高效節(jié)能型電力穩(wěn)壓器

我國自上世紀80年代第1臺大功率補償式穩(wěn)壓器問世以來，通過20年的發(fā)展創(chuàng)新，對補償系列產品已經(jīng)形成了相當規(guī)模的生產能力，并使產品結構、質量等方面得到了迅速的發(fā)展，已成為當今大功率穩(wěn)壓源的主流產品之一。然而，中國的電源市場廣闊、發(fā)展不平衡，特別是加入WTO以后勢必將面臨嚴峻考驗，為此上海潘登公司及時分析了市場對新一代電源的需求，憑借自己強大的實力，刻苦攻關，堅持高起點技術創(chuàng)新，研制成功了新一代SBW5型大功率補償式電力穩(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突出優(yōu)點及研制電源系統(tǒng)的組成進行簡要的闡述。

1 市場對補償式電力穩(wěn)壓器新的主要要求

1）高可靠性，安全第一，要求平均無故障時間≥50000h。

2）具有較寬的穩(wěn)壓范圍，負載調整率及較快的動態(tài)響應。

3）功率大于20kVA的穩(wěn)壓器應采用分相補償調節(jié)。

4）對電網(wǎng)的諧波污染和高頻電磁干擾應盡可能地減小。

5）具有防雷，防浪涌和其它防患措施。

6）免維護，有遙控接口，可實現(xiàn)無人值守。

2 5型穩(wěn)壓器的構成與工作原理

5型系列穩(wěn)壓器是潘登公司在原有穩(wěn)壓器技術基礎上進行更新改造的產品，主要面向電信、電力、移動基站等行業(yè)。歸納起來它有以下3個顯著特點：

1）針對中國電網(wǎng)的特點，全部采用分相補償調節(jié)設計，補償量30％。

2）采用微電子元器件，磁路控制及計算機技術于一體的高新技術，改造了傳統(tǒng)的碳刷、觸點、機械傳動調壓補償方式。

3）具有防雷等安全措施及遙控遙測功能，實現(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)補償式穩(wěn)壓器的主要區(qū)別在于“補償”方法上。補償式穩(wěn)壓技術的關鍵就是補償電壓的調節(jié)方式，它直接關系到穩(wěn)壓器的安全可靠性、動態(tài)響應、穩(wěn)壓精度、穩(wěn)壓范圍、波形失真等性能指標。眾所周知，常規(guī)機械補償式穩(wěn)壓器是利用伺服電機和機械傳動系統(tǒng)與園盤式或柱式調壓器組成的交流穩(wěn)壓裝置，因為是機械傳動，所以對電源動態(tài)響應速度慢，而且對裝置平衡和碳刷架壓力有嚴格要求，因此使用時間一長，結構變形松動，容易發(fā)生調壓器短路而造成不良后果，同時碳刷的磨損會產生火花而引起干擾，污染電網(wǎng)與影響其它設備（特別是帶有微電腦的設備）的正常工作。而新一代5型穩(wěn)壓器調壓系統(tǒng)是“多路補償變壓器組合群體”，通過“多路全橋功率電路”來控制多個無觸點開關的通斷取得正負補償電壓，屬高新技術的電子開關調壓系統(tǒng)裝置，整個調壓系統(tǒng)無碳刷、無觸點、無機械運動，這樣大大提高了穩(wěn)壓器運行過程中的可靠性，而且響應速度、精度、穩(wěn)壓范圍都得到了改善與提高，達到免維護的目的。

從圖1可以看到由多臺補償變壓器組成主控單元，用固態(tài)繼電器群組成無觸點單元，控制電路由采樣系統(tǒng)、主控板及各種顯示、保護電路組成。當輸入電壓波動或負載電流發(fā)生變化時，通過采樣系統(tǒng)獲取反饋電壓，經(jīng)過主控板進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的晶閘管模塊接通或關閉，使對應補償變壓器投入工作，改變了補償電壓Δu值從而快速達到了穩(wěn)定輸出電壓的目的。

圖2是一相主控補償單元電路的原理圖。圖中T1、T2、T3是三個獨立的補償變壓器，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），次級繞組的補償電壓可設置為7V、14V、28V（或5V、10V、20V）等，當順極性（或反極性）全部投入時可以獲得最大正負補償電壓為49V，當最小補償電壓取7V時，穩(wěn)壓精度為3％。

圖2 主控補償單元

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（2個或3個）工作，產生反極性電壓抵消Ui升高的那部分電壓，如經(jīng)主控板判斷需要T1投入時，可觸發(fā)S1、S4道通。當Uo低于額定值時，需要T1產生順極性電壓補足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，可使T1、T2、T3同時投入工作，產生較高的反極性或順極性補償電壓，使輸出電壓始終穩(wěn)定在穩(wěn)壓精度以內。

由于5型穩(wěn)壓器補償電壓調節(jié)系統(tǒng)中的開關器件都是電力電子器件，遠比傳統(tǒng)式電磁感應繼電器的動態(tài)響應快得多，而且開關器件都為觸發(fā)電路及電力電子器件組成的電路模塊，因此具有較強的抗干擾能力，這對于電信、移動基站的精密電子儀器、計算機或數(shù)字微電子設備是理想的交流穩(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備、電器都要高，本設備由于無碳刷、無觸點、無機械傳動，從而減少了故障點，提高了設備的平均無故障時間。

3 穩(wěn)壓器的選擇使用

1）該系列產品補償調節(jié)有統(tǒng)調與分調兩種形式。若需要集中穩(wěn)壓而且功率較大的，推薦選用分調式的，因為分調式穩(wěn)壓器是A、B、C相分相采樣，分相調節(jié)，這樣能保證各相電壓的穩(wěn)壓精度；而統(tǒng)調式因為僅取一相采樣而集中統(tǒng)調，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?shù)仉娋W(wǎng)的適應性，如：穩(wěn)壓范圍、抗干擾能力以及對非線性負載的適應能力等，而且還要求穩(wěn)壓器自身沒有波形畸變，不產生高頻干擾和對電網(wǎng)形成污染。尤其對供電質量較差的單位，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)壓器不能離負載太遠，越近越好，并建議一臺設備配一臺穩(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、欠壓保護外，有些功能如自動上電、缺相保護等可以不必考慮，因為多一個功能便多一個故障點，當然防雷裝置是必不可少的。無人值守時應有遙控遙測功能。另外，不必過分追求穩(wěn)壓器的精度，因為越是高精密電子儀器，其本身就具有良好的工作電源，因此穩(wěn)壓器的響應與精度方面不會對其構成較大影響，而穩(wěn)壓器的干擾問題，恰恰是不可忽視的。