交流穩(wěn)壓電源損耗與節(jié)能的設(shè)計

　　1引言

　　交流穩(wěn)壓電源作為交流供電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。它不僅能穩(wěn)定電壓，改善供電質(zhì)量，同時還具備對負(fù)載進(jìn)行有效保護(hù)、延長設(shè)備使用壽命、協(xié)助使用者對供電進(jìn)行管理的功能。但是，穩(wěn)壓電源自身的損耗問題，也引起了人們的重視。如何把穩(wěn)壓與節(jié)能結(jié)合起來，是電源工作者的一個重要研究課題。

　　2交流穩(wěn)壓電源的損耗分析

　　交流穩(wěn)壓電源作為配電設(shè)備，在工作過程中存在自身的損耗問題。由于不同的穩(wěn)壓原理和不同廠家穩(wěn)壓電源的不同品質(zhì)，這種損耗相差很大，其中自耦調(diào)壓型穩(wěn)壓電源的損耗相對是較小的?，F(xiàn)就自耦調(diào)壓型穩(wěn)壓電源在實際工作中的損耗問題進(jìn)行初步分析。

　　在眾多安裝了穩(wěn)壓電源的場所，穩(wěn)壓電源往往被作為局部負(fù)載的供電設(shè)備，使其24小時處于工作狀態(tài)。但是，大多數(shù)負(fù)載每天平均工作時間約為5h~8h,其余的16h~19h穩(wěn)壓電源處于空載狀態(tài)，于是電源存在長時間的空載損耗。另一方面，穩(wěn)壓電源帶負(fù)載工作的過程中，隨著電網(wǎng)總負(fù)載量大小的變化，電網(wǎng)電壓在不同時段也會有高低不同，必然有一段時間電網(wǎng)電壓滿足設(shè)備用電要求(一般為220V±10%)，而這時穩(wěn)壓電源仍然在工作中，這也是一種不必要的損耗，造成能源浪費(fèi)。這種情況在不同地區(qū)不同時段的反映不同，假設(shè)在負(fù)載工作的5h~8h中有一半時間電網(wǎng)電壓是符合負(fù)載額定工作電壓要求的。根據(jù)這一假設(shè)，結(jié)合機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBK42002-87接觸式自動調(diào)壓器額定性能數(shù)據(jù)，對自耦穩(wěn)壓器的損耗進(jìn)行估算，如表1、表2所示。

　　表1自耦穩(wěn)壓器的損耗估算(負(fù)載每天工作5h)

　　表2 自耦穩(wěn)壓器的損耗估算(負(fù)載每天工作8小時)

　　功率表中“多余損耗”欄為負(fù)載工作而市電基本正常時的電能損耗和空載損耗之和，“所占比例”欄為多余損耗占全部損耗的百分比，“全年耗電”欄為不必要的多余損耗一年內(nèi)所耗電能。從表中可以看出，在各種功率自耦穩(wěn)壓電源的損耗中，不必要的“多余損耗”占全部能耗的64%以上，而全年多余的電損耗卻在幾百至上千(kW·h)，由此看出這種不必要的電力損耗是相當(dāng)大的。以上還是效率較高的自耦調(diào)壓穩(wěn)壓電源的電能損耗估算，對于其他效率較低的穩(wěn)壓電源，其損耗則是以上數(shù)據(jù)的幾倍到十幾倍，電能的浪費(fèi)更是相當(dāng)驚人。因此，如何減少“多余損耗”是交流穩(wěn)壓電源節(jié)能的關(guān)鍵，為此，有必要對現(xiàn)行的穩(wěn)壓電源進(jìn)行性能評估與改進(jìn)，以便在穩(wěn)壓過程中盡量減少電能的損耗，以達(dá)到節(jié)約資源與環(huán)境保護(hù)的目的。

　　3關(guān)于交流穩(wěn)壓電源節(jié)能的研究

　　交流穩(wěn)壓電源以其穩(wěn)壓和有效保護(hù)用電設(shè)備等特性而得到用戶的青睞，如果在負(fù)載不工作和市電正常供電的情況下，穩(wěn)壓電源能自動進(jìn)入“休眠”狀態(tài)節(jié)約電能，則成為真正的節(jié)能型交流穩(wěn)壓電源。

　　3.1交流穩(wěn)壓電源的節(jié)能原理

　　根據(jù)以上構(gòu)思，對自耦調(diào)壓型穩(wěn)壓電源而言，其穩(wěn)壓與節(jié)能工作原理如圖1所示。

　　圖1 交流穩(wěn)壓電源節(jié)能原理圖

　　圖中實線部分為通常的自耦調(diào)壓型穩(wěn)壓電源原理框圖，虛線部分是為達(dá)到節(jié)能目的而增加的控制電路。在框圖中虛線部分的作用下，當(dāng)負(fù)載不工作或負(fù)載工作而市電正常供電時，穩(wěn)壓電源均處于“休眠”節(jié)能工作狀態(tài)，這時調(diào)壓穩(wěn)壓主通道幾乎不耗電，從而達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。

　　3.2交流穩(wěn)壓電源節(jié)能典型電路分析

　　由以上交流穩(wěn)壓電源節(jié)能原理分析可知，要想達(dá)到節(jié)能的目的，最容易想到也是最容易實現(xiàn)的是在穩(wěn)壓電源中加入直通旁路通道，如圖2所示，當(dāng)穩(wěn)壓電源在負(fù)載不工作或市電正常時，節(jié)能控制電路斷開S1和S2,接通S3,切換到市電直通狀態(tài)，使穩(wěn)壓主電路不耗電，而當(dāng)負(fù)載工作且電網(wǎng)電壓不正常時(例如大于242V或小于198V)，則S3斷開，S1和S2接通，進(jìn)入穩(wěn)壓工作狀態(tài)，這種方法幾乎適用于所有的穩(wěn)壓電源。但它有兩個明顯的缺點：

　　(1)在市電直通與穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換過程中，存在瞬間斷電現(xiàn)象;

　　(2)當(dāng)負(fù)載功率較大時，用于轉(zhuǎn)換的S1、S2和S3要求采用大電流的通斷器(如交流接觸器等)，增大了整機(jī)成本。

　　圖2 旁通電路圖

　　為了克服以上方案的不足，對于自耦調(diào)壓型穩(wěn)壓電源，有一個更好的解決方案，如圖3所示。當(dāng)需要穩(wěn)壓工作時，S接通，電路進(jìn)入正常的調(diào)壓穩(wěn)壓狀態(tài);當(dāng)負(fù)載不工作或市電正常時，控制電路控制炭刷A移動到固定點B位置，然后斷開S,市電在B-A點直通供電，此時自耦調(diào)壓器不耗電能，即可以達(dá)到節(jié)能的目的。由于空載和負(fù)載時流經(jīng)S的電流遠(yuǎn)小于整機(jī)額定電流，因此S可用很小電流的通斷器，并且直通和穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換時不會出現(xiàn)瞬間斷電，是一種較理想的實現(xiàn)方式。

　　圖3 自耦調(diào)壓型改進(jìn)方案

　　4應(yīng)用

　　中山大學(xué)電器設(shè)備廠根據(jù)多年來生產(chǎn)穩(wěn)壓電源的經(jīng)驗，按照以上節(jié)能原理，已經(jīng)研制了“空損耗”的節(jié)能型穩(wěn)壓電源產(chǎn)品。把普通的穩(wěn)壓電源更換成節(jié)能型穩(wěn)壓電源后，節(jié)能都在65%以上，效果非常顯著。相信經(jīng)過進(jìn)一步的完善和推廣應(yīng)用，將會取得良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，為我國的節(jié)能與環(huán)保事業(yè)作出貢獻(xiàn)。