無觸點電力穩壓技術研究與應用

吳志剛

（深圳安科高技術股份有限公司,廣東 深圳 518000）

1 前言

在多個地區對接入電網的使用，發現存在過壓或欠壓、電壓瞬時跌落、高頻脈沖干擾和諧波電流干擾等多種問題，電力穩壓器已經成為許多像核磁共振這樣的大型精密醫療器械不可缺少的供電保護裝置，然而要在眾多的品牌中挑選優越的電力穩壓器，就要進行全面技術解析才能選型。為此，根據技術參數分析、實際應用和試驗的結果來選擇DBW/SBW 5B型補償式無觸點穩壓器（以下稱5B型三相穩壓器）。

2 原理及技術參數

5B型三相無觸點穩壓器主要由電源濾波單元、補償電路單元、自耦調壓電路單元、控制電路單元、輸入采樣電路單元、輸出控制電路單元、保護電路單元、旁路電路單元等組成。

2.1 整機工作原理

整機工作過程為當電網輸入電壓波動或負載功率發生改變時，電源濾波單元對輸入電網中的高頻脈沖干擾及諧波干擾進行有效抑制，采樣電路單元獲得采樣電壓并與基準電壓進行對比來確定差異，然后由控制電路單元輸出控制信號使調壓電路單元中相應的晶閘管導通，這樣補償電路就產生極性和大小各異的補償電壓，從而達到穩壓輸出的目的。同時，控制電路單元在特定情況下使保護電路單元工作，對輸出控制電路進行控制，產生輸出保護的動作。

2.2 主要補償原理及技術參數

5B型三相穩壓器由三個獨立補償變壓器構成補償部分，補償電壓為0～44V。由三個獨立的調壓變壓器構成調壓部分，次級抽頭電壓分別為36V、114V、195V、220V,以C相為例，主要補償和調壓電路見下圖。

當輸出電壓Uo高于額定電壓時，要求單相補償變壓器TC1上的補償電壓△U抵消升高的那部分電壓，此時可觸發Q5和Q8的可控硅導通，交流正半波時電流通路為：C-TC1初級繞組-TC2-Q5-TC1次級繞組-Q8-N,交流負半波時電流沿上述通路反向流動。

當輸出電壓Uo低于定額電壓時，要求補償變壓器TC1上的補償電壓△U補足降低的那部分電壓，此時可觸發Q6和Q7可控硅導通，交流正半波時電流通路為：C-TC1初級繞組-TC2-Q6-T1次級繞組-Q7-N，交流負半波時電流沿上述電路反向流動。

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

3 實際應用

5B型三相穩壓器所用的是雙向可控硅，其導通時刻控制在交流過零時，流過可控硅的電流小，響應快。采用分相調壓及補償技術能夠保證穩壓器不受線損與負荷功率大小的影響，分相采樣及補償的精度遠高于三相統一調壓及補償技術。

整機無碳刷、無觸點、無機械傳動，相比傳統機械補償穩壓器，應用了無觸點穩壓技術的產品故障率低并且壽命更長，其中部分變壓器采用環形變壓器，減少了損耗，提高了效率，縮小了機柜尺寸，降低了維修難度。5B型三相穩壓器在磁共振成像系統中的實際應用表現出較好的抗干擾能力及對負載的適應性，對電網、負載和其它用電設備不產生奇次諧波和高頻干擾，對磁共振成像質量不產生任何影響。

4 實驗及結論

在對5B型三相穩壓器作性能實驗時，對其進行以下幾項實驗：

（1）模擬用戶電網在欠壓和過壓、電壓瞬時跌落和尖峰對輸入電壓的補償范圍。

（2）模擬用戶負載功率增大和減小的輸出補償范圍。

（3）響應速度、噪聲、變壓器繞組溫升、輸入、輸出對地絕緣電阻及強度。

實驗中使用多個大功率電爐作為電阻性負載來測試和老化，并且在磁共振系統(感性負載)中長時間使用，經過多次測試并取得以下實驗結果：

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

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

（3）響應時間小于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；絕緣強度為2000V/1min,無閃絡和擊穿。

根據實際實驗現象及參數表明DBW/SBW 5B型補償式無觸點三相穩壓器具備精良的工藝技術和較好的可靠性，其性能完全滿足核磁共振這樣的大型醫療器械使用。然而對于工業企業來說，大多數負載為感性負載，其功率因素一般為0.7，為了提高電網運行的經濟效益，應該對這類負載進行無功功率補償，雖然很多企業的配電系統有集中補償裝置，但是為了進一步提高效率和節能，作為負載前級的穩壓單元還需要集成功率因素補償單元。隨著精密電子、電氣設備的發展，新一代電源技術將會不斷繼續創新，而無觸點補償技術一直是大功率電力穩壓器不變的發展方向。

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