交流參數穩壓電源及其對諧波的抑制

一、概況
隨著電力電子廣泛應用,一方面帶來巨大的經濟效益,另方面也帶來供電質量下降,影響到許多對電能質量非常敏感用電設備,專家們一致認為,微電子儀器設備和計算機系統的故障原因,絕大數都由于供電質量問題引起的,例如:沖擊、功率因數低、電壓驟降、諧波畸變、斷電、閃變以及干擾信號電壓等等,解決這些電能質量問題方法很多,投入成本差別甚大,而交流參數穩壓電源又稱穩壓變壓器(CVT),是解決電源干擾比較有效方法之一,并越來越受到關注,目前已廣泛應用于通信基站、航天、核工業、鐵路、醫院、銀行、財務證券、公安、部隊等工礦企事業單位的大、中、小型計算機、計算機網絡數控系統、程控系統、分析測量儀器、計量檢驗、復印機、醫療儀器設備等等各種設備配套使用,取得很好效果.
二、交流參數穩壓電源的基本原理及特點
    1、交流參數穩壓電源又稱恒壓變壓器(Constant Voltage Transfomes)簡稱為CVT.
2、恒壓變壓器和普通變壓器的主要區別:
① 功能上,雖它是一個鐵芯原邊、副邊兩繞組分開,但它不遵循輸入和輸出電壓與原邊、副邊繞組匝數比例關系,而輸出電壓不隨輸入電壓變化而保持恒定.
② 恒壓變壓器磁分路鐵芯各段有飽和區和不飽和區.
③ 具有升壓諧振的并聯電容和補償繞組.
3、技術參數的主要特點
①結構簡單,無控制部件,僅由二個單體元件構成.
②簡單的結構,可靠性高,平均無故障工作時間是各種交流穩壓電源中最高的.
③電壓穩定度高,穩壓范圍寬,從源電壓效應看出,當輸入電壓變化±20%時,輸出電壓變化±1.5%,當輸入電壓變化±30%,輸出電壓變化±3.5%,若適當選擇額定輸出負載與實際負荷量比例,可以將穩壓范圍擴展到最佳狀態,所以它特別適用于電網電壓波動大的地區.
4、抗干擾性能:CVT是穩壓、隔離、變壓三位一體的變壓器,輸入和輸出完全隔離,對電網的脈沖干擾信號具有良好的雙向抑制和衰減作用,同時對電網的浪涌沖擊,瞬時驟變,瞬間閃變,靜電落雷等干擾都有良好的抗干擾能力.
5、反應時間快,在40ms以內.
6、過載自動保護
當輸出功率超過額定值時,輸出電壓自動下降,保證用電設備安全,即使輸出負載短路,也不致損壞,負載短路解除后會自動恢復輸出電壓;帶負載開機或電網斷后再復電,輸出不會產生過電壓,如有兩倍電網電壓(440V)短時沖擊,輸出也不會產生過電壓沖擊,從而確保用戶設備的安全運行.
7、波形失真小.由其結構的特點,使其輸出波形極佳,總諧波失真切〈5%,特別失真度不受輸入失真的影響,即使輸入電壓方波,輸出電壓也為正弦波形或者說有“凈化”作用.
三、抑制電網電壓諧波的作用,對2KVA、3KVA、5KVA單相CVT進行抑制電壓諧波的測量,結果在(1)(2)中.
(1)2KVA、3KVA、5KVA輸入、輸出諧波畸變率
內容項目 2KVA 3KVA 5KVA
輸入 輸出 輸入 輸出 輸入 輸出
THDv% 27.3 2.1 36.6 4.1 36.3 5.0
V3% 25.7 1.2 35.6 1.5 35.8 3.5
V5% 7.9 0.8 3.3 1.1 2.5 1.6
V7% 3.5 0.3 2.9 1.9 2.6 1.7
V9% 1.5 1.5 1.5 2.5 1.7 1.8

(2)經CVT后電壓諧波總畸變率下降率
2KVA 3KVA 5KVA
總畸變下降 92% 88.9% 86.2%
3次下降率 95.3% 95.7% 90.2 %
5次下降率 89.8% 66.6% 36.0%
7次下降率 91.4% 34.5% 34.6%
9次下降率 / / /

    從上表得知:(1)CVT對3~7次諧波有明顯的抑制作用,而隨著容量增加而抑制效果逐漸減少,對大于7次以上諧波幾乎沒有抑制作用,并有放大的趨勢.
(2)2KVA、3KVA、5KVA的CVT對三次諧波抑制特別明顯,下降率都達到90%以上,這就給CVT的應用提供廣寬的前景,特別在銀行、財稅、金融、鐵路、醫院、辦公大樓等,這些場合中大量使用家用電器、節能燈、計算機等用電設備都會產生大量三次諧波電流,使中線電流大大超標,不但用電設備不正常而給供電安全帶來隱患,可以使用CVT,將會大大降低三次諧波,從而降低了中線電流,不但使用電設備正常運行,而對安全供電有積極的意義.
四、交流參數穩壓電源的應用
一切需要“穩壓”又要“潔清凈化”的用電設備,均能使用交流參數穩壓電源(CVT),應用領域已在概況,提到這僅舉一些實用例子,浙江某單位供電線路有中頻爐負載,使該單位復印機工作不正常;某校50多臺電腦房三次諧波引起中線電流達到46A,電源不正常無法開機;江蘇省某醫院彩色B超電源受到干擾,圖像不清晰產生偽影;江蘇某公司進口法國一條生產線,控制板受電源干擾經常燒壞,還有自發電進口印制機工作不正常,以上等等設備配上參數穩壓電源后就能正常工作.
國家授時中心陜西藍田天文臺,西昌發射中心有關設備都配上CVT電源,另外國家從日本進口的機器人控制板經常損壞,維修費用高,配上CVT電源后就沒有發現控制板的損壞現象.除此,國防上進口設備,中國的電網不適合這類設備的電源要求,配上CVT電源后就能正常工作,從上可以看出,CVT是一種抗干擾強,穩定可靠的“綠色電源”.

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