變壓器的晶閘管調壓方法的設計

筆者提出了晶閘管組合變壓器副邊繞組改變高壓鈉燈兩端電壓，在單片機控制下精確降壓并穩壓。筆者采用串聯(lián)變壓器副邊，利用其多繞組的不同組合，靈活升高、降低負載電壓，并結合單片機檢測實(shí)時(shí)電壓以控制晶閘管，達到定時(shí)精確調壓、隨時(shí)穩壓的目的。此方法非常適合我國道路照明的實(shí)情及節能需要。

1 調壓原理

1. 1 變壓器調壓

在高壓鈉燈主線(xiàn)路中串入變壓器副邊，如圖1所示。該副邊有多個(gè)匝數不同的繞組，各繞組的空載電勢分別為E 1，E2，E 3 等。通過(guò)開(kāi)關(guān)K1 ~ K12的開(kāi)斷將各繞組組合，可得到不同的E ab，從而改變Eb c。如K2,K3，K5，K8，K9，K12閉和時(shí)，E ab = E2 + E3 - E1。因此只需選擇合理的控制方案，就可精確得到預定電壓。同時(shí)，由于本方案調控范圍大，精度高，故在需穩壓時(shí)也可通過(guò)K1 ~ K12的開(kāi)斷來(lái)調控負載電壓。

圖1 高壓、穩壓原理

圖2 方案改進(jìn)示意圖

另外，晶閘管具有動(dòng)作迅速、無(wú)電弧等特點(diǎn)被廣泛作為開(kāi)關(guān)應用于工業(yè)生產(chǎn)中。筆者所提方案中可將其代替圖1中的K1 ~ K12，利用其觸發(fā)角的可控性,靈活選擇開(kāi)斷時(shí)間。

1. 2 控制電路設計

本文中控制電路需要實(shí)現電壓采樣比較，晶閘管觸發(fā)信號的產(chǎn)生，實(shí)時(shí)時(shí)鐘、實(shí)時(shí)電壓顯示及人機對話(huà)等功能。單片機具有運行速度快，工作電壓低，功耗低，輸入輸出直接驅動(dòng)能力大，價(jià)格低，體積小等特點(diǎn)，因此得到廣泛應用。89C51片內的4 K 程序存儲器是FLASH 工藝的，這種工藝的存儲器用戶(hù)可以用電的方式瞬間擦除、改寫(xiě)，而且對開(kāi)發(fā)設備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫(xiě)入單片機內的程序還可以進(jìn)行加密。另外，其售價(jià)比8031還低，市場(chǎng)供應也很充足。因此本文采用89C51作為控制芯片，完成變壓器調壓控制。

1. 3 主電路改進(jìn)

1. 1中當調壓范圍擴大時(shí)副邊繞組數目增加，晶閘管的數目也隨之增加，不僅加大了控制難度，還增大了電路規模。若將原方案按圖2 改進(jìn)，顯然，變壓器二次繞組容量大約提高了一倍，但每相接通的晶閘管開(kāi)關(guān)數目比圖1減少，這有利于晶閘管開(kāi)關(guān)工作可靠性提高。

2 副邊電勢的確定

變壓器副邊繞組個(gè)數、匝數等應根據具體情況而定。一般情況下，三個(gè)典型數值是必需的，即E 1 =1 V，E2 = 3 V，E3 = 9 V。通過(guò)晶閘管的組合可組成±1 V~ ± 13 V 精度為± 1 V共25檔補償電壓。若再增加一個(gè)20 V 繞組，則可將調壓范圍擴大。因此在理論上，本文方案可將調壓范圍擴大至無(wú)窮。

3 實(shí)例分析

把本文所提方案應用于蔡關(guān)線(xiàn)——工學(xué)院道路照明系統。取A相為實(shí)驗相，其他兩相為參照相。各相所接高壓鈉燈220 V，250 W 共25 盞，均配有電容器。

表1 節能模式及其工作電壓時(shí)

采用2. 5 kVA，220 V 單相變壓器，副邊有四組電壓: 1 V，3 V，9 V，20 V。依據時(shí)間及具體交通狀況，按時(shí)間分為四個(gè)模式: 啟動(dòng)、正常、高峰及節能模式。對應各模式的調壓穩壓范圍如表1所示。2010年4月1日- 4月3日測量參數如表2所示。表2表明，采用本文所提方案后可明顯降低能耗，同時(shí)由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)使未采取措施的路燈耗能浮動(dòng)較大。

表2 4月1日-4月3日耗電量

4 小結

本文所提調壓穩壓方法具有精度高、調節范圍寬、可頻繁動(dòng)作且不易產(chǎn)生電弧等優(yōu)點(diǎn)。不僅可以用于道路照明，還可用于其他采用高壓鈉燈且有調壓空間的場(chǎng)合。

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