高壓試驗(yàn)用調(diào)壓器的選型要點(diǎn)分析

包遵旺　李功勛

摘 要：通常情況下，高壓實(shí)驗(yàn)需要有能夠滿足技術(shù)要求的實(shí)驗(yàn)電源，并通過調(diào)壓器進(jìn)行電壓調(diào)整，為試驗(yàn)提供穩(wěn)定的技術(shù)支持。而除了對輸出容量、相數(shù)和頻率的要求以外，輸出電壓變化范圍等參數(shù)也應(yīng)該滿足試驗(yàn)需求，保障輸出電壓質(zhì)量與穩(wěn)定的調(diào)壓特性。因此，調(diào)壓器選型工作就成為了高壓試驗(yàn)中的關(guān)鍵內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：高壓試驗(yàn)；調(diào)壓器；選型要點(diǎn)

中圖分類號：TM423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0094-02

引 言

技術(shù)水平的發(fā)展讓用電設(shè)備的電源電壓范圍提升，尤其是部分用電設(shè)備對于測試電壓的要求較高，才能保障在日常的工作中始終處于穩(wěn)定的用電狀態(tài)。本文將圍繞調(diào)壓器的工作原理來分析選型的要點(diǎn)，以此為基礎(chǔ)對不同類型的調(diào)壓器展開技術(shù)研究。

1 調(diào)壓器工作原理與選型要求

1.1 三相電流表

由于在高壓實(shí)驗(yàn)當(dāng)中需要對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，防止電機(jī)在轉(zhuǎn)速為零時(shí)仍然進(jìn)行扭矩輸出而損壞，就應(yīng)該對三相電流表進(jìn)行合理選型。一般情況下檢測電流大于控制器中設(shè)置的安全電流值，則蜂鳴器會報(bào)警，恢復(fù)保險(xiǎn)絲會發(fā)生反應(yīng)[1]。以目前的技術(shù)要求來看，電流表需要具備能與微控制器和PC設(shè)備相連接的通信接口，能隔離輸入與數(shù)據(jù)，讓設(shè)定值符合實(shí)際要求。如電流值出現(xiàn)明顯差異，保險(xiǎn)絲與報(bào)警電路需要作出反應(yīng)，保障系統(tǒng)抗干擾能力，維持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

1.2 微控制器

微控制器的類型隨著技術(shù)的發(fā)展不斷增加，具體選型時(shí)要結(jié)合不同設(shè)備類型的性能與實(shí)際試驗(yàn)要求來決定。例如Intel公司最早推行的51系列，程序資源豐富，使用時(shí)間較長，成本較低，但由于運(yùn)行速度較低的劣勢已經(jīng)逐漸地退出應(yīng)用環(huán)境。又例如LM3S9B96，為TI公司生產(chǎn)的微控制器，不僅在運(yùn)行速度上能夠超過80MHz，其32位性能與內(nèi)部集成系統(tǒng)可以針對工業(yè)運(yùn)用發(fā)揮顯著優(yōu)勢，16個(gè)模擬輸入通道可以保障系統(tǒng)的靈活性，滿足用戶的不同需求?？紤]到價(jià)格、應(yīng)用模式與驅(qū)動(dòng)函數(shù)等條件要求，可以選擇這種微控制器來進(jìn)行高壓試驗(yàn)。

1.3 三相電壓表

由于傳統(tǒng)的三相電壓表智能顯示三相電壓值，智能化水平較低，因此在三相電壓表的選擇上應(yīng)該保持智能化，具備與PC端和微控制器相連接的能力。此外，類似的電壓表內(nèi)部可以集成電壓才幾點(diǎn)路，簡化設(shè)計(jì)電路，具備抗干擾能力。

1.4 電 機(jī)

在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)工作中，應(yīng)該結(jié)合調(diào)壓器系統(tǒng)的應(yīng)變速度來進(jìn)行選擇。從功能來看，應(yīng)該具備良好的制動(dòng)性，可以按需求改變運(yùn)行方向。

2 調(diào)壓器的模塊功能需求

調(diào)壓器的使用是基于高壓試驗(yàn)的要求。高壓試驗(yàn)的目的在于測試設(shè)備的電氣性能，減少設(shè)備存在的潛在缺陷，保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全。而高壓試驗(yàn)正式開始前需要選擇與之相適應(yīng)的調(diào)壓器安裝在變壓器前端，利用調(diào)壓器調(diào)節(jié)電壓，讓變壓器的輸出結(jié)果能滿足試驗(yàn)的要求。例如輸出電壓的質(zhì)量、調(diào)壓功能、調(diào)壓器阻抗、輸出容量、相數(shù)等參數(shù)，都是調(diào)壓器需要滿足的功能要求，對設(shè)備的需求度較高。

從調(diào)壓器的工作原理來看，即匝數(shù)比可調(diào)的自耦變壓器。如果電刷沿著線圈表面移動(dòng)，則可以改變線圈匝數(shù)比，讓電壓可以從零變?yōu)樽畲笾?，按需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中的關(guān)鍵內(nèi)容在于電壓控制與數(shù)據(jù)傳輸。

2.1 電源模塊要求

對于系統(tǒng)主控板電路中的電源模塊要求，一般將工作電壓設(shè)置在5V。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，繼電器的工作電壓為12V。

2.2 電壓控制

電壓控制部分包括微控制器、三相電壓表、接觸時(shí)調(diào)壓器與單相交流減速電機(jī)組成的閉環(huán)系統(tǒng)，互相之間具備通信功能。

電壓控制需要在微控制器中設(shè)置好電壓值，然后通過單相交流減速電機(jī)來控制調(diào)壓器的匝數(shù)，得到具體電壓值。三相電壓表需要將電壓值發(fā)送給微控制器，然后與目標(biāo)電壓值進(jìn)行比較。如果數(shù)據(jù)差異過大，必然需要調(diào)整精度范圍，符合要求時(shí)電機(jī)停止工作，此時(shí)的電壓值可以被認(rèn)為是目標(biāo)電壓值。

2.3 性能指標(biāo)要求

供電電源為三相三線制，環(huán)境溫度控制在-15～40℃，相對濕度為5～95%。過載能力方面，在2倍額定電流下可以維持1min以上[2]。

調(diào)壓器的額定輸出容量公式為：

P=mI2·U2·10（kVA）

其中：P-額定輸出容量（kVA）；m-單相m=1，三相m=3；I2-輸出電流（A）；U2-輸出電壓（V）。

3 不同類型調(diào)壓器的選擇

3.1 移圈調(diào)壓器

移圈調(diào)壓器的結(jié)果與電磁原理和變壓器類似，借助上下移動(dòng)的短路線圈來改變主回路線圈的阻抗與電壓分配情況，以便于對輸出電壓進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。移圈調(diào)壓器能夠使用的范圍為要求程度一般的高壓實(shí)驗(yàn)場合，優(yōu)勢在于可以承受較高的電流。但其輸出電壓波形的畸變率相對較高，且短路阻抗情況較明顯，在使用周期達(dá)到一段時(shí)間后，性能方面容易出現(xiàn)問題，例如松動(dòng)、磨損產(chǎn)生的損壞與噪音是常見問題。

3.2 接觸調(diào)壓器

接觸調(diào)壓器是一種自耦變壓器，電壓波形正弦性出色，調(diào)壓平滑，可以將阻抗電壓值控制在合理的范圍之內(nèi)。另外，其運(yùn)行的噪聲較小，可以在各種場合下進(jìn)行使用。按照鐵心類型的差異，分為柱式與環(huán)式，無論是性能還是性價(jià)比方面都值得選擇。不過需要考慮到其觸點(diǎn)調(diào)節(jié)方面的缺陷，以及調(diào)節(jié)過程中可能產(chǎn)生的火花情況。

例如常見的TDGC2接觸調(diào)壓器，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的使用頻率非常高，可以進(jìn)行調(diào)壓、調(diào)速和功率控制，電源電壓波形為正弦波或近似正弦波，調(diào)壓器需要橫裝于面板之上，或是立裝在底座上時(shí)可以利用調(diào)壓器底部安裝孔進(jìn)行固定。

3.3 感應(yīng)調(diào)壓器

感應(yīng)調(diào)壓器的結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)類似，以轉(zhuǎn)子角的調(diào)整來改變感應(yīng)電勢相位與幅值，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓目的。調(diào)壓器的三相轉(zhuǎn)子繞組接成星形，當(dāng)繞組接入對稱三相電源后，旋轉(zhuǎn)磁場的切割作用會讓定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組均感應(yīng)電勢。一般情況下，其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要高于移圈調(diào)壓器，尤其是在50%以上的輸出電壓范圍內(nèi)，阻抗值優(yōu)質(zhì)明顯。相比于其它兩種調(diào)壓器，其結(jié)構(gòu)導(dǎo)致成本較高，具體選擇要基于實(shí)際要求。

4 結(jié) 語

用電設(shè)備的電壓要求不斷提升，為了保持設(shè)備的正常使用，連續(xù)可調(diào)的電源電壓保障功能應(yīng)該成為研究工作的重點(diǎn)。從調(diào)壓器選型工作來看，具體的選擇需要考慮到電壓穩(wěn)定、諧波、電壓調(diào)節(jié)范圍等多個(gè)參數(shù)。本文針對調(diào)壓器的功能需求進(jìn)行了分析，結(jié)合其工作原理，研究了不同調(diào)壓器的優(yōu)劣勢與工作狀態(tài)。在未來的高壓試驗(yàn)中，需要結(jié)合試驗(yàn)要求選擇性價(jià)比與穩(wěn)定性更好的調(diào)壓器類型，配合合適的三相電壓表，為用電設(shè)備提供技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

[1]俞 軻，張思賓，姚遠(yuǎn)忠，等.電力設(shè)備高壓試驗(yàn)中調(diào)壓器的應(yīng)用分析[J].科技與企業(yè)，2013（18）：307.

[2]徐 毅，吳鑫楠，于宗明，等.高壓燃?xì)庹{(diào)壓器建模與仿真[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2013，26（4）：28～32.

收稿日期：2018-9-29