产品的电磁兼容性设计
2.5 交流稳压器
在输入电压和负载电流变化时，交流稳压器可以把其输出电压保持在允许范围内。下面将逐个介绍各种稳压电源，并指出它们的主要优缺点。 （1）铁磁谐振交流稳压电源
这是一种简单、可靠性较高的交流稳压电源，基本线路如图2.10所示。
由于电容C两端并联了饱和电抗器Ls，所以使等效的并联电容呈现了非线性。这种非线性随Ls的饱和程度而变化，而Ls的饱和程度又在输入电压Ui和负载阻抗ZL变化时自动调整。当Ui较低时，可使UO高于Ui；而在Ui较高时，又可使UO低于Ui，从而使输出电压UO保持稳定。由此可见，它是靠改变Ls的饱和程度，而使Ls与C的并联容抗和L产生谐振来实现的。在静态条件下，它的稳压精度可以达到±1～±2％
这种交流稳压电源的缺点是： ①稳压精度与负载的功率因数有关； ②电网频率变化时可引起稳压电源内部的感抗和容抗值改变，从而影响稳压精度； ③输出电压的波形失真较大（输出电压波形呈梯形状）； ④输出电压相对输入有相移； ⑤工作有噪音。 这种交流稳压电源的最大优点是过载能力强，甚至当输出端发生短路时也不会引起供电线路短路，这表明它有相对较高的输出阻抗。但铁磁谐振交流稳压电源的这种特点在起动电流大的负载时，又可能成为缺点，将有可能使这类负载步入不了正常运行阶段。
（2）参数调整型交流稳压电源 这类稳压电源在我国已有较长的使用历史，早年实验室广泛使用的“614”稳压器就是一典型例子。其原理线路如图2.11所示。
图中TA是自耦变压器；AM是磁放大器，N2则是直流控制绕组。Uy是由输出采样及经由直流放大电路引来的直流控制电压，通过这个电压产生的电流Iy将改变交流绕组的电感量，进而改变TA的电流I1及补偿电压ΔU的值，最后可保持输出电压UO的稳定。图2.11中的L和C用于吸收线路中的3次谐波，以减少UO的波形失真。 图2.12是图2.11的改进线路（以双向晶闸管调感技术来代替磁放大器）。图中电感L2中的N1和N2以及L3处在线性耦合状态，线路由N2上取得补偿电压。L3与C2的串联支路用于消除谐波的影响。双向晶闸管S与电感L1组成的支路与C1并联谐振，这里利用对晶闸管S的相位控制来改变电感L的参数，最终影响ΔU的值，使输出UO保持稳定。
后者是目前宣传和应用较多的交流稳压电源。有人给它冠名为“净化电源”，原因是相对铁磁谐振稳压电源来说，它抑制了交流输出电压中的部分谐波。 这种稳压电源的稳压精度较高，可优于±1％。 但这种稳压电源在带非线性负载（如计算机）时，可能有低频振荡现象。另外，输入侧的电流谐波较大；功率因数较低；输出电压相对输入有一定相移。 （3）伺服型交流稳压电源 这也是一种较早使用的交流稳压电源，如图2.13所示。在一台带有若干抽头的自耦变压器上[见图2.13（a）；在小功率场合下，也有采用自耦式调压变压器的，见图2.13（b）]，利用监视变压器输出电压的办法来驱动伺服电动机改变变压器输出抽头的位置，最终使自耦变压器的输出维持在负载所允许的范围内。
这种稳压器的响应速度较低（达秒级）；而且在调整过程中还会产生许多尖峰和振铃干扰。为此，在实验室里要慎用。
（4）分级调整的宽限交流稳压电源 是常见的家用交流稳压器，和图2.13(a)一样，也是多抽头的自耦变压器，但抽头位置由继电器转换，由于家用电器都有一定的电压适应范围，所以稳压精度不是主要问题，但输入电压的适应范围要宽。 这类稳压电源的价格低廉。但缺点也是明显的：如稳压精度不高；在继电器转换过程中伴有电火花带来的尖峰干扰。对后一缺点，在实验室中应慎用。
（5）真正意义上的净化电源 对大多数电气和电子设备来说，都有一定的电压适应范围，故稳压精度不是主要问题，但要求稳压电源的电压适应范围宽，对电网或负载变化的响应速度要高，尤其是要抑制掉存在于电网中的瞬变干扰。因为当今电子设备的小型化、数字化和低功耗化，对电网的瞬变干扰尤其敏感。 为此，真正意义上的净化电源采用了多抽头的超级隔离变压器（图2.14）。其中，超级隔离变压器对干扰抑制特别有效；对多抽头的绕组则改用无触点的双向晶闸管，配用数字电路或单片机来控制。针对后者，有时也称它为数控型净化电源。这种电源可做到在上半周波发现有过压或欠压现象，下半周波即进行调整，故响应速度可小于10ms。
利用这种净化电源可以解决IBM公司统计数据中的99.5％的问题（88.5％是各种瞬变干扰，由超级隔离变压器解决；11％是电压不稳，由多抽头选择切换解决）。 （6）开关型交流稳压电源 把先进的高频开关电源技术引入交流稳压电源中，可以得到小型、轻量、高效及响应速度高的开关型交流稳压电源。目前属发展方向，但因其复杂、价昂而难于推广。 （7）不间断电源 按IBM的统计数据，因电源问题而导致计算机故障的最后05％便是断电，当前主要是采用不间断电源来解决的。
①不间断电源的结构及性能特点 从不间断电源的电路结构和供电情况看，主要有三类： ●电动机—发电机组 这是较早发展的一种不间断电源，主要由直流电动机（交流电经整流后供电）驱动的惯性飞轮和交流发电机组组成，一旦电网停电，利用飞轮的惯性储能，使发电机在短时间内继续供电；与此同时，起动备用的柴油发电机组，当油机转速与发电机组转速相同时，油机离合器与发电机相联，完成由市电到油机的转换。其特点是稳压可靠，但体积和噪声都较大。 ●静态后备式 电网正常时，静态后备式不间断电源处在旁通状态，即市电经输入滤波器及静态转移开关直接输送给负载；与此同时，市电通过充电器向蓄电池充电。这时逆变器不工作。只是当断电发生时，才将静态转移开关切换到逆变器一侧（一般需2～4ms），逆变器起动，将蓄电池中储存的能量转变成交流电，输送给负载。 静态后备式不间断电源的特点是简单、小巧、价格便宜。但电压输出直接受电网波动的影响，且对电网中的突变干扰无能为力。故供电质量不高，只适宜在一般不太重要的场合中使用。 静态后备式不间断电源主要是单相和小容量的（几百VA至1～2kVA）。另外，由于内部电池的容量有限，在满载时的电池备援供电时间为10～30min；半载时为30～60min。 ●静态在线式 在静态在线式不间断电源中，交流市电不直接对负载供电，而是经过整流后对蓄电池充电，由蓄电池给逆变器供电，再由逆变器把直流电转换成稳压、稳频的交流电给负载供电。这过程本身也提高了静态在线式不间断电源输出电压的滤波作用。 断电时，蓄电池不再充电，但给逆变器供电的情况没有改变，故不间断电源仍然给负载提供交流电源，这一切都是在用户不知情的情况下完成的，不存在掉电转换时间。 静态在线式不间断电源的线路复杂，保护和扩展功能强，能适应较宽的市电电压波动及频率跟踪范围，保持不间断电源与市电在频率上一致和相位上同步。当逆变器发生输出过电压、过电流或不间断电源故障时，逆变器会自动关闭，并通过静态转移开关转到旁通位置，直接由市电给负载供电。 静态在线式不间断电源的容量一般较大，在几kVA，最大可达几百kVA。对三相大功率的不间断电源，常用于航空交通控制中心，国防电子计算机中心，商用计算机运行中心，国际信息传递中心，医院电子计算机及监护系统，机场跑道照明等重要场合。 ②不间断电源的主要性能指标 ●输入电压：一般为额定电压的±10％、±15％或＋15％、－25％等等。输入电压允许范围越宽，将来直接由蓄电池供电的机会就越少。避免了不间断电源经常工作在蓄电池供电状态，而主要处在待命状态。 ●输入功率因数和输入电流谐波：以直接采用整流滤波的单相电路为例，由于输入电流呈脉冲状，电流集中在输入电压峰值附近，因此输入功率因数较低，一般在0.7左右，输入的谐波也较大。谐波对电网造成很大的污染：会使同一电网中的变压器、电动机、电容器等产生附加的损耗，通过发热加速绝缘老化；谐波会使电动机转矩降低、振动加剧、噪声增大；高次谐波还会对电气和电子设备产生干扰；谐波还会影响到电能计量的精度。所以输入功率因数和输入电流谐波是判断不间断电源的重要指标，对大容量的不间断电源尤其如此。通常要求输入功率因数在0.95以上；输入谐波<5％。 ●对输入频率的跟踪与频率稳定度：对在线式不间断电源来说，为防止由逆变器工作状态转为旁通时，逆变器因环流而造成损坏，要求正常工作的逆变器对电网频率和相位进行跟踪。 ●状态转换时间：对后备式不间断电源来说，从旁通转为由逆变器供电，有一个转换时间问题；对在线式不间断电源来说，从逆变器供电转变为旁通状态，也存在一个转换时间问题。通常都要求在4ms以下。 ●输出波形及失真度：后备式不间断电源的输出多数为方波，而在线式不间断电源一般为正弦波。失真度则用以表示线性负载时的输出波形中谐波含量与基波之比。对方波而言，由于谐波含量大，一般不再给出其失真度。只有对正弦输出的电源才给出这一指标，通常要求<3％。 ●输出电压的静态与动态稳定度：前者指电压的稳压精度，通常为额定值的±（1～3）％；后者指负载自空载至满载时，输出电压的变化量及恢复至正常电压所需的时间，在动态情况下的输出电压变动约为静态值的±5％；动态恢复时间约为20ms左右。 ·输出功率因数，输出电流波峰系数，输出过载能力等等：它们直接反映了不间断电源的输出能力。负载功率因数反映了对负载的适应能力，一般要求为0.8，对低功率因数的负载则要求低至0.5。输出电流波峰系数的高低则在一定程度上反映了不间断电源的过载能力，不同的不间断电源，过载能力也不同。 ●效率：是不间断电源的重要指标，对大功率电源来说，尤其如此。这影响电源的温升和寿命，也影响为调节环境温度而需要的投资费用。通常要求不间断电源的效率>85％。 ●其他：如不间断电源的保护功能（包括过载时的自动转旁通供电；电池的过充电或过放电保护；电源设备的热保护）；工作条件（包括环境温度、相对湿度和海拔高度等。一般环境温度为0～40℃；湿度在25℃时为80％～95％；海拔不超过3000m）；工作噪音等等。
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