单相交流稳压器的原理分析

邵 民

新乡职业技术学院，河南新乡 453000

单相交流稳压器根据调压原理可分为两类：一类是补偿式稳压器。另一类是伺服式稳压器。单相交流稳压器调压的工作原理虽有不同，基本结构却大致相同，如图所示：

电压调节控制是控制输出电压是否升高或降低，是稳压器的最主要部件。稳压器一般按控制调节方式划分分类。取样电路对稳压器的输出电压进行检测，将输出电压变化按一定比例传送到控制电路。控制电路将取样信号与基准电压进行比较，产生误差调整信号，经整形放大后送到驱动控制，输出电压升高时，产生电压降低控制信号，驱动控制电路通过电压调节控制将输出电压降低，输出电压降低时则相反控制。驱动控制电路是将误差调整信号进行功率放大后，控制电压调节电路，从而使输出电压保持稳定，构成闭环负反馈。输出保护则常采用继电器、接触器、熔断保险等元件，实现开机延时，过流、过压等保护功能。显示电路是将工作、保护等信息通过显示器显示出来，便于监视运行状况。

两类单相交流稳压器的原理区别就是调节方式，补偿式稳压器是通过控制继电器或晶闸管改变变压器的输出抽头来调节输出电压。由主变压器T1和补偿变压器T2组成.补偿变压器与主变压器串联在回路中,调整补偿压变压器T2与主变压器的相位关系，输出电压Uo就可以在一定范围内得到补偿。一般补偿为20V，如输入电压Ui为200V时，Uo=Ui+20V=220V。当输入电压Ui为240V时，Uo=Ui-20V=220V。通常补偿变压器由多组构成，以扩大稳压范围。补偿的相位控制一般由继电器或晶闸管实现。这类稳压器的优点是结构简单，容量较大，成本低。缺点是稳压精度低，尤其是继电器控制，在动作时电源瞬间中断，并产生电磁干扰，不能为计算机等电子设备稳压。

要求较高的稳压器一般采用伺服式稳压器，这类稳压器利用自耦变压器调压原理制成的.由伺服电机通过减速装置来驱动滑动臂，当输入电压高于220V时, 滑动臂向下，自耦变压器工作在降压状态,当输入电压低于220V时, 滑动臂向上，自耦变压器就工作在升压状态。输出电压连续且精度较高。但受自耦变压器制造工艺的限制,容量不能做得太大,适用于小功率稳压。

目前，采用伺服电机自动调整自耦变压器加补偿变压器的工作方式，来实现稳压器功率和精度的兼顾，被广泛使用。补偿变压器提供补偿电压,补偿电压的大小和方向根据补偿变压器滑动臂的移动都来改变,从而得到了方向、大小都可以改变的补偿电压,与输入电压进行矢量叠加，得到稳定的输出电压。实现无间断、精度高、功率较大的稳压。下面分析一款实用10KVA双变压器大功率稳压器的稳压原理，电路原理图如下。

电压调整电路： B1为自耦调压变压器，B2为补偿变压器。绕组①、②为自耦调压变压器B2的主绕组，线径粗，匝数较少，作为主输出绕组，与补偿变压器B1⑤、⑦绕组串联。B2的副绕组③、④，并联在变压器B1的160V抽头⑥和滑动臂⑧之间，给③、④绕组提供补偿电压。电源输入通过断路器接B2的输入，经过B1电压补偿后输出稳压的220V。在继电器J后输出。

如果输入电压大于220V时，伺服电机拖动的滑动臂向上方移动。这时B2③、④副绕组电流减小或与B2①、②绕组电流相位相反，减弱B2主磁通，降低了B2主绕组的输出电压。如果输入电压低于220V时，滑动臂⑧向下方移动。则B2副绕组③、④的电流相位与B2①、②绕组电流相位相同，对B1主磁通产生增强作用，输出电压升高。当输入电压为220V时，滑动臂⑧移动到⑥的位置。副绕组③、④两端电压为0V，没有补偿作用。伺服电机的滑动臂安装在环形变压器B1的中间，通过控制电路和驱动电路完成电压调整。

B1抽头⑥设置在160V处，当输入电压160V时滑动臂移动到B1的最下端⑦处，加在补偿绕组③、④上的电压为160V，补偿后②端输出220V。则①、②绕组上的电压为60V。B2两个绕组电压比约为1:2.66。当滑动臂移动到B1最高端⑤时，③、④绕组加反向60V，则①、②绕组的反向电压约为22.5V。由此，该稳压器的稳压范围在160V～242V之间。

电源电路：

1）由D1、D2全波整流，阻容滤波后为U1、U2提供取样电压；

2）变压器B1双15V输出给控制电路板提供交流电压，由D3、D4、D5、D6和C1、C2桥式整流、滤波后产生±20V加在驱动电路BG1、BG2集电极，驱动电机的正反转；

3）由R2、R3、D7、D8稳压成±13V，给运算放大器U1、U2提供正负电源和基准电压。4.由7812稳压后给过压保护电路提供电源。

控制电路：U2为运放HA17741，也有采用LM741，为电机提供伺服控制信号。③脚通过R8接地，基准电压为0V。②脚经R12取样， R5接电位器VR1调整输出。输出电压220V时，②脚为0V。当输出升高时，取样电压升高。②脚为反相输入端，输入电压升高使⑥脚输出为负电压。BG2导通驱动电机反向转动，使滑动臂向B1上方移动，为B2提供反向补偿电压，降低输出电压。当滑动臂转到最上端，电压仍然偏高时，滑动臂触发限位开关K2断开，电机停转。当电压恢复正常后，二极管D02为K2断开时给电机提供正转通路，否则滑动臂无法返回。当输出电压小于220V时,取样电压降低，②脚为负压，⑥脚输出电压为正。BG1导通驱动电机使滑动臂转向下方，为B2提供正向补偿电压，使输出电压升高。K1与D01在升压过程中作用与K2、D02相同。稳压管D9和VR1等构成负压偏置电路， VR1电压与R12的取样电压叠加，当输出为220V时，②脚为0V。U2作为一个电压比较器，对②、③脚电压进行比较，②>③输出为负电压，反之为正电压。调整VR1输出电压越负，输出电压就会升高。出厂前，在输入电压220V时通过调整VR1使输出电压为220V。

保护延时电路：HA17324为四运放U1，也可采用LM324，作为欠压、过压和延时控制电路。当输入电压过高，超过调整范围时，U1-d输出高电平，过压指示灯亮。同时D13、R28使U1-b也输出高电平，BG3导通使U1-a③脚接地，①脚为负压使BG4截止。继电器J断电，稳压器输出为0，实现过压保护。C10和C13的作用是当电网电压瞬间波动时，吸收干扰脉冲防止误动。BG3集电极电阻和电容起延时作用。运放U1-c输入端与U1-d相反，当电压补偿后输出还偏低，⑧脚输出高电平，欠压警示灯亮，但不切断输出。调整VR2设定继电器释放的保护电压值。