串联稳压电源设计篇1
【关键词】multisim;稳压电源;仿真
abstract：itiseasytochangetheparameterofthepowercircuit，itisintuitivetocheckwaveformandnumericalvariationoftheoutputvoltage，whichhashigh-accuracysimulationandwithoutrealhardwaredevices，improvedefficiencyofdesign，savingcircuitcost，thatistheseriespowersupplycircuitissimulatedbymultisim.
Keywords：multisim;powercircuit;Simulate
1.引言
multisim已经广泛应用于电子电路的分析和设计中，它不仅使得电路的设计和试验的周期缩短，还可以提高分析和设计能力，实现与实物试制和调试相互补充，最大限度地降低设计成本。使用multisim软件来仿真电路，具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特点1。如今要用multisim设计一个单相小功率（小于100w）的直流稳压电源，电源的指标参数如下：（1）输入电压220V，50Hz;（2）输出直流电压范围：8V～13V，连续可调，额定输出电压为9V;（3）最大输出电流0.1a;（4）纹波系数低于0.1%。
从给出的条件可知，输入与输出之间电压值相差很大，故需要一个降压环节;经过降压以后的交流电还需变成单方向的直流电，这就是整流环节;但是其幅值变化很大，若作为电源去供给电子电路时，电路的工作状态也会随之发生变化而影响性能;需要利用滤波电路将其中的交流成分滤掉，留下直流成分;此时电源还受电网电压波动和负载变化的影响，故要稳压。所以要经过降压、整流、滤波、稳压四个步骤2，如图1所示。
图1稳压电源的框图
又依据第4）点知电源的纹波系数很低，输出的电源的稳定性的质量很高（很低的纹波），又有较强的带负载能力，见第3）点，所以选用串联稳压电源电路来实现电路的仿真。串联稳压电源电路的结构见图2所示。
图2串联稳压电源的结构
2.主要仿真元件的选取
2.1变压器的选择
对比Ui=220V，Uomax=13V的值，故选择降压后的电压值略大于13V，选择变压器的变比n=14，降压后电压U2≈16V。由于multisim对变压器的仿真效果不理想。所以直接选用U2≈16V，f=50Hz的交流电源aC_poweR，见图3。
2.2二极管的选择
流过整流二极管的正向电流iD>0.45U2/R，反向峰值电压URm>2U2
即：iD>=0.01a，URm>45V
选用multisim中的1n4003，见图3。
2.3电容大小的选择
在负载变化时，相同电容的滤波效果不一样;在电容变化时，相同负载时其滤波效果也是不一样。总体的选取原则是RLC[3]，其中t=0.02S，即RLC，在表1至表2中仿真了不同的RL和C时输出电压中纹波的大小。图4是不同电容时滤波的输出电压的仿真波形。
2.4稳压电路中调整管稳压管等选择
稳压管选用UZ=4.9V的稳压管作基准电压，因为输出电压为7V～14V，故在稳压环节中取样部分应该是可调的，应该满足
选用Rw=R上=R下=1K，所以：
调整管的选择：因为输出最大电流0.1a，所以在稳压环节中由于调整管是和负载时串联的关系，负载流过的最大电流为0.1a，出于裕量选调整管的集电极的额定电流iC应该大于0.3a，选用调整管型号为iCZ655，它与BC548a构成达林顿管，提高带负载能力，满足最大电流为0.1a的要求。
3.仿真电路的绘制和仿真结果的对比
3.1仿真电路的绘制
依据上面的分析，绘制电路如图3所示。
图3串联稳压电源电路的仿真图
3.2仿真数据对比
（1）开关J1、J3、J4闭合，观测整流、滤波后不同RL、C时输出电压的纹波值和输出电压的值。
当RL=1k和200欧时，改变电容的值，测出输出电压值及其纹波值见表1和表2。
表1RL=1k不同电容值对应的值
C纹波电压UoRLC
1000uF16.125mV15.31V1s
470uF16.831mV15.219v0.47s
220uF176mV15.197V0.22s
20uF1.5V13.425V0.02
表2RL=200欧不同电容值对应的值
C纹波电压UoRLC
1000uF301.021mV14.788V0.2s
470uF394.109mV14.744V0.094s
220uF769.382mV14.221V0.044s
20uF3.63V10.566V0.004
比较表1和表2可知负载改变时，特别是负载较重时，其纹波明显加大，输出电压Uo的大小也与负载有关，负载越大，输出电压平均值越低。
增加C的容量，可以使得滤波的效果得到改善，但是在满足RLC后，输出电压Uo的大小纹波的变化并不很明显，所以选用470uF的电容进行滤波。
（2）开关J1、J3、J5闭合，观测整流、滤波、稳压后输出电压的纹波值和输出电压的值。见表3所示。图4是电容为470uF时稳压前和稳压后输出电压Uo的波形对比，从仿真结果看，稳压后的波形更加平滑稳定。
表3断开R7，连接R5稳压后的数值
负载RL纹波电源压Uo
R=空载337.111u9.088v
R=1K656.375u9.088v
R=500656.375u9.088v
R=200656.375u9.088v
R=100656.375u9.088v
对比表1～表3的数据可知，经稳压后，输出电压Uo的较稳定，其中的纹波值明显减小，基本为一定值，即约为0.6mV。
纹波系数=纹波电压/输出电压
=0.6m/9*100%
=0.006%<0.1%
图4稳压前后波形对比
输出电压Uo的仿真测试值的范围为：
UomaX=13.082V≈13V，Uomin=6.957V≈7V
4.结束语
利用multisim仿真电源电路，可以直观的观测电路中的电压参数值，方便的查看关键点的波形，能提高电路的设计效率，节省实物电路的制作时间和成本，故值得大力推广应用[4]。
参考文献
[1]力.基于multisim8的电压串联负反馈放大器仿真[J].电子科技，2013，26：140-142.
[2]陈梓城.模拟电子技术应用[m].北京：高等教育出版社，2003.
[3]任俊园，李春然.电容滤波电路工作波形的multisim仿真分析[J].电子设计工程，2012，11：10-11.
串联稳压电源设计篇2
【关键词】试验变压器；串联谐振设备；电力变压器；特点
【中图分类号】tm832【文献标识码】a【文章编号】1006-4222（2015）23-0181-02
前言
对于特高压输电技术和绝缘的研究需要使用特定的特高压交流试验电源，而随着特高压输电技术的进步，对于特高压交流试验电源的要求也越来越高，一般来说，特高压交流试验电源需要更大的工作电压和充电容量，能为试验提供更多的输入电压和电源容量，同时能在标准工作电压下长期稳定运行，符合相应的绝缘水平的标准要求。在试验频率上要高于工作频率，能适应电压调整并且能冲击合闸。因此对于特高压交流试验电源不同类型电源进线特点研究和比较显得极为重要。
1特高压交流试验电源特点探讨
1.1试验变压器
1.1.1电压和电源容量
试验变压器一般来说包括单级式试验变压器和串级式试验变压器，串级式试验变压器能满足三相组的电流和电压需求。从电压的角度来看，试验变压器的输出电流较小，输入容量受到严格的控制，因此电源容量较小，而利用串级式试验变压器提高电源容量在理论层面可行，但是从经济性和操作可行性的角度来看并不现实，经济效率较低，而且实际意义不大。
1.1.2运行方式和绝缘效果
试验变压器是运行效果并不算优异，由于其自身的散热性能的影响，并不能长期的运行，而且绝缘系数较小，绝缘效果不理想，并不能满足绝缘要求，在大气电压和操作电压增大的同时很难做出相应的调整。
1.1.3输入频率
试验变压器的输入频率采用工频源输入，利用调压器来调节电压。试验变压器经济效益好，适用于容量较小的短时间试验。
1.2串联谐振设备
1.2.1电压和电源容量
串联谐振设备主要适用于单相高电压的试验，在三相电压试验中并不能应用，而且在一定程度上根据具体的调节情况，数据分析可以选择其中一相来进行分析，在每一相都对称的情况下，选择哪一相对整体结果影响都不大，而三相电压试验中三相负荷并不对称，选择其中一相很难准确。从具体的特高压交流试验中可以看出，对负荷特性的要求较高，尤其是不能影响品质因素，而串联谐振设备对三相串联谐振回路的调节很困难。串联谐振设备主要的原理就是谐振原理，利用电感补偿容性来调节无功功率，利用较小的输入电源来达到较好的试验效果，但是串联谐振设备主要还是适合容性容量较小的试验。
1.2.2运行方式和绝缘效果
串联谐振设备本身具有散热装置，能长时间稳定运行，但是绝缘系数较小，绝缘效果不理想，并不能满足绝缘要求，在大气电压和操作电压增大的同时很难做出相应的调整。
1.2.3输入频率
串联谐振设备的回路主要有工频串联谐振回路和变频串联谐振回路，两种不同的回路的输入频率不同。工频串联谐振回路一般来说，需要选择工频源，然后通过对电感量和电压的调节来达到谐振效果，而变频串联谐振回路利用调节变频装置源来调节如初频率，然后调节变频范围和电压达到预期目的。串联谐振设备适用于单相高电压试验，并且容量较大。
1.3电力变压器
1.3.1电压和电源容量
电力变压器本身的容量较大，尤其是和其他类型的特高压交流试验电源来说容量更大，而且在实际的电力系统中应用更为普遍。电力变压器本身就是一种较为常见的交流试验电源，可以通过升压变压器将试验电压进行调整，同时也能满足三相组的要求，容量更大。对于电压来说，由于输入电流较大，因此输出容量受到一定的限制，在具体的特高压交流试验中可以降低电压的空载损耗，选择最小的限制容量，这样能保证其长期稳定运行。
1.3.2运行方式和绝缘效果
电力变压器和试验变压器的结构有很大的差异，其中有较大的设计亮点，散热能力和绝缘水平较好。电力变压器能长期稳定的运行，保证试验长时间的工作，但是需要注意的是，如果电力变压器的容量长期比试验用的容量大会在一定程度上影响机械设备的运行成本，因此需要增加试验容量。在电力变压器的绝缘效果上考虑，根据标准的设计要求，能承受较大电压的侵袭，绝缘效果较好，因此不需要进一步的电压限制措施。
1.3.3输入频率
电力变压器的工频源能满足工频频率的要求，并且能满足不同试验频率的要求，也能将电源电压进行调整，产生变频源，使其符合试验电压的要求。电力变压器能通过调压器和调压机组来进行电压调节。电力变压器经济效益较差，但是适应能力强，适合大多数的特高压交流试验。
2特高压交流试验电源特点比较
特高压交流试验电源中试验变压器、串联谐振设备和电力变压器这三种特高压交流试验电源的具体特点，从电压和电源容量、运行方式和绝缘效果、输入频率、适用范围四个方面对这三种特高压交流试验电源进行比较，能直观的看出每种交流电源的具体特点。通过对特高压交流试验电源不同类型的比较，可以分析出每种交流电源的特点和适用范围，同时也能根据具体的试验选择不同类型的电源。在特高压交流试验电源想选择上可以从经济性、时间范围和容量以及相数等方面选择，通过不同指标的综合衡量选择最佳的特高压交流试验电源类型，能更好的保证试验效果，为特高压输电技术试验提供更为标准、稳定的电源。
3结语
综上所述，特高压交流试验电源主要包括试验变压器、串联谐振设备和电力变压器这三种特高压交流试验电源，通过对每种交流电源的特点分析，明确了每一种交流电源的特点和适用范围，具体来说，试验变压器经济效益好，适用于容量较小的短时间试验，串联谐振设备适用于单相高电压试验，并且容量较大，电力变压器经济效益较差，但是适应能力强，适合大多数的特高压交流试验。根据三种特高压交流试验电源的特点探讨和比较能在之后的工作中根据实际情况选择不同的电源，满足试验的要求。
参考文献
[1]丁薇，张福增，马仪，王科，徐肖伟.特高压交直流污秽试验电源特性试验研究[J].高压电器，2012，03：1~5+11.
[2]方璐，徐先勇，罗安，方厚辉，李琪，吴敬兵.调频式谐振特高压试验电源最优pwm波形分析与实现[J].电网技术，2012，03：15~21.
串联稳压电源设计篇3
【关键词】高压电动机软起动软件设计
一、异步电机软起动
异步电机软起动器可减小电动机硬起动引起的电网电压降,使之不影响与其共网的其它电气设备的正常运行。可减小电动机的冲击电流,冲击电流会造成电动机局部温升过大,降低电动机寿命;可减小硬起动带来的机械冲击力和冲击力加速对所传动机械(轴、啮合齿轮等)的磨损;减少电磁干扰,冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行。软起动使电动机可以起停自如,减少空转,提高作业率,因而有节能作用。
对于电动机的软起动,大致可分为有级和无级两种。有级型的软起动有定子串电抗器降压、液态电阻降压、星-三角(y-)降压、自耦变压器降压和延边三角形降压等。无级型软起动有开关变压器降压、磁饱和电抗器降压、晶闸管串联降压软起动等。由于有级型降压软起动的调节存在一定程度的二次电流冲击,因此对电机的软起动效果有限。而在无级型软起动器中,随着电力电子技术的提高和功率器件的发展以及铜、铁等原材料价格的大幅上涨,晶闸管串联式的高压软起动装置越来越被市场所认可。
二、降压起动原理
把三相异步电动机的定子绕组接通到三相电源上,转子从静止升速到稳定状态,这一过程叫起动。在合闸的瞬间,电动机的转差率为1,起动电流等于堵转电流,起动转矩等于堵转转矩。随着转速升高,起动电流从堵转电流逐渐下降,最后稳定在某个数值。较高的堵转转矩表明电动机能在较大负载下起动,并获得较大的加速度,但过大的堵转电流会在供电线路上产生很大的压降,使电网电压波动,直接影响到接在该电网上电气设备的运行。异步电动机的t形等效电路图。
高压电动机软起动装置系统所示。晶闸管串联的功率单元联接在三相高压电网与电动机之间,控制单元根据传感器传送回来的信号按事先设定好的起动曲线进行移相调节。控制单元发出的晶闸管触发信号经光纤传送到晶闸管触发单元,用来调整晶闸管的导通角,进而达到调整电压的目的,使得输出到电动机上的电压按照一定曲线缓慢上升,实现电动机的软起动。当电动机达到额定转速时,旁路接触器吸合,电动机处于旁路运行状态。控制单元仍然进行在线检测,负责电机的电压、电流的显示及各种故。
三、高压软起动、晶闸管串联单元设计
由于目前国内市场应用的电动机大多是6kv和10kv电机,做为串接在高压电网和电动机之间的功率执行器件,单只晶闸管还不足以承受6kv的高压,虽然单只晶闸管目前已经成熟地发展到单只耐压6500v,但考虑到电网波动、浪涌及耐压余量等可靠性因素,在设计6kv高压软起动装置的时候,功率单元采用3只晶闸管串联的方式来提高耐压值。同理在设计10kv高压软起动装置的时候采用5只晶闸管串联组成高压阀组。
(1)单相6kv高压晶闸管功率阀组所示。scr1～scr6为大功率高压晶闸管,它们每三个串联后再反并联组成单相功率串联阀组,以实现软起动器对交流电机的控制。这6只晶闸管选用同一厂家、同一型号、同一生产批次的产品,以减小其在生产过程中由于生产工艺的不同而产生的自身特性诸如伏安特性、反向恢复电荷、开关时间和临界电压上升率等的差异,影响均压。r1、r2、r3为静态均压电阻,用以实现晶闸管的静态均压。静态均压电阻选用无感电阻,阻值为晶闸管阻断状态等效阻值的1/40,且功率留有足够大的余量。r4、r5、r6和c1、c2、c3共同组成动态均压网络,用以实现动态均压。通过选择,各电阻和电容的参数误差应非常小,电容的取值根据晶闸管的最大反向恢复电荷和最小反向恢复电荷的差值计算求得。均压过程主要是由电容c完成的。串联的各只晶闸管开关速度不会完全一致,而会稍有差别。电容c上的电压在静态情况下数值相同,在开关过程中,由于电容上的电压不能突变,加在各只晶闸管上的压降不会发生跳变。由于开关过程中各只晶闸管中电流不一致所造成的影响由电容c的充放电补偿。
(2)接口单元设计
单元包括电压传感器接口、电流传感器接口、光纤传送接口、故障检测接口及人机交互接口等。其中电压信号采用高阻降压方式,并考虑到系统兼容性,将电路设计成3kv、6kv、10kv通用,以方便产品生产。电流传感器采用标准x/5电流互感器加高精度电流霍尔的形式,将信号进行相应处理后送到cpu进行运算。高压与低压间的信号传送采用光纤传输,既保证信号的实时性及可靠性传输,又起动高低压隔离作用。信号经过接口电路编码后通过光纤传送至触发单元,触发单元将信号解码并经过相应处理后用以触发晶闸管。触发单元的供电采用高位、低位相结合,每只晶闸管的触发电源各自独立。人机接口采用贴膜式软键和液晶显示屏。液晶显示屏为4行8列,设计成4级菜单管理模式,可预设中文及英文显示。
四、软件设计系统实验
软件设计是系统控制的核心,直接关系到系统运行的稳定性和可靠性。为了适应各种不同负载的应用,软件设计上设计了多种不同的起动曲线,包括电压斜坡起动、限流起动、突跳起动及软停车曲线等。同时设计完善的保护功能,包括短路保护、过流保护、过压、欠压保护、晶闸管过热保护等。电机的参数及各种保护参数可由用户根据现场应用情况自行设定。
系统设计完成后,用6kv/1000kw电机进行了带载起动实验。电机额定电压6kv,额定电流112a,额定转速1480r/min。起动电流单相波,起动电流平稳无冲击,峰值起动电流为额定电流的2.6倍左右,起动时间22s,电网电压无明显波动,达到了良好的起动效果。
串联稳压电源设计篇4
目前，利用水下铠装海缆将高压直流电能传输到深海，在深海海底将高压电变换成低压大电流直流电能以供海洋观测仪器或作业设备使用已经成为当前海洋及深海观测的一种革命性手段［1-4］。而其中能实现高低压电能变换的变换器是整个观测平台最关键的部件。高低压DC／DC直流变换已有不少相关的研究，基于已有成熟的拓扑结构，研究人员提出了各种控制策略，以实现稳定精确的控制。如利用输入电压进行前馈电荷控制的方式应用在高速机车电力系统上［5］，利用主从模块分别独立控制均压和均流［6］，利用复杂的多环耦合控制方式实现模块间的精确均压与均流［7-10］，利用共占空比驱动控制的方式实现自然均衡［11-13］。该变换器使用场合异于陆地，具有不同特征和难点：首先，深海设备的维护极其昂贵，可靠性为首要设计准则，为降低失效风险，要求变换器电路结构尽可能简单，具有高冗余度和容错能力；其次，电力设备必须封装在抗腐蚀的金属耐压腔体中，空间小，散热条件差，故要求变换器结构紧凑，尺寸小，转换效率高。基于以上难点，设计了一套适合深海环境场合的2000VDC／400VDC@2kw的电能变换器。
1多模块组合结构原理
该变换器由多个低压小功率DC／DC隔离变换模块以输入级串联、输出级并联的方式堆叠组成，如图1所示，其每个模块的输入电压范围为200~400V，输出稳压为400V，最大功率为400w。5个参数一致的模块通过串并联堆叠而成的变换器输入范围为1~2kV，输出为400V，最大功率达2kw。相对于使用超高耐压元器件的单一DC／DC变换器，采用多组模块串并联组合的方式有2点优势：a.多个模块串并联组合，则每个模块内部的功率开关管及其他元件的电压应力将等比例降低，高频低通态电阻的moSFet开关管就能够应用，从而可提高开关频率，降低L、C、变压器等元器件的尺寸以及开关管的通态损耗；b.模块化设计使得维护和冗余设计都易于实现，同时，由于元器件尺寸变小，更有利于空间结构布局和散热优化设计。单个模块由2个双管正激pwm控制电路在输入端串联、输出端并联组成，共用同一滤波电路（见图2），C1和C2是2个正激电路的输入均压电容（为便于分析，图中略去输入滤波电路），VD7、Lout和Co组成输出滤波电路。2组电路的相对应元件参数一致，2组开关管Vt1与Vt2、Vt3与Vt4的驱动基于同一pwm信号但运行于移相180°。稳态运行下，当Vt1与Vt2闭合时，Vt3与Vt4断开，此时，C2处于充电状态充电电流为iin1，则充电电荷为：其中，D为占空比，t为周期，U1和U2分别为电容C1和C2的电压值，L0为输入端的等效电感，Uin为常数。同理，当Vt3与Vt4闭合时，Vt1与Vt2断开，可得：可见，在充电状态下，U1和U2的值趋于稳定，且当C1=C2时趋于相等，同理可得放电状态下也是相同结论。假定稳态下，U1＝U2＝Uin／2，输入电流因串联结构而iin1＝iin2＝iin，则输入功率均分。假设2个隔离变压器传输效率一致，则2个串并联电路的输出功率和电流均相等。当滤波电感电流连续，根据电感周期伏秒积为零的理论有：可见，该串并联交错互补驱动运行模块的电压变比特性和正激电路一致［14-15］。
2同步整流控制分析
如果每个模块都使用一个独立的稳压或均流控制的pwm控制器，多个模块堆叠组合后，将会产生不稳定状态。以a、B2个模块输入端串联、输出端并联的组合方式分析，设存在一个稳态，则模块a输入电容的充电量Qa1等于放电量Qa2，Uout-a=naDaUin-a=U0，Uout-B=nBDBUin-B=U0，其中na=nB。当输入电压波动导致Uin-a升高而引起模块a的控制器输出的pwm占空比Da变小时，Cin-a的充电时间变长，放电时间变短，Uin-a继续升高，最终导致模块之间的输入电压失衡而不稳定。当前已有多种方法来实现各个模块之间的均压均流控制［16］，但都是基于复杂的控制策略来实现的，使用的元器件种类繁多，长期运行容易出现故障。针对结构过于复杂的特点，该变换器采用单一控制器，所有模块运行于同步整流信号，依靠模块间的自然均压来实现均压均流。如图3所示，反馈电压信号Uout采样于变换器输出端，并与参考电压Uref进行比较，经过pi调节放大后作为电流环的电流基准，通过电流互感器采样于输入端的反馈电流采样信号iin和电流基准进行比较，其误差信号作为pwm信号发生器a3的正端输入，输出的pwm控制信号通过电磁隔离驱动电路放大后对所有模块进行同步驱动整流，所有模块运行在同一占空比脉冲信号下。由于电流互感器直接采集输入端电流信号，当其检测信号峰值达到pi调节器输出的电流基准时，a3输出的脉冲占空比变小，实现逐个开关周期的峰值电流限制，从而消除了输出滤波电感在系统传递中产生的滞后，提高了系统的动态响应，同时也提高了系统的过载和短路保护能力。该分析同样适用于多个模块串并联组合应用。实际情况下，由于模块间参数不能完全一致而导致na=q1nB，Da=q2DB，输出端因并联而模块输出电压相同，则根据式（6）有：通常工艺下，q1和q2的值都在1±0.05之内，故模块间的电压不一致也可以控制到很小的范围内。传统的多模块组合变换器，依靠输入／输出均压均流等控制器的协调能够比较可靠地工作，且具有良好的动态特性，但模块间存在控制参数耦合，任意一个模块的失效都可能导致整个变换器的失效。基于同一信号同步整流方式的多模块串并联组合的变换器，不但简化了控制器的复杂度，降低了失效风险，同时模块间不存在参数耦合而可实现冗余的特性。当其中一个或多个模块输入端的开关管失效导致模块输入端被短路时，在同一信号控制的方式下，输入电压和功率将在剩余正常运行的模块中重新达到均压均流稳态。因此，变换器可以根据要求而设计成n＋m冗余组合，使得即使m个模块失效致使输入端被短路后变换器仍然能正常可靠地运行。
3样机试验结果
3.1样机实现深海电气设备必须封装在耐腐蚀、耐高压的圆柱形腔体内（直径25cm×85cm）。为使变换器能够充分利用耐压腔体空间，变换器主电路分布在4块长条形电路板上，中间2块电路板尺寸为20cm×61cm，每块容纳1.5个模块，上、下2块电路板尺寸为14cm×61cm，每块分别布置一个模块，电路板间距为6cm。变换器的热源点主要集中在中部，而控制电路板为圆形（直径21cm），安装在主电路板架的右侧，使其远离热源。5块电路板固定在一个高强度的铝合金支架上，使得整个变换器外形近似圆柱状，充分利用了耐压腔体空间，同时金属支架的结构可以避免深海投放时产生的冲击和震动对变换器造成损坏。5个模块的电子元器件全部采用相同型号，其中主电路moSFet开关管型号为iRFp460，开关频率50kHz，样机性能验证试验分步进行。
3.2半载启动和稳态运行特性输入电压为1800VDC（测试环境为空气，为防止过热，输入电压和负载低于最大值）；负载功率为800~1000w。图4为tDS3014C示波器测得的测试结果，其中曲线1、2分别为模块e、C的输入电压的一半量值，曲线3为变换器的输出电流。输入电压为手动旋钮调节，0s时开始上升，5s时上升到设定电压，在手动升压阶段，可见2个模块输入端的电压基本同步上升，但电压值不均等。5~6s区间，变换器的控制电路正在延时启动，而模块间输入电压有轻微变化，这是输入端的串联电容在自然状态下的均压平衡调整。由于电容参数差别较大（5%~10%），故2个模块的电压差也等比例变大。6s时，变换器启动瞬间，由于每个模块输入端具有一个二阶滤波器而使得2路电压工作在开关状态下时有明显波动，但均值趋于相等且稳定。启动瞬间，负载偏容性而有0.3s的电流超调。由图4可见，带半载的启动瞬间，即使启动前输入电容两端电压不一致，启动后模块输入电压也趋于相等；负载在800~1000w波动，不影响均压特性。模块e、C的电压值不完全相等是源于模块间的元器件参数不可能完全一致，但不影响稳态和动态运行的稳定性。图5为半载稳态下的驱动波形图，其中曲线1为控制器的输出脉冲波形，曲线2、3为经过隔离放大后的驱动波形，曲线4为移相180°后的驱动波形，驱动器频率为50kHz。由图可见，隔离放大后的驱动波形与控制器的波形的占空比一致，所有模块在同一占空比驱动下工作。同时，在半载稳态运行测试时进行了效率测量，其转换效率为85%~88%。
3.3冗余特性验证试验输入电压为1600VDC；负载电阻为300Ω。图6为tDS3014C示波器测得的测试结果，其中曲线1、2分别为模块e、C的输入电压的一半量值，曲线3为变换器的输出电流。为了验证变换器的冗余特性，在模块稳态运行过程中利用旁路机械开关将模块D的输入进行人为短接，则5个模块突变为4个模块。由图可见，在模块D短路瞬间，模块e、C的电压同步升高，平均上升幅度约1／4，这是由于输入电压在剩余的4个正常模块中重新均压。同时，输出电流几乎没有变化，具有良好的动态稳定性。同样，模块e和C的稳态电压不完全相等是源于2个模块的元器件参数不完全一致，当传输功率有所变化时，模块间的稳态电压差也有所变化，但不影响其冗余特性和稳态运行。
3.4整体系统应用测试将该变换器作为深海观测网样机系统上的高低压变换单元进行了水池试验，变换器封装在耐压钛合金腔体内，并在深海高压模拟试验仓进行了3000m水深压力（30mpa）的测试，压力保持21h无任何漏水现象。水池试验中，该变换器在水下实现2kV的输电电压到400V电压的变换，而一套低压电能分配管理系统（该电能分配管理系统与通信系统在本文没有展开阐述）可将400V电能二次变换为多种低压，如48V、24V等，为多种水下设备进行供电，总功率为400~610w，在进行了长达10d的水池试验中，该变换器能够给整个观测系统中所有设备和观测仪器提供连续、稳定、可靠的供电，实现了长时间、大功率的电能供给。
串联稳压电源设计篇5
【关键词】谐波电流；危害；电容器；放大；对策
生产和生活中为提高电气设备的效率和可靠性，大量使用变频器等非线性设备，导致电网电压电流都含有程度不等的谐波分量。并联电容器组在电力系统无功补偿环节起着保证电压质量的重要作用。但实际运行中，电容器经常会出现熔断器发热、绝缘下降、电容值变化等故障。分析其原因，谐波电流危害占很大的比例。另外，无功补偿并联电容器对谐波电流还具有放大作用，电容器对谐波电流放大一般为2到3倍，谐振时可达20倍以上。因此，须对谐波电流与电容器无功补偿之间的影响进行分析，进而采取必要的防范对策。
1.电网谐波的产生及其影响
在工业和民用建筑电气设备中，有许多非线性负载，这些非线性负载能产生各次的高次谐波，被称为谐波电流源。公用电网中的谐波源主要是各种电力电子装置、变压器、发电机、电弧炉和荧光灯等。工业用电系统中，大多数为三相负载，其三相整流装置所产生的特征谐波主要是5次及5次以上的高次谐波，而在民用建筑电气设备中，多数为单相负载。这些单相整流装置产生的特征谐波主要是3次及3次以上的特征谐波。另外由于变压器磁化曲线的非线性，其励磁电流也含有高次谐波分量，其主要是3次谐波和5次谐波。
谐波电流和谐波电压的出现对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的通讯系统和公用电网以外的设备带来危害。谐波的危害有很多方面，如谐波电流会使输电损耗变大，使电动机过热和运行不稳定，造成继电保护装置误动作等。这里我们主要讨论非线性负载所产生的高次谐波电流对无功补偿电容器的影响。
2.谐波的放大现象
在配电系统中常常会出现这种情况，当并联电容器投入运行时，会使并联电容器回路中流入的谐波电流大于非线性负载所产生的谐波电流，这就是所谓的谐波放大现象。
现在我们用供电系统与并联电容器的简化电路来进行分析，见图1。（简化电路的前提是：线性负载的阻抗比系统阻抗大很多，因此线性负载支路的分流很少，为了简化起见在简化电路中忽略了线性负载支路）图中，in为谐波源的n次谐波电流；isn为进入电网的谐波电流；icn为进入电容器的谐波电流。
如图所示，忽略系统的n次谐波电阻Rsn，则：
（1）
（2）
图1a系统图
图1bn次谐波电流等效电路
式中：Xsn—n次谐波电抗（Ω），Xsn=nXs；
Xs—工频短路电抗（Ω）；
Xcn—并联电容器n次谐波电抗（Ω），Xcn=（n/1）Xc；
Xc—并联电容器基波电抗（Ω）。
由式（1）、（2）可见，isn和icn方向相反，且|in|=|ins+inc|。可见，由于并联了电容器，使得流过系统的电流和流过电容器的电流可能大于谐波电流，这种现象称为谐波电流放大。仅当isn>in时，称系统谐波电流放大；当icn>in时，称电容谐波电流放大；当isn、icn同时大于in时，称谐波电流严重放大。最为严重的是，当Xsn=Xcn时，并联电容器与系统对次谐波产生并联谐振，此时，isn、icn均远大于in。谐振点谐波次数为n0=（Xc/Xs）0.5，若谐波源中含有次数接近n0的谐波，虽不谐振，但也会导致该次谐波被放大。
上述分析表明，当为提高系统功率因数而进行电容无功补偿时，如果电容补偿装置参数选择不当，就可能产生电容器谐波电流放大或谐振现象，致使电容器因长时间处于过负荷工作情况下而烧毁，或者工作在过电压的情况下而击穿。
3.防范对策
3.1抑制并联电容器谐波电流的方法
由前述分析可知，在有谐波源的系统中，单独使用电容器进行无功补偿，会造成谐波电流通过并联电容器使其过载。为防止这种情况发生，一般采取以下三种方式抑制并联电容器谐波电流：
减少使用或不使用产生谐波的电气设备；
（2）改变电网的参数；
（3）在并联电容器支路中串联一个电抗器。
上述三种方法中只有第三种是切实可行的，也就是在并联电容器支路中串联电抗器，用来抑制流向并联电容器中的谐波电流。现在我们用图2来分析串联电抗器之后的情况。如图2所示，串接电抗器之后，isn和icn变为：
（3）
（4）
图2a串联电抗器后的系统图
图2b串联电抗器的次谐波电流等效电路
式中：XL—串联电抗器的基波电抗（Ω）。
当nXL-（Xc/n）>0时，此时支路成感性，in电流是在两个感性支路间分配，所以isn和icn均小于in，这就有效防止了n次谐波被放大。
3.2串联电抗器的参数选择
3.2.1串联电抗器的电抗率计算
电抗率就是串联电抗器的感抗与并联电容器的容抗之比，用百分数表示。在无功补偿并联电容器回路中串联一组电抗器，其感抗值的选择应使在可能产生的各次谐波下均使电容器回路中的总阻抗为感性，而不是容性，这就从根本上消除了产生谐波的可能。串联电抗器感抗的计算如下：
XL=KXc/n2（5）
式中：XL—串联电抗器的工频感抗（Ω）；
n—可能产生的最低次谐波次数；
K—可靠系数（一般取1.2～1.5）；
X—补偿并联电容器的工频容抗（Ω）。
在《并联电容器装置设计规范》GB50227-2008中，对于抑制次谐波的串联电抗器的电抗率都有推荐值。例如，抑制5次谐波的串联电抗器推荐的电抗率为4.5%～5.0%，抑制3次谐波的串联电抗器推荐的电抗率为12%。
3.2.2串抗器与电容器额定电压的匹配问题
当无功补偿电容器支路串联电抗器之后，会使并联电容器的端电升高。根据《并联电容器装置设计规范》中3.0.1条规定：电容器端子运行电压应计入接入串联电抗器引起的电容器运行电压升高，其端电压升高值按下式计算：
（6）
式中：Uc—电容器端子运行电压（kV）；
S—电容器组每相串联段数；
Us—并联电容器装置母线电压（kV）；
K—串抗的电抗率（%），k=XL/XC。
按《电力系统电压和无功电力技术导则》规定，变电站母线电压有一定的允许范围。例如，变电站10kV母线电压合格范围应为10～10.7kV。所以，串联电抗器的电抗率的选择还要与电容器的额定电压和母线电压的允许范围相匹配。除此之外，还要注意电抗率对谐振点谐波次数的影响，要使串抗器参数的选择避免使并联和串联谐振点及谐波电流严重放大区的谐波次数接近该系统主要谐波源的谐波次数。
4.结语
综上所述，电容器对谐波电流的放大作用，不仅危害电容器本身，而且会危及电网中的其它电气设备，严重时会造成电气设备损坏，甚至破坏电网的正常运行，因此，必须要解决好电容器对谐波电流的放大问题，加强谐波的抑制与防范。笔者认为，无功补偿装置的参数选择十分重要，应进行定量分析，只有确保参数选择得当，才能保证无功补偿装置起到应有作用的同时更加安全稳定地运行。
参考文献：
[1]刘庆伟；刘向东.谐波的危害与治理[J].机械制造与自动化，2011年03期.
串联稳压电源设计篇6
关键词光伏发电；并网；屋顶
中图分类号：tm615文献标识码：a文章编号：1671-7597（2014）17-0151-01
1并网逆变器配置选择
将直流电转变为三相380V电压交流电的关键装置为交流逆变器，由于采用组串式并网，且系统具有单晶硅光伏组件和多晶硅光伏组件，故配置2台光伏并网逆变器。光伏逆变器的主要参数如下：最大输入功率为10400w；最大输入电压1000V；mppt电压范围200V～800V；最大输入电流18a；额定输出功率10000w；最大输出电流15.8a；最大效率98%。
2光伏组件选择设计
2.1光伏组件参数
目前市场上的光伏组件产品主要有要有单晶硅组件、多晶硅组件和非晶硅组件等，以晶体为材料的光伏组件的优势有：转换效率高，性能稳定，且后期扩容方便，也是市场上的主流产品。本系统选择多晶硅组件250w30V共40套，单晶硅组件200w36V共48套，多晶硅组件和单晶硅组件容量分别为10kw、9.6kw，总容量19.6kw。多晶硅组件和单晶硅组件具体参数分别如下：
2.1.1多晶硅组件参数
峰值功率（pm）―250w；峰值电压（Vmp）―29.5V；峰值电流（imp）―8.47a；开路电压（Voc）―35.4V；短路电流（iSC）―9.54a；转换效率（%）：16%；开路电压温度系数（%/℃）―-0.32%；工作电压温度系数（%/℃）―-0.45。
2.1.2单晶硅组件参数
峰值功率（pm）―200w；峰值电压（Vmp）―36.26V；峰值电流（imp）―5.52a；开路电压（Voc）―43.2V；短路电流（iSC）―6.07a；转换效率（%）：17.8%；开路电压温度系数（%/℃）―-0.34%；工作电压温度系数（%/℃）―-0.45。
2.2光伏组件排列设计
1）光伏组件串联数设计。光伏组件串联数根据如下光计算公式进行[3]：
上述式中，为光伏组件的串联数；VoC为光伏组件的开路电压；t为光伏组件在工作环境下的低温限值，这里取-10℃；为光伏组件开路电压温度系数；Vdcmax为逆变器允许的最大输入直流电压；、分别为逆变器最大、最小功率追踪点的最大电压；Vpm为光伏组件工作电压；为光伏组件在工作环境下的高温限值，这里取55℃；为光伏组件的工作电压温度系数。
将逆变器、光伏组件参数代入上述公式，可以得到多晶硅组件的串联数为7.7≤ns≤23.1，单晶硅组件的串联数为6.4≤ns≤19.2。结合实际容量情况，多晶硅组件选择20片串联成一组，并联两组，容量为20×250×2=10000w；单晶硅组件16片串联成一组，并联三组，容量为16×200×3=9600w，则总容量为10000+9600=19600w。每台并网逆变器最大输入功率为10400w，两台总功率为20800w，光伏组件容量小于逆变器容量，符合技术要求。
2）光伏方阵列安装角度计算。为减少成本，光伏阵列采用固定式安装。里建东盟经济开发区纬度为北纬23°12’，最佳的倾斜角度为23°+5°=28°，而中科院电科所给出的倾斜角度建议为25°，所以这里采用平均值，选取安装倾斜角度为（28°+25°）/2≈26°。而在实际光伏阵列安装过程中，在不影响光伏方阵发电效率前提下，兼顾考虑安装的便捷性，适当调节倾斜角度。
3）光伏方阵列安装间距设计。布置光伏方阵一般原则为：冬至当天9：00～15：00不应有任何遮挡光伏电池方阵情况，且方阵间距应不小于最小间距[4]。当倾斜角度确定后，要注意南北向前后的方阵之间留出合理的间距，避免前方方阵阴影遮挡后方方阵。计算光伏方阵组件方阵的最小间距D可以使用以下公式计算得出。
其中，为当地纬度；H为光伏方阵或遮挡物最高点与后排可能被遮挡组件边的高度差。
本光伏并网发电系统所在里建东盟经济开发区纬度为北纬23°12’，则取值为23.2°，代入上述公式，可得D=1.45H。在实际安装布置时，在不发生明显遮挡情况下，可以综合考虑安装方便性与现场综合情况进行适当调整，以能充分利用面积资源。
4）光伏方阵列支架选型。根据支架标准GB5009-2006《建筑结构荷载规范》、GB50013-2003《钢结构设计规范》和角钢GB9787-88规范要求，结合现场实际情况，本系统采用镀锌C型钢支架系统，确保支架的防腐能力与稳定性。
3控制器与配电柜配置
为保证本光伏并网发电系统安全稳定性，系统配备防逆流控制器，保证输出电能，配电柜有直流配电柜、交流防雷配电柜，以及汇流箱。直流汇流箱应满足户外安装与使用要求，其绝缘防护等级需达到ip65，且应装设浪涌保护器，具有防雷保护功能。
4监控系统配置
为能更全面监控整个发电系统的运行情况，确保系统稳定安全运行，采用工控机配备无线通信功能模块组成监控系统。整个监控通信系统含有数据采集器、光电转换器和以太网交换机，外部安装环境监测仪对系统外部环境情况进行实时监控，并在工控机上显示关键数据信息，达到对系统在恶劣环境下的及时预防操作，保护系统安全。
参考文献
串联稳压电源设计篇7
（安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南232001）
【摘要】通过实验设计了一套基于摩擦热的低压温差发电系统研究，它是由摩擦热能收集器，半导体温差发电器和散热冷源耦合而成。本装置将温差发电片的贴合在摩擦产生热量的导体上，另外一端连接散热片，以提高电片两端的温差，从而提高发电的电压和电流。并将发出的电通过升压电路升压后为蓄电池充电，蓄电池经稳压模块后可为一些要求不高的用电场合供电，如照明用电等一些低功耗的用电场合。
关键词温差发电；摩擦热能；半导体
0引言
温差发电技术作为一种能源和环境的战略技术，近年来得到了各国的大力支持和发展。温差发电是利用半导体材料的热电效应，直接将热能转换为电能的一种能量转换技术。它是一种全固态能量转换方式，无需化学反应或流体介质，在发电过程中具有无介质泄露、无磨损、无噪音、体积小、重量轻、移动方便和可靠性高等特点，而且不受温度的限制，因此在低品位热源的回收利用上显示出巨大的优越性。国内在温差发电方面的研究起步相对较晚，主要集中在理论和热电材料的制备等方面的研究。
通过本实验设计并制作了一套摩擦热能温差发电装置，它可以应用于火车内部照明及为火车乘客提供一个手机充电站。将摩擦转换的内能与温差发电技术结合起来，以实现摩擦热能温差发电。
1设计原理
1.1塞贝克效应
温差发电通过热电转换材料得以实现，而检定热电转换材料的标志，在于它的三个基本效应：塞贝克效应、帕尔贴效应和汤姆逊效应。1821年，德国人塞贝克发现，在两种不同金属（锑与铜）构成的回路中，如果两个接头处存在温度差，其周围就会出现磁场，又通过进一步实验发现回路中存在电动势。
1.2温差发电原理
将两种不同类型的热电转换材料n和p的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给以低温时，由于高温端的热激发作用较强，空穴和电子浓度也比低温端高，在这种载流子浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差；如果将许多对p型和n型热电转换材料连接起来组成模块，就可得到足够高的电压，形成一个温差发电机。将很多个这样的p-n节串联，再用金属导流板和陶瓷片封装起来，就可以制作成不同规格和性能的温差发电组件。本文是用型号为teC1-12706-200的温差发电组件，也就是由126对p-n节串联起来，并封装成40mm340mm大小的方块。
为了方便功率的计算，可以对实验对象做以下假设：稳态时输出电流为恒定电流；半导体温差发电片侧面绝热；冷热端的空气对流和辐射影响可以忽略；半导体温差发电片内部导热系数不变。
2模块设计
本系统大致分为升压模块、稳压模块和控制模块三个模块。升压模块是将温差传感器产生的电压信号进行放大传给稳压模块；控制模块则是为了控制升压模块中开关管的导通和关断，是输出达到稳压模块输入信号的范围；稳压模块是为了是电路输出的电压值恒定在+5V，实现稳定的输出。
2.1升降压模块
升降压模块是以Boost电路为基础搭建，由于温差发电片产生的电压变化比较大从零点几伏到几伏不等，所以采用其串并联实现，降低成本提高利用率。
2.2稳压模块
由于升压模块输出的电压会有波动所以在其输出加入了7805的稳压电路，使其获得稳定的5V电压值。
2.3控制器模块
在Boost的电路中为了能够控制其输出电压稳定，其开年关原件的导通和关断时间，而且能够将压电传感器的产生的电压量采集并作为控制信号，并且Stm32F103RBt6内部集成了12位的aD转换芯片，所以采用Stm32F103RBt6作为控制电路的核，在控制电路中只要搭建出Stm32F193RBt6的最小系统就可以完成这样的功能。
3理论设计计算
3.1温差发电器的输出功率和发电效率
温差发电器的性能主要用输出功率和发电效率来描述。为了获得较大的输出功率和电压，实际应用的发电器采用的温差电组件一般由多个温差电偶串联连接而成。设温差电组件由m个温差电偶串联连接而成，那么根据塞贝克效应，回路中产生的温差电动势为：U=mαtG，此电动势一部分施加到发电器自身的内阻上，另一部分则施加在负载电阻上，因此施加在负载电阻上的电压即为温差发电器的输出电压U0为：U0=mαtGRL/(mRG+RL)，回路中的电流i0为：i0=mαtG/(mRG+RL)，因此，由式以上两个公式可得温差发电器的输出功率为：p0=U0i0=(mαtG)2RL/(mRG+RL)2。由此可知，温差发电器的发电效率或热电转换效率的最大值为：pmax=(mαtG)2/4(mRG)2。由此可知，当负载电阻与发电器的内阻相等(匹配)时，发电器获得最大的输出功率。
3.2工作过程及性能分析
将装置安装于火车轨道与其贴合，当有火车来临时即会生热，散热片两端产生温差，6片温差发电组件串联产生的电能作为升压模块的输入电压，经过升压模块升压并稳压后就能为蓄电池进行充电。一段时间后蓄电池充满电，断开充电开关，打开放电电路开关，蓄电池作为电源为一些照明设备提供电能。
4创新点及应用前景
本设计采用先进的半导体温差发电技术，将因摩擦而产生的内能转换为可以为我们所能利用的电能，这本身就是一大创新点。目前无论是国内市场还是国际市场都没有出现过与之类似的产品，仅出现过太阳能温差发电的相关想法和尝试。
本设计存在以下三个创新点。
（1）摩擦内能转换明显——高性能的半导体温差发电片对温度转换的效率提高明显，在很大程度上利用了因摩擦而带来的内能，达到了节能环保的目的。
（2）材料成本低，各部分组成方便——各部分都可做成相应的模块，实际应用时只需将其组装、调试即可安装于现场。
（3）适用领域广泛——可以放在任何摩擦产生热量大的的地方，例如火车站、飞机场、煤矿、工厂、交通设施等。
5结论
基于摩擦热的低压温差发电系统研究，是针对国内及国际上对能源问题的关注，结合三个模块和三个创新点，可以很好地相互配合。经试验证明，本设计具有很好的研究意义和使用价值，适合推广运用。
参考文献
［1］徐仁武.中国能源形势与节能技术发展动态[R].北京:国家电网公司动力经济研究中心,2008.
［2］武桂玲,郁济敏.温差发电器热电材料的研究进展[J].电源技术,2009,33(8):740-710.
［3］张建中编著.温差电技术[m].中国电子科技集团公司第十八研究所,2008.
［4］贾阳,任德鹏．温差发电器中热电材料物性的影响分析[J]．电源技术,2008,32(4):252-256．
串联稳压电源设计篇8
【关键词】升压器恒流源变压器
步入21世纪后，白炽灯、荧光灯等一些传统的照明设备正在逐步的被新型的高效节能环保长寿以及高可靠性的半导体固体照明所取代，同时随着材料的发展和工艺的改进，LeD的发展势头十分迅猛。因此开发对于不同情况下的LeD驱动芯片就具有十分重要的意义，也具有相当大的市场前景。
1系统概述
本系统的目的是设计一种LeD闪光灯电源，该电源的核心为直流-直流稳流电源变换器，它将电池的电能转换为恒流输出，驱动高亮度白光LeD发光。电源有连续输出和脉动输出两种模式，并具有输出电压限压保护和报警功能。
系统输入为3.0-3.6V电压信号，通过升压电路进行升压，通过电流串联负反馈电路实现恒流输出，并利用单片机对系统输出进行测试与控制，以实现限压，报警与脉动模式等功能。系统包括：升压模块，恒流模块，控制模块三部分组成。
2各模块的设计与实现
2.1升压模块方案及电路设计
系统输入电压为3.0-3.6V，输出恒流时，电压限幅不超过10.5V，因此需要对输入电压进行升压，系统的升压模块采用DC-DC变换芯片。升压模块以XL6007为核心，其原理图如图1所示。
其中：U1选用DC-DC升压控制芯片XL6007；C1，C3选用1uF，耐压25V瓷片电容；C2选用47uF钽电容；C4选用220uF钽电容；二极管选用pmeG3010型肖特基二极管。电感选用低等效电阻的33uH屏蔽电感。
2.2恒流模块方案及电路设计
恒流模块可选用的方案主要有：三端可调式集成稳压器、数控稳压器、电流串联负反馈等。本系统采用恒流模块采用电流串联负反馈方案。其原理图如图2所示。
其中采样电阻选用0.5欧锰铜丝电阻；三极管采用mJe3055型晶体管，该晶体管最大输出电流可达到3a，最大功率可达75w；运算放大器使用运算放大器芯片tL082，该芯片具有高增益，300uV的低输入失调电压，1.5na的低失调电流，2.5uV/℃的低噪声电压；基准电压源采用Lm399型基准电压芯片来输出6.95V基准电压。
2.3控制模块
控制模块以单片机为核心，在恒流模块中的大功率晶体管通发射极插入moS管开关控制电路，通过单片机io端口电平，控制输出回路的通断；通过a/D采集器对电路的输出电压进行采集，当超压时，控制moS关断，并控制LeD灯闪烁。同时在脉动模式下，通过以一定的频率驱动moS开启与关断，从而发生脉动模式的电流。
这里采用的单片机为StC15w4K61S4，该单片机是StC生产的单时钟/机器周期的单片机，是宽电压，高速，高可靠，低功耗，超强抗干扰的新一代8051单片机，内部集成高精度时钟电路，8路10位a/D转换器，8路10位pwm，能够在2.5V-5.5V电压下工作。由单片机集成a/D转换器对恒流源模块输出电压由电位器进行衰减后进行采集，当电压超过10.5V时，通过单片机io电平变高控制moS管开关电路，关断恒流模块输出。
3测试结果与分析
测试系统结果与分析表1所示。
4结语
通过测试表明，当电压输入为3.0V-3.6V时，系统输出100ma，150ma，200ma恒流，及300ma，450ma，600ma脉动电流时，输出电流误差均小于1%，并实现了限压10.5V及报警功能。
参考文献
[1]邱华，三种简单可靠的大电流恒流源电路[J].电子与自动化，1996（03）.
[2]卫永琴，高建峰.一种恒流源电路的巧妙设计[J].仪器仪表学报，2006（09）.
[3]薛易.一种精密程控恒流源设计[J].自动化仪表，2009（04）.
作者简介
史俊冰（1985-），男，山西省临汾市人。硕士研究生学历。现为太原学院助教。主要研究方向为人工智能。
串联稳压电源设计篇9
【关键词】工作原理现场鉴定电容式电压互感器
1引言
随着电容式电压互感器(简称CVt)技术的日益成熟和电力系统电压等级的不断增加、升高,电容式电压互感器的成本价格比较低,绝缘强度等级高,可以兼作线路高频保护的藕合电容或载波通讯等特点,因此在电容式电压互感器的供应上普遍推广和使用110kV及以上高压电力系统的电能计量装置。依据《电力互感器》(JJG1021-2007)的检定规程要求,每四年必须对电容式互感器进行现场周期检定。对电容式电压互感器的检定,如果采用传统的方式,可能要有很高的试验电源容量,而现场不易做到。因此采用由被试电压互感器与串联电抗器组成并联谐振电路进行工作,可以降低了所需电源的容量,也能够满足检定要求。
2电容式电压互感器(CVt)的工作原理
电磁单元和电容分压器是电容式电压互感器(CVt)的主要组成部分。在电容分压原理中,中压电容C2(分压电容)和高压电容C1串联构成分压器,可以把一次测的高压降为中压。
由于C2上的电压容抗很大,因而会随着负荷的变化而发生剧烈变化,在变化中出现的误差将无法满足精度要求。由此有必要在C2的分压回路中串联一个电抗器L,通过这种方式使与电容产生串联谐振,以补偿容性内阻压降。如果能够恰当的配合,在电容上产生的压降与电感上产生的压降负荷电流大小相等,方向相反,使电容分压器输出的电压稳定。再次可以通过电磁感应原理,对电磁性式中压变压器t传递进行二次检测。所显示的电容式电压互感器原理。
3传统检定方法存在的问题
在本文中例举了几种国产的110kV电容式电压互感器,验变压器所需容量和电流的计算值如下:
(1)型,耦合电容为0.01μF,试验变压器升到所需容量为,电源侧输入电压为220V,电源电流为。
(2)型,耦合电容为0.015μF,试验变压器升到时所需容量为
,电源电流为。
(3)型,耦合电容为0.02μF,试验变压器升到时所需容量为
,电源电流为。
通过以上的计算值可以看出,电容式电压互感器试验变压器所需要的容量通常可以达到几十千伏安,而要求的电源电流也在100a以上,在工作现场一本很难找到如此大的容量电源,100a以上的电流也很难提供。在试验时少还要带100Va以上的负载才能进行电压互感器二次测试,这样进一步加重电源负担。即使有大容量的电源,好几百公斤甚至上吨的重量也不易搬运和不易于进行现场试验。电容量的负载过重,会引起电源的稳定性变差,校验设备的稳定性会受到影响,也难以保证电压互感器本身的伏安特性,试验数据的准确性也会受到影响。因此按照现有的条件,检定电容式互感器采用传统电磁式电压互感器的检定方法是很难进行的,必须找到一种电源容量要求较低、稳定性好且易于搬动的试验电源。
4采用串联谐振升压装置进行现场检定
针对传统检定方法存在的问题,可利用电路并联谐振原理,在被试互感器一次回路接入补偿电抗器,产生感性的无功电流,以补偿容性无功电流,从而减少被试电压互感器所引起的容性电流。要使电路产生并联谐振,电抗器的电感值按下式选择:
,则。
对不同的耦合电容值,电抗器的电感值和感抗为:
能达到以上电感值的电抗器体积和容量都较大,因此可采用多台电抗器串并联的方法进行补偿。武高所KtL40/0.5型可调电抗器,单台容量为,对于电压等级为110kV,电容量小于等于的所有电容式电压互感器,可使用两台电抗器串联的方法,通过调节铁心气隙长度,改变回路电感量L,即能满足所有要求。对现场常用的110kV电容式电压互感器,气隙为32mm,气隙为20mm,气隙为10mm。
应用串联谐振电源升压的优点有:
(1)大大减小所需的容量。有功消耗的部分仅仅由电源系统提供,额定容量为3kVa的励磁变压器就能满足现场的试验要求,电源容量减低了许多。
(2)容量的体积和设备的重量较小,能够容易搬运。可以很灵活的使用电抗器,可以根据电容值自由调节。
(3)输出电压的波形得到了改善,电源稳定性得到了提高。
通过采用此方式,我们在现场对110kV电容式互感器(耦合电容分别为、)进行了检定,试验结果符合规程规定。
5检定中应注意的问题
(1)要正确的在试验回路上接线,必须可靠地连接地接线,否则会导致试验装置损坏。
(2)在调节电抗器气隙时,先把铁心柱上的螺母松开,用扳手转动调节丝杆,旋转螺母并观察标尺刻度至气隙需要达到的尺寸。气隙调好后,一定要将螺母及调节丝杆固定旋紧方可开始试验,否则在高电压时会发生强烈抖动。
(3)电抗器在调节中,使每一台电抗器的气隙要确保基本相等,否则电压在电抗器上的分布不均会而导致某一台电抗器过压而毁坏。
(4)设置一定高度的电抗器的绝缘底座,避免高电压对地放电。
6结语
通过现场实际试验和理论分析,证明了采用并联谐振法进行110kV电容式电压互感器现场检定是可行的,能够达到预期的目的,在此后的工作中可以按照此方法开展周期检定。
参考文献:
串联稳压电源设计篇10
汽车整车智能考核系统中pC与智能主控板之间通过USR-wiFi232模块进行wiFi网络通信，智能主控板与USR-wiFi232模块通过RS-232通讯，智能主控板中多块电路板采用twi总线通信，twi总线通信最多可连接128个设备。汽车整车智能考核系统通信框图如图1所示。
2汽车整车智能考核系统硬件设计
汽车整车智能考核系统硬件部分由电源模块、RS-232通信接口、aD基准电压模块、故障设置模块、电压采集模块、电阻测量模块和twi通信接口模块组成，汽车整车智能考核系统硬件框图如图2所示。（1）电源模块电源模块采用Lm2576稳压电路，输入电压12V，输出电压5V，输出电流3a，电源输入最高电压为40V。电源模块电路图如图3所示。（2）RS-232通信接口模块用单片机和pC机通过串口进行通信，尽管单片机有串行通信的功能，但单片机提供的信号电平和RS-232的标准不一样，单片机逻辑电平：逻辑1为5V、逻辑0为0V，而RS-232逻辑电平：逻辑1为-3V～-15V、逻辑0为+3V～+15V。因此需要通过maX232芯片进行电平转换。maX232芯片电平转换电路图如图4所示。（3）aD基准电压模块为保证aD采集电压的稳定性，需提供一个稳定独立的基准电压源，从而保证aD采集电压的准确性，智能主控板中采用tL431并联稳压集成电路提供稳定的5V基准电压。tL431基准电压电路图如图5所示。（4）故障设置模块故障设置模块采用ULn2803达林顿管驱动器，驱动继电器，通过控制继电器，从而实现断路故障、虚接故障和短路故障，在汽车线路中串接继电器的常闭触电，当继电器不动作时，线路正常，当继电器动作时，可设置汽车线路的断路故障；在断路故障中控制断路故障继电器不定时断开或接通来实现虚接故障；在汽车线路中的传感器输出信号线中在不断开线路的基础上，通过继电器的常开触电把信号线与GnD连接，当继电器不动作时，线路正常，当继电器动作时，可设置汽车传感器信号线的短路故障。智能主控板故障设置电路图，如图6所示，其中K1为断路故障继电器，K2为短路故障继电器。（5）电压采集模块电压采集模块采用atmega16单片机自带的10位aDC模块，由于汽车电路采用的是12V电源，在发动机发动后最高电压可达到14.8V，通过电阻分压电路是aD采集电源在0～5V的范围内，选用200kΩ和100kΩ电阻串联，分压后的电压为被测电路的1/3。电压采集模块电路图如图7所示。
3汽车整车智能系统软件设计