無觸點(diǎn)電力穩(wěn)壓技術(shù)研究與應(yīng)用

吳志剛

（深圳安科高技術(shù)股份有限公司,廣東 深圳 518000）

1 前言

在多個(gè)地區(qū)對(duì)接入電網(wǎng)的使用，發(fā)現(xiàn)存在過壓或欠壓、電壓瞬時(shí)跌落、高頻脈沖干擾和諧波電流干擾等多種問題，電力穩(wěn)壓器已經(jīng)成為許多像核磁共振這樣的大型精密醫(yī)療器械不可缺少的供電保護(hù)裝置，然而要在眾多的品牌中挑選優(yōu)越的電力穩(wěn)壓器，就要進(jìn)行全面技術(shù)解析才能選型。為此，根據(jù)技術(shù)參數(shù)分析、實(shí)際應(yīng)用和試驗(yàn)的結(jié)果來選擇DBW/SBW 5B型補(bǔ)償式無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器（以下稱5B型三相穩(wěn)壓器）。

2 原理及技術(shù)參數(shù)

5B型三相無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器主要由電源濾波單元、補(bǔ)償電路單元、自耦調(diào)壓電路單元、控制電路單元、輸入采樣電路單元、輸出控制電路單元、保護(hù)電路單元、旁路電路單元等組成。

2.1 整機(jī)工作原理

整機(jī)工作過程為當(dāng)電網(wǎng)輸入電壓波動(dòng)或負(fù)載功率發(fā)生改變時(shí)，電源濾波單元對(duì)輸入電網(wǎng)中的高頻脈沖干擾及諧波干擾進(jìn)行有效抑制，采樣電路單元獲得采樣電壓并與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對(duì)比來確定差異，然后由控制電路單元輸出控制信號(hào)使調(diào)壓電路單元中相應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通，這樣補(bǔ)償電路就產(chǎn)生極性和大小各異的補(bǔ)償電壓，從而達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目的。同時(shí)，控制電路單元在特定情況下使保護(hù)電路單元工作，對(duì)輸出控制電路進(jìn)行控制，產(chǎn)生輸出保護(hù)的動(dòng)作。

2.2 主要補(bǔ)償原理及技術(shù)參數(shù)

5B型三相穩(wěn)壓器由三個(gè)獨(dú)立補(bǔ)償變壓器構(gòu)成補(bǔ)償部分，補(bǔ)償電壓為0～44V。由三個(gè)獨(dú)立的調(diào)壓變壓器構(gòu)成調(diào)壓部分，次級(jí)抽頭電壓分別為36V、114V、195V、220V,以C相為例，主要補(bǔ)償和調(diào)壓電路見下圖。

當(dāng)輸出電壓Uo高于額定電壓時(shí)，要求單相補(bǔ)償變壓器TC1上的補(bǔ)償電壓△U抵消升高的那部分電壓，此時(shí)可觸發(fā)Q5和Q8的可控硅導(dǎo)通，交流正半波時(shí)電流通路為：C-TC1初級(jí)繞組-TC2-Q5-TC1次級(jí)繞組-Q8-N,交流負(fù)半波時(shí)電流沿上述通路反向流動(dòng)。

當(dāng)輸出電壓Uo低于定額電壓時(shí)，要求補(bǔ)償變壓器TC1上的補(bǔ)償電壓△U補(bǔ)足降低的那部分電壓，此時(shí)可觸發(fā)Q6和Q7可控硅導(dǎo)通，交流正半波時(shí)電流通路為：C-TC1初級(jí)繞組-TC2-Q6-T1次級(jí)繞組-Q7-N，交流負(fù)半波時(shí)電流沿上述電路反向流動(dòng)。

同理，通過控制Q1～Q8不同可控硅的組合和通斷，可以切換調(diào)壓變壓器TC2的抽頭,從而改變補(bǔ)償電壓△U的大小和極性，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

3 實(shí)際應(yīng)用

5B型三相穩(wěn)壓器所用的是雙向可控硅，其導(dǎo)通時(shí)刻控制在交流過零時(shí)，流過可控硅的電流小，響應(yīng)快。采用分相調(diào)壓及補(bǔ)償技術(shù)能夠保證穩(wěn)壓器不受線損與負(fù)荷功率大小的影響，分相采樣及補(bǔ)償?shù)木冗h(yuǎn)高于三相統(tǒng)一調(diào)壓及補(bǔ)償技術(shù)。

整機(jī)無碳刷、無觸點(diǎn)、無機(jī)械傳動(dòng)，相比傳統(tǒng)機(jī)械補(bǔ)償穩(wěn)壓器，應(yīng)用了無觸點(diǎn)穩(wěn)壓技術(shù)的產(chǎn)品故障率低并且壽命更長(zhǎng)，其中部分變壓器采用環(huán)形變壓器，減少了損耗，提高了效率，縮小了機(jī)柜尺寸，降低了維修難度。5B型三相穩(wěn)壓器在磁共振成像系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用表現(xiàn)出較好的抗干擾能力及對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性，對(duì)電網(wǎng)、負(fù)載和其它用電設(shè)備不產(chǎn)生奇次諧波和高頻干擾，對(duì)磁共振成像質(zhì)量不產(chǎn)生任何影響。

4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)論

在對(duì)5B型三相穩(wěn)壓器作性能實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)其進(jìn)行以下幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：

（1）模擬用戶電網(wǎng)在欠壓和過壓、電壓瞬時(shí)跌落和尖峰對(duì)輸入電壓的補(bǔ)償范圍。

（2）模擬用戶負(fù)載功率增大和減小的輸出補(bǔ)償范圍。

（3）響應(yīng)速度、噪聲、變壓器繞組溫升、輸入、輸出對(duì)地絕緣電阻及強(qiáng)度。

實(shí)驗(yàn)中使用多個(gè)大功率電爐作為電阻性負(fù)載來測(cè)試和老化，并且在磁共振系統(tǒng)(感性負(fù)載)中長(zhǎng)時(shí)間使用，經(jīng)過多次測(cè)試并取得以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

（1）輸入補(bǔ)償范圍：相電壓176～264V±20%；線電壓304～456V±20%。

（2）輸出補(bǔ)償范圍：相電壓220V±3%；線電壓380V±2%～3%。三相輸出電壓因受負(fù)載無功功率的影響，相電壓大約有0.3%的差異。

（3）響應(yīng)時(shí)間小于100MS毫秒；噪聲小于40dB；變壓器繞組溫升小于80℃；輸入、輸出絕緣電阻大于3兆歐；絕緣強(qiáng)度為2000V/1min,無閃絡(luò)和擊穿。

根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及參數(shù)表明DBW/SBW 5B型補(bǔ)償式無觸點(diǎn)三相穩(wěn)壓器具備精良的工藝技術(shù)和較好的可靠性，其性能完全滿足核磁共振這樣的大型醫(yī)療器械使用。然而對(duì)于工業(yè)企業(yè)來說，大多數(shù)負(fù)載為感性負(fù)載，其功率因素一般為0.7，為了提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)該對(duì)這類負(fù)載進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，雖然很多企業(yè)的配電系統(tǒng)有集中補(bǔ)償裝置，但是為了進(jìn)一步提高效率和節(jié)能，作為負(fù)載前級(jí)的穩(wěn)壓?jiǎn)卧€需要集成功率因素補(bǔ)償單元。隨著精密電子、電氣設(shè)備的發(fā)展，新一代電源技術(shù)將會(huì)不斷繼續(xù)創(chuàng)新，而無觸點(diǎn)補(bǔ)償技術(shù)一直是大功率電力穩(wěn)壓器不變的發(fā)展方向。

[1]上海潘登公司.高效節(jié)能SMW、DBW5型電力穩(wěn)壓器--無碳刷、無觸點(diǎn)、無機(jī)械、免維護(hù)、補(bǔ)償式[J].通信電源技術(shù),2001(04):43-44.

[2]潘勝利,王鴻鈺.基于穩(wěn)壓技術(shù)的智能照明節(jié)能配電柜[J].儀表技術(shù),2005(03):77-78.

[3]潘勝利.無觸點(diǎn)補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器[J].儀表技術(shù),2003(01):45-46.

[4]劉華毅,陳將.無觸點(diǎn)大功率補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓電源[J].電氣時(shí)代,2005(08):116-117.