学文网开关电源变压器篇1
[关键词]开关电源变压器 交错绕制 漏感 功率
中***分类号：TM41 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）33-0341-01
一、线圈交错绕法介绍
变压器做为开关电源的核心部件，其主要作用是变换电流电压阻抗，在电源和负载之间进行直流隔离，以最大限度的传送电源能量（功率）。高效开关电源的设计，关键取决于变压器的优化设计，比如如何提高变压器输出效率，减小变压器对MOS管漏极应力，以降低开关电源成本等等。
1.1 反激式变压器
传统反激式变压器通常为初、次级绕组同槽分层绕制方式。其层间使用绝缘胶带进行隔离，端头采用挡墙胶带进行定位，引出线采用套管进行处理，以保证初次级之间的安规距离。为了降低变压器漏感，减小其对MOS管漏极电压应力，通过对绕线结构进行优化设计，采用初次级交错绕制Sandwich绕法。即将初级绕组均分成两部分，先绕制1/2初级绕组N1，然后绕制次级绕组（N2/N3/N4），最后再绕制余数1/2初级绕组（N5）。如（***1）所示。
1.2 谐振式变压器
传统谐振式开关电源变压器通常为分槽型，即具有两个绕线槽（如***2所示）。初级绕组（N1）、次级多路绕组（N2～N5）分别位于两绕线槽中，且初次级中间具有隔离槽，以保证初次级之间的安规距离。为提高变压器的输出效率，通过对绕线结构及骨架、护套、挡板等进行优化设计，在结构上采用初级绕组位于中间，次级绕组分成两部分，对称分布于两侧的方式。如***3所示。
二、理论分析
利用初次级绕组交错绕制的方式，相对于传统绕制方式而言，减小了绕组窗口内的磁场强度（即漏磁通），具体理论分析如下：
假设I1N1为初级安匝数，I2N2为次级安匝数，b为初级绕组占窗口宽度，l为窗口长度，初次级绕组间隙宽度值为c，d为次级绕组占窗口宽度。
在理想情况下，根据安培环路定律沿环路积分得到
式中，H1为全部初级安匝在窗口产生的磁场强度；从式中可见，在初级绕组宽度内，磁场强度随x线性增加，当x=b时，环路包围了整个初级，磁场强度不变且等于H1。在初次级间包围的环路中没有增加电流，磁场强度不变（H1），一直保持到x=b+c。
当x>b+c时，包围了次级反向电流，这里的磁场强度为
从而，我们可以得到传统绕制方式的绕组窗口磁场强度分布***如（***4）所示，而如果将次级（或初级）绕组分成两半，将初级（或次级）绕组夹在中间，其绕组窗口磁场强度的分布***如（***5）所示。从***中可以看出，交错绕制方式下的窗口最大磁场强度比传统绕制方式下的窗口最大磁场强度小一倍（即Hm=1/2 H1），初级绕组空间磁场总能量降低为传统型的1/4，次级绕组空间磁场总能量降低为传统的1/4。
综上，通过初次级交错绕制的方式，一方面，对于反激式变压器而言，降低了绕制空间磁场总能量，就可以降低变压器的漏感，减小对MOS管漏极的电压应力；另一方面，对于谐振式变压器而言，因为绕组交流电阻随所处磁场强度的降低而减小，所以绕组的涡流损耗也将降低，最终使得变压器的输出功率得以提升。
三、应用案例
3.1 EQ3314型反激式变压器
以EQ3314型磁芯骨架为例，分别采用传统绕法和初次级交错绕法绕制变压器，并在电源中进行测试。其中，初次级交错绕法绕制的变压器，漏感值以及对MOS漏极电压应力值均小于传统绕法绕制的变压器。具体如（表1）所示。
3.2 EFD4044型谐振式变压器
以EFD4044型磁芯骨架为例，分别采用传统绕法和初次级交错绕法绕制变压器，并在电源中进行测试。其中，初次级交错绕法绕制的变压器，温升值较低，可输出功率较高（表2）。
开关电源变压器篇2
1 引 言
近年来, 我国上海、广州和北京等城市引进的地铁车辆上, 辅助电源均采用了静止式辅助逆变电源。广州地铁和上海地铁2# 线为IGBT 辅助逆变电源; 北京“复八线” 为GTO 热管散热器自冷式辅助逆变电源。因此开发和研制地铁车辆静止式辅助逆变电源实现国产化是发展我国城市轨道交通的必然趋势。静止式辅助逆变电源与传统的电动发电机组供电方式的比较如下:
(1) 静止式辅助逆变电源直接从地铁动车第三轨受电, 经过DC/ DC 斩波变换后向三相逆变器提供稳定的输入电压, 通过VVVF 变频调压控制, 逆变器输出三相交流电压向负载供电, 对于多路输出电源, 电路采用变压器隔离形式。这种辅助逆变电源的优点是输出电压品质因数好、电源使用效率高、工作性能安全可靠。
(2) 传统地铁辅助电源通常采用旋转式电动发电机组的供电方案。电动机从DC750V 第三轨受电, 发电机输出三相交流电压向负载供电, 对于直流DC110V 和DC24V 部分用电设备, 仍需通过三相变压器和整流装置提供电源。这种供电方式机组体积大、输出容量小、效率低, 电源易受直流发电机组工况变化的影响, 输出电压波动大, 可靠性差。
2 地铁车辆辅助电源系统方案比较
下面针对DC750V 地铁车辆上几种常用的辅助逆变电源电路结构方案, 进行分析和比较。211 直接逆变方式***1 是地铁车辆辅助逆变电源最简单的基本电路结构形式。开关元器件通常可采用大功率GTO , IGBT 或IPM 。辅助逆变电源采用直接从第三供电轨受流方式, 逆变器按V/ f 等于常数的控制方式, 输出三相脉宽调制电压向负载供电。这种电路的特点是电路结构简单、元器件使用数量少、控制方便, 但缺点是逆变器电源输出电压容易受电网输入电压的波动影响, 输入与输出不隔离, 输出的电压品质因数差、谐波含量大、负载使用效率低。
***1 直接逆变辅助电源电路结构原理***
212 斩波降压逆变方式
斩波降压加逆变方式的辅助电源电路结构如***2 所示。此电路主要由单管DC/ DC 斩波器、二点式逆变器、三相滤波器、隔离变压器和整流电路组成。逆变器输出经过三相滤波后, 输出稳定的正弦三相交流电压, 作为驱动空调机、风机等三相交流负载电源, 同时三相交流电压经变压器和整流后, 可实现电源的多路直流输出。其特点如下。
(1) 三相逆变器输出电压不受输入电网电压波动的影响, DC/ DC 斩波的闭环控制可以保持逆变器输入电压的恒定。
(2) 每台辅助逆变电源斩波器只需一只大功率高压IGBT 元件, 逆变器可以采用较低电压的IGBT 元件。
(3) 由于逆变器输入电压恒定, 对于只要求CVCF 控制的逆变器来说, 只需要一定数量的梯波输出, 即可保证逆变器输出稳定的脉宽调制电压, 谐波含量小于5 % 。
(4) 斩波器分散布置在每台车的电源上, 机组结构统一。对于供电网, 虽然每台电源斩波的开关频率相同, 但它们之间的斩波相位差是随机的, 同样可实现斩波器多相多重斩波作用。
(5) 隔离变压器的使用实现了电网输入与输出负载之间的电气隔离。
***2 斩波降压逆变方式电路结构原理***
213 两重斩波降压逆变方式
与单管直接DC/ DC 斩波降压逆变方式的辅助电源电路基本相同, 两重斩波器替代了DC/ DC 单管斩波器, 开关元器件可采用GTO 、IGBT 或IPM 。电路结构原理***如***3 所示。其特点如下。
(1) 采用两重斩波器, 当上、下两个斩波器控制相位互相错开180°时, 可以使斩波器的开关频率相应提高一倍, 因而可大大减小滤波装置的体积和重量, 降低逆变器中间直流环节电压的脉动量, 提高辅助逆变电源的抗干扰能力。
(2) 两重斩波器闭环控制起到了稳压和变压作用, 因此可提高逆变器的输出效率。
(3) 两重DC/ DC 斩波器与单管斩波器相比, 开关元器件和斩波器的附件多了一倍, 但管子的耐 压可降低一半, 提高了元件的使用裕度和设备的安全可靠性。
(4) 直流供电网与负载之间的变压器隔离以及相应设计的滤波器, 可以保证逆变器输出的三相交流电压谐波最小, 且可降低对负载过充电压的影响, 提高负载的使用寿命。
***3 两重斩波降压逆变方式电路结构原理***
214 升降压斩波逆变方式
***4 为升降压斩波加逆变的地铁辅助电源电路结构原理***, 前级斩波由一个平波电抗器及两个开关管、二极管和储能电抗器构成, 升降压斩波器本质上相当于两相DC/ DC 直流变换器, 控制系统采用PWM 控制方式。两个开关管交替通断, 按输出电压适当地控制脉冲宽度, 可以获得与输入电压相反的恒定直流输出电压。后级逆变输出由两点式三相逆变器和三相滤波器组成。斩波器和逆变器开关元器件可采用GTO 或IGBT , IPM 等。此电路的特点是: 电网电压的波动不影响斩波器输出电压的恒定稳定, 当电网电压高于斩波器输出电压时, 斩波器按降压斩波控制方式工作; 当电网电压低于斩波器输出电压时, 斩波器按升压斩波控制方式工作。两个开关管的交替导通和关断, 提高了斩波开关频率, 降低了储能电抗器体积和容量以及开关器件的电压应力, 减小了输出电压的脉动量。
***4 升降压斩波逆变方式电路结构原理***
3 地铁辅助逆变电源的开发与研制
开关电源变压器篇3
1.1断路器在分闸位置，电动操作断路器合、分闸原理由于低压系统单母线分段运行，断路器1QF在工作位置分闸后，接通控制电源电动操作断路器合闸时，必须确保断路器2QF或3QF在分闸位置，即接触器2KM或3KM的常闭接点在接通位置实现闭锁。断路器1QF在工作位置时，位置开关SQ是接通的，此时手动按下合闸按钮QA时，中间继电器1KA线圈回路被接通，即L11FUQA2KM（3KM）TASQ1KAN，中间继电器1KA励磁动作，其三对常开触点1KA1、1KA2、1KA3闭合，其中常开触点1KA1接通自保持回路，即L11FU1KA12KM（3KM）TASQ1KAN，此时即便合闸按钮QA返回断开时，中间继电器1KM仍处在励磁状态。因为断路器1QF分合闸位置开关2SQ在分闸位置时，其常闭触点2SQ1是接通的；中间继电器2KA线圈回路被断路器分合闸位置开关2SQ在分闸位置时，其常开触点2SQ2是切断的，且中间继电器2KA常闭触点2KA2处在闭合状态，中间继电器1KA的常开触点1KA3的接通，使合闸回路接通，即L11FU1KA32KA22SQ1MN，交流微型电机M带电驱动断路器操作机构使断路器合闸。合闸到位后，断路器分合闸位置开关常开常闭触点转换，常闭接点2SQ1断开，合闸回路中的电机M被分合闸位置开关常闭触点2SQ1切断，电机在此位置可靠停止，断路器实现合闸。中间继电器1KA1接点组成的自保持回路在电路别重要，因为在手动操作合闸过程中，如没有自保持回路，在合闸按钮QA按下后立刻返回时，中间继电器1KA动作后随即也返回，接通合闸回路的中间继电器1KA常开触点1KA3打开，微型交流电机M在断路器还未合闸时停止，导致合闸失败。此类故障在低压断路器操作中比较常见，中间继电器1KA的工作状态需引起运行人员的格外注意。断路器实现合闸后，分合闸位置开关常开触点2SQ2接通，中间继电器2KA线圈回路被分合闸位置开关常开触点2SQ2接通励磁，即L11FU1KA22SQ22KAN，中间继电器2KA的常开触点2KA1、2KA2闭合，常开触点2KA1对2KA线圈回路实现自保持，常开触点2KA2为断路器分闸做好准备。操作低压断路器1QF分闸时，按下分闸按钮TA，中间继电器1KA线圈回路被切断，中间继电器1KA失磁，常闭触点1KA1闭合，此时，分闸回路被中间继电器1KA常闭触点1KA1接通，即L11FU1KA12KA2MN，微型交流电机M驱动断路器操作机构动作使断路器分闸。断路器分闸后，分合闸位置开关常开触点2SQ2打开，切断中间继电器2KA线圈回路使其失磁，常开触点2KA2打开，微型交流电机M回路被常开触点2KA2切断，电机M停止，断路器实现可靠分闸。1.2低压断路器1QF在工作位置合闸后，电动操作断路器分合闸原理当断路器1QF在工作位置合闸后，接通控制电源电动操作断路器分闸时，由于分合闸位置开关常开触点1SQ1、常开触点2SQ1闭合，中间继电器2KA也失磁，常闭触点2KA1闭合。中间继电器1KA线圈回路通过分合闸位置开关常开触点1SQ1或常开触点2SQ1和中间继电器2KA常闭触点2KA1自动接通，即L11FU1SQ1（2SQ1）2KA11KAN，中间继电器1KA励磁。此时操作低压断路器分闸过程与断路器1QF在工作位置分闸后，接通控制电源电动操作断路器分、合闸原理时分析的分闸过程相同。假设控制电路中，若无分合闸位置开关常开触点1SQ1或常开触点2SQ1回路，低压断路器在合闸位置，接通控制电源操作断路器分闸时，由于中间继电器1KA无法自动励磁动作，中间继电器2KA也不能励磁动作，此时若按分闸按钮TA，无法使断路器分闸；在上述情况下，若进行分闸，只有先手动按一下合闸按钮QA，使中间继电器1KA励磁并实现自保持，这样可使2KM也能可靠励磁，使常开触点2KA2闭合，才能为断路器分闸做好准备，此时若手动操作分闸按钮TA，能使断路器分闸。
2低压断路器控制电源接线的改进
2.1低压断路器原控制电源的接线低压断路器1QF控制电源（L1）取自变压器1TM低压侧，变压器1TM故障失电时，低压断路器1QF控制电源（L1）将会消失，显然低压断路器1QF的控制电源接线不可靠；低压断路器2QF控制电源（L2）取自变压器2TM低压侧，变压器2TM故障失电时，低压断路器2QF控制电源（L2）也将会消失，低压断路器2QF控制电源接线也同样不可靠。为了保证低压断路器1QF、2QF控制电源的可靠性，原控制电路采取了互投的方式，母联断路器3QF控制电源（L3）由控制电源（L1）和控制电源（L2）通过互投电路提供，控制电源互投电路原理如***5左边***中所示。变压器1TM带电，变压器2TM不带电时，控制电源（L1）带电，（L2）不带电，接触器1KM的线圈回路接通，即L11FU2KM11KMN。接触器1KM励磁动作，常开触点1KM1闭合，控制电源（L3）由变压器1TM提供，即L11FU2KM11KM1L3回路接通，此时即便是变压器2TM带电，由于接触器1KM的常闭触点1KM1已打开，接触器2KM的线圈回路被切断，控制电源（L3）只能由变压器1TM提供；变压器1TM失电，变压器2TM带电时，因变压器1TM失电，接触器1KM同时失磁，常开触点1KM1打开，常闭触点1KM1闭合，接触器2KM的线圈回路自动接通，即L22FU1KM12KMN，接触器2KM励磁动作，接触器2KM的常开触点2KM1接通，控制电源（L3）由变压器2TM提供，即L22FU1KM12KM1L3回路接通。控制电源瞬时切换至由变压器2TM提供，可见母联断路器3QF控制电源（L3）在变压器1TM、2TM同时带电时，能可靠输出，当变压器1TM、2TM中有一台失电时，能够瞬时切换，可靠输出。2.2低压断路器1QF、2QF控制电源接线的改进低压断路器1QF、2QF原控制电源存在变压器1TM、2TM失电时，接线可靠性差的问题，母联断路器3QF控制电源由于采用了控制电源（L1）和控制电源（L2）互投电路输出的方法，接线比较可靠。为了使变压器1TM、2TM低压侧断路器1QF、2QF控制电源更加安全可靠，我们将断路器1QF、2QF控制电源L1、L2均并接至母联断路器3QF的控制电源L3上，即L1、L2、L3均并接到一起，如***5右边***中所示。这样，当变压器1TM或2TM失电时，低压侧断路器1QF、2QF控制电源将不会再丢失，增加了控制电源可靠性和运行安全性。
3小结
开关电源变压器篇4
【关键词】机电设备；开关电源；设计
1.机电设备中开关电源的工作原理
1.1 原理简介
在节电设备的开关电源中，开关元件主要是利用电子技术通过半导体等相关的元器件对开关的打开以及关闭进行控制，从而有效的保证电压能够稳定的输出。通过开关电源能够使得晶体管能够实现接通与关闭，晶体管导通的情况下，电压比较低，电流比较大；晶体管关闭时，电压比较高，电流比较小。半导体元件中电压与电流的成绩就是该元件的损耗量，所以说此类开关电源能够在损耗比较低的情况下能够提供多种直流电源。
在PWM工作的时候其首先是将输入电流的电压进行斩波，从而将其转换为与输入电压幅值相同的脉冲电压。对于机电设备开关电源的调节主要是通过脉冲的占空比进行控制的，通过PWM将其斩波为交流方波之后，就可以通过变压器等设备对幅值进行控制。想增加电压的组数，只需对变压器的绕组数目的增加就可以实现。通过整流滤波的作用，就能够获得我们所需要的直流电压。
在对机电设备开关电源的设计中，输入能够从母线出获取，这是对于变频器的特点进行分析得出的结论。在开关电源的设计中主要包括以下几个方面：输入电路、功率因数的校正以及转换、输出电路和频率振荡器等部分。
若想实现电能的转换主要是靠高频的电子开关实现的，根据数据分析可知若接通占空比的高地决定着负载电压的高地。
1.2 UC3842的反激式原理简介
对开关电源的分类通常有反激式变换器以及正激式变换器两种，在本文中笔者将对反激式变压器进行着重讨论。反激式变换器主要指的是变压器的初级性与次级性时不同的，而正激式变换器则与之相反。
对于反激式变换器的工作原理介绍：在打开的时候，Q1为导通的状态，在LP的两侧对其加以电压U0，此时的电流就会呈线性增加的方式进行升高，反激式变换器则进行储能作用；反激式变换器的此时的电压为N0/N2与Vm以及D的乘积，在这个时候位于L5两侧的电压上方的为负电压，下方的为正电压，但是D0由于反偏的作用就会停止。在其关闭的时候，Q1处于关闭状态，此时其中的电流为0，但是在原边中的电压的极性则呈反向，相应的副边电压也会发生调换，这时候之前所储存在变压器中的磁能就会转变为电能进行释放。
对于单端的反激式变换器来说，在其开关导通的时候能够进行电能的储存，在将开关关闭的时候能够将之前所储存的电能进行释放，所以说高频变压器不仅具有变压、隔离的作用，同时还是一种能够进行能力储存的元件。
2.关于开关电源的设计细节
2.1 所选用的器件介绍
通过UC3842能够产生PWM波形，能够对电流方式进行很好的控制。在这种电路中不但具有振荡器，而且具有能够为温度补偿提供参考等作用，若想有效的驱动MOSFET，就必须选用大电流***腾柱输出。
在UC3842中，首先要在其引脚的电路的1脚要求与定时电阻和电容之间进行连接，其作用是控制震荡频率；2脚与阻容元件之间进行连接，其主要作用就是对误差放大器的频率进行补偿；其3脚要与反馈电压的输入端之间进行连接，这样才能够实现其电压转向反响输入端的功能；与4脚进行连接的则是电流的检测输入端；；7脚的作用为基准的电压输出。
在TL431电路中的电压基准与齐纳管的运行为同种原理，利用外部电阻能够实现对其电压编程为40V，通常将其坎作为能够维持电压稳定的二极管，在其两端的输出电压主要是由它外部所连接的电阻所决定的。当TL431的输出电压提高的时候，就会使得其中的晶体管VT能够导通，其输出电压相应的就会降低。
由于在开关电源的输入端的电源大多都是从直流的母线中所取得的，在反激变换功率关断的时候就会使得电压出现顶峰，为了对电路进行保护就必须对其采取相应的措施以抑制。通过RCD能够有效的缓解存在于元器件两侧的过电压。通过RCD电路的设计，根据楞次定律的相关知识可以知道，当关断MOS的时候，能够在变压器的原边中形成一个非常高的瞬时电压，由此可见在设计选择MOS的时候要保证其能够承受的电压在实际电路输入电压的1.5倍以上。
2.2 关于电路
在机电设备的开关电源的设计主要是为了实现对于功率开关管的控制以及IC的控制，其电源的供给主要是通过直流母线，之后再设计各种电压的开关电源。在本文中笔者将对10V的开关电源的设计过程进行阐述，向大家讲解机械设备的开关电源设计中的关键。
UC3842这种芯片能够很好的实现对电流控制的功能，这种芯片主要是通过对频率的调节从而实现对输出电压的有效控制。在其工作的状态中在滤波器的作用下，能够对开关的噪音以及谐波等进行滤除。交流电压之间形成一个能够抗串膜的干扰电路，主要就是为了能够对噪声实现其抑制的作用。
电路中的交流电源能够在经其处理之后进去到整流器之中，从而获得我们所需要的电压。也就是说通过滤波电容的输入将输入电压中所存在的一些干扰因素进行去除，从而得到一个稳定的输出电压。
对于启动电路中主要包括电阻以及电容，若想保证其在启动之后能够正常工作，首先要保证其功率能够达到2W，在电容中所存储的能量要保证能够满足开关电源启动时的需求，不能够低于150uF。
由于此电源开关中有很多电路输出，不能够单纯的对其中的某一路进行反馈，所以说要在电路中设计一个反馈线圈来进行对电压的反馈，由此实现对没路输出进行很好的控制。通过整流滤波的作用能够为人们提供一个相对较为稳定的电压反馈。
在通过UC3842对电路进行保护的时候，如果输入端出现短路的情况，就会导致过流的现象，从而导致漏极电流明显的提高，其中的电压也会有明显的提高。
如果引脚中的电压超过2V的时候，比较器中就会输出比高电平，这样就会使锁存器复位，输出也就会随之而关闭。在这种情况下芯片的引脚中是没有输出电压的，从而达到了保护电路的目的。如果电路中的电压太高，不能够很好的实现对占空比的调整，就会导致变压器中的电压升高，从而输出也会关闭。
在电路短路的情况下，电流的突然增大所产生的热量就会使电阻值增大，实现断路的作用，经过技术解决之后，自恢复开关便能够恢复其阻抗值。
根据示波器的显示我们可以发现，在直流母线的上电过程中电压不够稳定，但是在芯片的调解下，能够有效地保证电压输出，由此可见其抗干扰的能力是非常强的，所以在一些比较复杂的环境中也能够正常的工作。
在机电设备开关电源的设计中要实现电源通道之间的相互隔离，只需在原基础之上加入一些新的元器件就能够达到我们的目的，投资不高，能够更好的对变频器进行利用。根据机电设备中开关电源的使用调查情况可以发现，此电路系统是非常安全的。
3.变压器的设计细节
3.1 变压器参数
变压器的工作频率为50kHz，变压器的工作周期为30us，其工作效率η为0.87；变压器的电压为220v±50%，所以其范围为110v—330v，该变压器的输出功率为120w。
3.2 变压器设计过程
在变压器的设计过程中首先要按照整流管的损耗选择合理的刺心，变压器的输入功率通过计算式计算为率P输入=P输出/η=120/0.87=138W。变压器的磁芯一般都是选用铁氧体的磁芯，主要原因是由于这种磁芯的电阻率比较高，而且价格比较便宜。
UC3842能够有效的对电流的峰值进行控制，在其正常运转的情况下，该芯片的占空比要小于0.6，在变压器的设计过程中占空比按照0.5进行计算，所以说在变压器的工作过程中开关管的导通时间为12.5微秒，变压器的输入电压为180v。
变压器工作过程中的磁通密度也非常重要，在其温度处于100摄氏度的时候其磁感应强度为400mT，将此时变压器的振幅折中计算，此时交变电流的磁通密度为0.238T。
对于边缘线的匝数的计算时，首先要掌握变压器中磁芯的有效面积，不同的变压器的型号可以找出其中的固定数值等方面进行计算。变压器的电源输出端与负载之间连接的时候通常都会使得电压降低，在变压器的设计中就要在设计基础之上对每个输出电路多设计出一匝，这样能够得到一个要高一些的电压，自后再由稳压器的转换得到我们所需要的电压。
4.结语
对于机电设备开关电源的设计具有非常高的要求，在对于开关电源的设计中只有很好的把握好其中的技术关键才能够保证设计成功。
由于机电设备经常性的开启和关闭，所以在设计开关电源的时候要保证能够在电磁干扰比较低的情况下为其提供稳定的电源，通过选取合理的电容值，避免波纹的出现对机电设备的供电产生影响。由于机电设备开关电源在性能方面比较优越，在未来的机电设备中的应用会变得越来越广泛，所以对于此类问题的研究还要不断的深入。
参考文献
[1]张帅，李俊刚，王兴.开关电源设计[J].科技资讯，2011，34.
开关电源变压器篇5
由于光伏电池、燃料电池和蓄电池等的输出电压较低，甚至低于48V，而针对AC220V电网，半桥、全桥并网逆变器的输入一般为DC760V和DC380V，如何实现高增益升压变换是可再生能源并网发电系统中需解决的主要问题之一[1,2]。当工作占空比D趋近于1时，基本Boost变换器的增益在理论上趋于无穷大，但在实际工程应用中存在如下问题：①开关管及二极管的电压、电流应力大；②开关损耗、二极管反向恢复损耗大，导致变换效率低；③dv/dt大，导致EMI严重；④抗输入电压扰动能力及动态性能差。基于上述原因，基本Boost变换器一般用于电压增益小于6的场合[3,4]。为提高电压增益，进而提高变换效率，已经提出了很多高增益变换拓扑[5-12]。文献[5]提出采用级联Boost变换器实现高电压增益，变换效率较高，但主电路拓扑及控制较复杂，如何确保级联Boost变换器稳定工作也相对困难。采用耦合电感可提高电压增益[6]，但漏感会影响变换效率，增加开关电压应力，EMI问题也更加突出。采用有源钳位电路[7,8]可有效回收漏感能量，降低开关电压应力，但电路复杂，成本增加，而且钳位电路也会产生附加损耗。文献[9]通过增加一个钳位电容及一个钳位二极管实现有源钳位电路的功能，电路简单，但流过激磁电感及开关管的电流增加。本文从基本Boost变换器的开关电感三端网络出发，通过在其三条支路串入合适极性的电压源来提高电压增益，得到三种高增益开关电感三端网络，通过对开关电压应力的分析，确定了最优的高增益开关电感三端网络，最后基于拓扑组合研究了电路实现方案。在此基础上，分析了所提出的高增益Boost变换器的工作原理，对其性能进行了详细分析，最后进行了实验研究。
2高增益开关电感三端网络
基本Boost变换器如***1所示，工作于电感电流连续模式（CCM）时，电压增益M为通过在由有源开关S、二极管VD、电感L组成的开关电感三端网络的三条支路中串入合适极性的电压源uc，从而得到***2所示的高增益开关电感三端网络。根据伏秒平衡原理，当工作于CCM模式时，采用***2a～***2c所示的高增益开关电感三端网络所得到的变换器电压增益分别为所示的高增益开关电感三端网络可以降低有源开关S及二极管VD的电压应力，而采用***2c所示的高增益开关电感三端网络导致有源开关S及二极管VD的电压应力增加。对于***2b所示的高增益开关电感三端网络，增加uc一方面可以提高电压增益，同时可以降低开关器件的电压应力，比较而言，它是一种更优的高增益开关电感三端网络。***2b中的电压源uc如何实现呢？当电容电压纹波相对于平均值很小时，可以等效为电压源，因此考虑把uc用一个大容量电容Cc替代，但由于二极管VD的单向导电性，导致电容Cc一直放电，因此必须增加一条支路引入电流ic为Cc提供充电电流，如***3a所示。ic通过一个基本Boost型开关电感三端网络引入，最后得到***3b所示的基于拓扑组合的高增益开关电感三端网络。
3工作原理由***3b所示的基于拓扑组合的高增益开关电感三端网络构成的Boost变换器如***4所示，在分析其工作原理之前作如下假设：①电感电流il1和il2连续；②电容Co、Cc足够大，其上电压保持不变；③所有器件都是理想器件，不考虑寄生参数等的影响。有源开关S1、S2采用交错控制策略，由于开关占空比D＞0.5和D＜0.5时变换器的开关状态有所
3.1D＞0.5D＞0.5时，在一个开关周期Ts内变换器有3个开关状态，见表1。其稳态工作的主要波形如***5所示，***中D=0.6。变换器工作于状态1时的等效电路如***6所示，电感L1及L2两端的电压ul1、ul2均为输入电压uin，电流il1、il2线性上升，电容电流ic为零，电容电压uc保持不变。采用同样的方法，可以得到其他状态时变换器的等效电路和工作情况。
3.2D＜0.5D＜0.5时，在一个开关周期Ts内变换器有3个开关状态，见表2。其稳态工作的主要波形如***7所示，***中D=0.4。变换器工作于状态1时的等效电路如***8所示。电感L1两端的电压ul1为输入电电流il1线性上升，电感L2两端的电压ul2为输入电压uin?uc，电流il2线性下降，电容电流ic为?il2，电容电压uc上升。采用同样的方法，可以得到其他状态时变换器的等效电路和工作情况。
4性能分析由于在实际工程中，一般电压增益M＞
4时才考虑采用高增益Boost变换器，由后面的分析可知，此时工作占空比D大于0.5，因此下面主要基于***5分析D＞0.5时变换器的性能。
4.1电压增益M根据电感L1、L2的伏秒平衡可得
4.2开关管电压应力有源开关开关S1及二极管VD1所承受的电压应力uvpS1和uvpVD1为
4.3开关管电流应力设电感电流il1、il2的平均值分别为IL1和IL2，输出电流io的平均值为Io。稳态工作时，一个开关周期Ts内电容Cc的充电与放电电荷必然相等，当开关S1、S2的工作占空比D相等时，充电与放电时间均为(1?D)Ts，充电与放电电流分别为IL2、IL1，因此IL1与IL2必然相等，可实现自动均流，也就是
4.4电容电压uCc的纹波峰峰值电容Cc的充放电电荷Qcc为
4.5输入电流纹波峰峰值由于
4.6输出电压纹波峰峰值输出电压纹波峰峰值Δuopk为
5实验研究
实验参数如下：输入电压uin=10V，输出电压uo=50V，输出功率po=150W，电感L1=L2=30μH，电容Cc=33μF，输出电容Co=47μF，开关频率fs=100kHz，有源开关S1、S2均选用IRFZ44N，二极管VD1、VD2选用Y20100DN。***9a为输入电压uin，输出电压uo，开关管S1、S2的驱动Q1、Q2的波形，占空比为0.6左右，电压增益为基本Boost变换器的2倍。***9b为开关管S1、S2，二极管VD1、VD2两端的电压uds1、uds2、ud1、ud2的波形，可以看出S1、S2、VD1所承受的电压应力均为输出电压uo的1/2，二极管VD2说承受的电压应力就是输出电压uo，但二极管关断时两端的电压为uo的1/2，有利于降低关断损耗。***9c为电感电流iL1、iL2及输入电流iin的波形，可以看出两相电感电流基本相等，实现了自动均流，输入电流为两相电感电流之和，由于iL1、iL2的相位相差180°，输入电流纹波比电感电流纹波小得多，纹波频率为开关频率的2倍，有利于减小输入滤波器。***10所示为变换器效率曲线，效率最大值为92%。
开关电源变压器篇6
1.传统逆变器及其优缺点
传统逆变器包括电流源逆变器和电压源逆变器。电压源逆变器是输入直流电压输出交流电压，可以使用在不同的场合，输出电压的幅值可以是变化的也可以是恒定的。但是电压源逆变器的输入端必须是一个恒定的电压源。或者是在直流侧接入一个大的电容器。也可以是由电网经过整流，或者是蓄电池，太阳能电池组等等。逆变器的输出端可以是正弦波，方波，阶梯波等。
电压源逆变器的重要特点也是它的优点就是输出波形不受负载的影响。电压源逆变器主要应用于交流不停电电源、光伏电池组或者是蓄电池燃料电池构成的交流电源，静态无功补偿器。
电压源逆变器虽然得到了广泛的应用，但是它存在理论上和和实际中存在缺陷和不足；应用在许多地方会造成装置造价高、效率低。
如***1所示是传统的电压源逆变器的拓扑结构。可以把直流电压变换成交流电压。途中有6个开关，每个开关反并联一个二极管，作为续流用。这样可以实现双向电流和单向阻断。但是电压源逆变器会存在下列不足和缺点：
（1）交流侧负载只能是电感性的，只有这样才能使电压源逆变器正常工作。
（2）交流侧的电压不可能高于直流侧母线的电压。这是一个很致命的缺点。如果在某些场合下，交流侧需要较高的电压输出，那么就必须配合升压变压器了。这样就会增加成本，降低效率，占用过多的空间，导致使用起来比较笨重。
（3）每个桥臂不允许上下一块导通，要不然会造成短路导致器件损坏，而且电磁干扰也可以造成误导通，造成短路，影响电路的稳定性，可靠性。
***1 传统的电压源逆变器的拓扑结构
电流型逆变器如***2所示，其输入侧需要一个恒定的电流才能保证其正常工作。这种情况和电压源恰好相反。电流源逆变器拓扑结构的主要器件是晶闸管和串联一个正向的二极管。能看出来电流源逆变器和电压源逆变器在好多方面都是对偶。
同样电流型逆变器也存在先天的理论不足主要如下：
（1）交流侧必须是电容性，只有这样才能保证其正常的工作状态。
（2）交流侧的输出电压只能高于直流侧的电压，同样是这一点要是在某些场合需要低电压，那么就需要配一个降压变压器了。这样既增加了成本又不能兼顾效率。
（3）无论何时电流型逆变器一个桥臂上的两个器件必须同时导通，这样才能保证电流源逆变器的正常工作。要不然就会发生开路，造成不必要的后果。
综上所述，电压源型逆变器和电流源型逆变器存在共同的不足：
（1）都只是升压或者是降压。
（2）输出的电压要不是低于输入侧要不就是高于输入侧，不能进行调节。
（3）都存在电磁干扰容易造成器件损坏造成电路瘫痪。
（4）两种逆变器的电路不能够相互替换。
***2 电流型逆变器
2.Z源逆变器的产生
考虑到上述情况，Z源逆变器应运而生。Z源逆变器最早是在2002年提出的。他是一种新型的逆变器拓扑结构。克服了以前电压源逆变器和电流源逆变器的不足。
Z源逆变器引入了Z源网络，把逆变器主电路和电源或者是负载耦合。如***3所示。
***3 Z源逆变器
Z源逆变器的直流侧可以是电压源也可以是电流源，Z源网络包含两个电容器和两个电感。这种结构决定了它可以瞬时开路和瞬时短路。其负载侧既可以是电容性的和可以是电感性的。
3.Z 逆变器的工作原理分析
为了说明Z源逆变器的工作原理，首先让我们简单的介绍一下Z源逆变器的结构特点。三相的Z源逆变器一共有9个可以允许的工作状态，而普通的也就是传统的三相电压型逆变器只有8个可以允许的工作状态。如果直流电压加到负载上时，传统的三相电压源逆变器会有六个非零的电压状态，当负载端分别被上面的或者是上面的三个器件短路的时候，传统的三相电压源逆变器有两个零电压状态。而三相Z源逆变器还有另外一个零电压状态。当负载端被上下两个器件短路时，传统的三相电压源逆变器的这个状态是不被允许的，这个状态下传统的三相电压源逆变器的元件会受到损坏。但是Z源逆变器是允许有这个状态的。正是因为这个原因Z源逆变器可以实现升压或者是降压。
利用戴维南定理，从直流端看进去Z源逆变器的等效电路，当Z源逆变器的逆变桥处在直通状态下相当于短路，等效电路***如***4所示，当处于其他状态时Z源逆变器的逆变桥可以看成是一个电流源，如***5所示。
***4
***5
假设Z源逆变器的两个电感L1和L2电感量相等的，两个电容C1和C2的电容量是相等的。那么Z源逆变器就是对称的。两个电容两端的电压相等假设等于VC。两个电容两端的电压也相等假设等于VL。
在一个开关周期T中，假设有T0时间是出于直通状态的。也就是***4等效电路***所示。可知VC和VL是相等的。Vd等于Vc两倍的。在这个状态下V1等于零。
在一个开关周期T中，假设有T1时间是出于非直通状态的。也就是***5等效电路***所示。可知VL是V0和VC的差。Vd和V0是相等的。Vi是VC和VL的差。V0是直流电压源的电压。
在一个开关周期T中，在稳态下电感两端的电压的平均值是0。综上所述，可以得出：
加载逆变桥上的直流电压的平均为：
加载逆变桥上的直流电压的峰值为：
B是直通零电压下的升压因子。
Z源逆变器的输出端的相电压的峰值为：
M是逆变器的调制因子。
综上；这个公式说明通过调节直通状态下的就能选择合适的升降压因子，输出的电压就可以升高降低。是有M和B共同决定的。
4.结论
由以上分析可以得出：Z源逆变器可以根据实际情况调节输出电压的高低，而且可以使逆变器承受瞬间短路。而这种特性是传统电压源型逆变器和电流源型是不可能做到的。
参考文献
[1]Fang Zheng Peng，Lihua Chen，Fan Zhang，Simple topologies of PWM AC-AC converters，Power Electronics Letters，IEEE，Volume：l，Isuse：l，Mareh2003，Pages：10-13.
[2]彭方正，房绪鹏，顾斌等.Z源变换器[M].电工技术学报，2004，19（2）：47-51.
开关电源变压器篇7
关键词：冷却系统；继电器；粘连；改进措施
换流变压器是直流输电系统中的重要设备，实现交流系统与换流阀的联系。由于换流变压器在运行中会产生大量热量，尽快使换流变热量散失是保证换流变正常运行的可靠条件，牛寨换流站换流变压器冷却方式为强迫油循环风冷，每台换流变冷却系统由一台油泵、四个风扇组成，风扇根据油温、网侧绕温、阀侧绕温采用变频控制。
本文对牛寨换流站换流变压器冷却系统进行介绍，重点对其控制回路进行研究，指出其存在的问题，并提出两种改进方法。
1.牛寨换流站换流变压器冷却系统介绍
牛寨换流站换流变压器冷却器为变频控制，冷却器风扇的运行速度按照变压器温度及网侧和阀侧负荷进行调节。每相换流变压器共有四组冷却器，每组冷却器包括4个风扇和1台油泵。冷却系统采用两个***电源供电，其中一个工作，一个备用。当工作电源电压降低发生故障时，备用电源自动投入；当工作电源恢复时，备用电源自动退出。工作或备用电源故障均有信号。
YD换流变冷却器由PLC程序控制。分为就地手动控制、就地自动控制及远方控制三种控制方式， 就地手动控制方式下风扇以100%转速运行。当转换开关打到"停止"位置后，该组冷却器油泵及风扇停止运行。在远方控制或在就近自动控制模式下，启动冷却器后，风扇都会根据温度及网侧和阀侧负荷进行自动变频运行，变频方式如下所示：
当油面温度达到45℃或绕组温度高于60℃后，风扇转速达到20%，在保证20%转速的基础上按照网侧或阀侧负荷实时变化，风扇转速将按照网侧及阀侧负荷中较大的一个变化。
在油面温度低于45℃后，所有冷却器风扇按照起始最低转速运行。
当油面温度达到60℃或绕组温度高于70℃后，风扇转速达到40%，在保证40%转速的基础上按照网侧及阀侧负荷实时变化，风扇转速将按照网侧及阀侧负荷中较大的一个变化。
当绕组温度达到80℃的时候，风扇转速达到70%，在保证70%转速的基础上按照网侧及阀侧负荷实时变化，风扇转速将按照网侧及阀侧负荷中较大的一个变化。
当绕组温度达到90摄氏度的时候，所有风扇以最高转速运行。
2.牛寨换流站换流变压器冷却系统电源自动切换回路分析
2.1 YY换流变冷却器电源切换回路
牛寨换流站YY换流变压器冷却系统自动切换回路工作原理，正常运行时Q1、Q2、F3、F4均在合上位置。冷却器采用两路电源供电，两路电源为主备关系，但可通过选择切换开关S1选择第一路或者第二路为主电源。S1为主电源选择开关，若S1在"1"位置时，第一路电源被选为主电源，其辅助触点3-1接通，6-4接通，K5继电器励磁，带动K1继电器励磁、K10继电器失磁，接通第一路电源回路，断开第二路电源回路。第一路电源故障时，电压继电器K7失电，K5继电器失磁，K10时间继电器励磁，经过设定的延时之后K6继电器励磁，换流变冷却系统切换至第二路电源回路供电。若此时K1继电器辅助触点发生粘连现象，将导致第一路电源回路中的电压继电器K7因感受到负荷上的电压而重新励磁，第一路电源被接通，与此同时，第二路电源在时间继电器K10辅助触点的作用下瞬时跳开，第二路电源被切除。由于第一路电源本身存在故障，第二路电源被切除之后K7失磁，再次切至第二路供电，电源将在一路与二路之间往复切换。严重影响冷却器供电的可靠性。
若S1在"2"位置时，第二路电源被选为主电源，其辅助触点3-2接通，6-5接通，K6继电器励磁，带动K2继电器励磁、K9继电器失磁，接通第二路电源回路，断开第一路电源回路。第二路电源故障时，K6继电器失磁，K9时间继电器励磁，经过预先设定的延时之后K5继电器励磁，换流变冷却系统切换至第一路电源回路。若此时K2继电器辅助触点发生粘连现象，同样会导致电源在一路与二路之间往复切换。
2.2 YD换流变冷却器电源切换回路
YD换流变压器冷却系统自动切换回路工作原理，正常运行时Q1、Q2、Q3、Q4均在合上位置。切换原理与YY换流变基本相同，区别在于当换流变网侧两断路器断开时，YD换流变冷却器将在辅助触点K的作用下被无延时切除。并且YY换流变冷却器控制回路及电压继电器均由一个总空开控制。YD换流变的空开仅接在控制回路中，只要进线电源正常时，电压继电器都带电，另外，YD换流变有一电源指示灯。其控制回路均存在辅助触点粘连时两路电源往复切换的问题。
3.冷却器控制回路改进分析
3.1对冷却器控制回路进行改进
由于YY、YD换流变冷却器控制原理大同小异，以YY换流变冷却器控制回路进行分析。换流变压器冷却系统电源自动切换回路加装了K3、K4继电器，在发生K1继电器三相辅助触点粘连的情况时，即使K5继电器励磁，K3继电器的辅助触点会瞬时闭合，K10继电器任然处于励磁状态，因为K1、K3继电器的辅助触点保证了对K10继电器的持续供电，从而使换流变冷却系统一直在第二路电源供电，不会切换至第一路。
3.2对冷却器控制设备进行改进
对YY换流变的S1切换开关，YD换流变的SS切换开关进行改进。当第一路电源故障时切换开关自动切换至"II路电源供电，I路电源备用"，当第二路电源故障时切换开关自动切换至"I路电源供电，II路电源备用"，自动切换之后继电器的辅助触点粘连与否对另外一个回路的正常供电将不会产生影响，不会发生反复切换的情况。
4.结论
本文对牛寨换流站换流变压器冷却器控制回路进行介绍，指出其存在的问题，并对其提出两种改进建议。分析结果表明，对控制回路或电源切换开关进行改进后能提高冷却器供电的可靠性，同时，改进型的控制回路可为其它变压器冷却器控制回路设计提供参考。
参考文献：
[1]赵畹君.高压直流输电工程技术[M]，北京：中国电力出版社，2004.
[2]纪留利.强油循环风冷变压器冷却系统的自动控制[J]，福建电脑，2011（7）：153-154.
[3]刘宝林，邱宁.主变冷却系统电源回路异常原因分析[J].云南电力技术，2011，4（39）：53-55.
[4]刘天作，王.换流变压器运行分析及改进措施[J].华中电力，2011，4（24）：57-60.
[5]溪洛渡右岸电站送电广东±500kV 同塔双回直流输电工程换流变压器设备规范.
开关电源变压器篇8
【关键词】分析；对策；实施
中卫供电局关帝220KV变电站1#、2#主变冷却系统采用XKFP—1强迫油循环风冷却装置，近几年由于设备老化、地处环境污染严重等因素的影响，曾多次发生1C、2C接触器下部电源故障，导致跳闸、高温等严重隐患，给安全运行带来很大的隐患。
本次技改，就是对1#、2#主变XKFP—1强油风冷却系统控制、信号回路接线进行改进，降低XKFP—1强油风冷却器电源失压故障次数，消灭XKFP—1强油风冷却器失压控制室无信号的现象，确保1#、2#主变安全运行。
一、问题的出现及技改思考
1#、2#主变冷却系统接入两路***电源。两路***电源来自所变低压不同的母线上，可任意选择一路为工作，一路为备用，当工作电源发生故障时，自动投入备用电源；当工作电源恢复时，备用电源自动退出，保证冷却器继续运行。
工作流程：当变压器投入电网前，先将SS转换开关手柄放在选定的工作位置上，例如：“I工作，II备用”的位置上。当变压器投入电网时，主变三侧开关在合其合闸辅助接点断开，1ZJ中间继电器失磁其常闭接点闭合，此时SS电源方式选择开关投电源I段，SS开关1 2与5 6触点接通，1 2接通1C线圈通过1RD熔断器，2C常闭接点和1ZJ常闭接点起动1C接触器线圈，接触器线圈励磁，其常开接点闭合，母线通电，将电源I（L1、L2、L3）接通风机总电源。当电源I段因某种原因失压时，1C接触器及1YJ电压中间继电器失磁，其常闭接点闭合起动2C接触器线圈，接触器线圈励磁，其常开接点闭合，将电源II（L01、L02、L03）接通风机总电源。而当I电源的电压恢复时，由于1YJ电压线圈带电，其常开接点断开使2C接触器失电，2C接触器常闭接点闭合，使1C接触器线圈恢复励磁，1C接触器常开接点闭合，恢复了电源I供电。可是从实际运行情况看，监视冷却系统工作电源的1YJ、2YJ电压中间继电器因为接在1C、2C接触器上部电源上，而且取C相电压监视，当1C、2C接触器下部失去电压时或A、B相保险熔断时，主控室无任何信号。
二、原因分析
（一）针对冷却系统电源故障后，主控室无信号分析如下：
1、XKFP—1强油循环风冷却器失压主控室无信号。
2、冷却器全停信号靠1YJ、2YJ常闭接点发出。
3、1YJ、2YJ接于1C、2C电源上部，不能监视及其下部电源故障。
从以上所述可以看出，XKFP—1强油循环风冷却器失压主控室无信号的主要原因是设计回路不完善。
（二）根据运行情况，分析冷却系统失压的原因
XKFP—1强油循环风冷却失压：
1、1ZJ继电器常闭接点接触不良，造成1C、2C接触器失磁。
2、1C、2C接触器互锁接点接触不良造成1C、2C接触器失磁。
3、所用变故障
4、保险熔断
调查历年运行情况，1#、2#主变XKFP—1强油循环风冷却器共发生7次失压故障，调查如下：
项目 主控室信号 频数 累计频数 累计百分数
1ZJ继电器常闭接点接触不良，造成1C、2C失磁。 无 3 3 42.8
1C、2C接触器互锁接点接触不良造成1C、2C失磁 无 2 5 71.4
所用变故障 有 1 6 85.7
保险熔断 无 1 7 100
1、根据调查可以看出， XKFP—1强油循环风冷却失压故障的主要原因是：1ZJ继电器常闭接点接触不良，造成1C、2C接触器失磁、1C、2C接触器互锁接点接触不良造成1C、2C接触器失磁。
三、制定对策
根据查找的主要原因，采取相应的对策：
1：更换1ZJ继电器②在1C、2C回路原串接的一对ZJ常闭接点改为三对并联接点
2：每半月对端子箱进行清扫检查，发现问题及时处理
3：在风机总电源回路加装3YJ、4YJ继电器，并更改信号回路
这样在冷却系统控制回路中，工作电源I回路中在1YJ电压线圈回路中串入3YJ电压线圈常开接点，工作电源Ⅱ回路中在2YJ电压线圈回路中串入4YJ电压线圈常开接点，当接触器下部电源失去电压时或A、B保险熔断时，控制室可以发出信号，及时提醒运行人员查找原因，及时处理，避免事故的扩大和发生。
四、实施
1.利用主变停电机会，更换1ZJ中间继电器并在交流接触器线圈回路中，原串联的一对常闭接点改成并联的三对常闭接点，这样既减少了每对接点流过的电流又提高了接触器可靠性。
2.每半月清扫检查继电器和接触器，发现松动的接线及时拧紧，保证1ZJ常闭接点和1C、2C互锁接点接触良好。
3.利用主变停电机会，在1C、2C接触器下部风机总电源上接入两块交流电压中间继电器3YJ、4YJ以监视交流电压，更改信号回路，利用3YJ、4YJ常闭接点并联发“冷却器全停”信号，这样既可监视风机电源，也可监视风机缺相。
五、结论
通过这次对风冷系统的讨论和设计，使我深深了解应根据本所设备实际情况并结合自已在学校学到的理论知识，把理论知识运用到实际当中，更好地保证设备健康、安全地运行。
参考文献
开关电源变压器篇9
论文摘要：介绍了500 kv福州变电站#1联变冷却器控制回路设计上的缺陷；提出改进措施。
1 引言
500 kv福州变#1联变是保定天威变压器厂与日本三菱公司合作生产的第一台500 kv变压器。冷却系统采用nefp—3型冷却器，由风扇、潜油泵、散热器、油流指示器及控制回路组成，是强迫油循环风冷（ofaf）型冷却系统。一共有10台冷却器，按奇偶号数分为两组（奇数组和偶数组）。每台冷却器由两台风扇和一台潜油泵及散热器片构成。该冷却系统控制系统设计原理较先进、功能较齐全，两路交流工作电源之间、两路直流控制电源之间、奇数组冷却器（或偶数组冷却器）之间分别互为备用。
奇数组和偶数组冷却器互为备用。若置于第一组则奇数组处于为主运行状态，其自动投退由#1联变高压侧开关5011、5012分合闸控制，偶数组处于辅助状态，其自动投退由绕组温度达到65℃控制。置于第二组时相反。该冷却控制回路基本保证了联变冷却系统在各种异常情况下，联变保持有足够的冷却器持续运行，使联变不发生过热现象，确保联变稳定可靠运行。
2 冷却器工作原理
2.1 冷却器交流动力电源供电方式
#1联变冷却器采用交流动力电源***双回方式供），两路***交流工作电源分别取自380\220 v所用电ⅰ段413屏和ⅱ段423屏，分别经52m1和52m2向奇数组冷却器和偶数组冷却器供电。正常运行时，两路交流工作电源同时投入工作。
43s—冷却器交流电源切换开关； 52m1—冷却器＃1交流电源开关；52m2—冷却器＃2交流电源开关；52mn—冷却器＃1交流电源联络开关；52me—冷却器＃2交流电源联络开关； t—52m1、52m2分闸线圈；27m1—ⅰ段电源电压继电器；27m2—ⅱ段电源电压继电器；27m3—联络段电压继电器
2.2 双回路电源备自投原理
两路交流工作电源通过联络开关52mn和52me互为备用，并受43s控制。当43s置“电源1”时52mn开关合，52me开关断开，这时交流ⅰ段通过52mn向联络段供电。当43s置“电源2”时，52me开关合，52mn开关断开，交流ⅱ段通过52me向联络段供电。
（1）正常运行(以43s置“电源1”为例)
52me分闸：dc220电源经43s(电源1)开关、 27m1tx常闭接点 、27m2tx常闭接点，52me分闸线圈通。
52mn合闸：dc220电源经43s(电源1)开关、52mex常开接点 、52mnx常开接点 52mn合闸线圈通。
（2） 自投过程
交流ⅰ段失压则：
52m1分闸：交流ⅰ段失压则27m1失磁，27m1t励磁，经延时后27m1tx励磁。dc220电源经 27m1tx常开接点 ，52m1分闸线圈t励磁。
52me合闸：dc220电源经27m1tx常开接点、43s(电源1) 52mex常开接点 ，52me合闸线圈励磁。
52mn这时仍在合位，奇数组冷却器由交流ⅱ段供电继续运行。
3 存在问题及改进方法
3.1 问题
交流工作电源失压后再来电，影响1组冷却器供电(以奇数组冷却器为主运行为例)，表现为两种情况：①所用电交流ⅰ段因#1所用变故障而失压，即使所用电备自投动作，至少也要经3 s才能使交流ⅰ段恢复为有压，这是由于为防止两段所用电并列，备自投动作时间设定为3 s。②所用电ⅰ段倒至由ⅱ段供电，引起所用电ⅰ段短时失压。
所用电ⅰ段短时失压时，各开关动作情况如下：
52m1分闸：交流ⅰ段失压则27m1失磁，27m1t励磁，经延时后27m1tx励磁。dc220电源经 27m1tx常开接点 ，使52m1分闸线圈t励磁。
52me合闸：dc220电源经27m1tx常开接点、43s(电源1) 52mex常开接点 ，52me合闸线圈励磁。
52mn这时仍在合位，奇数组冷却器由交流ⅱ段供电继续运行。
当交流ⅰ段再来电时（27m1返回）。
52me分闸：dc220电源 经43s(电源1)开关、 27m1tx常闭接点 、27m2tx常闭接点，52me分闸线圈通。
由于52m1仍在分闸位置，因此，在手动合上52m1之前，奇数组冷却器、联络段暂时失压，奇数组冷却器失电。且奇数组冷却器为主运行，偶数组冷却器在联变绕组温度达到65℃之前不会投入运行，因此在联变绕组温度达到65℃之前联变无冷却器运行，如果时间较长，容易引起联变内部局部过热，对联变的安全运行造成影响。同样，所用电交流ⅱ段短时失压也会出现这种情况。
这种情况下恢复奇数组冷却器电源应注意：已分闸的开关52m1不能直接手动合上。原因是：当交流ⅰ段再来电时52me分闸，52m1仍在分闸位置，此时联络段处于失压状态，27m3失磁，27m3t励磁，经延时后27m3tx励磁。根据52m1分闸回路：dc220电源经43s(电源1) 、 27m3tx常开接点、52mnx延时闭合瞬时断开常闭接点，52m1分闸线圈一直处于励磁状态 ， 52m1手动合上又分开。正确处理方法是：先将43s切至“电源2”，再合上52m1开关，或手动断开52mn开关，再合上52m1。
3.2 改进方法
（1）对于所用变故障备自投动作引起的情况
调整辅助时间继电器27m1t、27m2t、27m3t延时接点动作时间。27m1t、27m2t、27m3t延时接点动作时间应大于所用电备自投动作时间加上备自投开关固有合闸时间。使得52m1（52m2）分闸能躲过所用电备自投动作，避免交流动力电源失压后再来电，影响1组冷却器供电。原27m1t、27m2t、27m3t延时接点动作时间设定为1 s，无法躲过备自投动作时间（3 s），将27m1t、27m2t、27m3t延时接点动作时间调整为5 s后，该问题解决。
（2）倒所用电引起的情况
可在倒所用电之前，将冷却器运行方式由奇数月倒至偶数月运行方式（奇数组和偶数组规定每月轮换一次），虽然倒所用电过程52m1仍会自动分开。但这时冷却器为偶数组冷却器主运行，52m1分开不影响冷却器运行，只需倒完所用电后再将52m1手动合上。
也可以将偶数组冷却器手动投入4台运行。即使因倒所用电引起交流ⅰ段短时失压，奇数组冷却器、联络段暂时失压。也能保证联变有冷却器在运行，倒完所用电后再恢复冷却器原来运行方式。
建议：今后在倒所用电时，不必将所用电备自投退出，直接拉开要停电的所用变二次进线开关，让备自投动作，恢复所用电供电，通过合理设定辅助时间继电器27m1t、27m2t、27m3t延时接点动作时间，使其躲过备自投动作时间，避免交流工作电源失压后再来电，影响1组冷却器供电。这样，既避免了上述因倒所用电而需要进行的冷却器倒换操作，又检验了所用电备自投动作的正确性。
开关电源变压器篇10
关键词：本质安全准Z源Buck变换器 输出保护
【中***分类号】TM46
1 引言
目前我国仍以煤炭作为主要能源，而煤矿井下含有甲烷及其同系物（乙烷、丙烷和丁烷）、氢气等爆炸性气体 ；另一方面煤矿井下湿度大、空间有限、通风效果差、电气设备工作地点分散、电磁干扰强烈等因素，这对井下的电气设备提出更高的要求。本质安全开关电源比之普通线性电源具有效率高、体积小、重量轻、电网电压波动适应能力强等优点，其应用于煤矿井下等一些危险的环境中有着广阔的前景，因此，对本质安全开关电源的研究具有重要意义。
本质安全开关电源通常在其输出端增加保护电路，用以抑制输出短路/开路故障时的火花放电能量，使其在含有爆炸性气体的危险环境中依然能安全工作。
为了能有效地抑制开关电源输出短路/开路故障时的火花放电能量，文献[1]提出了一种增加Z源网络的本安型开关电源结构。如***1所示，该结构由三部分构成：开关电源、Z源网络和安全栅保护电路。开关电源将煤矿通用127V交流电转换成电气设备所需稳定直流电压，Z源网络通过电感限制输出短路时的电容释能速度，同时利用电容限制输出开路时的电感释能速度，与快速安全栅保护电路相配合，有效地减小火花放电能量，提高电源的本安性能。本文基于文献[2]提供的设计思路，设计并制作了实用电路，验证了该理论的正确性与实用性。本文根据具体需要，设计的本安电源输出为12V直流电压。
2 开关电源的设计
开关电源实现了AC-DC转换功能，包含工频变压器、二极管整流电路、Buck电路三大部分。如***2所示，工频变压器输入1 交流、输出2 交流；工频变压器的输出级接由四个二极管组成的单相桥式不可控整流电路，根据负载的情况合理配置电容可实现输出直流电压2；本文应用LM2576-ADJ及其电路组成Buck电路，合理设置反馈电阻使输出电压Uo稳定在12V。
为满足输出电压12V，选用LM2576-ADJ芯片，在***3所示内部原理***中，该芯片内部含有1.235V基准电压和一个固定频率52KHz振荡器，同时具有热关断电路和电流限制电路，开路、，反馈电阻由外部提供，如***4所示，通过配置接于4管脚的R和W两个电阻阻值，调节输出电压值，此结构构成了电压闭环，当输出电压大于额定值时，4管脚采样电压高于1.235V，使芯片输出PWM波的占空比减小，电压减小，反之同理。
3 Z源网络的设计
在上述常规Buck电路基础上，加入Z源网络，可得到如***5所示的基于准Z源的输出本安型Buck变换器的一种拓扑实现。准Z源网络中的电感L1可有效限制输出短路时滤波电容C向短路点释放能量的速度；电容C1可有效限制输出开路时的电感L1电压的上升，防止输出端开路时电感L1在输出端产生高电压电弧点燃瓦斯；二极管VD1可防止输出端短路时电容C与C1形成放电通路。
从电路拓扑形态看，相当于准Z源网络代替了常规Buck变换器的LC滤波网络。当电源输出端发生短路或开路故障时，输出短路放电电流的增长被有效地抑制，有效地延缓了开关电源滤波电感、滤波电容向输出故障点的释能，从而减小输出短路故障时的瞬时放电功率。适当选择准Z源网络L1C1参数值，有效延缓输出故障时变换器储能电感、滤波电容的释能速度，与快速安全栅保护电路相配合，便可有效地减小故障时的火花放电能量，进而提高本安电源的本质安全性能。
4 截止型输出短路保护电路的设计
在输出保护电路部分，参照文献[4]，本文选用截止型输出短路保护电路，其内部结构如***6所示，短路检测电路检测输出电压送往比较器，当输出电压降低到低于给定值时，判定发生短路，比较器输出高电平。由于开关变换器在启动期间输出电压较低，为防止短路保护电路误动作，设置了一个启动延时电路，该启动延时电路由变换器输入电压的上升沿或单稳态触发器的下跳沿触发，触发后使逻辑与门封锁，此时即使比较器输出为高电平保护电路也不动作，延时时间到后逻辑与门解封。当在开关变换器正常工作中检测到输出短路时，单稳态触发器被迅速触发，经驱动电路使开关变换器的功率开关管迅速关断，输入电源被彻底切断，单稳电路延时一段时间后，如果短路故障消除，电路恢复到正常工作状态。启动延时电路和单稳态触发器确保了该截止型输出短路保护电路能够实现自恢复。
低压限流保护电路正常情况下处于封锁状态，当输出电压降低到低于给定设定值时，低压限流保护电路解封，此时若检测到变换器的输出电流高于设置值，低压限流保护电路立即通过驱动电路关断变换器的功率开关管，避免了在长时间输出短路情况下，因自恢复而造成的向短路处传输较大电流的问题。安全栅保护电路动作时间极短，一般从输出发生故障到开关管彻底关断的时间仅为1～2s。
5 实验结果及分析
***8为该准Z源Buck变换器输出短路电压、电流波形***，由***可看出：当输出端未发生短路时，电压输出为12V，当其输出端突然短路时，输出电流上升，截止型输出保护电路起作用时，输出电流迅速下降，最后输出电压与电流均减至零，整个过程不超过8us。
6总结
准Z源Buck变换器可以有效地延缓输出端短路或开路时变换器向短路/开路故障点的释能速度，与截止型输出保护电路相配合，可以有效地减小火花放电能量，提高电源的本安特性。本文通过实际电路及实验现象，验证了Z源对电源本安特性的提高效果。
参考文献
[1] 程红，王聪，卢其威，等.具有火花能量延缓释能电路的本安电源。华人民共和国发明专利.201010257405.5.2011.07.27.
[2] 王兆安，刘进***。电力电子技术，第5版，北京：机械工业出版社，2009.5.
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