桥式整流器的输入端连接，将经降压后的相电压整流成直流电压，再送至OP放大器进行讯号放大。

多任务选择电路具有复数输入端及至少一输出端，各输入端分别与前述各相电压检出电路的输出端连接，以选择其中一相电压检出电路的输出讯号由输出端送出；实施时，该多任务选择电路主要由一微控制器、一多任务器及一放大器组成，该微控制器具有复数输入端及至少一输出端，所述多任务器具有复数输入端、至少一输出端及一控制端，前述各相电压检出电路的输出端分别与微控制器及多任务器的输入端连接，而多任务器的控制端与微控制器的输出端连接；这样，利用微控制器控制多任务器的切换，可将各相电压透过多任务器的多任务切换轮流地送至放大器进行讯号放大。

微处理器具有复数个输入端及复数个输出端，其中一输入端与多任务选择电路连接；实施时，该微处理器作为运算控制中枢，可供判断电压最低的相电压，并与一设定的基准电压值进行比较，该微处理器具有复数个输入端及复数个输出端，其中两输入端上分设一可变电阻，供设定前述基准电压值，以便与检出的各相电压进行比较，而其另一输入端与前述放大器连接，以接收被检出的各相电压讯号。

切换电路主要由一驱动器及复数继电器所组成，该驱动器受控于微处理器，各继电器具有开关接点，各开关接点分别连接于前述开关组的电磁开关与一电源之间，以便由微处理器透过该驱动器及继电器控制开关组各电磁开关的激磁与否；实施时，驱动器具有复数个输入端，其分别与微处理器的输出端连接，又驱动器的输出端则分别与各继电器的激磁线圈连接，该继电器分别包括复数个开关接点，各继电器的开关接点分别连接于前述开关组各电磁开关与一直流电源之间，以便由微处理器透过该驱动器及继电器控制开关组各电磁开关的激磁与否。

电源电路用以为侦测控制单元的各电路及该开关组供应工作电源的用电；实施时，所述电源电路包括一变压器、两个桥式整流器及一稳压电路，该变压器的一次侧与各相电源输出端的其中两相连接，以取得一单相交流电源，该单相交流电源经变压器降压后分别送至两桥式整流器的输入端，以整流成直流电源，经过其中一桥式整流器整流后提供预定额度(如204V)的直流工作电源，而由另一桥式整流器整流后的电源则再经稳降压电路进行稳压，以提供多组直流工作电源及参考电压。

综上，当自耦变压器11各绕组111、112、113一次侧上的相电源输入端(R，S，T)有电源送入时，三相电源经由各绕组111、112、113高压端的抽头(U，V，W)直接送到相电源输出端(U，V，W)，该三相电源的各相电压随即分别由该相电压检出电路所检出，透过该多任务选择电路中微控制器与多任务器的多任务切换，使三相电源的各相电压轮流地送至微处理器进行判断，该微处理器将先经过比较后找出最低的相电压，进而判断该相电压是否大于设定的基准电压值，若等于或小于基准电压值，表示输入电压的各相电压不高，故不存在高压转低压的损耗问题，故各绕组111、112、113二次侧上的常开开关接点(MFL，MFM，MFH，MR)维持开路，输入的三相电源将经自耦变压器11但不作降压处理而直接送出。

侦测控制单元13仍将持续监控三相电源的变化状况，一旦三相电源中最低的一相电压高于微处理器设定的基准电压值时，则由微处理器根据该相电压高出基准电压值的不同程度，透过切换电路选择使其中一相对应的电磁开关121、122、123、124激磁，进而使与该电磁开关对应的开关接点(MFL，MFM，MFH，MR)闭合。

例如，当微处理器运算结果是令电磁开关122导通及各绕组111、112、113二次侧上相对应的开关接点(MFM)闭合时，各绕组111、112、113二次侧以抽头(U2，V2，W2)以上的绕匝高压端(U，V，W)分别与相电源输出端(U，V，W)连接，以达到降低三相电源各相电压的目的。而在电磁开关122导通及开关接点(MFM)闭合的情况下，因其常闭开关接点(MFM)转而呈现开路状态，故亦切断其它电磁开关121、123、124的电源回路，故可确保电磁开关122与开关接点(MFM)的独立运作。

另外，前述自耦变压器11可进一步在其各绕组111、112、113上分设一温度传感器141、142、143，各温度传感器141、142、143并分别控制一常闭开关接点，各常闭开关接点串联在一起，若该自耦变压器11任一绕组111、112、113的温度到达预定温度时，其常闭开关接点即转而呈现开路状态，此时将透过一光耦合器送回一讯号至微处理器，由微处理器产生警示讯息或中断工作。

以及，当本实用新型电压侦测控制装置运用于不同电压规格的三相电压源时，只须在自耦变压器11的相电源输入端(R，S)、相电源输出端(U，V)与侦测控制单元13之间分别设一变压器，而将输入的三相电源进行降压后再送至侦测控制单元13进行监控。

利用前述电路设计将在确保用电安全的前提下，本实用新型电压侦测控制装置提供一多段电压切换功能，当各自耦变压器的一次侧分别与输入电源的至少两相连接，在起始状态下，开关组不动作，三相电源将由自耦变压器的各相电源端送出，各相电压将由多任务选择电路询各相电压检出电路的输出端而检出，进而分别送至微处理器判读，该微处理器将先行判断各相电压何者为最低，再以该最低的相电压与一设定的基准电压值比较，若最低相电压低于基准电压，即令三相电源直接送出，若高于该基准电压值，则微处理器将视该最低相电压大于基准电压值的不同程度，透过切换电路选择接通开关组中的开关接点，使自耦变压器各绕组的相电压输出端切换与二次侧上不同的抽头连接，此时各绕组即成为一降压变压器，将输入电源先行降压后再送入客户端；这样不仅可避免无谓的电力损耗浪费，尚可确保对客户端的正常供电。

值得特别一提的是，该微处理器决定是否对输入电源进行降压的判断条件，是以输入电源中电压最低的其中一相的电压作为判断对象，而非取决各相电压的平均值，原因在于：提高用电效率的前提应在于用电安全已被确保。所谓用电安全是指输入电源的电压不应低于一安全的临界值，若电压低于临界值，即会影响用电安全。因此，若取各相电压的平均值作为判断对象，由于各相电源的电压可能因不平衡而有所不同，在此状况下，若取各相电压的平均值作为判断对象，虽平均值高于临界值，但进行电压调整时，是将各相电压同时调降一相同的值，在此状况下，即可能造成某一相电压低于临界值而直接冲击用电安全；基于前述安全理由，本实用新型并不采用各相电压的平均值作为判断对象，而是以输入电源中电压最低的其中一相的电压作为判断对象，在此状况下，只要最低相电压高于基准电压值，其它相电压必然高于基准电压值，在同时对各相电压进行调降时，不会发生某一电压低于临界值的情况，因而可确保用电安全。

综上所述，本实用新型提供一较佳可行的电压侦测控制装置，故依法提出实用新型专利的申请；本实用新型的技术内容及技术特点巳揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本实用新型的揭示而作各种不背离本案创作精神的替换及修饰。因此，本案的保护范围应不限于实施例所揭示，而应包括各种不背离本案的替换及修饰，并为申请专利范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种电压侦测控制装置，其特征在于：包括一自耦变压器、一开关组和一侦测控制单元；

自耦变压器具有多个绕组，各绕组分别具有一次侧及二次侧，其中一次侧分别与输入三相电源的至少两相连接，其二次侧在不同匝数分别拉出抽头，以可选择性地构成一相电源输出端；

开关组具有复数个电磁开关及对应的开关接点，开关接点分设于自耦变压器各绕组二次侧的各抽头之间，借助电磁开关的激磁与否决定相对开关接点的开闭；

侦测控制单元分别与自耦变压器各绕组的相电源输出端及开关组的电磁开关组件连接，以判断输入电源的各相电压，并控制开关组各开关接点的开闭，使自耦变压器各绕组的相电源输出端与二次侧上不同的抽头连接。

2.如权利要求1所述的电压侦测控制装置，其特征在于：所述侦测控制单元进一步包括：

复数相电压检出电路，分别具有一输入端及一输出端，其输入端与自耦变压器各绕组的相电源输出端连接，以检出该相电源的电压值，并转换为直流电压而由输出端送出；

一多任务选择电路，具有复数输入端及至少一输出端，各输入端分别与各相电压检出电路的输出端连接，以选择其中一相电压检出电路的输出讯号由输出端送出；

一微处理器，具有复数输入端及复数输出端，其中一输入端与多任务选择电路连接；

一切换电路，由一驱动器及复数继电器所组成，该驱动器受控于微处理器，各继电器具有开关接点，各开关接点分别连接于前述开关组的电磁开关与一电源之间，以便由微处理器透过该驱动器及继电器控制开关组各电磁开关的激磁与否。

3.如权利要求2所述的电压侦测控制装置，其特征在于：所述侦测控制单元进一步包括一为侦测控制单元的各电路及开关组供电的电源电路。

4.如权利要求3所述的电压侦测控制装置，其特征在于：所述电源电路包括一变压器、两桥式整流器及一稳压电路，该变压器的一次侧与各相电源输出端的其中两相连接，以取得一单相交流电源，该单相交流电源经变压器降压后分别送至两桥式整流器的输入端，以整流成直流电源，经过其中一桥式整流器整流后提供预定额度的直流工作电源，而由另一桥式整流器整流后的电源则再经稳降压电路进行稳压，以提供多组直流工作电源及参考电压。

5.如权利要求2或3所述的电压侦测控制装置，其特征在于：所述切换电路由一驱动器及复数继电器所组成，该驱动器具有复数输入端，其分别与微处理器的输出端连接，而驱动器的输出端则分别与各继电器的激磁线圈连接；所述继电器分别包括复数开关接点，各继电器的开关接点分别连接于前述开关组各电磁开关与一直流电源之间。

6.如权利要求2或3所述的电压侦测控制装置，其特征在于：所述各复数相电压检出电路分别由一变压器、一桥式整流器及一OP放大器所组成，该变压器的一次侧分别与前述相电源输出端连接，分别取得其相间电压；变压器的二次侧与桥式整流器的输入端连接，将经降压后的相电压整流成直流电压，再送至0P放大器进行讯号放大。

7.如权利要求2或3所述的电压侦测控制装置，其特征在于：所述多任务选择电路由一微控制器、一多任务器及一放大器组成，该微控制器具有复数个输入端及至少一输出端，该多任务器具有复数输入端、至少一输出端及一控制端，前述各相电压检出电路的输出端分别与微控制器及多任务器的输入端连接，又多任务器的控制端与微控制器的输出端连接。

8.如权利要求2或3所述的电压侦测控制装置，其特征在于：所述微处理器具有复数输入端及复数输出端，其中两输入端上分设一可变电阻，其另一输入端与前述放大器连接，以接收被检出的各相电压讯号。

9.如权利要求1、2或3所述的电压侦测控制装置，其特征在于：所述自耦变压器是在一铁芯上设有三个绕组，各绕组分别具有一次侧及二次侧，其一次侧分别构成三相电源的各相电源输入端，其二次侧则分别与一相电源输出端连接。

10.如权利要求1、2或3所述的电压侦测控制装置，其特征在于：所述自耦变压器进一步在其各绕组上分设一温度传感器。

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