交流稳压电源（共9篇）
交流稳压电源 篇1
目前,空间技术、计算机、通信、雷达及家电中的电源逐渐被开关电源所取代。现在一般应用的串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统的串联稳压器、调整管总是工作在放大区,流过的电流是连续的,这种稳压器的缺点是承受过载和短路的能力差,效率低,一般只有35%～60%。由于调整管要损耗较大的功率,所以需要采用大功率调整管,并装有体积很大的散热器[1]。而开关电源的调整管工作在开关状态,功率损耗小,效率可达70%～95%,稳压器的体积小,重量轻,调整管的功率损耗较小,散热器也随之减小[2]。此外,开关频率工作在几十kHz,可用数值较小的滤波电感、电容元件,故可以大大提高允许的环境温度。
1 电路组成及工作原理
开关式交流稳压电源电路框图如图1所示。工作原理描述:由三角波发生电路产生150 kHz的三角波,由低频正弦波产生电路产生50 Hz的正弦波。两个信号分别同时送到比较器的同相和反相输入端,在比较器的输出端将产生矩形波。该矩形波的频率与150 kHz的三角波相同,该矩形波的脉冲宽度受50 Hz正弦波实时幅度的调制后,随50 Hz正弦波实时幅度而变化,即已调制矩形波。将其送到高速电子开关中一个输入端,并经过一级反向器反向,送到高速电子开关的另外一个输入端。
市电整流滤波获得的
电压和电流取样电路从负载上获取电压和电流信号,分别送两路A/D 转换器转换,变成离散的数字信号。一方面用于通过微处理器处理后进行实时显示;另一方面用于通过微处理器处理后送D/A 转换器变换为模拟量,经过光电隔离驱动电路来控制正弦波发生器的幅值,又经过比较器、反向器、高速电子开关、LC 滤波、高频开关变压器、多级LC 滤波等电路,用于控制负载上电压或电流的稳定。电压互感器的作用是从市电中获得低谐波失真的标准正弦波,经由正弦波产生电路控制其幅值;键盘用于输入准备向负载提供的电压或电流值。
2 电路设计分析
2.1 可控正弦波产生电路
可控正弦波产生电路的电路图如图2所示[2]。
正弦波的来源采用直接从市电的220 V/50 Hz的正弦波,利用电压互感器变换成较低电压的50Hz 正弦波(例如5 V)。该正弦波的谐波失真度取决于市电的谐波失真度和互感器的参数,其输出幅度由D/A 转换器控制光电耦合器驱动电路实现,D/A转换器输出信号控制光电耦合器导通程度,与分压电阻分压后产生交流和直流叠加的电压,经电容隔离直流分量,仅保留交流分量送运算放大器进行若干倍的放大,产生随D/A信号幅度大小而控制的纯净交流信号量。
D/A控制信号产生的原则是:根据输出到负载上的电压或电流配合市电的电压幅度大小进行综合运算,由微处理器向D/A 转换器提供通过综合运算的数字量,使得提供给负载的输出电压(或电流)趋于稳定。
2.2 脉冲宽度调制器
PWM产生电路由正弦波产生电路、三角波产生电路和比较器三个部分组成。三角波加到比较器的反向输入端,正弦波加到比较器的同向输入端,比较器输出端产生受正弦波瞬时幅度而变化的脉冲宽度调制波[4,5]。
图3是电压型PWM比较器的工作波形,输入三角波接在比较器的反向输入端,可控正弦波信号送至比较器的同相输入端,经放大后输出PWM信号。
2.3 高速电子开关
高速电子开关电路用于实现将PWM波功率放大,配合高频电子变压器和滤波电路,可实现对输入信号为受某信号参数调制的矩形波,输出信号为还原出该参数的解调电路[6]。其典型电路图如图4所示,是PWM经反相器出来的波形。整个电路由4个场效应管构成的桥式开关电路、高频开关变压器、多组LC 滤波电路(图中只画出一组L3,C3)组成。
高频开关变压器Tr还兼起市电隔离的作用。电路中,L1,C1 和L2,C2 组成滤波电路,用以使输入到高频开关变压器初级的矩形波拐角变成“缓变”形状,以使流经变压器的谐波分量减小,降低干扰。
经过高频开关变压器次级感应到的电压通过L3,C3(实际为多级LC,如三级)的进一步滤波可以将PWM的高频矩形波滤除,在负载上得到被还原的原调制波的正弦波形,如图5所示。
图5中还原出来的调制波实际上是有一定程度的锯齿波成分,如果用数字存储示波器存储波形,然后局部放大观测可发现,如图5中显示了局部放大后的锯齿形状,其锯齿程度反映了信号的失真度,与多级LC滤波器的性能参数有关。
2.4 微处理器
微处理器部分用于实现系统装置的智能化,微处理器部分包括微处理器芯片、键盘、LCD 显示器、A/D 和D/A 转换器,且适合于控制的微处理器芯片往往采用单片机,而单片机基本上都包含有I/O 接口电路、ROM,RAM、定时器和中断系统,因此这些部件基本上都不需要扩展。
软件部分的设计包括A/D转换器、D/A转换器、LCD显示器、键盘系统等功能的子程序,还包含系统监控程序和各种中断服务程序等[7],其系统监控程序流程图如图6所示。
3 结 语
在此介绍的开关式交流稳压电源是一种较为先进的交流电源设计方案。随着时代的快速发展,开关电源的集成化与小型化正在变为现实,目前正在研制开发开关与控制电路集成于同一芯片的集成模块。然而,把功率开关与控制电路,包括反馈电路都集成于同一芯片上,必须解决电气隔离与热绝缘的问题,这将是今后的一大研究课题。
参考文献
[1]李靖.中国开关电源市场的分析[J].电工技术,2000(2):44-45.
[2]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].4版.北京:机械工业出版社,2003.
[3]刘胜利.现代高频开关电源实用技术[M].北京:电子工业出版社,2001.
[4]阮新波,严仰光.脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术[M].北京:科学出版社,1999.
[5]李琪.PWM全桥软开关直流变换器的研究[D].杭州:浙江大学,2006.
[6]王聪.软开关功率变换器及其应用[M].北京:科学出版社,2000.
[7]徐江海.单片机使用教程[M].北京:机械工业出版社,2007.
交流稳压电源 篇2
直流及交流不停电电源系统技术原则 1 直流系统 1.1 直流系统电压
500kV变电站操作电源直流系统采用220V或110V电压。1.2 蓄电池型式、容量及组数
（1）500kV变电站应装设2组蓄电池，型式宜采用阀控式密封铅酸蓄电池。
（2）蓄电池容量按1h事故放电时间考虑，具体工程应根据变电站规模、直流负荷和直流系统运行方式，对蓄电池个数、容量以及充电装置容量进行计算确定。1.3 充电装置台数及型式
500kV变电站宜采用高频开关充电装置，宜配置2套，模块N+1；也可3套。1.4 直流系统接线方式
（1）500kV变电站直流系统应采用两段单母线接线，两段直流母线之间应设置联络开关。每组蓄电池及其充电装置应分别接入不同母线段。
（2）直流系统接线，应满足正常运行时两段母线切换时不中断供电的要求，切换过程中允许2组蓄电池短时并列运行。
（3）每组蓄电池均应设有专用的试验放电回路。试验放电设备宜经隔离和保护电器直接与蓄电池组出口回路并接。
1.5 直流系统供电方式
（1）500kV变电站二次设备分散布置，直流系统采用主分屏两级供电方式。
（2）在各继电器小室内设直流分屏（柜），各单元的测控、保护、故障录波、自动装置等负荷均从直流分屏（柜）引接，采用辐射状供电方式。直流馈线屏（柜）至每面分屏（柜）每段各引一路电源。（3）馈线开关宜选用专用直流空气开关，分馈线开关与总开关之间至少应保证3～4级级差。1.6 直流系统设备布置
（1）蓄电池应采用框架安装方式布置于专用蓄电池室。
（2）直流系统主馈屏（柜）和充电装置应靠近负荷中心，布置在专用直流室或继电器小室内。1.7 其它设备配置
（1）每套充电装置配置一套微机监控单元，根据直流系统运行状态，综合分析各种数据和信息，对整个系统实施控制和管理，并通过RS-485通信口将信息上传至站内监控系统。直流系统的重要信息通过硬接点方式接入站内监控系统。
（2）每套蓄电池配置一套蓄电池巡检仪，检测蓄电池单体运行工况，对蓄电池充、放电进行动态管理。（3）在直流主馈屏（柜）和分屏（柜）上装设直流绝缘监察装置，在线监视直流母线的电压，过高或过低时均发出报警信号。包括检测直流馈线的接地情况。
（4）蓄电池出口，充电装置直流侧出口回路、直流馈线回路和蓄电池试验放电回路，应装设保护电器。蓄电池出口保护电器可采用熔断器，其它保护电器宜采用专用直流空气开关，分馈线开关与总开关之间至少保证3～4级级差。
（5）直流分电屏（柜）应装设母线电压表。
交流不停电电源系统(UPS)2.1 配置原则
500kV变电站宜配置两套交流不停电电源系统（UPS），可采用主机冗余配置方式，也可采用模块化N+1冗余配置。2.2 技术要求
（1）UPS电源系统负荷包括：计算机监控系统、电能量计费系统、保护及录波信息子站、火灾报警系统等。（2）UPS应为静态整流、逆变装置。UPS宜为单相输出，输出的配电屏（柜）馈线应采用辐射状供电方式。
（3）UPS正常运行时由站用电源供电，当输入电源故障消失或整流器故障时，由变电站220V或110V直流系统供电。
（4）UPS的正常交流输入端、旁路交流输入端、直流输入端、逆变器的输入和输出端及UPS输出端应装设保护电器进行保护。
交流稳压电源 篇3
不间断电源(UPS)现已成为现代通信的关键设备及电子商务的保卫者。中兴ZXUPS针对不同的通信设备，量身定制出了不同的保护方案：L系列针对室外基站设备设计，输出功率为100～1000 VA；S系列为微机、服务器、小型局域网络等提供电源保护，输出功率为1～10 kVA；M系列为中大型通信设备提供电源保护，输出功率为10～50 kVA；N系列为可以利用48 V直流基础电源的通信专用UPS，节省电池的重复投资。
1 ZXUPS的性能特点
(1)ZXUPS L系列
无线市话大基站及移动边际网的微蜂窝基站、CDMA的直放站等设备，一般安装于楼顶、电线杆上、山头上等室外供电质量差的地方，电网中存在电涌、高压尖峰、电压下陷、电磁干扰、频率偏移、市电中断等问题，基站中的电源板极易被损坏(特别在输入电压高时)。
针对这种基站设备对电源的要求，我们设计了ZXUPS L005、ZXUPS L006、ZXUPS L010这3种产品，支持时间从1～24小时不等。该UPS具有如下特点：采用被动后备式电路拓扑，电路简单，可靠性高；防雨、防水、防盐雾、防霉菌、防盗、防尘；工作环境温度范围为-40℃～50℃；交流市电输入范围宽，具有市电稳压、自动保护及自启动功能；具有监控功能；外箱结构采取整体开模设计，具有抱柱、壁挂、落地等多种安装方式。
(2)ZXUPS S系列
ZXUPS S系列不间断电源适用于通信行业计费中心、银行营业网点、通信基站和各企业的网络办公环境。
ZXUPS S系列产品功率容量分别有1 kVA、
2 kVA、3 kVA、5 kVA、6 kVA、7 kVA、10 kVA。该系列产品采用单进单出、双变换全高频技术。该产品在满足电气性能的同时，还具有完善的智能监控及网络管理功能。它采用纯在线双变换设计、全DSP（数字信号处理）控制技术和APLL(先进相位锁相环)，并针对中国电网环境，采用大功率IGBT（绝缘栅型双极晶体管）模块，电池放电终止保护电压自动调节，具备智慧变速风扇，可自我诊断，电源绿色环保。
(3)ZXUPS M系列
ZXUPS M系列UPS产品采用三相输入、单相输出，主要为较大规模局域网、服务器、工作站、小型机，自动零售、安全及紧急逃生、医疗、通信、保安等系统及工业控制中心、Internet数据中心、智能大厦设计，具有很高的性能价格比，能为负载提供可靠的保护。
该UPS控制系统除了完成微机接口信号控制、网管功能外，还完成UPS的SPWM(正弦脉宽调制)逆变器调整和旁路转换控制，实现UPS的幅值、相位和动态特性的控制。充电器自动完成对电池组的多模式管理，保证后备能量的有效存储。
ZXUPS M系列产品具有可靠的双变换、双隔离结构，优越的市电输入特性和直流启动功能，LCD显示和图示化流程显示，MMBM(智能多模式电池管理)，优良的电磁兼容特性，串联/并联热备份功能，高精度的负载分配能力，先进的无主从自适应控制技术，可靠的多机并联逻辑控制和智能脱机技术，系统的可用性大大提高。
(4)ZXUPS N系列
ZXUPS N系列适合在停电频繁的地区长时间不间断供电，并彻底消除电网的冲击、浪涌、陷落及杂讯干扰等对通信设备所造成的不良影响，是集整流和逆变为一体的高性能不间断电源，可大大节省整流设备和蓄电池的投资，符合通信交、直流供电体制标准。逆变器直接使用电力室交、直流电源供电。该系列输入输出全隔离，使用安全无忧。
2 ZXUPS L/S/M/N系列监控管理方案
ZXUPS L系列可提供正常工作、市电停电、电池电压低等可遥信的信号接口， ZXUPS S/M/N系列则提供近程监控、网络管理、远程监控。
(1)近程监控
ZXUPS S/M/N系列具有RS232通信接口，可以实现即时监控在计算机上运行电源管理软件；在紧急电源状况下，可为用户提供操作系统关闭，数据安全保存解决方案；通过RS232接口，对UPS进行监控，如查阅UPS运行工作参数与状态，设置定时开关机，保存UPS运行的历史记录等；当市电出现异常时，在计算机上弹出告警界面，提醒操作人员及时处理；在电池供电时间结束前自动终止各种程序的运行，自动存盘，并通过计算机的另一个串口拨打传呼。该软件支持多种操作系统，该软件适合Windows操作系统，可单机监控UPS或网络多机监控UPS(同一局域网)。
(2)网络管理
智能型的ZXUPS S/M/N系列可通过选购UPS远程监控管理SNMP(简单网络管理协议)软硬件，实现UPS远程网络管理。该系列可以分别实现如下监控管理解决方案：ZXUPS网络(如LAN，WAN，Internet)、ZXUPS电话线路(如PSTN)、ZXUPS有线电视网络、ZXUPS拨号网络和ZXUPS无线通信等监控管理解决方案。通过相应的网络适配器，可构成ZXUPS网络电源管理系统。ZXUPS系统作为一个独立节点接入网络，可实现UPS的网络管理功能，包括网上UPS监测、故障传呼、自动E-Mail、远程开关机等。
(3)远程监控
独立的远程监控器可以使用户不须通过网络或电话线路就能实现对UPS的远距离监控，控制距离可达1000 m。与SNMP网络管理方式比较，其最大的好处是不存在网络安全问题，同时具有可靠性高、操作便捷等优点。
图1所示为一网络系统采用分布式供电，实现对重要与非重要设备的分级保护案例。由图1可见，上部的中心机房内服务器等重要设备采用了在线式UPS双机热备份系统，提供稳定可靠的电源保护，以防止电源导致的系统瘫痪。同时，UPS端分别采用了UPS网络适配器作为一个节点接入网络系统。此时，网上的各点可根据权限通过普通的浏览器或通过网管系统(若有的话)监控UPS的运行。
图1下部所示的为一些接在网上的普通工作站或营业点，它们的重要性低于服务器、数据机等，从经济性考虑，可采用性价比较好的在线互动式UPS独立供电。为实现主机房对各分布点电力状况的监控，各台UPS都用串行通信将工作参数上报到工作站(工作站上运行ZXUPSmart的UPS专用监控软件)。中心机房内的监控机欲获取各工作站的工作参数，可同样运行这些软件，通过访问工作站的IP地址获取信息。□
便携式逆变交流稳压电源的研制 篇4
2010年8月首次出现设备厂方对供电公司电气试验数据产生疑问，要求复核的情况。在调查产生电气试验数据发生误差的原因时，总结出了八大原因：安装组装不规范、天气原因、被试设备存在缺陷、现场试验电源不稳、试验仪器损坏、工作人员接线错误、试验人员技术不足、其它导致数据出错的问题。在对列出的问题进行逐个排查，得出了试验电源不稳是导致数据出现差错的根本因素。
1 现场电源的不足
1.1 不足一：现场不能保证稳压市电
由于班组在日常的工作中采用的试验电源有以下情况：1）市电；2）工地基建电源；3）发电机电源。市电是最有效的试验电源：电源220V、频率50HZ。[1]能保证试验数据的准确性。而现实中的施工场地往往在偏远的地区；或者全所停电等等情况，无法保证稳压市电提供给电气试验。
1.2 不足二：工地基建电源不稳定
基建工地，往往处于偏远地区、市电电源经过长距离输送，电压严重下降；现场电焊机、切割机等施工机具众多电源使用情况复杂，经多次检查和统计现场试验电源，电压往往只有180V-220V，频率也只能达到45HZ-48HZ。无法保证合格的试验作电源。
1.3 不足三：发电机设备陈旧
现在公司发电机主要有三种类型：G2000、HONMAX2000W和海洋王2.5kW。经过多次测验发现：空载状态下，G2000能提供出221V、51HZ的电源；HONMAX2000W能提供出232V、50HZ的电源、海洋王2.5kW能提供出238V、48HZ的电源。虽然在空载状态下，电压与频率完全符合要求。但是在实际使用过程中，由于设备陈旧，在带负荷情况下电压与频率波动较大。G2000、HONMAX2000W和海洋王2.5kW在重载情况下，电压会在180-200V、频率会在43-48HZ波动。采用小型发电机电源也并不能完全满足合格试验电源的要求。
针对以上出现的情况，研制出一种适用于复杂施工情况下能提供出稳定电源的设备势在必行。
2 便携式逆变电源的体系结构
2.1 直流电源
公司每年都有交直流系统改造，积累了很多此类退役设备。所以考虑对公司变电所内闲置、废弃、损坏的逆变器维修，并加以利用。公司变电所的UPS电源都是有一个个蓄电池组成，其容量大都为10VA，试验设备中功率最大的大电流发生器最大电流输出要求为10A，使用2个蓄电池，以保证试验电源的容量足够设备的使用。
2.2 逆变电源箱的插座设计
电源箱表面由：交流输出指示灯、直流输出指示灯、交流输出插座、直流输出插座、蓄电池开关五个部分组成。蓄电池开关是控制电源输出的总插座。交流输出插座和交流输出指示灯配合指示交流电源的使用情况。直流输出插座和直流输出指示灯配合指示直流电源的使用情况。
2.3 逆变电源的设计原理
主电源由2个10VA的蓄电池组成。通过逆变电源板，生成220V、50HZ的交流电源和110V的直流电源。全部电源通过蓄电池总开关引出至交流输出插座和直流输出插座。并且通过继电器接点，并联交流电源指示灯和直流电源指示灯。在电池容量消耗之后，通过交流电源逆向充电。[2]
3 便携式逆变电源的使用
3.1 对反时限继电器进行校验，对比市电与逆变电源的差异
通过对同一个继电器的五次测试数据如下：
数据有一定的离散性，但是由于继电器本身就有一定的离散误差。根据实际校验的经验偏差属于正常范围。[3]
3.2 对目前使用最为广泛的氧化锌避雷器进行了试验
通过对同一个氧化锌避雷器的五次测试数据如下：
数据的离散性几乎没有，所以我们认为研制的逆变电源可以满足要求。[3]
通过对GL-15继电器和氧化锌避雷器HY5WZ-17/45的试验可以看出：研制出的便携式逆变电源安全、可靠，使用方便，数据与市电几乎相同，可以推广使用，同时在试验中也发现二点不足。
4 便携式逆变电源的改进
使用中发现：由于电源由两个容量为10VA蓄电池组成，便携式逆变电源仅能工作19分钟，工作时间太短，现场长期使用性较差。将容量为10VA的蓄电池更换为4个10VA的蓄电池，使用时间能增加一倍，基本能满足一个变电所的电气试验使用要求。[4]同时在电源箱内加装隔层。分上下二层，各放入2个蓄电池。将原本位于蓄电池上侧的逆变电源板改到蓄电池侧边，同时加装隔层，用打孔机在隔层上打2孔，连接逆变电源板和蓄电池的连线由此通过，充分利用起电源箱空间。如此，整个电源箱结构紧凑。
5 便携式逆变交流稳压电源的优点
优点一：提高试验数据的准确性。
逆变交流稳压电源提供出了稳定了电压220V和频率50HZ。在一系列的测试后，最终总结出便携式逆变交流稳压电源在输出的稳定性、可靠性上能够达到要求。试验出的数据与市电相符。
优点二：成本低廉。
便携式逆变交流稳压电源都是由陈旧变电所淘汰设备组装而成。几乎没有任何成本，在损坏后的配件都是由旧设备而来，维护成本低。而市场上买一个逆变交流稳压电源箱至少一万元以上。出现问题后只能邮寄给厂家维修。维修耗时长，费用贵。
6 结束语
针对35kV及以下用户电气试验数据不准确的特点。研制出便携式逆变交流稳压电源，使用简单，提高了工作效率，提升了优质服务水平。将来可以对电源箱进一步改进以使得该电源能一边充电一边使用。该电源箱的使用将更加可靠、有效。
参考文献
[1]电力行业职业技能鉴定指导中心.电气试验[M].北京:中国电力出版社, 2002.
[2]国家电网公司.电力安全工作规程[M].北京:中国电力出版社, 2009.
[3]国家电网公司.输变电工程标准工艺[M].北京:中国电力出版社, 2010.
交流稳压器基本故障维修 篇5
此稳压器具有稳定范围宽, 精度高, 响应速度快, 能长期连续工作, 并能有效抑制电网中各种噪声和尖峰干扰。
1 故障现象
一台江苏产的高精密度全自动交流稳压器500VA出了故障。其输出电源高压高达AC330V (正常应在220V正负误差不超过5%) , 且不受调控。
2 故障分析与排除
打开上盖发现无明显烧焦现象。首先检查运算放大集成块L324 (用内阻检查法) , 确认该集成块已坏, 换上新的, 稳压器仍无法工作。移动滑动触头回到抵触头后加电仍无动作, 然后判断功放管3DG27和3CD511可能已坏, 焊上后, 用万用表检查后发现已坏。用2SB511 (PNP, 35V, 1.5, 10W) 代替3CD511 (PNP, 30V, 1.5A, 10W) , 用2SC1008 (NPN, 80V, 0.7A, 0.8W) 代替3DG27 (NPN, 75V, 0.3A, 0.7W) 。焊上后, 加电, 稳压器不工作。测伺服电机正负极4.5V, 电机不工作。卸下电机, 转子转动有摩擦声。打开电机发现电刷变形无法修复, 原来电机无型号, 只好用CW20E DC60V电机试验代替, 安装后电机工作正常, 测试输出电压稳定在AC220V, 稳压器恢复正常。
3 小结
机载交流电源电压采样方法研究 篇6
三相交流电源电压采样属于模拟量采集的范畴,是对电源系统实现计算机自动测控的关键步骤。模拟量采集一般包括以下几个部分:前端传感器调理放大电路(归一化处理)、采样保持电路、A/D转换和数据采集及存储电路。一般情况下,机载交流电源电压均指三相符合115V/400Hz特性的标准正弦信号,其表达式为 。目前对交流电源电压采样的处理方式主要是通过高精度电压互感器将较高的电压信号隔离变换为计算机可测量的交流小信号,然后再送入计算机进行处理。
目前对交流电源电压的采集主要有峰值采样和有效值采样两种方式。一般情况下,在没有波形畸变及高次谐波的情况下,有效值(Vrms)和峰值(Vpeak)满足如下关系: ,但当有高次谐波的情况下,以上关系并不成立。下面主要对这两种采样方式的采样原理与实现进行详细阐述。
1 峰值采样原理及实现
1.1 峰值采样原理
从工程角度来说,峰值采样(也叫峰值检测)就是在指定的时间内检测出信号的最大值。峰值采样电路[1]一般由半波精密整流电路与峰值保持电路组成,峰值保持电路又包括保持和控制两部分。半波精密整流电路属于整流电路的一种,整流电路就是把交流电信号变换为单向脉动电信号。普通的半波整流电路(也叫二极管整流电路)通过二极管的正向导通特性,使交流电压信号的正半波导通负半波截止而实现,但是二极管的死区电压一般为0.5V左右,小信号时呈指数关系,故普通的半波整流电路整流误差大,甚至无法工作。二极管整流电路和半波精密整流电路如图1所示。为了克服二极管的死区特性,在机载交流电源电压采样电路中,我们采用半波精密整流电路。半波精密整流电路将二极管D接在电压跟随器反馈支路中,二极管导通时,
Aod为放大器开环增益。
由式(1)式可以推导出
图1二极管整流与半波精密整流原理图
(参见下页)
将式(2)与普通二极管整流电路相比,二极管的死区电压影响减小到1/Aod倍,可以忽略不计。
1.2 峰值采样实现约束
峰值采样电路的工程实现原理图如图2所示,主要包括信号调理电路、半波精密整流电路、峰值保持电路[2,3]、峰值泄放电路、A/D转换及数据采集电路等。为了保证信号不失真地放大,半波精密整流电路中采用的是高速宽带运算放大器。峰值保持及泄放控制电路中选用低噪声、宽频带的结型场效应管(JFET),之所以采用JFET作为输入是因为它相对于BJT/MOSFET/MESFET具有更低的低频噪声和散粒噪声。另外,峰值保持电路需要保持电容快速充电到峰值,要使用转换速率比线性检波电路高的运算放大器。同时,峰值保持电路IC的输出端接有电容,务必确认负反馈的稳定性。保持电容使用介电吸收尽量小的电容。这样,期望使用聚丙烯薄膜电容,最坏情况也要使用聚酯薄膜电容。不能使用电解电容或者介电系数大的陶瓷电容。
2 有效值采样原理及实现
2.1 有效值采样原理
电压有效值[4]的计算公式为 ,有效值测量值反映了被测信号的功率,故常规电压信号的测量均采用有效值测量法。通过电压有效值的计算公式可以看出:有效值采集通过把输入的瞬时电压平方,然后在一定平均时间内取平均值再开方得到。真有效值测量有两种实现方式:一种是通过AD536等真有效值转换芯片[5]得出,另一种是通过对交流信号进行瞬时值采样测量,通过有效值公式运算得出。采用真有效值转换芯片,具有使用方法简单、转换精度高、不受波形因素影响等特点;而对瞬时值采样运算得到的有效值则需要存储大量的交流信号瞬时值,同时对A/D转换器的采样速度与转换速度、A/D转换器与微控制器的通讯速度、微控制器的运算速度要求较高。AD536是一种新型的求真有效值芯片,其内部电路主要由四部分构成:求绝对值电路、平方除法器、镜像电流源、输出缓冲放大器。其基本工作原理为 ,对输入电压依次进行“取绝对值→平方/除法→取平均值”运算,就能得到交流电压的有效值。AD536嵌入了有效值隐含解方程式电路,从而克服了动态范围窄以及其它直接计算有效值时固有的限制。采用真有效值转换芯片的有效值采样电路原理如图3所示。
2.2 有效值采样实现约束
对于采用AD536等真有效值芯片进行有效值采样的电路,当输入信号的幅值变化较快时,由于直流误差(平均误差)和纹波误差的存在,AD536的实际输出值将与理想的输出值略有差异。工程应用中需合理调整AD536芯片Cav的大小。由于纹波的大小和Cav的值成反比,所以当Cav的值增加10倍时纹波的大小将减小10倍。通过加大Cav的值虽然消除了纹波,但却使稳定时间相应变长,这在信号减小时尤为明显。可以这样确定CAV值的大小:对于高波峰因素的输入信号,平均值时间常数至少为10倍的信号周期。而平均值时间常数与Cav的对应关系是每μF的Cav值对应25ms的平均值时间。例如,当输入100Hz的脉冲信号(周期为10ms)时,平均值时间常数至少要100ms,即CAV值应至少取4μF。设输入为一正弦信号,AD536的实际输出包含了直流误差和纹波误差。直流误差主要由平均值电容CAV决定,增大CAV值可减小输出直流误差和纹波的大小,为减轻CAV的负担,减小输出纹波的大小可采用单极性输出滤波电路形式,要进一步减小纹波的大小,可采用双极性输出滤波电路形式。
3 结论
通过对上述两种采样方式进行原理分析和工程验证,可得出如下结论:
(1)采样时间。峰值采样信号的采样时间在8ms以内,有效值采样的采样时间在55~65ms之间(AD536稳定建立时间在55~60ms之间);
(2)波形特征。峰值采样适用于稳定标准波形场合,有效值采样适用于测量波形畸变的场合,可以适合各种复杂波形;
(3)组合应用。对于存在波形畸变和瞬态干扰的场合,可以对该信号采用双余度设计,当峰值采样结果超门限后,可用相关通道有效值测量值鉴定该路信号故障未瞬态故障还是真实故障。
摘要：机载三相交流电源电压的采集是对机载电源系统实现计算机测控的关键步骤,一般包括前端传感器信号调理放大电路、采样保持电路、A/D转换电路和数据转换及存储电路组成。分别从采样原理、工程实现等方面对峰值采样和有效值采样两种主要采集方式进行分析和研究,得出两种采样方式的优缺点和适用范围。本研究成果具有工程实际应用价值。
一种交流恒流电源的设计 篇7
本文设计了一种交流大电流、可调节的智能化恒流源,通过需求分析,提出了总体设计方案,完成了整个恒流源系统的硬件电路和控制程序设计,与传统试验中由交流稳压电源、手动调压器、大电流变压器组成的大电流发生器相比,该恒流源以可编程逻辑控制器(PLC)作为控制核心,以两级调压装置作为执行机构,以液晶触摸屏作为人机交互界面,配合变压器、电量隔离传感器、继电器、互感器等元器件形成一套闭环控制系统,并采用PID控制算法对系统进行精确地控制,具有响应速度快、电流精度高、能长期稳定工作等优点[1]。
1 恒流源系统的硬件结构设计
交流恒流源主要是由微机控制系统,调压系统,电流输出以及实时信号采集反馈系统等几部分组成,交流恒流电源的硬件结构框图如图1所示。
1.1 人机交互模块
人机交互界面采用液晶触摸屏,主要是完成试验参数的设置和系统状态以及控制信息的显示。用户可在人机交互界面对电流和试验方法进行设定,恒流源系统在工作时可在人机交互界面实时显示采样的电流值。如果人机交互模块采用LED显示驱动电路,它将有诸多的不足之处,首先其控制方式在目前工业控制中普遍采用一种定时或中断的控制方式,这种控制方式会占据CPU的内存,造成系统缓慢,其次其动态显示往往具有亮度不够、闪烁等特点,而静态显示又有硬件电路复杂等缺陷[2]。综合考虑本系统采用触摸式液晶显示屏作为人机互动控制核心。
1.2 继电器控制电路
微机系统PLC负责接收来自工控机的数据指令和对反馈信号的处理分析。电动调压器包括粗调和细调调压机构,通过两段式的调压系统来不断接近目标值,其中伺服电机驱动器的控制电源需要AC 220 V电压,而PLC最大输出为DC 24 V,不能直接驱动伺服电机,故需要借助继电器来控制电机的正反转。
1.3 调压系统
为了达到试验所需的对大实验电流的电流精度要求,本次设计的交流恒流源调压模块为两级调压模块,主要由电压粗调部分和电流细调部分组成。粗调调压器以及相应的第一伺服电机和粗调控制电路组成了电压粗调部分;细调调压器以及相应的第二伺服电机、细调控制电路、隔离变压器和输出变压器组成了电流细调部分。粗调调压器的滑动端与第一伺服电机的输出轴相连;细调调压器的滑动端与第二伺服电机的输出轴相连;220 V的交流电压作为粗调调压器和细调调压器线圈的输入电压,粗调调压器的滑动输出端和细调调压器线圈的滑动端相连,粗调调压器和细调调压器线圈的另一端分别接地,粗调调压器的可调范围为0~250 V,细调调压器的可调范围为±5 V,为了防止不同的调压器并联产生电压差造成环流而损坏调压器,将粗调调压器和细调调压器的输出值通过隔离变压器叠加输出到输出变压器的一次侧,进而使二次侧的负载获得相应的电压值。这样的两级调节方式不但调高了稳流精度,而且可靠防止了试验电流在到达设定值时调压器来回振荡的现象。调压系统工作原理图如图2所示。
1.4 电流信号检测反馈模块
电流信号检测反馈模块由电流互感器和电量隔离传感器组成,电流互感器将输出的大电流信号转换为小电流的模拟信号输入到电量隔离传感器中,经由电量隔离传感器的A/D转换,最后将输出的数字信号反馈给PLC。
2 恒流源工作原理
本文设计的恒流源系统中,微机系统PLC接收到来自工控机的数据指令,并通过控制继电器开始调节电动调压器,电动调压器通过两段式的调压系统来不断接近目标值,在调节过程中升流变压器输出端负载电流通过电流互感器进行采集反馈,接着反馈模拟量电流信号传输给电量隔离传感器进行模数转换,最后将数字量信号传输到PLC从而读取输出电流值,PLC根据输出电流值大小与给定值的大小的对比,从而控制粗调调压器或者细调调压器电机正转、反转,不断使输出值逼近给定值,最后使输出电流稳定在给定值的允差范围内,从而形成一个实时的闭环系统。交流恒流电源原理简图如图3所示。
3 恒流源程序设计
该交流恒流源硬件系统采用了模块化设计,为了与硬件模块相适应,根据系统需要,软件系统也采用模块化设计。按照硬件功能模块将程序分解成相应模块,然后定义各个程序模块的功能与对接口的定义,最后将各个模块程序固化在PLC不同的存储空间,主程序模块则通过定义调用相应的功能模块程序,使得主程序与各个子程序之间成为既独立又有联系的模块。这样在执行主程序过程中根据需求调用各个功能模块,程序设计更加清晰严谨,便于今后各模块的升级修改。相对应的系统故障也容易查找,另外模块化的程序在扩展主系统方面也提供了便利,只需要根据添加的硬件模块加载与之相对应的子程序模块。这种编程方式结构清晰、拓展性强、易维护、易修改。根据交流恒流源系统控制的要求,除了主程序模块,子程序模块分别有:设定和显示程序模块、电流调节程序模块、电流信号测量反馈程序模块和PID控制模块。
3.1 主程序的设计
主程序贯穿整个恒流源系统的程序运行,分别按需调用各个模块程序,将用户程序模块化,这样做易于理解、便于修改、简化结构的同时,而且独立化功能模块的设计方法也能有效地缩短扫描周期和程序响应时间。如图4所示为主程序流程图。
当系统上电后,程序扫描周期开始,为了避免恒流源在运行过程中出现机械故障导致系统运作失常,首先系统进行初始化检测,要对PLC和系统中各机械部分进行检测复位,包括调压机构的电机位置复位、PLC存储器的清零、故障信息的清除等,系统检查了各机械部分都已在初始位置,系统初始化完毕,开始等待人机交互模块的参数设定和确认,调节指令下达后,主程序开始调用电流调节模块的子程序和电流测量反馈子程序,电流调节和采集反馈模块形成一个闭环控制,保证试验检测过程中试验电流输出稳定在允差范围内直到检测结束。
3.2 设定和显示程序模块
设定和显示程序模块主要是实现通信接口的扫描和显示,通过人机界面进行设定和显示。利用人机通信和程序里的加减变量来设定需要的电流值,再通过取模运算发送到人机界面,使得人机界面显示出设定值与实际电流值,该部分的程序流程图如图5所示。
3.3 电流调节程序模块
该模块的程序流程图如图6所示。
交流恒流源的电流调节利用了两段调压装置,首先,调节粗调调压器使电流反馈值在设定值偏差范围的5%以内;然后启动细调调压器,进一步对输出电流进行精细调节,直到电流精度在设定值的1%范围之内。
3.4 电流测量反馈程序模块
交流恒流源系统的输出精度取决于电流测量反馈模块的测量精度,因此反馈模块的工作情况很大程度上决定了恒流源性能的好坏。程序一开始执行,通过不断采样,持续调整输出电流,达到输出电流恒定的效果。最后将实际电流值送到显示屏与设定值比较,以便更好地观察其精度和工作情况。该模块程序流程图如图7所示。
3.5 数据处理模块
恒流源系统采用PID算法作为数据处理模块的核心,增量式PID算法的控制策略如下:
PID控制器的控制输出为:
由于采样电流与恒流源输出电流之间可以近似看做是线性关系,所以可以直接通过采样值进行转换得到恒流源的输出电流值,作为输出量,得出下式:
式中,I(n)为本次的采样电流值,同理I(n-1)为上一次的采样电流值。
为了实现系统的快速调节功能,系统控制器采用非线性PID控制策略,程序中的控制系数Kp、Ki、Kd可以根据系统的误差情况进行无扰动分段切换。当误差值较大时,采用一组控制系数以增强系统的动态调节快速性,实现系统的快速调节功能;当误差值较小时,采用另一组控制系数以增强系统的稳态调节性能,从而实现对误差的实时精确控制[3]。
4 结语
恒流源系统可以广泛应用于低压电器可靠性试验和温升试验中。本文对低压电器产品检验的交流恒流电源进行了研究和设计,采用两段式配合调节法,有效地解决测试电流范围大和电流调节精度高的矛盾;通过PLC和人机交互界面的相互配合实现全面监测和闭环控制;信号采集输出模块采用电量隔离传感器对各种电参量进行隔离和转换,通过A/D转换将数据输入微机控制系统,从而实现输出恒定的交流电流,具有响应速度快、电流精度高、能长期稳定工作等特点。
摘要：针对国内低压电器试验室普遍存在试验电源输出不稳定问题,设计了一种交流大电流、可调节的智能化恒流源,该恒流源以可编程逻辑控制器作为控制核心,以两级调压装置作为执行机构,以液晶触摸屏作为人机交互界面,配合变压器、电量隔离传感器等元器件形成一套闭环控制系统,并采用PID控制算法对系统进行精确地控制,实现了输出电流稳定、精确度高、可调节等功能。
关键词：恒流源,可编程逻辑控制器,两级调压,PID控制算法
参考文献
[1]张正.移动式程控交流稳流试验装置[J].低压电器,2012(23):41-42.
[2]王珏.一种基于功率放大器的恒流源设计[J].电源技术应用,2011,14(3):38-41.
交流电源过零点检测的新方法 篇8
关键词：交流电源,过零点检测,新方法
1 引言
过零点检测是交流电源控制技术中的一种常见方法, 即通过相关系统, 检测出交流电波形从正半周向负半周转换“过零”的具体时刻。具体来说其基本原理是在核心的微处理芯片中建立一套标准, 在交流电正弦波的正半周输出一个确定值, 在交流电正弦波的负半周输出另一个确定的值, 这样当输入的交流电正弦波连续变化时, 经过核心微处理芯片就在输出端调制成了一个方波, 通过在示波器上显示就可以确定正弦波零点出现的位置。最小单元的过零点检测器可有比较器构成, 如图1所示。过零检测有两种方案, 一种是变压器隔离方案, 这种方案经济便宜, 但精度不高, 体积过于庞大。另一种方案是光耦隔离的方案, 这种方案虽然价格更高, 但有着精度高, 体积小, 灵敏度高的特点。交流电源的过零点检测对于电机的控制十分重要, 这是由于电机高、中、低、微转速是由导通时间决定的, 而导通角是由导通时间从零电压开始计时所表征的, 因而不同导通角就反应了电机不同的转速。
2 对传统检测电路不足的分析
2.1 易受市电电压不稳定, 波动与背景噪声大的干扰
国家电网十分庞大, 某处的微小波动, 可能就会不断放大, 造成另一处电压较大的变化。这就会导致输入信号在零点处无法稳定在固定值, 会出现多过零现象, 这样实际测量中基波零点和提取的零点误差会比较大。
2.2 零点附近的正弦波整形容易出现误动作
单片机是正弦波整形中一般都要用到的芯片, 它价格便宜, 使用方便, 应用领域十分广泛。具体在工作过程中, 如果是单片机信号处理中, 如果检测到梯形波下降沿, 表示获取过零点时刻。但很明显, 此时和真正的零点存在一定误差, 即有适当提前。因此, 如果需要准确触发动作, 则传统的整形波是不符合精度要求的。
2.3 运放模块自身稳定性及过零比较器存在相位误差
运放具有价格低廉的优势, 但是由运放构成的过零比较器的运放之间不可能完全匹配, 会存在相位误差。另外在工作过程中, 器件必然要发热, 温度的漂移会使输入失调, 会影响运放性能稳定性, 也会造成过零点检测精度下降。
2.4 光耦过零点反应速度不理想, 上升沿转换时间拉长
光耦上升沿和下降沿的转换时间为120us上下。在对反应要求不高的应用中, 这样的转换时间可以满足要求, 但是在要求比较高的场合中, 如应用于通信中的, 该反应时间将严重影响通信质量。也就是说, 在120μs以内系统都判定经过了零点, 这就表明其实是存在着120μs的时间误差。
3 交流电源过零点检测的新方法及应用
针对传统过零点检测方法存在的弊端, 可以考虑通过算法、电路两个角度对传统方法进行改进, 从而形成新的过零点检测新方法, 该方法可以提升检测精度, 主要原理是通过光耦过零点思路进行的。
3.1 电路设计模式
该新方法所用电路大致可以分为四个部分, 放大电路, 单光耦, 微处理器和限幅电路。如图2所示。
3.2 对电路设计的改进
3.2.1 增加限幅电路。
限幅电路主要作用一是对整体模块起保护作用, 防止差模电压过大导致运放损坏。二是减小输入电压使正负电源电压在有限的供电范围内输出电压均不会失真, 这里, 信号顶部和底部被截不影响过零点的检测。
3.2.2 引入多级运算放大电路。
主要通过放大器进行二级放大, 每级倍数约为50倍, 总共放大2500倍, 其特点主要是增益高, 共模抑制比大, 工作稳定等特点。放大2500倍后的信号波形使信号上升沿的斜率加大, 其所对应的误差要远远小于未经过放大的信号对应的误差, 将有利于电路对于过零点的判定精确度。
(1) 采用单光耦和微处理器。光耦特性边缘时间差异明显, 这是由于光耦导通时间较长, 光耦电流由不导通变为导通电流之间存在十分漫长的过程, 实际测得两个光耦导通性能差别的可以高达到40μs, 这使在不同情况下使用光耦并进行同步制造很大麻烦。微处理器记录下相邻两次光二级管导通时的高电平时刻和不导通时的低电平的时刻, 就可以算出其过零点时刻。
3.3 对算法设计的改进
一般情况下, 在检测过程中, 考虑时钟的稳定性很高, 则在测量信噪比较高的正弦信号时, 采用传统的检测方式相对简便。而在新方法的算法设计中, 重点是比较前后两个相邻采样点的符号特征差别。在时钟采样频率的设置上, 考虑设置为载波频率的14.6-14.8倍, 则每个半载周期可以取得7-8个采样点。如果检测标志 (符号) 不发生变化, 则连续正 (负) 采样点数据为7-8个, 如检测标志发生了翻转, 则会有少于7个或多于8个的正 (负) 采样点出现。通过检测符号变化, 利用最小二乘法进行拟合, 则可以进一步减少随机误差, 从而提升采样精度, 得到较好的检测结果。
结语
交流电的过零检测对于生产生活具有重要意义, 传统的过零检测往往过于复杂且精确度不高。因此, 结合这些缺点, 当前也出现了较多的过零点检测新方法, 如真空断路器关合同步控制、反电动势过零点、虹膜识别算法等。本文结合软硬件两个方面提出了新的过零点检测方法。通过电路与算法上的改进, 既考虑了检测设备的安全性, 又进一步考虑提升了检测结果的精度, 实践中通过电路上采取两极放大, 增加限幅电路以减少误差, 算法上采取最小二乘法的方式来实现, 从而有效地减少了由电网随机波动而带了的随机误差, 切实提高了测量的精确度。
参考文献
[1]盛占石, 王青青, 黄赛帅.交流电源过零点检测新方法[J].仪表技术与传感器, 2012 (02) .
[2]陈增禄.一种电网电压过零点精确锁相方法的研究[J].2014 (08) .
交流稳压电源 篇9
关键词：电源交流,有线电视网络,干扰与消除,故障
有线电视网络系统设备与系统的供电都是由市电供应, 因此, 有线电视网络的信号收集、信号采集、信号的调制与处理、信号的传输、信息的接收等流程都有可能产生交流干扰现象。当干扰交流声被调制与处理后, 与射频信号同步, 在信号的接收端, 调制与处理后的干扰交流声会与图像信号一起被调成可播出的视频信号, 在播出的视频画面上会出现不断跳动的干扰交流声滚道。干扰交流声滚道以条形的方式在屏幕中上下滚动, 随着干扰频率不同, 滚动时快时慢, 严重影响了有线电视网络收视效果[1]。
1 有线电视网络中电源交流干扰的产生与消除
1.1 注意有线电视网络系统设备的布局
对于有线电视网络波动性较大的, 可以在有线电视网络前端安装一个交流稳压器。交流稳压器的作用就是有效调节有线电视网络的电压, 减小有线电视网络受到周围强度磁场的影响。而对于有线电视网络前端机房的交流干扰, 采用串入一个有线电视网络系统的方式, 对交流干扰进行阻挡, 交流稳压器与有线电视网络系统设备以及串入的有线电视网络系统设备需要分开放置。此外, 有线电视网络系统的电视信号线与交流供电线路也要分开放置, 避免各种设备相互干扰[2]。
1.2 注意有线电视网络中电器接地
有线电视网络系统中的供电器、放大器、电缆线等各种金属外壳设备的地线连接在一起, 被称为有线电视网络系统的电气地线, 有线电视网络系统的前端应单独设置电气地线, 且接地电阻不超过4欧姆, 还要与有线电视网络系统的防雷设备保持一定的距离, 进而有效增大有线电视网络系统的安全系数。有线电视网络系统的设备地线和电气地线连成一体, 在电流较大的情况下, 有线电视网络系统的电气设备的地线会产生一定的干扰脉冲, 这些干扰脉冲由地线进入到有线电视网络系统中, 大大降低了有线电视网络信号质量, 进而使有线电视网络电源产生交流干扰[3]。
1.3 控制干线电流
目前, 我国大多数有线电视网络系统干线都采用集中式电源供电方式。然而, 由于有线电视网络系统中的各种有源设备运行功率都是恒定的, 当供电器的供给电压过大时, 就会使有源设备运行电流变小;当供电压过小时, 则会使有源设备运行电流过大。随着有线电视网络系统干线与供电器的等级不断增加, 降低了处于最末级的供电器电压, 进而使末级运行设备的电流增大, 导致末级与前级叠加的干线总电流增加。
1.4 避免将有线电视网络系统线路与电力线同杆架设
有线电视网络设备由于受到各种因素的限制, 有的有线电视网络系统的线路与电力平行同杆架设, 导致有线电视网络系统受到电力磁场的影响, 容易产生交流干扰现象。随着时间的推移, 有些线路质量下降或者是老化, 导致有些有线电视网络线路与电力线路直接或者间接接触, 进而使有线电视网络系统线路带电, 轻者会对有线电视网络产生一定的干扰, 重者会威胁他人的生命。因此, 避免将有线电视网络系统线路与电力线同杆架设, 有线电视网络系统线路与电力线路、通信线路等保持一定的距离, 可以有效防止交流干扰对有线电视网络系统产生影响[4]。
2 有线电视网络系统传输电缆交流干扰或者带电检修方法
2.1 依次排除法
依次排除法是指对有线电视网络系统中可能产生交流干扰的设备断开, 检查设备电缆线与钢绞线是否仍有电流通过, 如果断开某一设备后, 有线电视网络系统交流干扰或者带电现象消失, 则说明交流干扰与故障问题就发生在断开的设备当中。
2.2 用试电笔或者三用表检查法
用试电笔或者三用表对有线电视网络系统电缆线、钢绞线进行分段检测, 观察电缆线、钢绞线的带电情况。在对电缆线、钢绞线进行测量时, 注意观察试电笔的数值与发光情况, 数值大、发光强的方向说明存在故障问题。在实际中, 应根据具体的情况, 采取不同的解决措施。
2.3 沿线检查法
沿线检查法就是对有线电视网络系统中的电缆线进行仔细的观察, 查看电缆线是否与有线电视网络系统其它电气设备接触, 如果有, 就用绝缘棒将电缆线与设备分开, 然后用试电笔对电缆电进行测量, 沿着电缆线检查带电情况, 直到电缆线不带电为止。
参考文献
[1]曹艳萍, 李佳林, 刘伟树.有线电视网络中电源交流干扰与消除[J].中国有限电视研究 (城市电子版) , 2011, 25 (10) :1206-1208
[2]李文龙, 刘珍丽, 李晓丽.有限电视网络交流声调制干扰产生的原因及对策[J].大理学院学报 (社会科学版) , 2009, 27 (11) :101-102
[3]陈志国, 孙黎明, 秦龙丽.基于有线宽带网络面向数字家庭应用研究[J].广播与电视技术 (上旬刊) , 2011, 35 (2) :133-134