交流穩(wěn)壓電源損耗與節(jié)能的研究

摘要：交流穩(wěn)壓電源以其特有的穩(wěn)壓和保護功能得到了越來越廣泛的應用，而其累積的電能損耗卻是非常驚人的，如何在發(fā)揮穩(wěn)壓作用的同時盡量減少電能損耗，正是本文所要探討的課題。

關鍵詞：穩(wěn)壓電源空載空耗節(jié)能

Reseach of Power Loss and Reducing Power Loss of AC Voltage Regulator

Abstract: According to the analyses of practical operating conditions of AC voltage regulator the paper introduces a method to reduce its power loss.The method is already proved.

Keywords:AC voltage regulator, No load, No load loss, Reducing loss

中圖法分類號：TN86文獻標識碼：A文章編號：0219?2713(2000)12－629－02

1引言

交流穩(wěn)壓電源作為交流供電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，得到了越來越廣泛的應用。它不僅能穩(wěn)定電壓，改善供電質量，同時還具備對負載進行有效保護、延長設備使用壽命、協(xié)助使用者對供電進行管理的功能。但是，穩(wěn)壓電源自身的損耗問題，也引起了人們的重視。如何把穩(wěn)壓與節(jié)能結合起來，是電源工作者的一個重要研究課題。

2交流穩(wěn)壓電源的損耗分析

交流穩(wěn)壓電源作為配電設備，在工作過程中存在自身的損耗問題。由于不同的穩(wěn)壓原理和不同廠家穩(wěn)壓電源的不同品質，這種損耗相差很大，其中自耦調壓型穩(wěn)壓電源的損耗相對是較小的?，F(xiàn)就自耦調壓型穩(wěn)壓電源在實際工作中的損耗問題進行初步分析。

在眾多安裝了穩(wěn)壓電源的場所，穩(wěn)壓電源往往被作為局部負載的供電設備，使其24小時處于工作狀態(tài)。但是，大多數(shù)負載每天平均工作時間約為5h～8h，其余的16h～19h穩(wěn)壓電源處于空載狀態(tài)，于是電源存在長時間的空載損耗。另一方面，穩(wěn)壓電源帶負載工作的過程中，隨著電網(wǎng)總負載量大小的變化，電網(wǎng)電壓在不同時段也會有高低不同，必然有一段時間電網(wǎng)電壓滿足設備用電要求（一般為220V±10％），而這時穩(wěn)壓電源仍然在工作中，這也是一種不必要的損耗，造成能源浪費。這種情況在不同地區(qū)不同時段的反映不同，假設在負載工作的5h～8h中有一半時間電網(wǎng)電壓是符合負載額定工作電壓要求的。根據(jù)這一假設，結合機械工業(yè)標準ZBK42002—87接觸式自動調壓器額定性能數(shù)據(jù)，對自耦穩(wěn)壓器的損耗進行估算，如表1、表2所示。

表1自耦穩(wěn)壓器的損耗估算（負載每天工作5h）

損耗

功率表2自耦穩(wěn)壓器的損耗估算（負載每天工作8小時）

損耗

功率表中“多余損耗”欄為負載工作而市電基本正常時的電能損耗和空載損耗之和，“所占比例”欄為多余損耗占全部損耗的百分比，“全年耗電”欄為不必要的多余損耗一年內所耗電能。從表中可以看出，在各種

圖1交流穩(wěn)壓電源節(jié)能原理圖

圖2旁通電路圖

功率自耦穩(wěn)壓電源的損耗中，不必要的“多余損耗”占全部能耗的64％以上，而全年多余的電損耗卻在幾百至上千（kW·h），由此看出這種不必要的電力損耗是相當大的。以上還是效率較高的自耦調壓穩(wěn)壓電源的電能損耗估算，對于其他效率較低的穩(wěn)壓電源，其損耗則是以上數(shù)據(jù)的幾倍到十幾倍，電能的浪費更是相當驚人。因此，如何減少“多余損耗”是交流穩(wěn)壓電源節(jié)能的關鍵，為此，有必要對現(xiàn)行的穩(wěn)壓電源進行性能評估與改進，以便在穩(wěn)壓過程中盡量減少電能的損耗，以達到節(jié)約資源與環(huán)境保護的目的。

3關于交流穩(wěn)壓電源節(jié)能的研究

交流穩(wěn)壓電源以其穩(wěn)壓和有效保護用電設備等特性而得到用戶的青睞，如果在負載不工作和市電正常供電的情況下，穩(wěn)壓電源能自動進入“休眠”狀態(tài)節(jié)約電能，則成為真正的節(jié)能型交流穩(wěn)壓電源。

3．1交流穩(wěn)壓電源的節(jié)能原理

根據(jù)以上構思，對自耦調壓型穩(wěn)壓電源而言，其穩(wěn)壓與節(jié)能工作原理如圖1所示。

圖中實線部分為通常的自耦調壓型穩(wěn)壓電源原理框圖，虛線部分是為達到節(jié)能目的而增加的控制電路。在框圖中虛線部分的作用下，當負載不工作或負載工作而市電正常供電時，穩(wěn)壓電源均處于“休眠”節(jié)能工作狀態(tài)，這時調壓穩(wěn)壓主通道幾乎不耗電，從而達到節(jié)能和環(huán)保的目的。

3．2交流穩(wěn)壓電源節(jié)能典型電路分析

由以上交流穩(wěn)壓電源節(jié)能原理分析可知，要想達到節(jié)能的目的，最容易想到也是最容易實現(xiàn)的是在穩(wěn)壓電源中加入直通旁路通道，如圖2所示，當穩(wěn)壓電源在負載不工作或市電正常時，節(jié)能控制電路斷開S1和S2，接通S3，切換到市電直通狀態(tài)，使穩(wěn)壓主電路不耗電，而當負載工作且電網(wǎng)電壓不正常時（例如大于242V或小于198V），則S3斷開，S1和S2接通，進入穩(wěn)壓工作狀態(tài)，這種方法幾乎適用于所有的穩(wěn)壓電源。但它有兩個明顯的缺點：

　?。?）在市電直通與穩(wěn)壓轉換過程中，存在瞬間斷電現(xiàn)象；

　?。?）當負載功率較大時，用于轉換的S1、S2和S3要求采用大電流的通斷器（如交流接觸器等），增大了整機成本。

　　為了克服以上方案的不足，對于自耦調壓型穩(wěn)壓電源，有一個更好的解決方案，如圖3所示。當需要穩(wěn)壓工作時，S接通，電路進入正常的調壓穩(wěn)壓狀態(tài)；當負載不工作或市電正常時，控制電路控制炭刷A移動到固定點B位置，然后斷開S，市電在B－A點直通供電，此時自耦調壓器不耗電能，即可以達到節(jié)能的目的。由于空載和負載時流經S的電流遠小于整機額定電流，因此S可用很小電流的通斷器，并且直通和穩(wěn)壓轉換時不會出現(xiàn)瞬間斷電，是一種較理想的實現(xiàn)方式。

圖3 自耦調壓型改進方案

3．3應用

中山大學電器設備廠根據(jù)多年來生產穩(wěn)壓電源的經驗，按照以上節(jié)能原理，已經研制了“空損耗”的節(jié)能型穩(wěn)壓電源產品。把普通的穩(wěn)壓電源更換成節(jié)能型穩(wěn)壓電源后，節(jié)能都在65％以上，效果非常顯著。相信經過進一步的完善和推廣應用，將會取得良好的社會效益和經濟效益，為我國的節(jié)能與環(huán)保事業(yè)作出貢獻。