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稳压器工作原理
作者:管理员    发布于:2015-04-24 14:14:21    文字:【】【】【

                                                     

我们常见的直流稳压器是一种将 220V工频交流电转换成稳 压输出的直流电压的装置,稳压器由调压电路、控制电路、及伺服电机等组成,当输入电压或负载变化时,控制电路进行取样、比较、放大,然后驱动伺服电机转动,使调压器碳刷的位置改变,通过自动 调整线圈匝数比,从而保持输出电压的稳定。容量较大的稳压器,还采用电压补偿的原理工作。    稳压器有以下几部分组成:1、调整电路;2、取样电路;3、取样放大;4、基准电路;
稳压过程:设输出电压已达到预设电压。当输出电压变化时,取样电路取得样本经取样放大与基准电路比较判断输出电压是向高了变化还是向低了变化,并判断变化量,由此控制调整电路工作,促使调整电路调整输出电压向低或高变化,直到输出达到预设电压。

稳压器的类型较多,常见的稳压器有:自动稳压器,净化电源交流稳压器,参数稳压器,NPS型智能稳压电源。现分别介绍如下:

  一、自动稳压器

  这种稳压器结构简单,价格低廉,但可靠性差。因为它是靠碳刷的移动(滑动或滚动)来稳压的,如图2所示。控制电路根据输出设定的情况,来控制M点上下移动,以使输出电压符合负载的要求。这种电路的缺点就是可靠性低和动态响应速度慢,不隔离干扰。碳刷在不断的移动中会慢慢变薄直至损坏,在湿度很大的情况下寿命缩短会更快。由于是机械运动,所以动态响应慢,这将会导致瞬间电压的突升与突降,损坏后面的设备。

  比如当输入电压下降15%,即220V下降到187V时,为了保证输出仍为220V,M就必须上滑至N点,这时的变化就是220:187=1.18,这时如果有一个大型的感性负载突然下载,造成市电电压突然产生一个300V的浪涌,由于M点的机械惰性而来不及移动,在输出端就会出现一个354V的高电压,轻则使UPS电池放电,重则烧毁UPS输入电路。反之,如果有一个大型的感性负载突然加载,也将会出现一个100V的凹陷,也会导致UPS的电池放电。

  二、净化电源交流稳压器

  这种交流稳压器的出现主要是代替原来的电磁补偿式614型稳压器。这种稳压器的原理是根据双向可控硅导通角度的不同而形成不同的等效电感量,使输出对输入的变化进行补偿原理而进行稳压的,原理如图3所示。

  这种电源的稳定度较高,可达到0.1%,效率也较高,可达97%,输出电压波形失真度较小,可达到0.2%。这种稳压器的可靠性很高,有隔离干扰的能力。由图中还可以看出,主电路中没有功率管,都是电感和电容等无源器件,惟一的一只半导体器件还是可靠性很高的双向可控硅。但这种电路的缺点是调节范围窄,一般只适应额定电网电压的±10%,功率不容易做大,这显然无法满足电信部门的要求,所以一般不在考虑范围之内。

  三、参数稳压器

  1、 参数稳压器的工作原理

  参数稳压器是早期应用比较普遍的稳压器,这是一种根据铁磁谐振原理进行稳压的电路。它的优点是整个电路没有一个半导体元件,是由变压器和电容构成的电路,所以可靠性比较高,由于参数稳压器是工作在谐振状态,所以隔离干扰的能力比较强。图4示出了参数稳压器的工作原理。由于该电路用得较多,出现的问题也很多,在这里做一较详细地介绍。目的是了解它的优缺点,以达到更理性地使用。如图4为参数稳压器的电路原理图,其等效电路是一只电感与一只电容串联。

  电容的容抗是XC=1/(2fC);电感的电抗是XL=2fL

  式中:f-市电频率,HZ

  C-电容量,F

  L-变压器的电感量,H

  由电路可知,UC是电容上的电压, UL是电感上的电压, I是通过电阻、电容上的电流,感抗和容抗上的电压相差位为180,故它们串联时的电压是相减的关系,当达到谐振时,UC=UL,此时 XC+XL=O。于是就得出:

  f=                         〈1〉

  这就是LC串联电路的谐振点,由上面的分析可以看出3个问题:

  在输入电压达到一定值时,LC串联电路中的阻抗达到最小值,或电流达到最大值,即变压器进入饱和状态,此时变压器上的电压基本不变了,输出进入稳压区。

  在谐振点LC和市电频率形成一个固定的关系,式〈1〉还可以用角频率表示,即

  ω=                              〈2〉

  在谐振点以后,如果输入电压继续升高,那么升高的部分就全部加到了电容器上。

  2、  参数稳压器优点:

  A、 参数稳压器在谐振时由于是工作在饱和状态,所以外来的干扰不会引起饱和电流的变化,于是就将干扰隔离了。

  B、 由于输入电压升高的部分全部加到电容器上,所以允许输入电压转换范围较大。

  C、由于电路中没有电子元件,所以可靠性较高。

  3、 参数稳压器的缺点:

  A、 由于是工作在饱和状态,所以自身功耗大,效率低。

  B、 由于是谐振在市电频率,所以对频率的变化非常敏感,一旦市电频率发生变化,就会造成停振,一旦停振,其储存在电感中3倍以上的无功功率就会瞬间释放,形成上千伏的高压脉冲向外传输,击毁其附近的设备。国内某电信部门的多次UPS起火均由它造成。

  C、由于是谐振在市电频率,如果后面是整流负载,整流产生的谐波也会导致电路停振。根据有关科研机关的测试,这时参数稳压器的容量要数倍于后面的负载(典型实验是10倍)。上述电信部门的多次UPS起火就是因为参数稳压器的容量过小:譬如一个是15KVA的参数稳压器带16KVA的UPS,一个是30KVA的参数稳压器带40KVA的UPS,在几十套配套设备中几乎无一幸免。

  D、 由于在电路工作是内部储存了大量的无功功率,所以输入功率因数低,不能充分利用输入的市电,占用了宝贵的电能资源。

  参数稳压器使用比较成功的地方大都是容量比较大的地方或条件比较好的地方。所以这种电源要谨慎使用,尤其是在电信部门这样要求较高的地方更要谨防隐患。

  四、NPS型智能稳压电源

  这是一项新技术,是在总结了上述几种稳压器的优缺点和吸收了Delta变换技术的经验后而研制出的专利产品。这种电路既采用了当前成熟的PWM技术,又结合了 UPS的Delta变换技术。

  NPS型智能稳压电源有效解决了上面几种稳压器所存在的问题:

  1 、由于吸收了Delta变换技术的经验,所以就具有了它的一些优点,比如输入功率因数高达0.95以上,比参数稳压器高得多。

  2 、效率高。从电路的结构可以容易得看到,它是集中了自动稳压器的优点。而且反映速度快,这又是自动稳压器所无法比拟的。

  3、 输入输出隔离性能好,这又是集中了参数稳压器和净化电源的优点。由于在工作中没有无功功率的存储,所以不存在击毁其他设备的问题。

  4、可靠性高。由于是PWM电路与磁路的结合原理,结构轻巧,而不是像参数稳压器那样笨重。

  5 、由于工作效率高,损耗小,使机内温度不高,提高了机器的可靠性。

  6 、可以智能监控。机器留有RS232串口,可以做远程监控。

  7 、容量可以做得很大,不像净化电源和参数稳压器那样最大只能做到几十千伏安。
  正是有了如上的优点,在配电中应为首选

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