由于市電供電壓因各種原因而不�(wěn)�,特別是有些供電場所電壓波動幅度很大,從而影響用電設(shè)備的正常工作,還可能造成用電�(shè)備損壞,而交��(wěn)壓器是一種能夠使用電�(shè)備的工作電壓基本�(wěn)定的�(wěn)壓設(shè)��
�(wěn)壓器可適用于各類大型高精尖微電子系統(tǒng)作為前級�(wěn)壓器,尤其適用于電網(wǎng)波動幅度�、電壓瞬間突變等惡劣供電�(huán)��
�(wěn)壓器的使用行�(yè):穩(wěn)壓器廣泛�(yīng)用于電信行業(yè)的基站建�(shè),�(yī)療設(shè)備行�(yè),電梯行業(yè),印刷行業(yè),模具及精密機(jī)床加工行�(yè),公路交通行�(yè),石油化工行業(yè)�
交流�(wěn)壓器原理通常是利用鐵磁非線性特性構(gòu)�,屬于鐵磁穩(wěn)壓器,它是由鐵磁飽和元件再加諧振電容�(gòu)成的�(wěn)壓器�
一、鐵磁飽和現(xiàn)�
一�(gè)線圈通過電流�(shí),線圈中便有磁場�(chǎn)�,描述這�(gè)磁場有兩�(gè)物理�,一�(gè)是磁場強(qiáng)�,用H來表�,它與線圈的圈數(shù)和流過線圈的電流�(qiáng)度的乘積(又稱安匝數(shù))有�(guān);另一�(gè)是磁感應(yīng)�(qiáng)度(又稱磁通密度),用B來表示,B的大少除與安匝數(shù)有關(guān)外,還與線圈中的介質(zhì)有關(guān)。如果介�(zhì)是空氣,那么H和B�(shù)值相�,如果介�(zhì)是鐵磁材料時(shí),同一線圈流過同樣的電流(H相同)的條件下,在有鐵磁材料的導(dǎo)磁率用U來表��
在鐵磁材料中,U不是固定的常�(shù),B和H之間不是線性關(guān)�,如�1所�,在圖中可見,曲線的A�(diǎn)附近曲線開始彎曲,再往�,B值的變化越來越平�,H變化而B值變化很少的�(xiàn)象我們就稱為磁飽和現(xiàn)��
在討論穩(wěn)壓電源時(shí),我們關(guān)心的是電壓電流的變化,在磁飽和鐵芯線圈討論中,我們可以認(rèn)為線圈中H與流過線圈的電流I成正比;線圈中的B與線圈的感生電壓即線圈兩端的電壓V成正�。圖2是一�(gè)鐵磁介質(zhì)線圈的伏安特性圖,從圖中可見,曲線有一段電壓變化很�,動�(tài)電阻©V/©I比V/I少(這是�(wěn)壓管的概�,磁飽和線圈不常用“動�(tài)電阻”的提法)。這就是飽和區(qū)��
�3是一�(gè)簡單的磁飽和�(wěn)壓電路,L1是非飽和電感,L2是飽和電�。如果輸入電壓Vi�(fā)生變化,那么L1和L2的電流都將變�,但由于L2在飽和狀�(tài),所以L2上的電流變化�(shí)其兩端的電壓變化很少,大部分電壓變化都落在L1�,從而保持了L2上電壓,即輸出電壓V0的相對穩(wěn)�。當(dāng)�(fù)載發(fā)生變化時(shí),其�(jié)果也一�,這種簡單型的磁飽和穩(wěn)壓器存在兩�(gè)問題:一是穩(wěn)壓性能�,主要原因是B-H曲線的飽和部分不夠徒。二是功耗大,因?yàn)橐筁2�(jìn)入飽和狀�(tài)所消耗的功耗過��
�4是一�(gè)�(shí)用型的磁飽和交流�(wěn)壓器,鐵芯面積較大的一邊是非飽和區(qū),鐵芯面積較少的一邊是飽和區(qū),L3稱為電壓�(bǔ)償繞�,從上面我們知�,簡單型的交流穩(wěn)壓器的缺�(diǎn)是輸入電壓變化會引起輸出電壓較大的變�,為�,改�(jìn)方法是將非飽和區(qū)的一部分電壓與輸出電壓V0反向串接,將變化部分相抵�。L3和L1繞在同一不飽和鐵芯上,成為線性變壓器,L3與L2串聯(lián),但電壓方向相反,從而補(bǔ)償了輸出電壓V0的變�,使V0更穩(wěn)��
要使鐵芯�(jìn)入飽和狀�(tài),L1將要流入較大的磁勵電�,由于L1是一�(gè)感性負(fù)�,所以消耗在�(fù)載上的功率不是I和電�(wǎng)電壓V的乘積VI,而是UICOSa(COSa稱為功率因數(shù)�,因此流過L1的總電流將比較大,即功耗過大,�(wěn)壓器的效率只�50[%]左右,為此我們可通過并聯(lián)鐵磁諧振的方法加以克��
我們知道電感上電流比電壓相位滯�90�,電容上電流比電壓相位超�90�,如果電感和電容并聯(lián),加上同一電壓,電感上的電流IL和電容上的電流IC將相互抵�,因�,當(dāng)IL和IC的大少接近相等時(shí),盡管IL和IC的數(shù)值很�,但供給這�(gè)并聯(lián)回路的總電流卻很�,這種�(xiàn)象稱為并�(lián)諧振。這種鐵磁諧振的實(shí)用價(jià)值在于不用很大的輸入電流就能使電感飽�,從而克服了�(wěn)壓電路從電網(wǎng)吸取電流過大的缺�(diǎn)�
�(wěn)壓器原理特點(diǎn)� 能有效的去除或改善國�(nèi)生產(chǎn)的可控硅�(wěn)壓器效率�、可控硅上有�(huán)流、產(chǎn)生附加諧波及電磁干擾�(yán)重等弊端。它集合了微�(jī)測控、可控硅無觸�(diǎn)開關(guān)和變壓器技�(shù)于一�,具有噪聲小、容量大、體積小、精度高、響�(yīng)�、穩(wěn)壓范圍寬、重量輕、可靠性好、無波形畸變等特�(diǎn)�
能為�(fù)載提供穩(wěn)定交流電源的電子裝置。又稱交流穩(wěn)壓器。有�(guān)交流�(wěn)壓電源的參數(shù)及質(zhì)量指�(biāo)可參見直流穩(wěn)壓電�。各種電子設(shè)備要求有比較�(wěn)定的交流電源供電,特別是�(dāng)�(jì)算機(jī)技�(shù)�(yīng)用到各�(gè)�(lǐng)域后,采用由交流電網(wǎng)直接供電而不采取任何措施的方式已不能滿足需��
交流�(wěn)壓電源用途廣�,類型較多,大致可分為以�5��
?、勹F磁諧振式交流�(wěn)壓器:利用飽和扼流圈與相�(yīng)的電容器組合后具有恒壓伏安特性而制成的交流�(wěn)壓裝�。磁飽和式是這種�(wěn)壓器的早期典型結(jié)�(gòu)。它�(jié)�(gòu)簡單,制造方�,輸入電壓允許變化范圍寬,工作可�,過載能力較�(qiáng)。但波形失真較大,穩(wěn)定度不高。近年發(fā)展起來的�(wěn)壓變壓器,也是借助電磁元件的非線性實(shí)�(xiàn)�(wěn)壓功能的電源裝置。它與磁飽和式穩(wěn)壓器的區(qū)別在于磁路結(jié)�(gòu)形式的不�,而基本工作原理則相同。它在一�(gè)鐵心上同�(shí)�(shí)�(xiàn)�(wěn)壓和變壓雙重功能,所以優(yōu)于普通電源變壓器和磁飽和�(wěn)壓器�
?、诖欧糯笃魇浇涣鞣€(wěn)壓器:將磁放大器和自耦變壓器串聯(lián)起來,利用電子線路改變磁放大器的阻抗以穩(wěn)定輸出電壓的裝置。其電路形式可以是線性放�,也可以是脈寬調(diào)制等。這類�(wěn)壓器帶有反饋控制的閉�(huán)系統(tǒng),所以穩(wěn)定度�,輸出波形好。但因采用慣性較大的磁放大器,故恢復(fù)�(shí)間較�。又因采用自耦方式,所以抗干擾能力較差�
?、刍瑒邮浇涣鞣€(wěn)壓器:用改變變壓器滑動接�(diǎn)位置,使輸出電壓獲得�(wěn)定的裝置,即是用伺服電機(jī)�(qū)動的自動�(diào)壓式交流�(wěn)壓器。這類�(wěn)壓器效率�,輸出電壓波形好,對�(fù)載性質(zhì)無特殊要求。但�(wěn)定度較低,恢�(fù)�(shí)間較��
?、芨�?yīng)式交流穩(wěn)壓器:靠改變變壓器次級電壓相對于初級電壓的相位差,使輸出交流電壓獲得�(wěn)定的裝置。它在結(jié)�(gòu)上類似線繞式異步電動�(jī),而原理上又類似感�(yīng)�(diào)壓器。它的穩(wěn)壓范圍寬,輸出電壓波形好,功率可做到�(shù)百千瓦。但由于�(zhuǎn)子經(jīng)常處于堵�(zhuǎn)狀�(tài),故功耗較�,效率低。另因銅、鐵用料�,故較少生產(chǎn)�
⑤晶閘管交流�(wěn)壓器:用晶閘管作功率�(diào)整元件的交流�(wěn)壓器。它具有�(wěn)定度�、反�(yīng)�、無噪聲等優(yōu)�(diǎn)。但�?qū)κ须姴ㄐ斡袚p�,對通信�(shè)備和電子�(shè)備造成干擾�
隨著電源技�(shù)的發(fā)展,80年代又出�(xiàn)了下�3種新型交流穩(wěn)壓電�。①�(bǔ)償式交流�(wěn)壓器:又稱部分調(diào)整式�(wěn)壓器。利用補(bǔ)償變壓器的附加電壓串接在電源與負(fù)載之間,隨著輸入電壓的高�,用斷續(xù)式的交流開關(guān)(接觸器或晶閘�)或用連續(xù)式的伺服電動�(jī)來改變附加電壓的大小或極�,把輸入電壓高出部分(或不足部�)減去(或加�),從而達(dá)到穩(wěn)壓目�。補(bǔ)償變壓器容量僅為輸出功率�1/7左右,具有結(jié)�(gòu)簡單、造價(jià)低廉的優(yōu)�(diǎn),但�(wěn)定度不高。②�(shù)控式交流�(wěn)壓器和步�(jìn)式穩(wěn)壓器:由邏輯元件或微處理�(jī)�(gòu)成控制電�,按輸入電壓高低�(zhuǎn)換變壓器初級匝數(shù),使輸出電壓獲得�(wěn)�。③凈化式交流穩(wěn)壓器:由于具有良好的隔離作用,能消除來自電網(wǎng)的尖峰干擾而得到應(yīng)��
本例介紹的交流穩(wěn)壓器采用伺服式控制電�,具有穩(wěn)壓范圍大 (輸人交流電壓范圍�160-260V)、控制精度高、電路簡單易制等特點(diǎn),可供市電壓不穩(wěn)定的地區(qū)使用� 電路工作原理 該交流穩(wěn)壓器電路�=l2V電源電路、電壓檢測控制電路、過電壓保護(hù)組成,如圖所示,±12V電源電路由調(diào)壓變壓器T的W4、W5繞組和整流二極管VDl-VD4、濾波電容器Cl、C2組成�
電壓檢測控制電路由電阻器R-R7、電位器RPl、Rm、穩(wěn)壓二極管VS、電容器C3、C4和運(yùn)算放大器集成電路IC(Nl-N3)組成�
過電壓保�(hù)電路由IC�(nèi)部的N3、晶體管V3、電阻器Rl2和繼電器K組成�
自動�(diào)壓電路由電阻器R8-Rll、晶體管Vl、V2、直流電動機(jī)M、滑動觸頭和T的Wl-W3繞組組成�
將交流穩(wěn)壓器的輸大端與市電相接后,在T的W4、W5繞組上產(chǎn)生了感應(yīng)電壓。該電壓�(jīng)VDl-VD4整流及Cl、C2濾波�,為IC和Vl、V2等提� 士l2V不穩(wěn)定工作電��
+l2V電壓還有其他作用。經(jīng)Rl-R3分壓、VS�(wěn)壓后,分別為Nl-N3的反相輸入端提供基準(zhǔn)電壓;為過電壓保護(hù)電路申的K和V3提供工作電源;�(jīng)R4、RP2、R6分壓后,為Nl和N2的正相輸入端提供檢測電壓;�(jīng)R7、RPl、R5分壓后,為N3的正相輸入端提供檢測電壓�
Nl-N3將正相輸大端的檢測電壓與反相輸大端的基準(zhǔn)電壓�(jìn)行比�,用�(chǎn)生的誤差電壓去控制自動調(diào)壓電��
�(dāng)市電電壓正常�(shí),Nl和N2的輸出端電壓為OV,Vl和V2均處于截�?fàn)顟B(tài),電動機(jī)M不工��
�(dāng)市電電壓偏低�(shí),Nl和N2輸出低電�,使V2�(dǎo)通,Vl截止,M逆時(shí)針旋�(zhuǎn),通過滑壁臂驅(qū)動滑動觸頭移�,與T相應(yīng)的電壓抽頭接� (T的Wl、W2繞組共設(shè)置了21�(gè)電壓抽頭,每一檔的電壓�(diào)節(jié)范圍�5V),通過T的W2繞組來提升輸出電�。當(dāng)輸出交流電壓升至220V�(shí),V2截止,M停轉(zhuǎn)�
�(dāng)市電電壓偏高�(shí),Nl和N2均輸出高電平,使Vl�(dǎo)�,V2截止,M順時(shí)針旋�(zhuǎn),通過滑臂�(qū)動滑動觸頭移�,與T相應(yīng)的電壓抽頭接�,通過T的Wl繞組來降低輸出電�。當(dāng)輸出交流電壓降至220V�(shí),Vl截止,M停轉(zhuǎn)?! �?dāng)市電電壓偏高超過260V�(shí),N3因正相輸入端電壓高于反相輸入端電壓而輸出低電平,使V3截止,,K釋放,其常閉觸頭接通交流電壓的輸出回路�
�(dāng)市電電壓�160-260V�(shí),N3因正相輸入端電壓低于反相輸入端電壓而輸出高電平,使V3�(dǎo)�,K吸合,其常閉觸頭斷開,從而保證負(fù)� (用電�)不會因過電壓而損��
元器件選�
R8和R9均選用lW金屬膜電阻器,其余各電阻器選�1/4W或l/2W金屬膜電阻器�
RPl和RP2均選用精密可變電阻器�
Cl-C4均選用耐壓值為16V的鋁電解電容��
VDl-VD4均選用lN5404型硅整流二極��
VS選用1/2W�6V的硅�(wěn)壓二極管,例如lN5233A或lN5995B等型��
Vl選用DSl5�2SC2073型硅NPN晶體�;V2選用CSl5�2SA940型硅PNP晶體�;V3選用S805O或C8050型硅NPN晶體管�
IC選用LM324型運(yùn)算放大集成電��
M選用l2V直流電動�(jī)�
K選用JRX-l3F型l2V直流繼電器,使用�(shí)將其兩組常閉觸頭并聯(lián),以增大電流�(fù)荷�
T采用300-500W的電源變壓器改制。先�(jì)算出�/伏比等有�(guān)�(shù)�(jù)后再�(jìn)行繞制,�5V處取出一抽頭并作好標(biāo)�。先繞Wl-W3繞組,后繞W4和W5繞組。將T各抽頭的外接�(diǎn)與滑臂的滑動觸頭分別裝在兩塊完全一樣的印制板上,粘合后對應(yīng)連接?;蹫樯稀⑾聝善�?,印制板夾在其中間,使其在滑動時(shí)接觸良好。滑臂申心裝上齒�,電動機(jī)M通過齒輪變速后�(qū)動滑臂移��
電路�(diào)�
�(diào)試時(shí),先將RPl和R陀的動觸頭�(diào)至中間位�,在交流�(wěn)壓器的輸入端接上一臺手動調(diào)壓器,在輸出端接上電壓表,調(diào)整調(diào)壓器使輸入交流電壓為220V,然后調(diào)節(jié)R陀的阻值,使M在輸出電壓為220V�(shí)停轉(zhuǎn)�
斷開M的引� (滑動觸頭�(yīng)接在-220V�),調(diào)整RPl,使輸人電壓�(diào)�230V�(shí),K立即吸合即可�
交流�(wěn)壓器的功率非常簡單明�,主要的就是為供電設(shè)備提供不間斷的電源保�!還有能起到�(wěn)定電壓的功能,穩(wěn)壓器的輸入電壓的一�(gè)較廣的范�,大多在220�+-�20[%]V,輸出的電壓能保證在220V�
而在選購交流�(wěn)壓器�(shí),需要注意以下幾�(diǎn)�
一:選購交流穩(wěn)壓器考慮品牌,售后服�(wù)�
二:考慮到穩(wěn)壓器的配備方式是集中�,還是分散式�
如果需要配�(wěn)壓器的設(shè)備較�,您可以采用“集中式”或“分散式”兩種配備方式:
“集中式”,就是用一臺較大功率的ups�(fù)載所有設(shè)�,如果設(shè)備之間距離較�(yuǎn),還需要單�(dú)鋪設(shè)電線,大型數(shù)�(jù)中心、控制中心常采用這種方式,雖然便于管�,但成本較高�
“分散式”配備方式是�(xiàn)在比較流行的一種配備方�,就是根�(jù)�(shè)備的需要分別配備適合的�(wěn)壓器,譬如對一�(gè)局域網(wǎng)的電源保�(hù),可以采取給服務(wù)器配備在線式ups,各�(gè)節(jié)�(diǎn)分別配備后備式ups的方�,這樣配備的成本較低并且可靠性高�
這兩種供電方式的�(yōu)缺點(diǎn)如下表:
集中供電方式:便于管�、布線要求高、可靠性低、成本高�
分散供電方式:不便管理、布線要求低、可靠性高、成本低�
三:在選購的�(shí)候,考慮到設(shè)備是不是感性負(fù)�!若是感性負(fù)載,要大于負(fù)載的3倍配置UPS電源�
四:配備交流�(wěn)壓器�(shí),注意設(shè)備的功率,分清實(shí)際功率和額定功率.
把功率因�(shù)考慮�(jìn)�,確保選擇的交流�(wěn)壓器�(shè)和設(shè)備的使用!事�(shí)上,“W”總是小于等于“VA�。它們之間的換算�(guān)系可用如下公式計(jì)算出來: W = VA×功率因數(shù)。功率因�(shù)�0�1之間,它表示了負(fù)載電流做的有用功(W)的百分�。只有電熱器或電燈泡等的功率因數(shù)�1。對于其他設(shè)備來�,有一部分�(fù)載沒有作�。這部分電流是諧波或電抗電流,它是�(fù)載特性引起的。由于有這部分電流,所以� VA”值比“W”值大,“W”可以看作是“VA”值當(dāng)功率因數(shù)�1�(shí)的特��
一般,�(jì)算機(jī)的瓦特(W)值是它的“VA”值的60%~70�。事�(shí)上如今所有的�(jì)算機(jī)電源的功率因�(shù)值都�60%~70%左�,微型機(jī)趨向�60%,大型�(jī)趨向�70�。研制出的穩(wěn)壓器具有功率因數(shù)自動校正功能,它的功率因�(shù)號稱�1。有些穩(wěn)壓器廠商用“W”表示容�,而實(shí)際上他們指的是“VA”值。計(jì)算機(jī)�(fù)載“W”值應(yīng)為該�(biāo)出值的6 0%~7 0�,所以標(biāo)出值是1 0 0 W的交流穩(wěn)壓器,能夠驅(qū)動一�(gè)100瓦燈�,但只能�(qū)�65W的計(jì)算機(jī)�
五:選購交流�(wěn)壓器的時(shí)候分清后備式,在線式,在線互動式�
交流�(wěn)壓器按工作原理分 后備� 在線� 在線互動� ,后備式交流�(wěn)壓器 是我們最常用的,它具備了自動�(wěn)�、斷電保�(hù)等最基礎(chǔ)也最重要的功�,雖然一般有10ms左右的轉(zhuǎn)換時(shí)間,逆變輸出的交流電是方波而非正弦�,但由于�(jié)�(gòu)簡單而具有價(jià)格便宜,可靠� 高等�(yōu)�(diǎn),因此廣泛應(yīng)用于微機(jī)、外�(shè)、pos�(jī)等領(lǐng)域; 在線式穩(wěn)壓器�(jié)�(gòu)較復(fù)�,但性能完善,能解決所有電源問�,其顯著特點(diǎn)是能夠持�(xù)零中斷地輸出純凈正弦波交流電,能夠解決尖峰、浪�、頻率漂移等全部的電源問�;由于需要較大的投資,通常�(yīng)用在�(guān)鍵設(shè)備與�(wǎng)�(luò)中心等對電力要求苛刻的環(huán)境中� 在線互動式同后備式穩(wěn)壓器相比,在線互動式交流�(wěn)壓器的保�(hù)功能較強(qiáng),逆變器輸出電壓波形較�,一般為正弦波,而其的優(yōu)�(diǎn)是具有較�(qiáng)的軟件功�,可以方便地上網(wǎng),�(jìn)行穩(wěn)壓器的遠(yuǎn)程控制和智能化管�??勺詣觽蓽y外部輸入電壓是否處于正常范圍之內(nèi),如有偏差可由穩(wěn)壓電路升壓或降壓,提供比較穩(wěn)定的正弦波輸出電��
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