无触点交流稳压器的特性研究及功率流分析无触点交流稳压器的特性研究及功率流分析 无触点交流稳压器的特性研究及功率流分 析 第41卷第8期 2007年8月 电力电子技术 PowerElectronics Vo1.41.No.8 August,2007 无触点交流稳压器的特性研究及功率流分析 江友华.,-,顾胜坚,方勇. (1.上海大学,上海200072;2.杭州钱江电气,浙江杭州311243) 摘要:无触点交流稳压器具有许多优点.它将逐渐取代传统的交流稳压器.现有文献大多数只对无触点交流稳 压器的原理,主电路及怎么来实现软硬件进行介绍...

  无触点交流稳压器的特性研究及功率流分析 无触点交流稳压器的特性研究及功率流分 析 第41卷第8期 2007年8月 电力电子技术 PowerElectronics Vo1.41.No.8 August,2007 无触点交流稳压器的特性研究及功率流分析 江友华.,-,顾胜坚,方勇. (1.上海大学,上海200072;2.杭州钱江电气,浙江杭州311243) 摘要:无触点交流稳压器具有许多优点.它将逐渐取代传统的交流稳压器.现有文献大多数只对无触点交流稳 压器的原理,主电路及怎么来实现软硬件进行介绍.而对其特性及深层次问

  却很少有文献进行讨论.这里重点分析 了无触点交流稳压器的功率流,解释其内在的运作时的状态,最后通过实验加以验证. 关键词:无触点控制;稳压器;双向晶闸管 中图分类号:TM44,TM46文献标识码:A文章编号:1000—100X(2007)08—0007—tactACStabilizer JIANGYou—hua,GUSheng~ian,FANGYong (1.ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China;2.HangzhouQianJiangRiverElectric,Hangzhou31 1243,China) Abstract:ThenovelNon—contactACstabilizerhasmanyadvantagesandwillreplaceconventionalAC stabilizer.The principle,maincircuit,softwareandhardwareareintroducedinexistingliteratures,however,thedeep—seatedproblemhas notbeendiscussed.ThepowerflowofNon—contactACstabilizerisemphaticallyanalyzed.Finally,exp erimentisgivento confirmtheabove—mentionedclaims. Keywords:non—contactcontrol:stabilizer;bidirectionalthyristor 1引言 由于我国的交流电网建设和发展不平衡,用电 设备的配置也不合理.因而使供电质量受到严重的 影响,常常会出现过欠压,瞬时跌落,浪涌及较多尖峰 干扰的现象,这在,些偏远地区

  现得尤其严重.而 且随着科学技术和经济的发展.信息技术和微电子技术 的应用,大量用电设备对供电质量的

  越来越高, 因而电力稳压器已成为许多设备诸如计算机,通信 设备,广电发射设备,医疗设施等电子设备和数控机 床等机电设施不可缺少的供电装置. 随着电力电子器件和控制技术的发展.采用双向 晶闸管无触点调节变压器绕组组合来实现补偿稳压的 新型交流稳压器.将逐步取代机电式补偿稳压电源中 笨重而反应隧的电机,齿轮传动机构及炭刷机构,在动 态响应速度及维护方面有明显的改善.目前,关于无触 点交流稳压器的文献比较多.但大多数都只讨论交流 稳压器的工作原理和主电路旧,或者分析其软,硬件的 实现.而对其内在本质和深层次的问题.却很少有文 献研究.基于此,将对无触点交流稳压器的特性及功率 流进行深入分析,并通过实验进行了验证. 2电路原理框图及补偿原理 图1示出交流稳压器原理.由图可知,输出电压 即负载电压/2,.与输入电压即市电电压/2,i及补偿电 定稿日期:2O07-01—04 作者简介:江友华(1974一),男,江西南城人,博士后.研 究方向为电力电子技术及电力系统. 压?的关系为: 0=i+Au(1) 按式(1)可得图2所 示的矢量叠加示意图.由 图可知.调节?M的大小 或与的夹角,就可以 调节.的大小和相位. 通常情况是调节?的 大小,而相位要么与i 同相位,要么与i反相 位,从而维持.不变. 图3示出交流稳压图2电压矢量叠加原理 器的电压补偿示意图.当i降落Au时,通过补偿变压 器补偿+?,从而维持‰不变,见图3a;当升高? 时.通过补偿变压器反相补偿_?,依然维持‰不变, 见图3b.由图3可见,该稳压器只补偿i升高或跌落 部分.而无需承担负荷所需的全部电压,因此稳压器承 担的上限功率仅为负载功率的2O%(假设电压补偿范 围为20%),致使其价格得以下降.由于功率器件不是 直接串在系统主回路中的,所以器件的选型较容易. t3 u V t/S (a)同相补偿 图3交流稳压器电压补偿示意图 7 第41卷第8期 2007年8月 电力电子技术 PowerElectronics V0l41.No.8 August,2007 3主电路结构及工作过程【5】 图4示出无触点交流稳压器的主电路.它主要 由串联补偿变压器T2,自耦变压器Tl,双向晶闸管 模块(VS,,VS)及RC吸收电路构成,FUSE.,FUSE 为快速熔断器,用于保护晶闸管.其中,T.有3个电 压抽头.分别是180V,120V,60V,用于提供不同的 补偿电压.串联补偿变压器T的初次级变比n=6:l. FUSE2 — E鲁一 FUSE: VS, VS ov VS4 l2OV VS54 60V :. vs 图4无触点交流稳压器主电路(单相) 图中——-T:的初级电压厂—_T:的次级电压 il——市电输入电流广负载电流 『_—_T:的初级电流 无触点交流稳压器的工作过程为: (1)当.高于额定值时,相当于升高或负载 减小,要求T2产生反极性电压,以抵消i升高的那 部分电压.此时,可触发VS.,VS导通,交流正半周 时,电流通路为A—T的次级绕组—T.一VS.—+T的 初级绕组一VS?,交流负半周时,由于使用了双 向晶闸管,电流沿上述通路反向流动. (2)当.低于额定值时,相当于i降低或负载增 大,要求T2产生顺极性电压,补偿降低的那部分电 压.此时,可触发VS,VS,导通,交流正半周时,电流通 路为A—的次级绕组——+VS4-:的初级绕组一 vS厂w,交流负半周时,电流沿上述通路反向流动. 通过控制不同的交流无触点开关的通断,可切 换T的抽头,从而改变T:补偿电压的大小和极性, 以达到稳定的目的. 4功率流分析 为了进一步探索无触点交流稳压器的本质,必须 分析并研究它的运作时的状态和功率流向.无触点交流 稳压器的运作时的状态很复杂,但它依然遵守输入与 输出功率平衡的原则,因此用功率平衡的原理对其 功率流向进行解释是合理和有效的. 假定其损耗等于零,则市电输入的功率一定等 于负载吸收的有功功率,即:ttii.=uo/(2) 由于无触点交流稳压器的稳压作用,使Uo-~Uu 是参考电压,即Ur=220V).由此可知=:,或il= “.当umu.=It时,例如//,in--//,(1+15%)时,有: 8 il-i2(1—131+15115)(3)(%)%… 图5示出市电输入电压波动15%时的功率流 向示意图.由交流稳压器原理可知,当‰升高时,需 要对进行负补偿,此时在串联补偿变压器T,次 级产生一个负补偿电压A/A=,,15%,见图5a.此时 有ttin--Att.~tt(1+15%)一15%=u.与此同时,T2从市 电吸收的功率为: Aui1=Aui2(1-13.1%)=15%?i2(1—13.1%) uj,13.1%(4) ?=?rl (I 市电输 ,._iL(1+I7.6%)II1I76%I1.…, 西d二1!:巫五j::::::::::: … 一市电输入+V?”+I5%”r:!+蕊霎曩变?6%凡 蕾至鞫(b)ff电电Jh阡低15% 图5市电输入电压波动15%时功率流向示意图 变换成电流,则有: — Au— il:!:2(二三:),13.1%(5) rr 转送到负载,使负载得到的电流为: 1+213.1%=2(1-13.1%)+213.1%=2(6) 由式(2),式(6)可知,假定稳压器的损耗等于 零,在保持交流稳压器输入功率等于输出功率的条 件下,因U升高u35%,而使市电输入电流减少的 量为:13.1%,当Ui受到无触点交流稳压器的负补 偿而使.=i一Au=u(1+15%)一/Ar15%=u时,把由T2 从市电电源吸收的功率Aui.=15%xi2(1—13.1%)= 2 13.1%变换成~Auil一 ::i213.1%转 UrU 送到负载,使负载吸收的电流等于(1—13.1%)+ 13.1%=2100%,这便保证了市电的输入功率等于负 载吸收的功率. 当ttlr,tto=tt时,例如---//,(1—15%)时, il:—=:2(1+17.6%)(7)85(1— 15%)%,…, 如上所述,此时在T次级产生一个+?u=15%, 无触点交流稳压器的特性研究及功率流分析 姜一摹一t/5ms/格t/5ms/格 (a)同相补偿(b)反相补偿 图6电网电压波动时各点电压波形 由图6可见.由于双向晶闸管作为无触点电子 开关,补偿电压,?为正弦波,所以其谐波含量少. 表1示出不同i时,无触点交流稳压器的实测 数据.可见,电压,电流数值反映了其功率流的流向, 验证了上述功率流分析的正确性.另外.由其效率参 数也能够准确的看出.这种无触点交流稳压器的效率比较 高.符合节能型社会的要求. 表1无触点交流稳压器的实验值(负载为2kW电阻丝J /~in*=201VUo=219V=118Vu2=19V7/=96.9% =8.58A2=7.63A厶=1.54A=1724.6W=1671.0W u~.*=213VUo=222V=59Vu2=9V7/=97.9% 8.22Ai2=7.72A1.41A=1750.9W1713.8W ui.*=220Vuo=218VI=IV,=0V7/=98.1% 1=7.70A2--7.62A1,26APj=1694.0Wp1661.2W u~,*=229VM.=219V.=一63V,=一10V7/=98.2% t=7.44A,=7.64A=1.18APi=1703.8W1673.2W /~in*=239VUo=218VM.=一122V,=一20V7/=96.7% =7.15A,=7.58A=1.12A=1708.9W/.--1652.4W 表中——参考值 参考文献 【1】庄瑞飘,周熙文.新型节能微电脑控制大功率交流电源研 究与

  [J】.仪器仪表学报(增刊),2005,26(8):710~ 713. 【2】刘华毅,陈将.无触点大功率补偿式交流稳压电源[J]. 电气时代,2005,(8):116—117. 【3】闰志超,项建华.双向晶闸管无触点可逆开关保护系统研 究[J】.电力电子技术,2006,40(1):115~116. [4]于艳君,赵石柱,王威.基于PLC控制的无触点补偿式 电力稳压器[J].佳木斯大学学报(自然科学版),20o4,22 (2):194~196. [5】潘胜利.无触点补偿式电力稳压器【J】.仪表技术,2003, (1):45—46. 投稿需要注意的几点 r1J作者署名不允许超出4人. r2J公式请用word2000中Math52公式 编辑器编辑. r3J图中,文中或公式中的变量符号应在首 次出现时说明其物理意义或给出定义,变量单位 应规范;文中,公式中的矩阵,向r矢J量符号请用 黑斜体表示,一般变量符号用斜体表示. r4J图中,文中或公式中出现的变量符号定 义要清晰,前后要统一,每个变量的大小写,上下 标等要全文统一,切勿混淆;每个变量符号只能用 一 个字符r可另加上,下标J表示,切勿用英文单 词的缩写r字母组合J表示. r5J图中的坐标应注明名称,单位;图中,表 中的标识请用中文表示o r6J参考文献请尽量选用最近5年的学术性 论文5篇,综述性论文可用8篇.注意:请多引用 《电力电子技术》等优秀中文学术性期刊;尽量少 引用学位抡文;所引用的文献请在文中用”【】”标 出引用处,并注明参考文献的类型及相关项: [1]专着:作者.书名【M】.出版地,出版商,出版年. [2]论文集:作者.论文题目【C】.会议名称,会 址r国家.城市名J及会期,抡文所在卷,页. [3]报纸文章:作者.论文题目【N】.报刊名称, 发表年,月,日. [4]期刊文章:作者.论文题目【J】.期刊名,出版 年,卷,期,起止页. [5]报告:作者.报告题目【R】.报告所有权单位 地址,报告所有权单位,发表年. 【6]学位论文:作者.论文题目【D】.学校单位地 址,学校,年.(下转第12页) q

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