变压器的晶闸管调压方法的设计

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笔者提出了晶闸管组合变压器副边绕组改变高压钠灯两端电压，在单片机控制下精确降压并稳压。笔者采用串联变压器副边，利用其多绕组的不同组合，灵活升高、降低负载电压，并结合单片机检测实时电压以控制晶闸管，达到定时精确调压、随时稳压的目的。此方法非常适合我国道路照明的实情及节能需要。
　　1 调压原理
　　1. 1 变压器调压
　　在高压钠灯主线路中串入变压器副边，如图1所示。该副边有多个匝数不同的绕组，各绕组的空载电势分别为E 1，E2，E 3 等。通过开关K1 ~ K12的开断将各绕组组合，可得到不同的E ab，从而改变Eb c。如K2,K3，K5，K8，K9，K12闭和时，E ab = E2 + E3 - E1。因此只需选择合理的控制方案，就可精确得到预定电压。同时，由于本方案调控范围大，精度高，故在需稳压时也可通过K1 ~ K12的开断来调控负载电压。
　　


　　图1 高压、稳压原理
　　


　　图2 方案改进示意图
　　另外，晶闸管具有动作迅速、无电弧等特点被广泛作为开关应用于工业生产中。笔者所提方案中可将其代替图1中的K1 ~ K12，利用其触发角的可控性,灵活选择开断时间。
　　1. 2 控制电路设计
　　本文中控制电路需要实现电压采样比较，晶闸管触发信号的产生，实时时钟、实时电压显示及人机对话等功能。单片机具有运行速度快，工作电压低，功耗低，输入输出直接驱动能力大，价格低，体积小等特点，因此得到广泛应用。89C51片内的4 K 程序存储器是FLASH 工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，而且对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密。另外，其售价比8031还低，市场供应也很充足。因此本文采用89C51作为控制芯片，完成变压器调压控制。
　　1. 3 主电路改进
　　1. 1中当调压范围扩大时副边绕组数目增加，晶闸管的数目也随之增加，不仅加大了控制难度，还增大了电路规模。若将原方案按图2 改进，显然，变压器二次绕组容量大约提高了一倍，但每相接通的晶闸管开关数目比图1减少，这有利于晶闸管开关工作可靠性提高。
         2 副边电势的确定
　　变压器副边绕组个数、匝数等应根据具体情况而定。一般情况下，三个典型数值是必需的，即E 1 =1 V，E2 = 3 V，E3 = 9 V。通过晶闸管的组合可组成±1 V~ ± 13 V 精度为± 1 V共25档补偿电压。若再增加一个20 V 绕组，则可将调压范围扩大。因此在理论上，本文方案可将调压范围扩大至无穷。
　　3 实例分析
　　把本文所提方案应用于蔡关线——工学院道路照明系统。取A相为实验相，其他两相为参照相。各相所接高压钠灯220 V，250 W 共25 盏，均配有电容器。
　　表1 节能模式及其工作电压时
　　



　　采用2. 5 kVA，220 V 单相变压器，副边有四组电压: 1 V，3 V，9 V，20 V。依据时间及具体交通状况，按时间分为四个模式: 启动、正常、高峰及节能模式。对应各模式的调压稳压范围如表1所示。2010年4月1日- 4月3日测量参数如表2所示。表2表明，采用本文所提方案后可明显降低能耗，同时由于电网电压波动使未采取措施的路灯耗能浮动较大。
　　表2 4月1日-4月3日耗电量
　　

　　4 小结
　　本文所提调压稳压方法具有精度高、调节范围宽、可频繁动作且不易产生电弧等优点。不仅可以用于道路照明，还可用于其他采用高压钠灯且有调压空间的场合。但是，LED 照明不在本文讨论范围，因此读者可参阅其他相关文献。