CN85100595A - 交流工频低压正弦波强电流稳流装置 - Google Patents

Abstract

交流工频低压正弦波强电流稳流装置适用于电器的发热、特性试验以及其他需要稳流的场合。它的输出电流波形失真度小于5％，输出电流由零到数万安，输出电压0-10伏，允许负载电阻变化范围400％，稳流精度±1％。本装置采用静止非线性磁性元件作为调整电流环节，采用闭环调节系统滤波环节，动态响应时间小。供电电源调压器允许使用感应式调压器。

Description

本发明属于电器测试领域

在电器生产行业中，我国67年颁布的GB998-67标准（低压电器试验方法）对交流试验电流的波形没有严格的要求，而82年我国正式要求实施的IEC标准明确规定了试验电流应为正弦波形（波形失真度应不大于5%）。对一些时间/电流特性有要求的电路（如低压断路器，热脱扣器、热继电器、熔断器等），在作发热试验或特性试验时，为提高试验的精度，要求试验电流为“稳流”。由于低压电器产品的额定电流自1安以下至数千安不等，特别是在强电流时，既要电流大，又要波形好，又要求能自动稳流，也要求动态响应时间快。为同时满足上述全部要求，技术上有较大的困难，到目前为止，国内外尚未能较好地解决这一问题。

交流强电流的稳流装置，至今已有三代产品，第一代产品是用人工手动调节供电电源的调压器输出电压，以调节低压升流变压器的输出电流，精度极低，不符合标准要求，属淘汰之列。第二代产品是在电路中串联磁性元件（磁放大器）作为调节元件。当负载电流改变时，自动改变磁性元件的电抗值，以调节输出电流，缺点是波形失真大，不符合标准要求，第三代产品是伺服系统调压稳流装置，它是将主回路试验电流经互感器得到一个与试验电流成正比的小信号，再将它与预先整定的值（用电位器调节）进行比较，然后将差值信号放大，带动惯性很小的电动机（0.2秒）来调压，保持电流稳流。目前我国尚无此第三代产品。

本发明的交流工频低压正弦波强电流稳流装置，其动态响应时间将大大小于西德BBC研制的第三代产品。

本发明的稳流装置在于采用了以下技术方案

＊采用时间常数小的与交流绕组串联的外反馈磁放大器作为调节环节。

＊采用并联三次和五次谐波滤波器，以及采用串联偶次谐波抑制器，以削弱负载试验电流中的谐波分量。

＊采用比例一积分闭环调节系统。

＊采用多台低压升流变压器或多磁路变压器方案，对阻值变化大的负载（如熔断器与热继电器检验台）用在一个升流变压器原绕组中串联电阻的方法，来降低电路总阻值变化的比值，用以减小动态响应时间。

＊在磁放大器的位移绕组供电电路中，以串联电抗器抑制偶次谐波，而减小时间常数。

＊适当提高控制绕组的电源电压，并在控制绕组电路中串联电阻，用以减小时间常数。

本发明的实施方案见附图。

图中T₁、T₂、T₃为三台参数相同的降压升流变压器或多磁路变压器，三台变压器副边绕组串联，被试电器R_L接在上述变压器的副边回路。T₁变压器的原绕组与磁放大器MA相串联后接至调压器T。磁放大器MA的交流绕组MN串联连接，并具有外反馈绕组N_f。在外反馈绕组N_f回路中串入电抗器L₃，位移绕组N_d回路中串入电抗器L₄，它们都是为抑制偶次谐波的电抗器。图中F为由L₁、C₁及L₂、C₂组成的奇次谐波滤波器。T₂变压器的原边用开关K可转换成使原绕组短路或将原绕组接至电源电压。在电流互感器CT的副边串入一低值电阻R₁。位移绕组N_d通以电流I_d后，用做位移磁放大器的输入/输出特性。T₃变压器原绕组中串联可调电阻器R，它根据负载电阻的变化大小来选择电阻值。若R( (N₂)/(N₁) )²＞R_L，则由于R_L阻值变化而引起的回路总电阻变化的比值，即可相应减小。当输出的电压要求低于每一升流变压器的副边额定电压U₂时，可将T₂变压器原绕组开关K短接，此时T₂变压器副边输出电压为零。当输出的电压要求大于U₂时，则将T₂原绕组接至电源电压。

控制绕组N_c中电流I_c的改变能使磁放大器交流绕组N_N的阻抗改变，可以改变输出电流I_L的大小，调节输出电流时，先将电位器W的输出电压调至零，调节调压器T的输出电压为某一定值（用电压表V₁读数），然后将电位器W的输出电压逐渐调大，此电压输入到比例积分调节器A，再经过放大器B₁，放大器B₁的输出电流I_c增加，I_c流入磁放大器的控制绕组N_c，随之输出负载电流I_L也增大，电流互感器CT副边电路中，电阻R₁上的电压降也增加，此电压送至比例积分调节器的反馈电路，调节器即进行负载电流I_L的自动调整，用改变电位器W输出电压的大小，来调节负载所需的电流值I_L。

磁放大器是一种非线性元件，工作时交流绕组N_N中电流I₁有奇次谐波分量。因此，在变压器T₁原绕组两端与滤波器F相并联，L₁、C₁组成三次谐波滤波器，L₂、C₂组成五次谐波滤波器（如果五次谐波分量很小时，L₂、C₂亦可不用），使负载电流I_L中的奇次谐波分量大大削弱，由于在反馈绕组N_f及位移绕组N_d中会感应偶次谐波电势，在反馈绕组回路中串联电抗器L₃和在位移绕组N_d回路中串联电抗器L₄，以阻止偶次谐波电流的流通。反馈绕组N_f中的偶次谐波减少后，T₁原绕组及负载电流I_L中的偶次谐波分量也被削弱，抑制了位移绕组N_d回路中的偶次谐波电流，能有效地减小磁放大器的时间常数。

奇次谐波滤波器F中电感L₁、电容C₁的参数选择，可以满足以下公式：

L₁C₁= 1/((2π×150)²)

L₁＝ 1/((2π×50)²C₁)

L₂与C₂的参数选择可以满足以下公式：

L₂C₂＝ 1/((2π×250)²)

L₂＞ 1/((2π×50)²C₂)

L₂的电感值选择范围可以为几十到几百毫亨。

采用了上述措施和参数，能有效地改善输出电流的波形。本发明方案可以使用输出波形较差的感应式调压器做为电源调压器T₁，使已被试验站所淘汰的，但输出容量较大的感应式调压器重新得到使用，可节约设备投资费用。

选择交流绕组串联连接和采用外反馈磁放大器，在位移绕组中串联电抗器L₄（L₄的参数应尽量选大，可选择在几百毫亨以上），以及在磁放大器设计时采取其他减小时间常数的措施，都是为减少装置的动态响应时间所必需。由于采取了上述一系列措施，整套装置又为静止式，响应时间大为减少。

目前国外第三代稳流装置中，西德的稳流装置的参数为负载阻值变化10%，响应时间为0.4秒;负载电阻变化51%时，响应时间为1.8秒。

本发明的装置采用了多台升流变压器（也可多于三台），交流绕组串联接法的外反馈磁放大器，谐波滤波器和抑制器，串联可调电阻器R等一系列措施，不仅输出电流波形好，而且装置是静止式的，其动态响应时间小，经样机初步试验，在负载电阻增大400%时，响应时间在1秒以下，稳流精度为±1%，输出电流波形失真度小于5%，输出电流自零到数万安（本样机输出电流为0-4000安，输出电压为0-10伏）。虽然也采用了磁放大器的方案，但性能上大大优于第二代产品和国外最新的第三代产品。

Claims (5)

1、一种交流工频低压正弦波强电流稳流装置，其特征在于在调压器T后选用由L₁C₁及L₂C₂组成的奇次谐波滤波器F，还有为抑制偶次谐波的电抗器L₃，L₄。

2、按照权利要求1项所述的正弦波强电流稳流装置，其中奇次谐波滤波器中电感L₁和L₂的参数选择可以满足L₁C₁＝ 1/((2π×150)2) ，L₁＞ 1/((2π×50)²C₁) 和L₂C₂＝ 1/((2π×250)²) ，L₂＞ 1/((2π×50)2C₂) ，还有为抑制偶次谐波的电抗器L₃，其参数选择范围可以为几十到几百毫亨;L₄应尽量选大一点，在几百毫亨以上。

3、按照权利要求1、2项所述的正弦波强电流稳流装置，其中为抑制偶次谐波的电抗器是L₃和L₄，L₃与磁放大器MA的外反馈绕组N_f相串接，L₄是与位移绕组N_d相串接。

4、按照权利要求1、2项所述的正弦波强电流稳流装置，其特征在于采用多台参数相同的降压升流变压器T₁，T₂，T₃或多磁路变压器。

5、按照权利要求4项所述的正弦波强电流稳流装置，其特征在于该三台变压器T₁，T₂，T₃的副边绕组以及在变压器T₃的原边绕组中串联有可调电阻器R，被试电器（负载电阻）R_L接在该变压器的副边电路上，根据负载电阻R_L的变化大小来选择可调电阻器的电阻值。

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