分析自动平衡式交流稳流电源设计与应用

自动平衡式交流稳流电源是由自动平衡式交流稳压电源衍生而来的。自动平衡式交流稳压电源是利用输出电压采样来控制输出电压的偏离;而自动平衡式稳流电源则利用电流采样，对输出电流的偏离进行补偿。

稳流电源通常采用双层绕组。线圈的有效部分包含左、右两个有效边。放在槽内且靠近槽口的有效边叫上层边，靠近槽底的有效边叫下层边。同一槽中上下层间用绝缘纸隔开。同一线圈上下两有效边沿圆周方向的距离即为线圈的跨距，通常用槽距(两相邻槽间距离)的倍数表示。跨距约等于一个极距(相邻两磁极的距离，也常用槽距的倍数表示)。 直流电枢绕组分叠绕组、波绕组和蛙绕组3种。每个线圈的两个出线端连接到换向器的两个换向片上，两者在换向器圆周表面上相隔的距离称为换向器节距，用Ys表示。不同形式的绕组具有不同的换向器节距。

1稳流电源的主要技术指标

(1)输出电流范围单相交流稳压电源输出电压通常固定在220V,有些电源能作少许微调，数值也不大。但对稳流电源的输出电流，用户往往希望根据需要作较大范围的改变。本项指标是指在不稳流情况下，输出电流可以调节的范围，例如输出额定电流Io=2A,△Io=1A,则其可调范围为1.5~2.5A.当然，相对于IO来说，偏离量也可能不是上下对称的，即不是±0.5A,可能上限值大于下限值，也可能相反，比如1.8A≤IO≤2.8A.这里定义△Io/Io为恒流率，即S=△Io/Io,本例S=△Io/Io=1/2=0.5.

(2)输出电压范围交流稳流电源所提供的输出电压要根据负载性质及其阻抗、电流值等而变化，所以必须确定一个输出电压范围来衡量其性能。

(3)输出电流稳流精度它表示输出电流在额定精度内允许电流变化范围ΔI.设输出电流Io为2A,精度为±1%,则表示当用了稳流器后输出电流Io满足1.98A (4)其他指标如不加特殊说明，可借用稳压电源技术指标的定义。

有单叠绕组和复叠绕组之分。单叠绕组是将同一磁极下相邻的线圈依次串联起来，构成一条并联支路，所以对应一个磁极就有一条并联支路。单叠绕组的基本特征是并联支路数等于磁极数。各条支路间通过电刷并联。单叠绕组线圈的换向器节距Ys=1.Ys>1者称复叠绕组。比较常用的是Ys=2的复叠绕组，又称双叠绕组。双叠绕组在一个磁极下有两条并联支路。例如一台四极直流电机，采用双叠绕组时，共有8条并联支路。各条支路间也是通过电刷并联。电刷组数等于电机的极数。其中一半为正电刷组，另一半为负电刷组。叠绕组的并联支路数较多，它等于极数或为极数的整倍数，所以又叫并联绕组。

2工作原理

自动平衡式交流稳压电源原则上均可改为稳流电源，如磁放大器调整式和自耦调压型交流稳压电源等均能方便地加以改造。这里以采用磁放大器调整式的改进型电路组成交流稳流电源为例来加以说明。这种稳流电源的组成结构示意图如图1所示。

 

 

图1交流稳压电源的一种结构示意图

(1)电压/电流转换电路图1中自耦变压器TA对电感参数调整电路提供不同的输入电压Ui,使其有不同的输出电压，从而经隔离变压器TR后，在负载电阻RL上得到所需的电流。

隔离变压器TR的初级有两种接法，第一种是接在图1中的BC两端，它的优点是输出波形好，输出电压可以达到很高值，缺点是S较小，ΔI/IO只有1/3左右;第二种接法是将TR初级接于AB两端(如图1所示)，这种接法的优点是S较大，如果没有谐波存在，则在TR初级上具有0~60V以下的电压。隔离变压器的次级可以制成多抽头式的，以便为负载提供不同的电压。

(2)有效值采样电路有效值采样电路的功能是将交流有效值信号变换成与之成正比的直流信号，有关这方面的电路很多，图2给出其中的一种。

从图1所示稳流器交流输出端采样电阻R2上得到的交流电压信号有效值UR2输入图2中运算放大器IC1,其输出为UO1,UO1正比于UR2.

 

 

图2有效值采样电路

(3)电流控制电路电流控制电路的作用是根据使用者的愿望，给驱动电路输入一个给定的直流电压Un,就可以得到所需的稳定交流电流。这种工作方式在生产过程中得到了广泛的应用，比如为空气开关动作电流或热保护器动作电流测试、分档时提供可变的稳定电流值。如果用微机来控制Un,则可自动改变此稳定电流值。

(4)驱动电路驱动电路的功能如下：

①获得由有效值采样电路得到的直流电压Uf与电流控制电路所给定的直流电压Un比较后的误差电压信号ΔU;

②处理电流控制电路给定的直流电压Un,使其与ΔU相加。当ΔU=0时，在Un的作用下，驱动电路使稳流器输出的电流正是使用者所需要的电流IO.ΔU的作用是补偿当输出电流小于IO时，ΔU能使它增加，而当输出电流大于IO时，ΔU则使它减小，最终达到输出电流稳定在IO的目的。

3实例

如图1所示。

设一宽范围交流稳压器，其指标为：

输出电压AC220V

输入电压范围AC165~255V

当改作交流稳流器时，通过变压器TR(初级接在B、C两点)及负载电阻RL得到输出电流IO=2A,如果没用稳流器，则当输入电压为255V时，输出电流IO1=(255/220)×2=2.3A;输入电压165V时，输出电流IO2=(165/220)×2=1.5A.就是说当负载电流在1.5~2.3A范围内变化时，用了稳流器后能保证输出电流稳定在2A.关于上下不对称情况，则可调整机器内部参数来实现。