交流穩(wěn)壓電源損耗與節(jié)能的研究

摘要：交流穩(wěn)壓電源以其特有的穩(wěn)壓和保護(hù)功能得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而其累積的電能損耗卻是非常驚人的，如何在發(fā)揮穩(wěn)壓作用的同時(shí)盡量減少電能損耗，正是本文所要探討的課題。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓電源空載空耗節(jié)能

Reseach of Power Loss and Reducing Power Loss of AC Voltage Regulator

Abstract: According to the analyses of practical operating conditions of AC voltage regulator the paper introduces a method to reduce its power loss.The method is already proved.

Keywords:AC voltage regulator, No load, No load loss, Reducing loss

中圖法分類號(hào)：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0219?2713(2000)12－629－02

1引言

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(lái)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(shí)還具備對(duì)負(fù)載進(jìn)行有效保護(hù)、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、協(xié)助使用者對(duì)供電進(jìn)行管理的功能。但是，穩(wěn)壓電源自身的損耗問(wèn)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(lái)，是電源工作者的一個(gè)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(guò)程中存在自身的損耗問(wèn)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(duì)是較小的。現(xiàn)就自耦調(diào)壓型穩(wěn)壓電源在實(shí)際工作中的損耗問(wèn)題進(jìn)行初步分析。

在眾多安裝了穩(wěn)壓電源的場(chǎng)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(shí)處于工作狀態(tài)。但是，大多數(shù)負(fù)載每天平均工作時(shí)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(zhǎng)時(shí)間的空載損耗。另一方面，穩(wěn)壓電源帶負(fù)載工作的過(guò)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(shí)段也會(huì)有高低不同，必然有一段時(shí)間電網(wǎng)電壓滿足設(shè)備用電要求（一般為220V±10％），而這時(shí)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(shí)段的反映不同，假設(shè)在負(fù)載工作的5h～8h中有一半時(shí)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(dòng)調(diào)壓器額定性能數(shù)據(jù)，對(duì)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）

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(shí)）

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(shí)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(duì)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(duì)現(xiàn)行的穩(wěn)壓電源進(jìn)行性能評(píng)估與改進(jìn)，以便在穩(wěn)壓過(guò)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(dòng)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(duì)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(shí)，穩(wěn)壓電源均處于“休眠”節(jié)能工作狀態(tài)，這時(shí)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(shí)，節(jié)能控制電路斷開(kāi)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(shí)（例如大于242V或小于198V），則S3斷開(kāi)，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(gè)明顯的缺點(diǎn)：

　　（1）在市電直通與穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換過(guò)程中，存在瞬間斷電現(xiàn)象；

　　（2）當(dāng)負(fù)載功率較大時(shí)，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(duì)于自耦調(diào)壓型穩(wěn)壓電源，有一個(gè)更好的解決方案，如圖3所示。當(dāng)需要穩(wěn)壓工作時(shí)，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(shí)，控制電路控制炭刷A移動(dòng)到固定點(diǎn)B位置，然后斷開(kāi)S，市電在B－A點(diǎn)直通供電，此時(shí)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(shí)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(shí)不會(huì)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(lái)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(guò)進(jìn)一步的完善和推廣應(yīng)用，將會(huì)取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為我國(guó)的節(jié)能與環(huán)保事業(yè)作出貢獻(xiàn)。