变压器的晶闸管调压方法的设计

2012-07-23 16:47:48来源: 互联网

 笔者提出了晶闸管组合变压器副边绕组改变高压钠灯两端电压,在单片机控制下精确降压并稳压。笔者采用串联变压器副边,利用其多绕组的不同组合,灵活升高、降低负载电压,并结合单片机检测实时电压以控制晶闸管,达到定时精确调压、随时稳压的目的。此方法非常适合我国道路照明的实情及节能需要。

  1 调压原理

  1. 1 变压器调压

  在高压钠灯主线路中串入变压器副边,如图1所示。该副边有多个匝数不同的绕组,各绕组的空载电势分别为E 1,E2,E 3 等。通过开关K1 ~ K12的开断将各绕组组合,可得到不同的E ab,从而改变Eb c。如K2,K3,K5,K8,K9,K12闭和时,E ab = E2 + E3 - E1。因此只需选择合理的控制方案,就可精确得到预定电压。同时,由于本方案调控范围大,精度高,故在需稳压时也可通过K1 ~ K12的开断来调控负载电压。

  

高压、稳压原理

 

  图1 高压、稳压原理

  

 

  图2 方案改进示意图

  另外,晶闸管具有动作迅速、无电弧等特点被广泛作为开关应用于工业生产中。笔者所提方案中可将其代替图1中的K1 ~ K12,利用其触发角的可控性,灵活选择开断时间。

  1. 2 控制电路设计

  本文中控制电路需要实现电压采样比较,晶闸管触发信号的产生,实时时钟、实时电压显示及人机对话等功能。单片机具有运行速度快,工作电压低,功耗低,输入输出直接驱动能力大,价格低,体积小等特点,因此得到广泛应用。89C51片内的4 K 程序存储器是FLASH 工艺的,这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写,而且对开发设备的要求很低,开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密。另外,其售价比8031还低,市场供应也很充足。因此本文采用89C51作为控制芯片,完成变压器调压控制。

  1. 3 主电路改进

  1. 1中当调压范围扩大时副边绕组数目增加,晶闸管的数目也随之增加,不仅加大了控制难度,还增大了电路规模。若将原方案按图2 改进,显然,变压器二次绕组容量大约提高了一倍,但每相接通的晶闸管开关数目比图1减少,这有利于晶闸管开关工作可靠性提高。

  2 副边电势的确定

  变压器副边绕组个数、匝数等应根据具体情况而定。一般情况下,三个典型数值是必需的,即E 1 =1 V,E2 = 3 V,E3 = 9 V。通过晶闸管的组合可组成±1 V~ ± 13 V 精度为± 1 V共25档补偿电压。若再增加一个20 V 绕组,则可将调压范围扩大。因此在理论上,本文方案可将调压范围扩大至无穷。

  3 实例分析

  把本文所提方案应用于蔡关线——工学院道路照明系统。取A相为实验相,其他两相为参照相。各相所接高压钠灯220 V,250 W 共25 盏,均配有电容器。

  表1 节能模式及其工作电压时

  

节能模式及其工作电压时

 

  采用2. 5 kVA,220 V 单相变压器,副边有四组电压: 1 V,3 V,9 V,20 V。依据时间及具体交通状况,按时间分为四个模式: 启动、正常、高峰及节能模式。对应各模式的调压稳压范围如表1所示。2010年4月1日- 4月3日测量参数如表2所示。表2表明,采用本文所提方案后可明显降低能耗,同时由于电网电压波动使未采取措施的路灯耗能浮动较大。

  表2 4月1日-4月3日耗电量

  

4月1日-4月3日耗电量

 

  4 小结

  本文所提调压稳压方法具有精度高、调节范围宽、可频繁动作且不易产生电弧等优点。不仅可以用于道路照明,还可用于其他采用高压钠灯且有调压空间的场合。但是,LED 照明不在本文讨论范围,因此读者可参阅其他相关文献。

关键字:变压器  晶闸管  调压方法

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0723/article_16584.html
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