鄧方亮 閻振坤 李新潔 劉曉倩

摘 要：基于PLC的單相穩(wěn)壓電源裝置改變了傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源采用電位器和波段開關的調節(jié)方式，使用PLC為核心的控制系統(tǒng)，利用電壓的疊加原理對控制端的電壓進行補償。利用雙向可控硅電路改變變比實現(xiàn)穩(wěn)壓，提升了穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓精度、抗干擾性在，這里采取基于PLC的控制方法。

關鍵詞：補償式；無觸點；PLC；穩(wěn)壓器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.176

1 目前市場同類產品研究及生產狀況

穩(wěn)壓器的主要電路結構，從最初的機械碳刷式到無觸點補償式，經歷了好幾代的發(fā)展變化，但目前市場上的很多大功率交流穩(wěn)壓器仍是機械碳刷式結構。機械碳刷式穩(wěn)壓器有著許多缺點和不足，已遠不能適應現(xiàn)代科技的需要。

國內關于交流穩(wěn)壓器的研究較為活躍，其研究的主要內容分為兩個大的方向：

1.1 無觸點補償式大功率交流穩(wěn)壓器[1]

無觸點補償式大功率交流穩(wěn)壓器[1]提出通過改變變壓器的繞組組合來改變輸出電壓：一種是純補償式，它的拓撲結構如圖1.1所示。

通過雙向可控硅的通斷，控制補償變壓器組合的投入、退出或改變極性，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的?？煽毓柰ㄟ^橋臂形式，直接接在相線與零線之間（220V），因而工作電壓高，換檔時產生的浪涌電流大；同時，這種電路在可控硅誤導通時，很容易造成相線與零線之間短路，瞬間就會燒毀可控硅，故其可靠性很差。另一種是自耦調壓補償式[2][3]，這種結構通過控制雙向可控硅的通斷，來切換自耦變壓器的抽頭，從而改變補償變壓器補償電壓的大小和極性，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

1.2 高頻開關型交流穩(wěn)壓器

高頻開關型交流穩(wěn)壓器把先進的高頻開關電源技術引入到交流穩(wěn)壓器中，從而可以取得減小體積和重量，具有效率高、響應速度快的優(yōu)點[4]。但因其電路復雜，價格很高，難以做到大容量輸出。

2 單相交流穩(wěn)壓電源的設計

要保證電源裝置能做到精密地控制和可靠地運行，必須采用電力電子技術，在裝置中使用電力半導體器件?；诖耍O計了一種新型的采用PLC控制的無觸點補償式大功率交流穩(wěn)壓器。

2.1 穩(wěn)壓器電磁原理分析

2.1.1 電壓串聯(lián)補償原理

電壓串聯(lián)補償技術原理如圖2.1所示。

由圖2.1可知：， 為電網側輸入電壓，為補償電壓，為穩(wěn)壓器輸出電壓。當?shù)陀跁r，調壓裝置使為正補償；當?shù)扔跁r，調壓裝置不動作，為0補償。當高于時，調壓裝置使為負補償。穩(wěn)壓器[5]只需補償電壓設定值和實際值的偏差電壓，而無需承擔負荷的全部電壓，采用電壓串聯(lián)補償技術研制的穩(wěn)壓器即可做到。

2.1.2 主電路拓撲結構

穩(wěn)壓器的主電路拓撲結構如圖2.2所示[6]：主電路由帶分接頭的自耦調壓變壓器和串聯(lián)補償變壓器組成。

為通過智能控制系統(tǒng)控制的固態(tài)繼電器模塊。通過改變自耦變壓器的變比而控制自耦變壓器的二次電壓，通過改變補償變壓器的一次繞組的接入點而控制補償電壓的正負。與補償變壓器 T2 一次繞組并聯(lián)的RC 電路是為了抑制在換擋瞬間因補償變壓器 T2 一次繞組暫時開路而引起的沖擊電流。

2.2 控制系統(tǒng)硬件組成

設計采用西門子S-200系列PLC、模擬量輸入模塊組成控制系統(tǒng)，觸摸屏采用臺達DOP-B系列觸摸屏。控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖2.3所示。

交流固態(tài)繼電器介紹。交流固態(tài)繼電器SSR[7]是一種無觸點通斷電子開關（Solid State Relays），由輸入電路，隔離（耦合）和輸出電路三部分組成。它利用電子元件（如開關三極管、雙向可控硅等半導體器件）的開關特性，可達到無觸點無火花地接通和斷開電路的目的，為四端有源器件，其中兩個端子為輸入控制端，另外兩端為輸出控制端。當施加輸入信號后，其中主回路呈導通狀態(tài)，無信號時呈阻斷狀態(tài)。整個器件無可動部件及觸點，因此又被稱為“無觸點開關”。

2.3 PLC系統(tǒng)設計與程序編寫

2.3.1 PLC主程序編寫

PLC主程序主要是對定時器、初始值、子程序讀取、寄存器、計數(shù)等相關設置。程序開始運行時，先將檔位實際輸出初始值進行設置。通過初始化程序，將額定電壓設定設為40V，閾值設為2V，并將所有輸入輸出端口和寄存器初始化。

初始化程序1：由于PLC量程為（-27648～27648），電壓變送器的量程0～250V轉化為0～10V，對應40V為4424，并將其賦值給VW500作為電壓設定值；將1 給VW502默認T3定時器為1*10ms；VW504閾值為0.8V；VW506為檔位判斷前時間間隔；VW510為總周期。

初始化程序2：VW2為當前偏差；VW4為前擋偏差；VW6為執(zhí)行檔位；VW100為實際檔位；VW98為周期次數(shù)；將其全部置0初始化。

初始化程序3：初始化輸出端0100001，對應點數(shù)輸出0擋。

電壓判斷程序流程圖如圖2.9所示。

通過設定初始值與采集值進行比較，判斷偏差與零的大小，根據(jù)判斷進行檔位判斷，從而調節(jié)比例大小，進而調節(jié)輸出電壓。

利用PLC控制和電力電子技術，實現(xiàn)了智能的單相交流穩(wěn)壓電源的設計，它容量更大，可靠性更強，精度更高。克服了機械觸點式穩(wěn)壓器故障率高、噪聲大、損耗大的缺點，適用于對環(huán)境要求較高、對電壓穩(wěn)定性要求高的用戶。

參考文獻：

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[2]馮剛，馮新民，王志勇.補償式交流穩(wěn)壓器設計[J].江蘇電器，2008（10）：49-52.

[3]江友華，顧勝堅，方勇.無觸點交流穩(wěn)壓器的特性研究及功率流分析[J].電力電子技術，2007，41（08）：7-9.

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[5]李海林，劉小虎.一種無觸點補償式交流穩(wěn)壓器的設計[J].船電技術，2010（04）：34-36.

[6]孫海濤，全永強.自動補償式交流穩(wěn)壓電源的研制[J].變壓器，2005，42（02）.

[7]康秀強.大功率智能交流穩(wěn)壓電源的設計[J].機電工程，2010，27（05）：60-70.

作者簡介：鄧方亮（1995-），山東樂陵人，本科，學生，研究方向：電氣工程及其自動化。