CN205121397U - 一种基于plc的无触点补偿式交流稳压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于PLC的无触点补偿式交流稳压器，采用基于变压器有载调压和电压串联补偿技术的新型电力电子拓扑结构，输出电压波动小，单位容量铁磁材料消耗少。由于采用基于电压串联补偿技术的电力电子拓扑结构，使该稳压器在工作时只需补偿电压设定值和实际值的偏差电压，而无需承担负荷的全部电压，从而大大减小了稳压器单位额定容量所需的铁磁材料，也减小了开关器件的实际承载电压。采用PLC控制电力电子开关切换绕组进行实时补偿，实现了快速无触点调节，克服了传统的机械碳刷式稳压器碳刷磨损、噪声大、可靠性低、响应时间长等缺点，可以实现无噪声、高效率、高可靠性、响应迅速的自动调压。

Description

一种基于PLC的无触点补偿式交流稳压器

技术领域

本实用新型涉及交流稳压器领域，具体涉及一种基于PLC的无触点补偿式交流稳压器。

背景技术

目前，我国还有很多地方由于电力供应紧张，或电力设备严重老化，在用电高峰期，电网超负荷运行，电网电压偏低；而在用电低谷期，电网电压太高。这种电压大幅度波动的现象，很容易给一些用电设备带来损害。而随着我国经济的快速发展，大型工矿企业、邮电通讯、交通运输、国防科研等单位对用电质量的要求越来越高。电网电压的稳定性是电能质量的重要参数，它将直接影响用电设备的运转状态。因此，常常需要在负荷端配置交流稳压器来改善用电质量，保证用电设备的正常运行。交流稳压器已成为许多电子设备(如计算机、通信设备、广电发射设备、医疗设备等)和机电设备(如数控机床、注塑机等)不可缺少的供电装置。

目前市场上的很多大功率交流稳压器仍是机械碳刷式结构，由于这种结构的稳压器使用了接触式碳刷进行调节，存在碳刷工作寿命短、需要经常维护，大电流时易产生火花，引起电磁干扰，机械调压响应时间长等许多缺点。要保证电源装置能做到精密地控制和可靠地运行，必须采用电力电子技术，在装置中使用电力半导体器件(可控硅)。电力半导体器件具有效率高、控制性能好、体积小、重量轻、使用可靠等许多优点。因此，采用电力电子技术对电力稳压器进行升级换代，已是目前大功率电力稳压器的主要发展方向。

实用新型内容

针对现有的市场上的很多大功率交流稳压器仍是机械碳刷式结构，且机械碳刷式稳压器存在工作寿命短、需要经常维护的问题，本实用新型提供了一种基于PLC的无触点补偿式交流稳压器。

本实用新型采用以下的技术方案：

一种基于PLC的无触点补偿式交流稳压器，包括电压输入端和电压输出端，还包括自耦变压器、补偿变压器及PLC主机，所述自耦变压器的线圈包括两个线头端和五个抽头端，五个抽头端将自耦变压器的线圈平均分为四份，五个抽头端上均串联有一个继电器，五个继电器的输出端均与补偿变压器的初级线圈的第一线头端相连，补偿变压器的初级线圈的第二线头端分成第一支路和第二支路，第一支路通过第一继电器与电压输入端的正极相连，第二支路通过第二继电器与电压输入端的负极相连，补偿变压器的次级线圈的一个线头端与电压输入端的正极相连，另一个线头端与电压输出端的正极相连，所述继电器均与PLC主机相连。

优选地，所述自耦变压器的线圈的两个线头端分别连接电压输入端的正极和负极。

优选地，所述电压输入端的负极与电压输出端的负极相连。

优选地，还包括电源，电源与PLC主机相连接，PLC主机连接有两个模数转换器，模数转换器均连接有电压变送器，一个电压变送器与电压输入端相连，另一个电压变送器与电压输出端相连，PLC主机还连接有触摸显示屏。

优选地，所述PLC主机与触摸显示屏之间通过RS485通信，PLC主机为西门子S-200系列的PLC，触摸显示屏为台达DOP-B系列的显示屏，继电器均为交流固态继电器。

本实用新型具有的有益效果是：

本实用新型提供的基于PLC的无触点补偿式交流稳压器，采用基于变压器有载调压和电压串联补偿技术的新型电力电子拓扑结构，输出电压波动小，单位容量铁磁材料消耗少。由于采用基于电压串联补偿技术的电力电子拓扑结构，使该稳压器在工作时只需补偿电压设定值和实际值的偏差电压，而无需承担负荷的全部电压，从而大大减小了稳压器单位额定容量所需的铁磁材料，也减小了开关器件的实际承载电压。

采用PLC控制电力电子开关切换绕组进行实时补偿，实现了快速无触点调节。由于采用了PLC及固态继电器等器件，克服了传统的机械碳刷式稳压器碳刷磨损、噪声大、可靠性低、响应时间长等缺点，可以实现无噪声、高效率、高可靠性、响应迅速的自动调压。

采用过零触发和延时触发技术，解决了双向可控硅误动作而产生的环流问题，有效的避免了可控硅器件的损坏。固态继电器是电压过零触发型器件，在电压过零时开通可最大程度地减少开关产生的高次谐波对电网的影响。同时，由于固态继电器在撤去触发信号后，要等电流过零时才能关断，所以在程序中换挡时设计了半个工频周期的延时，在延时期间，所有的驱动信号都置0，以保证上一个档位的晶闸管完全关断，有效的避免了固态继电器的误动作。

稳压器的电压、档位等参数采用触摸屏显示和设置，清晰、准确、分辨率高，方便操作。

附图说明

图1为无触点补偿式交流稳压器的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行具体的说明：

结合图1，一种基于PLC的无触点补偿式交流稳压器，包括电压输入端和电压输出端，还包括自耦变压器T1、补偿变压器T2及PLC主机。

其中，自耦变压器的线圈包括两个线头端和五个抽头端，自耦变压器的线圈的两个线头端分别连接电压输入端的正极1和负极2。

五个抽头端将自耦变压器的线圈平均分为四份，五个抽头端上均串联有一个继电器。继电器S2、S3、S4、S5和S6的输出端均与补偿变压器T2的初级线圈的第一线头端5相连，补偿变压器的初级线圈的第二线头端6分成第一支路和第二支路，第一支路通过第一继电器S0与电压输入端的正极1相连，第二支路通过第二继电器S1与电压输入端的负极2相连。

补偿变压器的次级线圈的一个线头端7与电压输入端的正极1相连，另一个线头端8与电压输出端的正极3相连，电压输入端的负极4与电压输出端的负极2相连。

上述七个继电器均为交流固态继电器，七个继电器均与PLC主机相连，由PLC主机控制继电器的通断，PLC主机为稳压器的控制核心。

该稳压器还包括电源，电源与PLC主机相连接，PLC主机为西门子S-200系列的PLC。

PLC主机连接有两个模数转换器，模数转换器均连接有电压变送器，一个电压变送器与电压输入端相连，另一个电压变送器与电压输出端相连。

PLC主机还连接有触摸显示屏，触摸显示屏为台达DOP-B系列的显示屏。PLC主机与触摸显示屏之间通过RS485通信，从而实现电压、档位、时间等参数的实时显示和设定等人机交互功能。

电压输入端的输入电压U_in，输入电压经电压变送器转换为适合模数转换器的电压，然后模数转换器将模拟信号转换成数字信号输入PLC主机中，PLC主机将采集的电压与设定的电压进行比较、运算后输出控制信号，控制信号使得相应的继电器通断来改变自耦变压器的绕组组合，进而改变补偿变压器的补偿电压的大小和极性，实现电压输出端的输出电压U_out稳定在一个范围内，实现自动稳压的功能。

结合图1，电压输入端的输入电压U_in，电压输出端的输出电压U_out，五个继电器的输出端的输出电压为U₀，补偿变压器的初级线圈的输入电压为U₁，补偿变压器的次级线圈的输出电压为U₂，自耦变压器的变比为K₁，补偿变压器的变比为K₂，其中：

U_out＝U_in+U₂(1)

U₂＝U₁/K₂(2)

U₀＝U_in/K₁(3)

当S0接通时，此时：

U₁＝U_in-U₀(4)

联立式(2)、(3)和(4)，得到：

$U_2=U_{in}\frac{1}{K_2}(1-\frac{1}{K_1})---\left(5\right)$

联立式(1)、(5)，得到：

$U_{out}=U_{in}\[1+\frac{1}{K_2}(1-\frac{1}{K_1})\]---\left(6\right)$

补偿变压器的变比K₂的值取12.5，由式(5)得，当K₁分别为1，3/4，2/4，1/4，0，时，U₂的值占U_in的值的比重分别为0，2％，4％，6％，8％。

当S1接通时，此时：

U₁＝0-U₀＝-U_o(7)

联立式(2)、(3)和(7)，得到：

$U_2=U_{in}(-\frac{1}{K_1{K}_2})---\left(8\right)$

联立式(1)、(8)，得到：

$U_{out}=U_{in}(1-\frac{1}{K_1{K}_2})---\left(9\right)$

由式(8)得，当K₁分别为1，3/4，2/4，1/4，0，时，U₂的值占U_in的值的比重分别为-8％，-6％，-4％，-2％，0。

继电器S0至S6分别对应PLC的输出点Q0.0至Q0.6,当PLC输出点输出信号为1时，此输出点连接的继电器导通。

PLC的输出点数相对于U_in的百分比的对应关系如表1所示：

表1

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于PLC的无触点补偿式交流稳压器，包括电压输入端和电压输出端，其特征在于，还包括自耦变压器、补偿变压器及PLC主机，所述自耦变压器的线圈包括两个线头端和五个抽头端，五个抽头端将自耦变压器的线圈平均分为四份，五个抽头端上均串联有一个继电器，五个继电器的输出端均与补偿变压器的初级线圈的第一线头端相连，补偿变压器的初级线圈的第二线头端分成第一支路和第二支路，第一支路通过第一继电器与电压输入端的正极相连，第二支路通过第二继电器与电压输入端的负极相连，补偿变压器的次级线圈的一个线头端与电压输入端的正极相连，另一个线头端与电压输出端的正极相连，所述继电器均与PLC主机相连。

2.根据权利要求1所述的一种无触点补偿式交流稳压器，其特征在于，所述自耦变压器的线圈的两个线头端分别连接电压输入端的正极和负极。

3.根据权利要求1所述的一种无触点补偿式交流稳压器，其特征在于，所述电压输入端的负极与电压输出端的负极相连。

4.根据权利要求1所述的一种无触点补偿式交流稳压器，其特征在于，还包括电源，电源与PLC主机相连接，PLC主机连接有两个模数转换器，模数转换器均连接有电压变送器，一个电压变送器与电压输入端相连，另一个电压变送器与电压输出端相连，PLC主机还连接有触摸显示屏。

5.根据权利要求2所述的一种无触点补偿式交流稳压器，其特征在于，所述PLC主机与触摸显示屏之间通过RS485通信，PLC主机为西门子S-200系列的PLC，触摸显示屏为台达DOP-B系列的显示屏，继电器均为交流固态继电器。