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上海力达仪器设备有限公司
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阅读:502发布时间:2011-4-18
IS=(19)
式中:P为市电输入功率。
补偿变压器初级电流,即桥式斩波器输出电流
Ich=(20)
即桥式斩波器的斩波开关管的额定电流,只有市电输入电流IS的1/ξ。因而补偿功率
Pco=Uab1Ich=DUL=(21)
当US=UL时,D=0,补偿功率Pco,min=0;当Us,min=(1-0.15)UL=0.85UL时,D=1,则补偿功率
Pco,max==0.176P(22)
可以根据Pco,max来选择补偿变压器Tr的容量。
4 单相EPWM斩波器式交流稳压电源
单相EPWM斩波器式交流稳压电源的原理电路如图5所示,此电路只是为了说明原理而采用的。它由5个部分组成,即主电路,市电电压检测电路,正、负补偿控制电路,三角波发生器电路和正、负补偿切换触发电路。主电路的组成与工作原理前面已经作过了介绍,下面仅对其余4个部分作一简单说明。
4.1 市电电压检测电路
市电电压的检测电路,由两个相同的变压器Tr2、Tr3及二极管VD9~VD12,Cd2组成。市电电压检测的采样点取法,对稳压精度影响很大。如果采样点取自输入端,检测市电输入电压,对补偿电压的稳定性是有利的,但不能补偿因变压器Tr1次级漏抗及滤波电感LF电抗引起的电压降,补偿精度差;如果采样点取自输出端,检测输出负载电压,这样可以对Tr1次级漏抗及LF电抗引起的电压降进行补偿,但补偿后由于UL=Ur就不能继续保持Tr1次级补偿电压uco的存在,出现补偿不稳定现象;如果像多个补偿变压器无触点补偿式交流稳压电源那样,采样点取自输入端与输出端,对市电输入电压与负载电压同时检测,然后将它们相加并除以2,即,当IS≠0时,如果令Tr1次级漏抗XT与LF电抗XL之和XT+XL=X,则US-XIS=UL,所以==US-。由此可知这种检测法虽然可以对因X而造成的电压降进行补偿,也不会出现补偿不稳定现象,但只能补偿一半的XIS,还有一半XIS不能进行补偿。比较好的检测法是采样点取自输入端,检测市电输入电压US及检测X上的电压降XIS,用US-XIS作为检测到的电压。这样,既能保证补偿电压的稳定性,也能使补偿的精度提高。图5所示的单相稳压电路,就是采用了这种电压检测电路。
串联补偿变压器的次级漏电抗XT,一般为Tr1容量的(3~5)%。而Tr1的容量与市电电压的波动范围有关,当市电电压波动范围为±15%时,Tr1的容量仅为稳压电源标称容量的17.6%。所以,补偿变压器Tr1折算到负载额定电压Ur的次级漏抗压降标么值为
XTIS=(0.03~0.05)×0.176=0.00528~0.0088
XTIS的值很小,可以认为XTIS≈0,此时只需对LF电抗XL引起的电压降进行补偿就可以了。在图5中,变压器Tr2检测的是市电输入电压US,变压器Tr3检测的是LF上的电压降,用Tr2及Tr3的次级电压相减后再进行整流,就可以得到反映US-XLIS数值的直流电压USL。
4.2 对市电电压波动进行正负补偿的控制电路
对市电电压波动进行正、负补偿的控制电路,由图5中比较器U1、U2,比例放大器PI1、PI2,及EPWM比较器U3、U4,和基准电压给定电路R3~R5组成。它分成上下两个支路,上支路由U1、PI1、U3组成,用于对市电电压的负波动进行正补偿控制;下支路由U2、PI2、U4组成,用于对市电电压的正波动进行负补偿控制。与此相应基准电压给定电路也给出了两个基准电压给定值Ur1及Ur2。Ur1对应于市电电压的218V;Ur2对应于市电电压的222V。当市电电压US<218V时上支路工作,下支路不工作,USL与Ur1在U1中进行比较,产生出正误差电压+ΔU,+ΔU经过PI1放大后与三角波uc在U3中进行比较,产生出使桥式斩波器对市电电压进行正补偿的控制。当市电电压US>222V时下支路工作,上支路不工作,USL与Ur2在U2中进行比较,产生出正误差电压+ΔU,+ΔU经过PI2放大后与三角波uc在U4中进行比较,产生出使桥式斩波器对市电电压进行负补偿的控制。基准电压给定电路给出两个基准电压(Ur1=218V与Ur2=222V)的目的,是为了当市电电压US在218V~222V之间时不使稳压电源工作,以避免市电电压US在(220±2)V区间内稳压电源产生正负补偿振荡,使输出电压不稳定,这一点在图1中没有表明。这里需要指出的一点是,图5中运放PI1和PI2的放大倍数,与补偿变压器Tr1的初次级变比ξ1:1、检测变压器Tr2、Tr3(两个变压器*相同)的初次级变比ξ2:1、三角波的电压幅值Ucm及市电电压的幅值Um有关。PI1及PI2的放大倍数
K≥ξ1×ξ2×
当Tr1、Tr2、Tr3的变比相同时,K≥ξ12
图5 单相EPWM斩波式稳压电源的原理电路
4.3 三角波发生器电路
三角波发生器电路由一个方波电压发生器(U7)和一个积分器(U8)组成,如图5中U7及U8所示,这种电路在UPS中是常用的。三角波频率与方波电压发生器的频率相同,当方波电压发生器中的电阻R8=0.86R9时,三角波频率fc≈
4.4 状态切换触发电路
状态切换与触发电路如图5下部电路所示。它是由脉冲变压器Tr4、Tr5、Tr6、Tr7及其下面的两个三极管组成的。图中U9、U10是将市电电压变换成与其相对应的正、负半周方波电压。U9得到与us正半周相对应的方波电压,U10得到与us负半周相对应的方波电压。电路的切换采用的是三极管与门的工作原理,触发电路采用的是脉冲变压器输出形式,当然也可以采用光耦的输出形式。切换电路有两组输入信号,每组两个输入信号,即正补偿与负补偿,正半周方波与负半周方波。因此,应有4组触发电路,即由Tr4、V5、V6组成的正补偿正半周触发电路;由Tr6、V9、V10组成的正补偿负半周触发电路;由Tr7、V11、V12组成的负补偿正半周触发电路和由Tr5、V7、V8组成的负补偿负半触发电路。每一种触发电路,只有当脉冲变压器下面的二个三极管同时导通时才能输出触发脉冲。脉冲变压器下面的两个三极管,其中一个受正负补偿信号的控制,另一个受正负半周方波电压的控制。因此,四种触发电路对应于市电电压的每半个周期中,只有一种触发电路输出触发脉冲,其它3种触发电路不工作。由于正负方波电压的加入,4种触发电路之间每半个周期转换一次,而且转换是在市电电压过零时进行。因此,触发电路的切换不会对输出产生冲击。
4.5 稳压补偿过程
空载时假定US<Ur,则正补偿控制电路工作,并使V6、V10导通。在市电电压正半周,U9使V5、V11导通。由于V5、V6导通,Tr4输出触发脉冲,使斩波桥中V1、V4导通。在市电电压负半周,U10使V7、V9导通,由于V9、V10导通,Tr6输出触发脉冲,使斩波桥中V2、V3导通,对市电电压进行正补偿。补偿电压Uco的大小,与Ur1-USL=ΔU的大小成比例。如果此时加载,IS≠0,则Tr3检测的电压降XIS使US减小,因而ΔU增大,补偿电压Uco也相继增大,以达到US+Uco=UL=Ur的补偿目的。
当US>Ur时,稳压补偿过程与US<Ur时相似,不再重复。
5 三相EPWM斩波器式交流稳压电源
三相EPWM斩波器式交流稳压电源,可以用三个如图5所示的单相电路组成。由于三相是各自独立地进行稳压补偿控制,所以,还可以对市电输入电压的不对称度进行补偿。
6 结语
按照上述原理制成了一台2.5kVA样机,当输入电压变化范围为±15%时,输出电压的变化<±1%,谐波含量<2.3%。
这种稳压电源的特点是体积小、重量轻、稳压精度高、反应速度快、是无级补偿、电路简单。当市电电压在218~222V时,稳压电源不工作,不耗电,电源损耗小,效率高。但只能补偿市电电压的大小变化,不能补偿谐波。
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