一种智能三相补偿式大功率交流稳压电源的设计

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1、一种智能三相补偿式大功率交流稳压电源的设计丁南菊无锡科技职业学院江苏无锡214028姬长宝江苏省淮阴市华能电厂江苏淮阴223300【文章】介绍了一种用AVR单片机控制的三相大功率补偿式稳压电源的工作原理、组成结构，详细阐述了双向晶闸管的调压原理及电压采样处理方法，给出了电路图，还介绍了该交流稳压电源的软件设计思路及经使用测试出的指标。【关键词】单片机;稳压电源;补偿式;双向晶闸管电X电压由于供电供求的矛盾，造成电X电压不稳，边远地区长期供电不足，而越来越多的高精度负载对输入电源特别是对交流输入电源的稳压精度要求越来越高。传统的稳压电源用继电器改变变压器

2、抽头及以碳刷移动触点的机械式控制方式，缺点是机械磨损严重、动态响应速度慢、工作寿命短等，为改变这种情况，设计了一种用单片机控制的无触点自动补偿式三相交流稳压电源，能根据使用场合设置参数，并能显示工作状态及数值。1稳压原理补偿式稳压电源是利用增加补偿环节实现输出电压的稳定，工作原理如图1所示。图1补偿式稳压原理图中各电压有如下关系：式中为输入电压，为补偿电压，为输出电压，该式说明如果由于输入电压或负载变动而引起输出电压变动时，只要改变补偿电压的大小和方向，就能使上面等式仍然成立，保持输出电压的大小不变，这种采用从外部引入一大小和方向均可变的补偿电压来补偿

3、输入电压或负载变化而使输出电压保持不变的方式就是“补偿式”稳压原理。2硬件电路设计2.1稳压电源结构与原理如图2所示，三相交流稳压电源由单片机电路、补偿电路、采样电路、A/D转换电路、液晶显示及按键输入电路等部分组成，稳压电源采用三相分调补偿方式，设计容量为100kVA，对于这种大功率的交流稳压电源如果其稳压方式采用三相统图2稳压电源结构智能应用IntelligenceApplication025电子制作调方式，则由于容量大后带的负荷也更为复杂，稳压时由于三相负荷的不平衡造成的三相中性点偏移就更为严重，稳压的精度也大受影响，为此要保证各相输出电压的精度

4、，就必须分别对每一相进行独立稳压后，再组成三相大功率交流稳压电源。图中A、B、C三相分设三个单独的补偿电路，补偿电路由补偿变压器和调节换向电路组成，用双向晶闸管作开关器件组成无触点可控调节单元。当输入电压Ui波动或负载电流变化时，通过采样电路获取反馈电压，经A/D转换，输入单片机与额定值进行比较，由微机程序软件进行判断处理，输出控制指令，使相应的开关器件导通，切换对应的补偿变压器的组合绕组，改变补偿电压的值，从而快速地达到稳定输出电压Uo的目的。考虑到单片单片机的资源有限及提高系统的可靠性，系统共采用四片AVR单片机控制，主单片机为ATMEGA32，子

5、单片机为ATMEGA8，主单片机主要负责电压、电流值的采样、处理及做出判断，向子单片机输出调节指令，按键输入设定系统参数，液晶显示器显示工作状态，检测过压、欠压、过载、保险丝熔断等情况做出提示及保护。子单片机负责调节指令的执行，三个子单片机分别控制三相电路的一相。主单片机与子单片机之间采用串口通信。AVR单片机自带的A/D转换精度为10位，达不到系统的精度要求，所以采用表1工作状态中晶闸管通断设置图4A相调节换向电路中晶闸管T1、T2桥臂电路图3变压器补偿电路智能应用IntelligenceApplication电子制作片外的A/D转换芯片MAX187

6、，转换精度为12位，满足系统的使用要求。2.2补偿电路补偿电路包括补偿变压器及调节换向电路，电路如图3、4所示，为三相中的A相，其他两相完全相同。根据补偿电压范围，系统采用分组补偿的方式。图3中，TR1、TR2、TR3分别为极性可单独改变的补偿变压器，其初级绕组上输入电压为Uo，其次级绕组上的补偿电压设计为±5V、±10V、±20V等。经串联组合可得补偿值为±0V、±5V、±10、±15V、±20V、±25V、±30V、±35V，共计15档。如图3所示，每相有4条桥臂，每条桥臂需要两个双向晶闸管。T1和T2、T3和T4、T5和T6分别为三台补偿变压器初

7、级绕组端的控制开关，T7和T8则是作为公共桥臂进行工作，整个交流稳压电源系统，三相共需24个双向晶闸管开关进行控制。设I1、I2、I3、I4分别是流过T1、T3、T5、T8或T2、T4、T6、T7的电流有效值，当单独接通一组时补偿变压器原边的电流约为：I=（ΔU/220V）×（33kVA/220V），也就是流过双向晶闸管桥臂的最大电流，分别约为3.4A、6.8A、13.6A，公共桥臂电流约为I4=I1+I2+I3=23.8A。按照器件参数的选择规律，四个桥臂统一采用晶闸管模块MTC-95-16，内部有两个单向晶闸管，耐压值高，最大可达到2400V，通态

8、平均电流95A，符合电路的使用要求，两个单向晶闸管连接成双向晶闸管的模式使用。调节换向电路的控