1引言
穩(wěn)壓電源" title="交流穩(wěn)壓電源" target="_blank">交流穩(wěn)壓電源作為交流供電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),得到了越來越廣泛的應(yīng)用。它不僅能穩(wěn)定電壓,改善供電質(zhì)量,同時還具備對負(fù)載進(jìn)行有效保護(hù)、延長設(shè)備使用壽命、協(xié)助使用者對供電進(jìn)行管理的功能。但是,穩(wěn)壓電源自身的損耗問題,也引起了人們的重視。如何把穩(wěn)壓與節(jié)能結(jié)合起來,是電源工作者的一個重要研究課題。
2交流穩(wěn)壓電源的損耗分析
交流穩(wěn)壓電源作為配電設(shè)備,在工作過程中存在自身的損耗問題。由于不同的穩(wěn)壓原理和不同廠家穩(wěn)壓電源的不同品質(zhì),這種損耗相差很大,其中自耦調(diào)壓型穩(wěn)壓電源的損耗相對是較小的?,F(xiàn)就自耦調(diào)壓型穩(wěn)壓電源在實(shí)際工作中的損耗問題進(jìn)行初步分析。
在眾多安裝了穩(wěn)壓電源的場所,穩(wěn)壓電源往往被作為局部負(fù)載的供電設(shè)備,使其24小時處于工作狀態(tài)。但是,大多數(shù)負(fù)載每天平均工作時間約為5h~8h,其余的16h~19h穩(wěn)壓電源處于空載狀態(tài),于是電源存在長時間的空載損耗。另一方面,穩(wěn)壓電源帶負(fù)載工作的過程中,隨著電網(wǎng)總負(fù)載量大小的變化,電網(wǎng)電壓在不同時段也會有高低不同,必然有一段時間電網(wǎng)電壓滿足設(shè)備用電要求(一般為220V±10%),而這時穩(wěn)壓電源仍然在工作中,這也是一種不必要的損耗,造成能源浪費(fèi)。這種情況在不同地區(qū)不同時段的反映不同,假設(shè)在負(fù)載工作的5h~8h中有一半時間電網(wǎng)電壓是符合負(fù)載額定工作電壓要求的。根據(jù)這一假設(shè),結(jié)合機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBK42002—87接觸式自動調(diào)壓器額定性能數(shù)據(jù),對自耦穩(wěn)壓器的損耗進(jìn)行估算,如表1、表2所示。
表1自耦穩(wěn)壓器的損耗估算(負(fù)載每天工作5h)
耗電(W/h) | 工作5h耗電(kw·h) | 工作時一半時間市電正常 | 所占比例(%) | 全年耗電(kw·h) | |||||
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空載 | 滿載 | 空載 | 滿載 | 總計(jì) | 損耗(kw·h) | 共計(jì)多余損耗(kw·h) | |||
1kVA | 16 | 28 | 0.304 | 0.140 | 0.444 | 0.070 | 0.374 | 84 | 136.5 |
3kVA | 24 | 82 | 0.456 | 0.410 | 0.866 | 0.205 | 0.661 | 76 | 241.3 |
5kVA | 32 | 146 | 0.608 | 0.730 | 1.338 | 0.365 | 0.973 | 73 | 355.1 |
7kVA | 40 | 197 | 0.760 | 0.985 | 1.745 | 0.493 | 1.252 | 72 | 457.0 |
10kVA | 64 | 292 | 1.216 | 1.460 | 2.676 | 0.730 | 1.946 | 73 | 710.3 |
15kVA | 96 | 438 | 1.824 | 2.190 | 4.014 | 1.095 | 2.919 | 73 | 1065.4 |
損耗
功率表2自耦穩(wěn)壓器的損耗估算(負(fù)載每天工作8小時)
耗電(W/h) | 工作8h耗電(kw·h) | 工作時一半時間市電正常 | 所占比例(%) | 全年耗電(kw·h) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
空載 | 滿載 | 空載 | 滿載 | 總計(jì) | 損耗(kw·h) | 共計(jì)多余損耗(kw·h) | |||
1kVA | 16 | 28 | 0.256 | 0.224 | 0.480 | 0.112 | 0.368 | 77 | 134.3 |
3kVA | 24 | 82 | 0.384 | 0.656 | 1.040 | 0.328 | 0.712 | 68 | 259.9 |
5kVA | 32 | 146 | 0.512 | 1.168 | 1.680 | 0.584 | 1.096 | 65 | 400.0 |
7kVA | 40 | 197 | 0.640 | 1.576 | 2.216 | 0.788 | 1.428 | 64 | 521.2 |
10kVA | 64 | 292 | 1.024 | 2.336 | 3.360 | 1.168 | 2.192 | 65 | 800.1 |
15kVA | 96 | 438 | 1.536 | 3.504 | 5.040 | 1.752 | 3.288 | 65 | 1200.1 |
損耗
功率表中“多余損耗”欄為負(fù)載工作而市電基本正常時的電能損耗和空載損耗之和,“所占比例”欄為多余損耗占全部損耗的百分比,“全年耗電”欄為不必要的多余損耗一年內(nèi)所耗電能。從表中可以看出,在各種
圖1交流穩(wěn)壓電源節(jié)能原理圖
圖2旁通電路圖
功率自耦穩(wěn)壓電源的損耗中,不必要的“多余損耗”占全部能耗的64%以上,而全年多余的電損耗卻在幾百至上千(kW·h),由此看出這種不必要的電力損耗是相當(dāng)大的。以上還是效率較高的自耦調(diào)壓穩(wěn)壓電源的電能損耗估算,對于其他效率較低的穩(wěn)壓電源,其損耗則是以上數(shù)據(jù)的幾倍到十幾倍,電能的浪費(fèi)更是相當(dāng)驚人。因此,如何減少“多余損耗”是交流穩(wěn)壓電源節(jié)能的關(guān)鍵,為此,有必要對現(xiàn)行的穩(wěn)壓電源進(jìn)行性能評估與改進(jìn),以便在穩(wěn)壓過程中盡量減少電能的損耗,以達(dá)到節(jié)約資源與環(huán)境保護(hù)的目的。
3關(guān)于交流穩(wěn)壓電源節(jié)能的研究
交流穩(wěn)壓電源以其穩(wěn)壓和有效保護(hù)用電設(shè)備等特性而得到用戶的青睞,如果在負(fù)載不工作和市電正常供電的情況下,穩(wěn)壓電源能自動進(jìn)入“休眠”狀態(tài)節(jié)約電能,則成為真正的節(jié)能型交流穩(wěn)壓電源。
3.1交流穩(wěn)壓電源的節(jié)能原理
根據(jù)以上構(gòu)思,對自耦調(diào)壓型穩(wěn)壓電源而言,其穩(wěn)壓與節(jié)能工作原理如圖1所示。
圖中實(shí)線部分為通常的自耦調(diào)壓型穩(wěn)壓電源原理框圖,虛線部分是為達(dá)到節(jié)能目的而增加的控制電路。在框圖中虛線部分的作用下,當(dāng)負(fù)載不工作或負(fù)載工作而市電正常供電時,穩(wěn)壓電源均處于“休眠”節(jié)能工作狀態(tài),這時調(diào)壓穩(wěn)壓主通道幾乎不耗電,從而達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。
3.2交流穩(wěn)壓電源節(jié)能典型電路分析
由以上交流穩(wěn)壓電源節(jié)能原理分析可知,要想達(dá)到節(jié)能的目的,最容易想到也是最容易實(shí)現(xiàn)的是在穩(wěn)壓電源中加入直通旁路通道,如圖2所示,當(dāng)穩(wěn)壓電源在負(fù)載不工作或市電正常時,節(jié)能控制電路斷開S1和S2,接通S3,切換到市電直通狀態(tài),使穩(wěn)壓主電路不耗電,而當(dāng)負(fù)載工作且電網(wǎng)電壓不正常時(例如大于242V或小于198V),則S3斷開,S1和S2接通,進(jìn)入穩(wěn)壓工作狀態(tài),這種方法幾乎適用于所有的穩(wěn)壓電源。但它有兩個明顯的缺點(diǎn):
?。?)在市電直通與穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換過程中,存在瞬間斷電現(xiàn)象;
?。?)當(dāng)負(fù)載功率較大時,用于轉(zhuǎn)換的S1、S2和S3要求采用大電流的通斷器(如交流接觸器等),增大了整機(jī)成本。
為了克服以上方案的不足,對于自耦調(diào)壓型穩(wěn)壓電源,有一個更好的解決方案,如圖3所示。當(dāng)需要穩(wěn)壓工作時,S接通,電路進(jìn)入正常的調(diào)壓穩(wěn)壓狀態(tài);當(dāng)負(fù)載不工作或市電正常時,控制電路控制炭刷A移動到固定點(diǎn)B位置,然后斷開S,市電在B-A點(diǎn)直通供電,此時自耦調(diào)壓器不耗電能,即可以達(dá)到節(jié)能的目的。由于空載和負(fù)載時流經(jīng)S的電流遠(yuǎn)小于整機(jī)額定電流,因此S可用很小電流的通斷器,并且直通和穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換時不會出現(xiàn)瞬間斷電,是一種較理想的實(shí)現(xiàn)方式。
圖3 自耦調(diào)壓型改進(jìn)方案
3.3應(yīng)用
中山大學(xué)電器設(shè)備廠根據(jù)多年來生產(chǎn)穩(wěn)壓電源的經(jīng)驗(yàn),按照以上節(jié)能原理,已經(jīng)研制了“空損耗”的節(jié)能型穩(wěn)壓電源產(chǎn)品。把普通的穩(wěn)壓電源更換成節(jié)能型穩(wěn)壓電源后,節(jié)能都在65%以上,效果非常顯著。相信經(jīng)過進(jìn)一步的完善和推廣應(yīng)用,將會取得良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益,為我國的節(jié)能與環(huán)保事業(yè)作出貢獻(xiàn)。