[实用新型]交流开关补偿式稳压器

说明书

本实用新型涉及一种交流开关补偿式稳压器，尤指一种采用串联控制和断续控制的组合控制方式，以脉宽调压代替传统的电动调压器调压，以电力半导体器件代替传统的机电装置，减小电磁转换引起的能量损耗，保证补偿稳压电源的大功率输出，提高电能转换效率及可靠性的交流开关补偿式稳压器。

目前国内、外用于电力系统稳定网络电压，保证电压质量的交流电力稳压器以电动调压补偿式的电力稳压器为主。该补偿式交流稳压器是九十年代初引进、消化、吸收国外先进电力电子技术而发展的新产品，其结构主要由电动调压器、补偿变压器及检测控制电路组成，它自动检测输出电压，并根据实测电压的高低，驱动可逆伺服电机，调整碳刷接触的有载调压器，改变调压器输出电压的方向及大小；连接在调压器输出端的补偿变压器的输出电压因而产生相应的变化；由于补偿变压器的输出端与电源串联，故稳压器输出电压为电源电压与补偿电压的矢量和，因此使补偿后的输出电压保持稳定。这种电路的主要特点是效率高，稳压效果好，适于用作大功率的电力稳压器，其容量可达到1000KVA左右。

尽管补偿式交流稳压器由于上述的特点而在我国方兴未艾，但该产品仍存然在的一些问题有待解决：

1)这种交流稳压器的电动调压器体积大，造价昂贵，需要消耗大量的硅钢片和电磁线等电力材料。

2)该产品的应变速度慢，由电压变化到开始动作需要0.5秒以上，碳刷移动调整电压的速度十分缓慢，因此在电源电压和负荷发生突变时，不能及时进行补偿；在电源电压和负荷频繁变化的场合，其稳压效果欠佳。

3)在频繁的动作中，碳刷极易磨损或断裂，使产品的可靠性及寿命受到严重影响；虽然一些电子仪器厂生产了滚动式碳刷以解决这一问题，但碳刷仍属于影响产品可靠性及寿命的易损部件。

4)由伺服电机、蜗轮蜗杆组成的电动调压器具有结构复杂的传动机构，其维护和检修的困难度较大。

近年来，电力电子技术取得了飞速发展，开关电源在现代电源技术中己占有重要地位。交流输入直流输出(AD)开关稳压电源、直流输入直流输出(DD)开关稳压电源己经广泛应用于工业、交通、电力、通信等各个领域。交流输入交流输出(AA)隔离式开关电源也在电机控制及UPS不间断供电电源(UPS)中得到应用。

为了实现能量的转换，各种开关电源中广泛应用整流器(交流—直流)、斩波器(直流—直流)、逆变器(直流—交流)、变压器(交流—交流)等转换装置，功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、大功率开关晶体管(IGBT)等器件广泛应用于较大功率的开关电源，PWM脉宽调制技术、功率因数校正技术发展十分迅速，新理论、新技术、新器件、新材料的发展使开关电源的发展进入了一个新阶段。实现开关电源的高功率因数和大功率输出已成为当前开关电源发展的两大课题，而用于电力系统的大功率开关电源更为人们所关注。

稳压电源按其控制方式可分为串联控制和断续控制两大类，上述现有的交流电力稳压器为串联控制补偿式稳压电源；而目前的开关稳压电源多属于断续控制，其原理为：通过调节触发脉冲宽度改变开关电路功率开关的导通比，由此达到稳压的目的。

AA正弦波输出开关逆变稳压电源采用了SPWM正弦波脉宽调制技术，SPWM逆变电源包括两级整流电路和两级开关逆变电路以及相应的控制保护电路，其工作原理是：交流电源输入电压经不可控桥式整流电路整流及大容量电容滤波后变为基本平滑的直流电压，作为交流稳压器电源。电源采用具有SPWM正弦波脉宽调制功能的开关电路，控制电路通过调节触发脉冲宽度不断改变电路功率开关的导通比。

上述的脉冲宽度随正弦控制电压的变化而近似呈正弦变化，滤波后的逆变输出电压为正弦电压。这种电路存在如下几个问题：

1)不可控桥式整流电路只有当输入电压幅值大于滤波电容两端电压时，整流二极管才能导通，故导通时间短，冲击电流大，功率因数低。为提高这种开关电源功率因数，在品质较高的产品中均采用动态功率因数调整技术，但结构复杂且成本高；

2)控制信号必须为正弦波，需要专门电路产生正弦交流信号，因此控制电路复杂；

3)受功率器件的限制，难以得到较大功率输出。

有鉴于上述现有技术中的不足，本实用新型的主要目的在于提供一种交流开关补偿式稳压器，该稳压器采用串联控制和断续控制的组合控制方式，以脉宽调压代替传统的电动调压器调压，以电力半导体器件代替传统的机电装置，减小电磁转换引起的能量损耗，保证补偿稳压电源的大功率输出，提高电能转换效率、可靠性及稳压器的寿命。