高效節(jié)能型電力穩(wěn)壓器

我國自上世紀(jì)80年代第1臺大功率補(bǔ)償式穩(wěn)壓器問世以來，通過20年的發(fā)展創(chuàng)新，對補(bǔ)償系列產(chǎn)品已經(jīng)形成了相當(dāng)規(guī)模的生產(chǎn)能力，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、質(zhì)量等方面得到了迅速的發(fā)展，已成為當(dāng)今大功率穩(wěn)壓源的主流產(chǎn)品之一。然而，中國的電源市場廣闊、發(fā)展不平衡，特別是加入WTO以后勢必將面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)，為此上海潘登公司及時(shí)分析了市場對新一代電源的需求，憑借自己強(qiáng)大的實(shí)力，刻苦攻關(guān)，堅(jiān)持高起點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新，研制成功了新一代SBW5型大功率補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器（以下稱5型穩(wěn)壓器），本文就5型穩(wěn)壓器極為重要的幾個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)及研制電源系統(tǒng)的組成進(jìn)行簡要的闡述。

1 市場對補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器新的主要要求

1）高可靠性，安全第一，要求平均無故障時(shí)間≥50000h。

2）具有較寬的穩(wěn)壓范圍，負(fù)載調(diào)整率及較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

3）功率大于20kVA的穩(wěn)壓器應(yīng)采用分相補(bǔ)償調(diào)節(jié)。

4）對電網(wǎng)的諧波污染和高頻電磁干擾應(yīng)盡可能地減小。

5）具有防雷，防浪涌和其它防患措施。

6）免維護(hù)，有遙控接口，可實(shí)現(xiàn)無人值守。

2 5型穩(wěn)壓器的構(gòu)成與工作原理

5型系列穩(wěn)壓器是潘登公司在原有穩(wěn)壓器技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行更新改造的產(chǎn)品，主要面向電信、電力、移動(dòng)基站等行業(yè)。歸納起來它有以下3個(gè)顯著特點(diǎn)：

1）針對中國電網(wǎng)的特點(diǎn)，全部采用分相補(bǔ)償調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，補(bǔ)償量30％。

2）采用微電子元器件，磁路控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù)，改造了傳統(tǒng)的碳刷、觸點(diǎn)、機(jī)械傳動(dòng)調(diào)壓補(bǔ)償方式。

3）具有防雷等安全措施及遙控遙測功能，實(shí)現(xiàn)無人值守與智能化管理。

原理框圖如圖1所示。

圖1 原理框圖

從圖1不難看出5型穩(wěn)壓器與傳統(tǒng)補(bǔ)償式穩(wěn)壓器的主要區(qū)別在于“補(bǔ)償”方法上。補(bǔ)償式穩(wěn)壓技術(shù)的關(guān)鍵就是補(bǔ)償電壓的調(diào)節(jié)方式，它直接關(guān)系到穩(wěn)壓器的安全可靠性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)壓精度、穩(wěn)壓范圍、波形失真等性能指標(biāo)。眾所周知，常規(guī)機(jī)械補(bǔ)償式穩(wěn)壓器是利用伺服電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)與園盤式或柱式調(diào)壓器組成的交流穩(wěn)壓裝置，因?yàn)槭菣C(jī)械傳動(dòng)，所以對電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢，而且對裝置平衡和碳刷架壓力有嚴(yán)格要求，因此使用時(shí)間一長，結(jié)構(gòu)變形松動(dòng)，容易發(fā)生調(diào)壓器短路而造成不良后果，同時(shí)碳刷的磨損會產(chǎn)生火花而引起干擾，污染電網(wǎng)與影響其它設(shè)備（特別是帶有微電腦的設(shè)備）的正常工作。而新一代5型穩(wěn)壓器調(diào)壓系統(tǒng)是“多路補(bǔ)償變壓器組合群體”，通過“多路全橋功率電路”來控制多個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)的通斷取得正負(fù)補(bǔ)償電壓，屬高新技術(shù)的電子開關(guān)調(diào)壓系統(tǒng)裝置，整個(gè)調(diào)壓系統(tǒng)無碳刷、無觸點(diǎn)、無機(jī)械運(yùn)動(dòng)，這樣大大提高了穩(wěn)壓器運(yùn)行過程中的可靠性，而且響應(yīng)速度、精度、穩(wěn)壓范圍都得到了改善與提高，達(dá)到免維護(hù)的目的。

從圖1可以看到由多臺補(bǔ)償變壓器組成主控單元，用固態(tài)繼電器群組成無觸點(diǎn)單元，控制電路由采樣系統(tǒng)、主控板及各種顯示、保護(hù)電路組成。當(dāng)輸入電壓波動(dòng)或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，通過采樣系統(tǒng)獲取反饋電壓，經(jīng)過主控板進(jìn)行判斷與處理輸出控制指令，在電壓過零同步脈沖的作用下使相應(yīng)的晶閘管模塊接通或關(guān)閉，使對應(yīng)補(bǔ)償變壓器投入工作，改變了補(bǔ)償電壓Δu值從而快速達(dá)到了穩(wěn)定輸出電壓的目的。

圖2是一相主控補(bǔ)償單元電路的原理圖。圖中T1、T2、T3是三個(gè)獨(dú)立的補(bǔ)償變壓器，根據(jù)穩(wěn)壓精度及輸入電壓的范圍要求來選擇變壓器的臺數(shù)（一般為3～4臺，這里選擇3臺），次級繞組的補(bǔ)償電壓可設(shè)置為7V、14V、28V（或5V、10V、20V）等，當(dāng)順極性（或反極性）全部投入時(shí)可以獲得最大正負(fù)補(bǔ)償電壓為49V，當(dāng)最小補(bǔ)償電壓取7V時(shí)，穩(wěn)壓精度為3％。

圖2 主控補(bǔ)償單元

S1～S12是固態(tài)繼電器，其中S1～S4與T1、S5～S8與T2、S9～S12與T3分別組成三個(gè)功率全橋電路。其工作過程如下：若由于輸入電壓Ui升高等原因造成輸出電壓Uo高于額定值，要求T1、T2、T3中1個(gè)（2個(gè)或3個(gè)）工作，產(chǎn)生反極性電壓抵消Ui升高的那部分電壓，如經(jīng)主控板判斷需要T1投入時(shí)，可觸發(fā)S1、S4道通。當(dāng)Uo低于額定值時(shí)，需要T1產(chǎn)生順極性電壓補(bǔ)足Ui所缺的那部分電壓，可觸發(fā)S2、S3道通。以此類推，如果Ui升高或降低較多時(shí)，可使T1、T2、T3同時(shí)投入工作，產(chǎn)生較高的反極性或順極性補(bǔ)償電壓，使輸出電壓始終穩(wěn)定在穩(wěn)壓精度以內(nèi)。

由于5型穩(wěn)壓器補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的開關(guān)器件都是電力電子器件，遠(yuǎn)比傳統(tǒng)式電磁感應(yīng)繼電器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快得多，而且開關(guān)器件都為觸發(fā)電路及電力電子器件組成的電路模塊，因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力，這對于電信、移動(dòng)基站的精密電子儀器、計(jì)算機(jī)或數(shù)字微電子設(shè)備是理想的交流穩(wěn)壓儀器。

作為供電電源的穩(wěn)壓器對可靠性的要求比任何用電設(shè)備、電器都要高，本設(shè)備由于無碳刷、無觸點(diǎn)、無機(jī)械傳動(dòng)，從而減少了故障點(diǎn)，提高了設(shè)備的平均無故障時(shí)間。

3 穩(wěn)壓器的選擇使用

1）該系列產(chǎn)品補(bǔ)償調(diào)節(jié)有統(tǒng)調(diào)與分調(diào)兩種形式。若需要集中穩(wěn)壓而且功率較大的，推薦選用分調(diào)式的，因?yàn)榉终{(diào)式穩(wěn)壓器是A、B、C相分相采樣，分相調(diào)節(jié)，這樣能保證各相電壓的穩(wěn)壓精度；而統(tǒng)調(diào)式因?yàn)閮H取一相采樣而集中統(tǒng)調(diào)，因此無論如何也保證不了其他二相的穩(wěn)壓精度。

2）不僅要求穩(wěn)壓器對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的適應(yīng)性，如：穩(wěn)壓范圍、抗干擾能力以及對非線性負(fù)載的適應(yīng)能力等，而且還要求穩(wěn)壓器自身沒有波形畸變，不產(chǎn)生高頻干擾和對電網(wǎng)形成污染。尤其對供電質(zhì)量較差的單位，至少要有30％的穩(wěn)壓范圍才能適用，并要求穩(wěn)壓器在最低輸入電壓情況下還能保持額定最大輸出功率。

3）穩(wěn)壓器不能離負(fù)載太遠(yuǎn)，越近越好，并建議一臺設(shè)備配一臺穩(wěn)壓器，注意不要在配電室里面搞大容量的集中穩(wěn)壓，這樣非但起不到穩(wěn)壓作用，而且可能帶來更多的麻煩。

4）大功率穩(wěn)壓器的可靠性是第一位的，因此除了必要的過壓、欠壓保護(hù)外，有些功能如自動(dòng)上電、缺相保護(hù)等可以不必考慮，因?yàn)槎嘁粋€(gè)功能便多一個(gè)故障點(diǎn)，當(dāng)然防雷裝置是必不可少的。無人值守時(shí)應(yīng)有遙控遙測功能。另外，不必過分追求穩(wěn)壓器的精度，因?yàn)樵绞歉呔茈娮觾x器，其本身就具有良好的工作電源，因此穩(wěn)壓器的響應(yīng)與精度方面不會對其構(gòu)成較大影響，而穩(wěn)壓器的干擾問題，恰恰是不可忽視的。