專利名稱：工業(yè)智能可穩(wěn)壓調(diào)壓器的制作方法
技術(shù)領域：
一種工業(yè)智能可穩(wěn)壓調(diào)壓器是具備輸出電壓可根據(jù)設定自動調(diào)整，并可自動保持輸出電壓穩(wěn)定在設定值的工業(yè)供電設備，應用于對電網(wǎng)電壓有特殊要求的大功率用電設備的供電。
背景技術(shù)：
調(diào)壓器在工業(yè)應用中應用較多，其特性是輸出電壓可以調(diào)整。當前調(diào)壓器如圖1所示，調(diào)節(jié)輸出電壓的裝置是手動的機械裝置或者電機。當負載需要的電源電壓變化時，操作人員手動操作機械裝置改變調(diào)壓器的輸出，或者利用一定的開關裝置使電機轉(zhuǎn)動從而改變調(diào)壓器的輸出。
當前調(diào)壓器存在兩個缺陷1、調(diào)整電壓不方便，在調(diào)整的過程中需要操作人員反復操作；2、沒有自動網(wǎng)壓補償功能，當負載變化并導致調(diào)壓器的輸出發(fā)生變化時，需要操作人員重新調(diào)整，整個工作過程需要操作人員的參與，效率低。有些環(huán)境負載需要的電源電壓是變動的，有的時候負載本身是變動的但是又要求電源電壓穩(wěn)定在某個值，這就要求在調(diào)壓器工作過程中，操作人員既要根據(jù)負載的要求調(diào)整調(diào)壓器輸出，又要根據(jù)負載的變化使調(diào)壓器調(diào)整以補償負載的變動來保證調(diào)壓器的輸出穩(wěn)定。操作人員勞動強度大，效率低。
另外，計算機技術(shù)的廣泛應用要求調(diào)壓器具有遠程控制能力，有和其它設備協(xié)調(diào)工作的接口，當前的調(diào)壓器沒有通信接口，不能滿足這種要求。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是1、改變當前老式調(diào)壓器需要操作人員長期值守，需要操作人員的大量干預才能滿足調(diào)壓穩(wěn)壓要求的現(xiàn)狀；2、改善當前調(diào)壓器和其它設備協(xié)調(diào)工作的能力，從而提出一種工業(yè)智能可穩(wěn)壓調(diào)壓器。本實用新型的技術(shù)方案主要包括兩方面的內(nèi)容，一是網(wǎng)壓智能化補償，二是遠程通信和遠程控制功能。
本實用新型的技術(shù)方案如圖2～圖3所示。本實用新型包括變壓器部分和控制器部分，參見圖2，其中變壓器包括可調(diào)變壓器和用于調(diào)節(jié)變壓器輸出的三相電機，控制器如圖3所示包括CPU，LED顯示電路、串口通信電路、變頻器接口電路、按鍵設定電路、調(diào)壓變壓器輸出采樣電路。CPU從按鍵設定電路或者串口通信電路接收輸入，并從可調(diào)變壓器輸出采樣電路采樣可調(diào)變壓器的輸出電壓，經(jīng)計算，根據(jù)規(guī)則輸出控制信號，控制調(diào)壓器的輸出電壓；串口通信電路由MAX232芯片和CPU的TXD和RXD引腳連接組成，外部設備可以通過該接口和CPU通信；變頻器采用帶有多步頻率控制端子的通用變頻器，變頻器接口電路由光電隔離芯片組成，變頻器接口電路連接了變頻器與CPU，CPU根據(jù)規(guī)則輸出控制信號到變頻器接口電路，接口電路輸出對應的信號到變頻器的控制端子，變頻器控制電機并最終控制調(diào)壓器的輸出；LED顯示電路由4位LED及接口芯片HD7279與CPU的SPI接口連接組成；調(diào)壓變壓器輸出采樣電路由采樣變壓器和信號調(diào)理電路組成，采樣變壓器輸出接信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路接CPU的ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換)端口。
所述的CPU為Silicon公司的C8051FXXX系列的單片機，CPU芯片上集成了ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器，CPU完成調(diào)壓器輸出電壓的采樣，獲取輸入并在計算后輸出控制信號，控制調(diào)壓器的輸出電壓值，當外界原因?qū)е抡{(diào)壓器輸出變化時，CPU自動完成調(diào)壓器的調(diào)壓過程，保證調(diào)壓器的輸出穩(wěn)定在設定值。
串口通信電路的MAX232和CPU的連接為，MAX232的T2IN引腳和CPU的P0.0(TXD)連接，MAX232的R2OUT引腳和CPU的P0.1(RXD)連接，MAX232的T2OUT和R2IN分別和DB9的端子的2和3引腳連接，外部設備通過DB9端子和MAX232芯片相連并通過MAX232完成和CPU的通信。
變頻器接口電路中的U3芯片的5、9、1、3引腳和CPU的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3連接，通過光電隔離芯片后輸出四路控制信號Jout1的1、2引腳和Jout2的1、2引腳，Jout1的1接在FRENIC5000G11S系列的變頻器的X1上，Jout1的2接在變頻器的X2上，用來控制變頻器的輸出頻率，Jout2的1和2分別接在變頻器的REV和FWD上，用以控制變頻器輸出的電壓相序，最終控制調(diào)壓器輸出電壓的上升或者下降。
LED顯示電路的U12芯片的7、9、8、6引腳連接CPU的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3引腳，用以將調(diào)壓器當前的輸出電壓值或者調(diào)壓器的設定輸出電壓值輸出到LED。
信號調(diào)理模塊的M1、M2、M3點接CPU的P1.4、P1.5、P1.6，用以采集調(diào)壓器的三相輸出電壓值。
按鍵輸入接口模塊的接點I1、I2、I3分別連接3個按鍵S1、S2和S3，按鍵輸入接口電路的輸出接點N18、N19、N20和CPU的P2.7、P3.7、P3.6連接。S1控制調(diào)壓器的工作狀態(tài)(1設定狀態(tài)在該狀態(tài)下，調(diào)壓器的控制器接收設定，停止調(diào)壓；2調(diào)壓狀態(tài)在該狀態(tài)下控制器跟蹤調(diào)壓器的輸出，并實時調(diào)整調(diào)壓器的輸出)，S2控制設定值的增大，S3控制設定值的減小。
本實用新型，調(diào)壓器的功率可以達到2000KVA，電壓調(diào)整速度達到150V/min、無超調(diào)和振蕩，輸出電壓可以根據(jù)需要設定，電壓的控制精度在±1％，當設定輸出電壓后，控制器自動補償網(wǎng)壓的波動使調(diào)壓器的輸出穩(wěn)定，克服了當前老式調(diào)壓器需要人工干涉的缺陷，難以滿足一些網(wǎng)壓要求嚴格的場合等問題。


圖1是現(xiàn)有的調(diào)壓器示意框圖；圖2是本實用新型的示意框圖；
圖3中虛線框內(nèi)部分是本實用新型的控制器的示意框圖；圖4至圖10是控制器原理圖的不同部分，其中相同的網(wǎng)絡標號表示在物理上連通的點；圖4是本實用新型的控制器的LED顯示電路圖；圖5是本實用新型的控制器的CPU部分的電路圖；圖6是本實用新型的控制器的按鍵設定部分電路圖；圖7是本實用新型的控制器的電源部分電路圖；圖8是本實用新型的控制器的串口通信電路圖；圖9是本實用新型的控制器的調(diào)壓變壓器輸出采樣部分電路圖；圖10是本實用新型的控制器的變頻器接口部分電路圖；圖11是本實用新型的變頻器框圖。
具體實施方式
結(jié)合圖2至圖11對本實用新型做進一步說明。一種工業(yè)智能穩(wěn)壓調(diào)壓器，包括變壓器部分和調(diào)壓、穩(wěn)壓控制器部分，其中變壓器包括可調(diào)變壓器和用于調(diào)節(jié)變壓器輸出的三相電機，調(diào)壓控制器包括CPU(片上集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC)，LED顯示電路、串口通信電路、變頻器、按鍵輸入接口電路、變頻器接口電路、調(diào)壓變壓器輸出電壓采樣電路等組成。
CPU為Silicon公司的C8051FXXX系列的單片機，型號為C8051F206，CPU芯片上集成了ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器。CPU的P0.0和P0.1接到RS232通信電路的U4(型號是MAX232)芯片上，用以和外部設備通信；CPU的P1.4接D1、D2、C14、P1組成的信號調(diào)理電路，P1.5接D3、D4、C15、P2組成的信號調(diào)理電路，P1.6接D5、D6、C16、P3組成的信號調(diào)理電路，本實用新型中將CPU的這三個引腳配置為模數(shù)轉(zhuǎn)換接口(ADC)，調(diào)壓器的輸出電壓經(jīng)此三個接口采集到CPU；CPU的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3接顯示電路中的U12，型號為HD7279，用以把需要顯示的數(shù)字傳輸給HD7279，P2.0接HD7279的引腳7(時鐘引腳)，從P2.0輸出的信號作為HD7279的時鐘信號，HDP2.1接HD7279的引腳9，在本實用新型中留做擴展，P2.2接HD7279的引腳8，數(shù)據(jù)通過這對引腳傳輸，P2.3連接HD7279的引腳6，作為片選線選通HD7279；CPU的P2.7、P3.7、P3.6接按鍵輸入電路，P2.7接O3(型號TLP521-2)的5號引腳，P3.7接O3的7腳，P3.6接O4(型號TLP521-2)的5腳；CPU的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3接變頻器接口電路，P3.0接U3(型號74HC14D)的5腳，P3.1接U3的9腳，P3.2接U3的1腳，P3.3接U3的3腳；CPU的TDI、TDO、TMS、TCK接接口端子JTAG的7、6、5、4，用以連接JTAG仿真器；CPU是3.3V供電，穩(wěn)壓芯片U1，型號是AS11173.3將外部開關電源的15伏電壓穩(wěn)壓在3.3V供給CPU的VCC；P3.5和R3、IND+3連接，用來診斷CPU是否正常工作，工作正常時P3.5輸出低電平，IND+3亮；D13(型號IN5819)、R27、C12、S1用來組成復位電路；C39和C40和Y1晶體為CPU提供時鐘信號；C20、C21和C22是電源旁路電容。
所用的串口通信電路中，通信芯片為MAX232，CPU的P0.0(TXD)引腳輸出的數(shù)字信號傳送到MAX232的T2IN，經(jīng)芯片處理由T2OUT輸出，芯片完成TTL電平到RS232電平的轉(zhuǎn)換；經(jīng)DB9接頭進入到控制器的數(shù)字信號，傳入到MAX232的R2IN，經(jīng)芯片完成電平轉(zhuǎn)換后從R2OUT傳入到CPU的P0.1(RXD)。整個電路完成外部設備和調(diào)壓器控制器部分的通信。
變頻器接口電路和CPU的連接是，CPU的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3分別接在U3(型號是74HC14)的5、9、1、3引腳上，通過光電隔離芯片O1和O2(型號TLP521-2)后輸出四路控制信號Jout1的1、2引腳和Jout2的1、2引腳，Jout1的1接在FRENIC5000G11S系列的變頻器的X1上，Jout1的2接在變頻器的X2上，用來控制變頻器的輸出頻率，Jout2的1和2分別接在變頻器的REV和FWD上，用以控制變頻器輸出的電壓相序，變頻器的A、B、C接線端子接電網(wǎng)電壓，U、V、W接調(diào)壓器的電機。當CPU的P3.2低電平時，Jout1的端子1和3相當于短路，即變頻器的X1和COM短路，此時變頻器輸出的頻率為X1端子對應的頻率，這里設為10Hz；當CPU的P3.3低電平時，Jout1的端子2和3相當于短路，即變頻器的X2和COM短路，此時變頻器輸出的頻率為X2端子對應的頻率，這里設為50Hz；當P3.2、P3.3都為高電平時，變頻器的輸出頻率為基本頻率，這里設為5Hz；當CPU的P3.0輸出低電平時，變頻器的REV端子和COM端子相當于短路，此時變頻器的輸出電壓相序保證調(diào)壓器電機反轉(zhuǎn)；當CPU的P3.1為低電平時，變頻器的FWD端子和COM端子相當于短路，此時變頻器的輸出電壓相序保證壓器的電機正轉(zhuǎn)；當P3.0和P3.1都為高時電機不轉(zhuǎn)。P3.0和P3.1不同時為低電平，P3.2和P3.3不同時為低電平。
LED顯示模塊中的HD7279芯片(U12)接收從CPU來的控制和數(shù)字信號，當P2.3的電平為低時選通U12，此時CPU的P2.0引腳的輸出就是U12的時鐘信號，P2.2上的數(shù)字信號就是CPU需要傳送給LED顯示的數(shù)字。
調(diào)壓器輸出端三相電壓經(jīng)三個采樣變壓器(規(guī)格為初、次級變壓比10∶1)降壓后，分別經(jīng)Jad1的1、2端子，3、4端子和5、6端子輸入到調(diào)壓器的控制器中，在對應的信號調(diào)理電路中將信號調(diào)理后經(jīng)CPU的P1.4、P1.5、P1.6引腳采集到CPU，當設定電壓高于調(diào)壓器當前的輸出電壓時，控制器控制變頻器將電壓調(diào)低，否則控制器控制變頻器將調(diào)壓器的輸出電壓調(diào)高。
按鍵輸入電路由S1、S2和S3，O3和O4，D14、D15、D16和若干電阻組成，GND是按鍵信號的公共端，其中D14、D15、D16保護O3和O4，當按鍵的信號接反時，D14、D15、D16導通保護O3和O4；電阻起到限流的作用。按鍵S1按下并鎖定時調(diào)壓控制器處于設置狀態(tài)，在該狀態(tài)下，如果S2按鍵按下，則設定的調(diào)壓器輸出電壓值增加，如果S3按鈕按下，則設定的調(diào)壓器輸出電壓減小，此時LED顯示的是當前的設定值，當S1解鎖后，則控制器恢復到調(diào)壓狀態(tài)。
該設備在使用時，在設定調(diào)壓器的輸出電壓的時候，LED顯示設定值，或者按住按鍵S1，LED也顯示當前的設定值。其它情況均顯示調(diào)壓器的當前輸出電壓值；當從按鍵或者通過串口通信電路設定了調(diào)壓器的輸出電壓后，CPU采集調(diào)壓器的當前輸出電壓值，當設定值和真實輸出值之間的差值的絕對值(以下稱Ve)大于10V時，CPU的P3.3輸出低電平，Jout1的端子2和3相當于短路，即變頻器的X2和COM短路，此時變頻器輸出的頻率為X2端子對應的頻率，這里設為50Hz，調(diào)壓器處于快速調(diào)節(jié)過程，以減少調(diào)節(jié)時間；當Ve小于10V大于1V時CPU的P3.2輸出低電平，Jout1的端子1和3相當于短路，即變頻器的X1和COM短路，此時變頻器輸出的頻率為X1端子對應的頻率，這里設為10Hz，調(diào)壓器處于慢速調(diào)節(jié)過程，提高調(diào)節(jié)精度，并且在輸出電壓調(diào)整到位后可以無超調(diào)的停止調(diào)整；在快速和慢速調(diào)節(jié)過程中，如果設定電壓大于調(diào)壓器的輸出電壓則CPU的P3.1為低電平時，變頻器的FWD端子和COM端子相當于短路，變頻器的輸出控制調(diào)壓器的電機正向轉(zhuǎn)，使調(diào)壓器的輸出電壓增大，如果設定電壓小于調(diào)壓器的輸出，則CPU的P3.0輸出低電平，變頻器的REV端子和COM端子相當于短路，變頻器的輸出控制調(diào)壓器的電機反轉(zhuǎn)，使調(diào)壓器的輸出電壓減?。划擵e小于1V時，CPU的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3均輸出高電平，變頻器處于保持階段，電機維持原位置不動，調(diào)壓器的輸出保持穩(wěn)定，直到外界條件變化(如設定電壓發(fā)生變化或負載變動導致調(diào)壓器輸出電壓發(fā)生變化等)導致Ve大于1V，控制器才重新根據(jù)Ve的值改變P3.0、P3.1、P3.2、P3.3的輸出狀態(tài)，進而改變調(diào)壓器的輸出。在這種使用條件下，該設備即可以根據(jù)需要將調(diào)壓器的輸出方便的調(diào)整，在調(diào)整的過程中由于Ve的趨勢是逐漸減小的，所以在調(diào)節(jié)的最后階段總是處于慢速調(diào)節(jié)過程，保證了調(diào)節(jié)的精度；由于該設備在輸出電壓設定后，可以自動跟蹤負載的變化，并保持輸出電壓穩(wěn)定在設定電壓附近(設備在穩(wěn)定時真實輸出電壓和設定電壓的誤差在1V內(nèi))，所以該設備又具有自動穩(wěn)壓功能。
權(quán)利要求1.一種工業(yè)智能可穩(wěn)壓調(diào)壓器，包括變壓器部分和控制器部分，其中變壓器包括可調(diào)變壓器和用于調(diào)節(jié)變壓器輸出的三相電機，其特征在于還設置有帶CPU控制的智能控制器，控制器帶有串口通信電路，變頻器接口電路，LED顯示電路，可調(diào)變壓器輸出采樣電路，按鍵設定電路；CPU從按鍵設定電路或者串口通信電路接收輸入，并從可調(diào)變壓器輸出采樣電路采樣可調(diào)變壓器的輸出電壓，經(jīng)計算，根據(jù)規(guī)則輸出控制信號；串口通信電路由MAX232芯片和CPU的TXD和RXD引腳連接組成，外部設備可以通過該接口和CPU通信；由光電隔離芯片組成的變頻器接口電路與CPU的通用IO口連接，CPU根據(jù)規(guī)則輸出控制信號到變頻器接口電路，變頻器則根據(jù)控制信號控制三相電機的行為；LED顯示電路由4位LED及接口芯片HD7279組成，顯示電路與CPU的SPI接口連接；可調(diào)變壓器輸出采樣電路由采樣變壓器和信號調(diào)理電路組成，信號調(diào)理電路接CPU的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)智能可穩(wěn)壓調(diào)壓器，其特征在于所述的CPU為Silicon公司的C8051FXXX系列的單片機，CPU芯片上集成了ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器，CPU完成調(diào)壓器輸出電壓的采樣，獲取輸入信號并在計算后輸出控制信號，控制調(diào)壓器的輸出電壓值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)智能可穩(wěn)壓調(diào)壓器，其特征在于串口通信電路由MAX232構(gòu)成，串口通信電路和CPU的連接為MAX232的T2IN引腳和CPU的TXD連接，MAX232的R2OUT引腳和CPU的RXD連接，MAX232的T2OUT和R2IN分別和DB9的端子的2和3引腳連接，外部設備通過DB9端子和MAX232芯片相連并通過MAX232完成和CPU的通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)智能可穩(wěn)壓調(diào)壓器，其特征在于CPU的P3.O、P3.1、P3.2、P3.3接在型號為74HC14變頻器接口中的U3芯片的5、9、1、3引腳上，通過光電隔離芯片O1和O2后輸出四路控制信號Jout1的1、2引腳和Jout2的1、2引腳，Jout1的1接在FRENIC5000G11S系列的變頻器的X1上，Jout1的2接在變頻器的X2上，用來控制變頻器的輸出頻率，Jout2的1和2分別接在變頻器的REV和FWD上，用以控制變頻器輸出的電壓相序，最終控制調(diào)壓器輸出電壓的上升或者下降。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)智能可穩(wěn)壓調(diào)壓器，其特征在于CPU的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3引腳和型號為HD7279LED的顯示電路中的U12芯片的7、9、8、6引腳相連，用以將調(diào)壓器當前的輸出電壓值或者調(diào)壓器的設定輸出電壓值顯示到LED上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)智能可穩(wěn)壓調(diào)壓器，其特征在于CPU的P1.4、P1.5、P1.6分別接信號調(diào)理模塊的M1、M2、M3點，用以采集調(diào)壓器的輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)智能可穩(wěn)壓調(diào)壓器，其特征在于CPU的P2.7、P3.7、P3.6連接按鍵輸入接口模塊的N18、N19、N20接點，按鍵輸入接口模塊的I1、I2、I3接點分別連接3個按鍵S1、S2和S3，S1按下并鎖定時調(diào)壓控制器處于設置狀態(tài)，在該狀態(tài)下，當S2按鍵按下時，調(diào)壓器的輸出電壓設定值增加，當S3按鍵按下時，調(diào)壓器的輸出電壓設定值減小，此時LED顯示的是當前的設定值，當S1解鎖后，調(diào)壓控制器恢復到調(diào)壓狀態(tài)。
專利摘要一種工業(yè)智能可穩(wěn)壓調(diào)壓器用于工業(yè)供電，包括變壓器和控制器部分，其中變壓器部分包括可調(diào)變壓器和用于調(diào)節(jié)變壓器輸出的三相電機，本實用新型的特征在于還設置有帶CPU控制的智能調(diào)壓控制器，控制器帶有串口通信電路、變頻器及其接口電路、LED顯示電路、調(diào)壓器輸出電壓的信號調(diào)理和采樣電路、按鍵輸入電路；CPU接收按鍵輸入電路或者串口通信電路傳輸過來的設定輸出電壓值，然后采集經(jīng)信號調(diào)理模塊處理后的調(diào)壓器的輸出電壓信號，并在LED上顯示設定電壓或者調(diào)壓器的輸出電壓值，當CPU判斷需要調(diào)整調(diào)壓器的輸出時，輸出控制信號，該信號經(jīng)接口電路連接到變頻器，變頻器控制電機最終控制調(diào)壓器的輸出電壓。該設備具有調(diào)壓和自動穩(wěn)壓功能。
文檔編號G05F1/10GK2879522SQ200620007830
公開日2007年3月14日 申請日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者張軍, 宋永倫, 陳志翔, 李明江 申請人:北京工業(yè)大學