分析自動(dòng)平衡式交流穩(wěn)流電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用

自動(dòng)平衡式交流穩(wěn)流電源是由自動(dòng)平衡式交流穩(wěn)壓電源衍生而來(lái)的。自動(dòng)平衡式交流穩(wěn)壓電源是利用輸出電壓采樣來(lái)控制輸出電壓的偏離;而自動(dòng)平衡式穩(wěn)流電源則利用電流采樣，對(duì)輸出電流的偏離進(jìn)行補(bǔ)償。

穩(wěn)流電源通常采用雙層繞組。線(xiàn)圈的有效部分包含左、右兩個(gè)有效邊。放在槽內(nèi)且靠近槽口的有效邊叫上層邊，靠近槽底的有效邊叫下層邊。同一槽中上下層間用絕緣紙隔開(kāi)。同一線(xiàn)圈上下兩有效邊沿圓周方向的距離即為線(xiàn)圈的跨距，通常用槽距(兩相鄰槽間距離)的倍數(shù)表示?？缇嗉s等于一個(gè)極距(相鄰兩磁極的距離，也常用槽距的倍數(shù)表示)。 直流電樞繞組分疊繞組、波繞組和蛙繞組3種。每個(gè)線(xiàn)圈的兩個(gè)出線(xiàn)端連接到換向器的兩個(gè)換向片上，兩者在換向器圓周表面上相隔的距離稱(chēng)為換向器節(jié)距，用Ys表示。不同形式的繞組具有不同的換向器節(jié)距。

1穩(wěn)流電源的主要技術(shù)指標(biāo)

(1)輸出電流范圍單相交流穩(wěn)壓電源輸出電壓通常固定在220V,有些電源能作少許微調(diào)，數(shù)值也不大。但對(duì)穩(wěn)流電源的輸出電流，用戶(hù)往往希望根據(jù)需要作較大范圍的改變。本項(xiàng)指標(biāo)是指在不穩(wěn)流情況下，輸出電流可以調(diào)節(jié)的范圍，例如輸出額定電流Io=2A,△Io=1A,則其可調(diào)范圍為1.5~2.5A.當(dāng)然，相對(duì)于IO來(lái)說(shuō)，偏離量也可能不是上下對(duì)稱(chēng)的，即不是±0.5A,可能上限值大于下限值，也可能相反，比如1.8A≤IO≤2.8A.這里定義△Io/Io為恒流率，即S=△Io/Io,本例S=△Io/Io=1/2=0.5.

(2)輸出電壓范圍交流穩(wěn)流電源所提供的輸出電壓要根據(jù)負(fù)載性質(zhì)及其阻抗、電流值等而變化，所以必須確定一個(gè)輸出電壓范圍來(lái)衡量其性能。

(3)輸出電流穩(wěn)流精度它表示輸出電流在額定精度內(nèi)允許電流變化范圍ΔI.設(shè)輸出電流Io為2A,精度為±1%,則表示當(dāng)用了穩(wěn)流器后輸出電流Io滿(mǎn)足1.98A (4)其他指標(biāo)如不加特殊說(shuō)明，可借用穩(wěn)壓電源技術(shù)指標(biāo)的定義。

有單疊繞組和復(fù)疊繞組之分。單疊繞組是將同一磁極下相鄰的線(xiàn)圈依次串聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成一條并聯(lián)支路，所以對(duì)應(yīng)一個(gè)磁極就有一條并聯(lián)支路。單疊繞組的基本特征是并聯(lián)支路數(shù)等于磁極數(shù)。各條支路間通過(guò)電刷并聯(lián)。單疊繞組線(xiàn)圈的換向器節(jié)距Ys=1.Ys>1者稱(chēng)復(fù)疊繞組。比較常用的是Ys=2的復(fù)疊繞組，又稱(chēng)雙疊繞組。雙疊繞組在一個(gè)磁極下有兩條并聯(lián)支路。例如一臺(tái)四極直流電機(jī)，采用雙疊繞組時(shí)，共有8條并聯(lián)支路。各條支路間也是通過(guò)電刷并聯(lián)。電刷組數(shù)等于電機(jī)的極數(shù)。其中一半為正電刷組，另一半為負(fù)電刷組。疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)較多，它等于極數(shù)或?yàn)闃O數(shù)的整倍數(shù)，所以又叫并聯(lián)繞組。

2工作原理

自動(dòng)平衡式交流穩(wěn)壓電源原則上均可改為穩(wěn)流電源，如磁放大器調(diào)整式和自耦調(diào)壓型交流穩(wěn)壓電源等均能方便地加以改造。這里以采用磁放大器調(diào)整式的改進(jìn)型電路組成交流穩(wěn)流電源為例來(lái)加以說(shuō)明。這種穩(wěn)流電源的組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1交流穩(wěn)壓電源的一種結(jié)構(gòu)示意圖

(1)電壓/電流轉(zhuǎn)換電路圖1中自耦變壓器TA對(duì)電感參數(shù)調(diào)整電路提供不同的輸入電壓Ui,使其有不同的輸出電壓，從而經(jīng)隔離變壓器TR后，在負(fù)載電阻RL上得到所需的電流。

隔離變壓器TR的初級(jí)有兩種接法，第一種是接在圖1中的BC兩端，它的優(yōu)點(diǎn)是輸出波形好，輸出電壓可以達(dá)到很高值，缺點(diǎn)是S較小，ΔI/IO只有1/3左右;第二種接法是將TR初級(jí)接于AB兩端(如圖1所示)，這種接法的優(yōu)點(diǎn)是S較大，如果沒(méi)有諧波存在，則在TR初級(jí)上具有0~60V以下的電壓。隔離變壓器的次級(jí)可以制成多抽頭式的，以便為負(fù)載提供不同的電壓。

(2)有效值采樣電路有效值采樣電路的功能是將交流有效值信號(hào)變換成與之成正比的直流信號(hào)，有關(guān)這方面的電路很多，圖2給出其中的一種。

從圖1所示穩(wěn)流器交流輸出端采樣電阻R2上得到的交流電壓信號(hào)有效值UR2輸入圖2中運(yùn)算放大器IC1,其輸出為UO1,UO1正比于UR2.

圖2有效值采樣電路

(3)電流控制電路電流控制電路的作用是根據(jù)使用者的愿望，給驅(qū)動(dòng)電路輸入一個(gè)給定的直流電壓Un,就可以得到所需的穩(wěn)定交流電流。這種工作方式在生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用，比如為空氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作電流或熱保護(hù)器動(dòng)作電流測(cè)試、分檔時(shí)提供可變的穩(wěn)定電流值。如果用微機(jī)來(lái)控制Un,則可自動(dòng)改變此穩(wěn)定電流值。

(4)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路的功能如下：

①獲得由有效值采樣電路得到的直流電壓Uf與電流控制電路所給定的直流電壓Un比較后的誤差電壓信號(hào)ΔU;

②處理電流控制電路給定的直流電壓Un,使其與ΔU相加。當(dāng)ΔU=0時(shí)，在Un的作用下，驅(qū)動(dòng)電路使穩(wěn)流器輸出的電流正是使用者所需要的電流IO.ΔU的作用是補(bǔ)償當(dāng)輸出電流小于IO時(shí)，ΔU能使它增加，而當(dāng)輸出電流大于IO時(shí)，ΔU則使它減小，最終達(dá)到輸出電流穩(wěn)定在IO的目的。

3實(shí)例

如圖1所示。

設(shè)一寬范圍交流穩(wěn)壓器，其指標(biāo)為：

輸出電壓AC220V

輸入電壓范圍AC165~255V

當(dāng)改作交流穩(wěn)流器時(shí)，通過(guò)變壓器TR(初級(jí)接在B、C兩點(diǎn))及負(fù)載電阻RL得到輸出電流IO=2A,如果沒(méi)用穩(wěn)流器，則當(dāng)輸入電壓為255V時(shí)，輸出電流IO1=(255/220)×2=2.3A;輸入電壓165V時(shí)，輸出電流IO2=(165/220)×2=1.5A.就是說(shuō)當(dāng)負(fù)載電流在1.5~2.3A范圍內(nèi)變化時(shí)，用了穩(wěn)流器后能保證輸出電流穩(wěn)定在2A.關(guān)于上下不對(duì)稱(chēng)情況，則可調(diào)整機(jī)器內(nèi)部參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。