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大功率交流恒流电源的研制

日期:2020-07-03 02:13
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摘要:

大功率交流恒流电源的研制在电器温升试验中为了保证试验结果的准确性,要求电流保持恒定.但由于电源电压的波动及载流回路中引线电阻和负载本身电阻的变化,采用一般手操作试验电路无法达到恒流要求.有时整个试验时间很短,用手操作更无法控制.采用稳压器供电也是不可取的,因试验过程中电源电压有波动,整个回路电阻是变化的,若要求电流稳定,则必然需要调节输入电压,换言之,我们需要一自动调压器,旨在补偿电源电压的波动及回路电阻的变化,使回路中电流保持恒定.所以稳流过程实际上可看作为自动调压过程.目前恒流方法的研究在直流小功率方面较多,而在交流恒流方面较少[1,2].交流稳流主要采用如下方法:①用具有反馈系统的可控硅调相电路来实现稳流.但该方法因为是调整截止角,将使正弦波严重畸变.②采用反馈系统控制伺服电机,调节自耦调压器来实现稳流.由于电机和传动系统的机械惯性调整速度较慢且易产生振荡,难于实现稳定的调节[3].③以铁磁元件为调整元件(磁放大器)的稳流线路.它的不足之处:因为磁惯性大,响应时间较长;磁系统会产生严重的波形畸变;磁系统的线性工作区小,一般情况下只能实现小范围定点稳[4].此项课题的研究长期无突破性进展.作者采用磁放大器系统和微机控制稳流研制了新的大功率交流稳流电源.

1 大功率交流恒流电源的研制研制原理

起初采用两个磁路对接的磁放大器系统来解决正弦波失真问题,只能达到在某些工作点失真较小,精度较高的目的.由于磁放大器的磁惯性大,响应时间长,动态范围小,正弦波失真大,功率因数低的问题没有从根本上解决.后来采用双向可控硅作为电子开关组成电压分节网络,双向可控硅过零触发,组成新颖的电子调压器,其输出是不失真的完整正弦波;再用微机组成反馈系统研制出了新的大功率交流恒流电源的研制

1.1磁放大器稳流系统的研制

大功率交流恒流电源的研制整机原理见图1.

 

大功率交流恒流电源的研制图1 磁放大器稳流源原理图

在这个电路中,T1T2线圈是反向串联的,因此将其中所感应的占正弦波主要失真成份的偶次谐波电势完全抵消了.运算放大器μA741的同相端3和反相端2,分别接基准电压和经过量纲转换的采样电压,它们的对比误差经BG1BG2BG3放大后转换成相应变化的电流,也就是使基磁电流I变化,因为系统是按反馈形式连接的,所以能补偿负载电流的变化,*终使输出电流稳定不变.D3D4为保护二极管,C1C2为旁路电容,D1为阻尼二极管,PD(比例微分)网络保证控制精度.

大功率交流恒流电源的研制系统具有如下特点:

(1)高精度的基准电压.基准电压是保证精度的关键,也是抑制运算放大器零漂的关键,它实际上是一个高精度低漂移的直流稳压电流.

(2)放大器增益大.比较放大器的增益也是保证精度的一个重要方面,放大器的增益越,则设定值与实际值间的误差就越小,精度也就越高,我们选用开环增益高达105的运算放大器,并使之处于开环工作状态(因为开环使用易产生振荡,一般不使用).

(3)电流源供电,响应速度快.因为电子线路的负载铁磁功率控制可等效地看成一个大电感,时间常数τ=L/R较大,要减少时间常数,唯壹途径是增大等效电阻R,所以我们用电流源供电.因为电流源等效内阻R,这样就大大提高了系统的响应速度.其次用PD(比例

微分)控制,对提高系统的瞬时响应,避免振荡也是有利的.如上所述多种措施的采用有效地克服了磁惯性,也保证了动态稳定性.

(4)简单而切实可行的电流互感器采样.电流互感器采样的作用是电流电压量纲转换,其输出电流与采样电压之间的关系基本上是线性的.

1.2 大功率交流恒流电源的研制微机控制的稳流源

磁放大器的缺点是:磁惯性大(响应时间长),动态范围小,正弦波失真大,功率因数低.为达到稳流的高指标,又设计了微机控制的稳流源与磁放大器互补.微控稳流源的原理、电压分节网络,如图2中所示.

 

2微机控制的稳流源原理图

大功率交流恒流电源的研制显然,A,B,C,D...不同双向可控硅的的导通(或断开)会输出不同电压值,因为双向可控硅是过零触发,因此输出的是完整正弦波.总之用双向可控硅作为电子开关组成电压分节网络,双向可控硅过零触发,组成新颖的电子调压器.电压分节网络的不同的双向可控硅导通,可输出0~220V电压,由于双向可控硅是在交流电过零时触发、更新,所以输出的正弦波是完整的.3是用51系列单片机组成控制系统硬件原理图.单片机用AT89C52,其中集成了CPURAMCTC8K闪速ROM,并行输出接口用8255,显示和键盘接口用8155.

 

3微机系统原理框图

由过零检测电路在交流电过零时每10ms(50Hz)产生一个过零负脉冲,此负脉冲向CPU申请中断,CPU根据采样值与设定值比较、数据处理,由并行输出口输出更新的输出电压,整个系统是一个反馈控制系统,从而达到稳流的目的.电压分节网络每10ms更新一次,一般情况下外界电压、或负载的突变,引起输出电流的变化,*多用4次即可调整到设定值,因而响应时间是40ms,因此,这比磁放大器系统的秒数量级快得多!输入电压变动范围,可根据用户需要设计;负载的适应性强,一台设备可做各种型号的断路器、继电器、熔断器的测试检验;可使设备实现多项智能化,:①可使输出电流为时间的函数,做电机起动特性的电流可返回程序(起始电流、终止电流及维持时间均可设).②加入瞬时防冲击程序,适合于L型断路器快速检验的需要,虽然检验电流与磁脱扣电流非常接近,也不会产生磁误脱扣.③自动预置一个起始电压,使输出电流立即响应,并记录时间,从而可做**的瞬时脱扣试验.④各种情况的显示和报警,各种自动保护系统等.总之,可充分开发出微机的智能性.

大功率交流恒流电源的研制软件编程流程如图4、图5所示.

 

   注意:在触发双向可控硅并延时一段时间后,触发信号必须取消,这样在交流电过零时双向可控硅才能自动断开!

主要技术问题是采用抗干扰措施.因系统工作的环境比较恶劣,因此采用多种抗干扰措

,使系统可靠运行得到保证.

①采用“超屏蔽”稳压电源给计算机供电;

②输入、输出均经光电隔离,不与CPU电源共地;

③采用数据滤波技术,抑制了干扰;

④由*初的用“单板机”控制,改为用“单片机”控制,其抗干扰性和可靠性都得到了提.

2结论

微机控制型稳流源的本身正弦波失真小于2%,加上电网的失真3%左右,其总失真小于5%;响应时间小于40ms;稳定电流精度优于1%.基本上弥补了如前所述的其他型交流稳流电源的不足.该稳流源不仅可用于电器试验,也可适用于电力系统的继电保护、工业试验及其他需要较高精度大功率交流稳流装置的场合.此设备已在众多单位如跨国ABB公司、法国施耐特电气公司、新加坡、菲律宾等国外及国内研究所、工厂、院校使用,效果良好.

天津瑞卡特电子科技有限公司200533 http://www.400hzairpower.com大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制大功率交流恒流电源的研制