摘要：电网系统的电压波动和谐波将可能反馈到直流系统高频充电模块，造成直流电压的不稳和高频电源的损坏，为了解决此类问题，本文引入了稳压装置的方法，通过串接在充电机前来达到改善电压质量和预防高频电源损坏的目的。
关键词：高频电源；交流；直流；稳压
1 引言
高频开关电源（也称为开关型整流器SMR）通过MOSFET或IGBT等电力电子器件构成，其工作频率一般控制在50-100kHz范围内，具有效率高和集体小等优点。高频开关整流器通常由工频滤波电路、工频整流电路、功率因数校正电路、直流-直流变换器和输出滤波器等部分组成。普通稳压电源是利用变压器降压再整流原理构成的串联型稳压，由采样电路去控制电源调整管的导通电流来改变电源内阻，从而使输出电压稳定，串联型稳压电源的效率一般都小于50%。开关型稳压电源是直接整流，获得高压直流，由高频震荡器控制开关管通断的时间比例来调整输出电压。开关型电源电路有串联型和并联型两种，其优点是效率高（因为开关状态下的晶体管自身消耗的功率很小，可以达到70-80%甚至更高的效率），而且不用降压变压器，其输出变压器由于是工作在高频，体积远小于50Hz的工频变压器，所以开关型电源的电路小巧轻便，可以在较大的电压范围正常工作。
2 高频开关电源的分类
开关型稳压电源的电路结构有多种，按激励方式可分为自激式和他激式。自激式开关电源在接通电源后功率变换电路可自行产生振荡，即可以依靠电路本身的正反馈过程来实现功率变换。自激式电路出现较早，特点是电路简单、响应速度较快，但开关频率变化大、输出纹波值较大，不易作精确的分析、设计，通常只有在小功率的情况下使用，如家电、仪器电源等。他激式开关电源需外接激励信号控制才能使变换电路工作，完成功率变换任务。他激式开关电源的特点是开关频率恒定、输出纹波小，但电路较复杂、造价较高、响应速度较慢。开关整流器的特点：
①重量轻，体积小。采用高频技术，去掉了工频变压器，与相控整流器相比较，在输出同等功率的情况下，开关整流器的体积和重量只有相控整流器的1/10。
②功率因数高。相控整流器的功率因数随可控硅导通角的变化而变化，一般在全导通时，可接近0.7，而小负载时，仅为0.3左右，开关整流器大大提高了功率因数。
③可闻噪音低。在相控整流设备中，工频变压器及滤波电感工作时产生的可闻噪声较大，一般大于60dB。开关电源在无风扇的情况下可闻噪声仅为45dB左右。
3 工作原理
3.1 电源系统原理
电力操作电源系统主要由交流配电单元、充电模块、直流馈电、集中监控单元、绝缘监测单元、降压单元和蓄电池组等部分组成，图1为电力操作电源系统原理框图。
图1 电源系统原理
两路交流输入经交流配电单元互投后选择其中一路交流输入提供给充电模块。充电模块通过整流器件输出稳定的直流电，一方面对蓄电池组补充充电，对动力负荷提供稳定的直流电压，另一方面可通过降压单元为控制负荷提供电源，保证其正常工作。绝缘监测单元可在线监测直流母线和各支路的对地绝缘状况；集中监控单元可实现对交流配电单元、充电模块、直流馈电、绝缘监测单元、直流母线和蓄电池组等运行参数的采集与各单元的控制和管理，并可通过远程接口接受后台操作员的监控。
3.2 高频开关电源原理
开关电源的基本电路框图如图2所示，开关电源的基本电路包括两部分，一是主电路，是指从交流电网输入到直流输出的全过程，它完成功率转换任务，二是控制电路，通过为主电路变换器提供的激励信号控制主电路工作，实现稳压。
图2 开关电源的基本电路
高频开关电源由以下几个部分组成：
主电路实现交流电网输入、直流输出的全过程；控制电路包括：原边检测控制电路：监视交流输入电网的电压，实现输入过压、欠压、缺相保护功能及软启动的控制；图中EMI输入滤波器可实现双向过滤，即将电网存在的谐波过滤，同时也可阻碍本机产生的谐波反馈到公共电网。软启动：消除开机浪涌电流。整流与滤波，将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。
全桥变换：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小；输出整流与滤波，根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。检测电路除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。辅助电源提供所有单一电路的不同要求电源。
3.3 稳压器原理
所有的稳压器，基本上都利用了相同的技术实现输出电压的稳定。输出电压通过连接到误差放大器反相输入端的分压电阻，误差放大器的同相输入端连接到一个参考电压，参考电压由IC内部的带隙参考源产生，误差放大器总是试图迫使其两端输入相等，为此，它提供负载电流以保证输出电压稳定，其工作原理如图3所示。
图3 稳压器控制原理 图4 调压装置
三相稳压器工作原理：三相稳压器实际就是把三个稳压单元用”Y”形接法联接在一起，再用控制电路板和电机驱动系统来控制调压变压器，达到稳定输出电压的功能，如果三个调压变压器的滑臂都是由一个电机来驱动的调压方式为统调稳压器，三个调压变压器的滑臂由三个电机来独立调整的稳压器就是三相分调式稳压器；调压器在调压过程中，就是通过移动碳刷改变接触的线圈匝数来实现的，如图4所示，调整中要求始终保持与线圈接触，否则就会出现断电的现象，调压器怎样保持连续输出呢? 碳刷必须保证一定的厚度，在碳刷还没有完全移开已经接触的那一匝线圈时，碳刷又已经接触了线圈的另一匝。
移动中必须跨接两匝，调压器工作中始终存在匝间短路现象，碳刷的厚度越厚，短路的匝数就越多，所以调压器碳刷的厚度是根据调压器线径不同而不同的.因为匝间短路是有害无益的，它会造成短路环流，所以要控制它的大小，因此调压器的匝电压一般都在1V以下，常见的大功率调压器匝电压为0.8-0.9V，小功率则更小，一般为0.4-0.7V不等，如果匝电压过高，调压器的稳定性就越差，极易烧毁。
4 结论
由于直流高频电源在高频震荡情况下运行，用户负荷装有冶炼的工频电炉频繁启动，大量的谐波源反馈到电网中，高频电源极易受电压波动和谐波干扰，导致充电模块损坏，为了解决高频电源开关输出电压不稳和损坏问题，本文采用加装大功率三相交流全自动稳压器的方法，将其串接在充电模块电源前，来达到稳压、滤波的措施，通过试验及实践运行，达到了理想的效果，保证了电压稳压、滤波和防止高频电源损坏的目的，稳压装置如图5所示。
图5 安装的稳压装置
论文作者:左魁生,时韶春,陈晗,赵全胜,郭峰,赵建忠,张海
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/31
标签：电路论文; 电压论文; 调压器论文; 电源论文; 开关电源论文; 稳压器论文; 整流器论文; 《电力设备》2018年第1期论文;