交流参数稳压电源及其对谐波的抑制
(作者:潘洪进 刘湘衡 温州现代电力成套设备有限公司)
一、概况
随着电力电子广泛应用,一方面带来巨大的经济效益,另方面也带来供电质量下降,影响到许多对电能质量非常敏感用电设备,专家们一致认为,微电子仪器设备和计算机系统的故障原因,绝大数都由于供电质量问题引起的,例如:冲击、功率因数低、电压骤降、谐波畸变、断电、闪变以及干扰信号电压等等,解决这些电能质量问题方法很多,投入成本差别甚大,而交流参数稳压电源又称稳压变压器(CVT),是解决电源干扰比较有效方法之一,并越来越受到关注,目前已广泛应用于通信基站、航天、核工业、铁路、医院、银行、财务证券、公安、部队等工矿企事业单位的大、中、小型计算机、计算机网络数控系统、程控系统、分析测量仪器、计量检验、复印机、医疗仪器设备等等各种设备配套使用,取得很好效果.
二、交流参数稳压电源的基本原理及特点
1、交流参数稳压电源又称恒压变压器(Constant Voltage Transfomes)简称为CVT.
2、恒压变压器和普通变压器的主要区别:
① 功能上,虽它是一个铁芯原边、副边两绕组分开,但它不遵循输入和输出电压与原边、副边绕组匝数比例关系,而输出电压不随输入电压变化而保持恒定.
② 恒压变压器磁分路铁芯各段有饱和区和不饱和区.
③ 具有升压谐振的并联电容和补偿绕组.
3、技术参数的主要特点
①结构简单,无控制部件,仅由二个单体元件构成.
②简单的结构,可靠性高,平均无故障工作时间是各种交流稳压电源中最高的.
③电压稳定度高,稳压范围宽,从源电压效应看出,当输入电压变化±20%时,输出电压变化±1.5%,当输入电压变化±30%,输出电压变化±3.5%,若适当选择额定输出负载与实际负荷量比例,可以将稳压范围扩展到最佳状态,所以它特别适用于电网电压波动大的地区.
4、抗干扰性能:CVT是稳压、隔离、变压三位一体的变压器,输入和输出完全隔离,对电网的脉冲干扰信号具有良好的双向抑制和衰减作用,同时对电网的浪涌冲击,瞬时骤变,瞬间闪变,静电落雷等干扰都有良好的抗干扰能力.
5、反应时间快,在40ms以内.
6、过载自动保护
当输出功率超过额定值时,输出电压自动下降,保证用电设备安全,即使输出负载短路,也不致损坏,负载短路解除后会自动恢复输出电压;带负载开机或电网断后再复电,输出不会产生过电压,如有两倍电网电压(440V)短时冲击,输出也不会产生过电压冲击,从而确保用户设备的安全运行.
7、波形失真小.由其结构的特点,使其输出波形极佳,总谐波失真切〈5%,特别失真度不受输入失真的影响,即使输入电压方波,输出电压也为正弦波形或者说有“净化”作用.
三、抑制电网电压谐波的作用,对2KVA、3KVA、5KVA单相CVT进行抑制电压谐波的测量,结果在(1)(2)中.
(1)2KVA、3KVA、5KVA输入、输出谐波畸变率
内容项目 2KVA 3KVA 5KVA
输入 输出 输入 输出 输入 输出
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)经CVT后电压谐波总畸变率下降率
2KVA 3KVA 5KVA
总畸变下降 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 / / /
从上表得知:(1)CVT对3~7次谐波有明显的抑制作用,而随着容量增加而抑制效果逐渐减少,对大于7次以上谐波几乎没有抑制作用,并有放大的趋势.
(2)2KVA、3KVA、5KVA的CVT对三次谐波抑制特别明显,下降率都达到90%以上,这就给CVT的应用提供广宽的前景,特别在银行、财税、金融、铁路、医院、办公大楼等,这些场合中大量使用家用电器、节能灯、计算机等用电设备都会产生大量三次谐波电流,使中线电流大大超标,不但用电设备不正常而给供电安全带来隐患,可以使用CVT,将会大大降低三次谐波,从而降低了中线电流,不但使用电设备正常运行,而对安全供电有积极的意义.
四、交流参数稳压电源的应用
一切需要“稳压”又要“洁清净化”的用电设备,均能使用交流参数稳压电源(CVT),应用领域已在概况,提到这仅举一些实用例子,浙江某单位供电线路有中频炉负载,使该单位复印机工作不正常;某校50多台电脑房三次谐波引起中线电流达到46A,电源不正常无法开机;江苏省某医院彩色B超电源受到干扰,图像不清晰产生伪影;江苏某公司进口法国一条生产线,控制板受电源干扰经常烧坏,还有自发电进口印制机工作不正常,以上等等设备配上参数稳压电源后就能正常工作.
国家授时中心陕西蓝田天文台、西昌发射中心有关设备都配上CVT电源,另外国家从日本进口的机器人控制板经常损坏,维修费用高,配上CVT电源后就没有发现控制板的损坏现象.除此,国防上进口设备,中国的电网不适合这类设备的电源要求,配上CVT电源后就能正常工作,从上可以看出,CVT是一种抗干扰强,稳定可靠的“绿色电源”.
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