高壓試驗用調壓器的選型要點分析

包遵旺　李功勛

摘 要：通常情況下，高壓實驗需要有能夠滿足技術要求的實驗電源，并通過調壓器進行電壓調整，為試驗提供穩定的技術支持。而除了對輸出容量、相數和頻率的要求以外，輸出電壓變化范圍等參數也應該滿足試驗需求，保障輸出電壓質量與穩定的調壓特性。因此，調壓器選型工作就成為了高壓試驗中的關鍵內容。

關鍵詞：高壓試驗；調壓器；選型要點

中圖分類號：TM423 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0094-02

引 言

技術水平的發展讓用電設備的電源電壓范圍提升，尤其是部分用電設備對于測試電壓的要求較高，才能保障在日常的工作中始終處于穩定的用電狀態。本文將圍繞調壓器的工作原理來分析選型的要點，以此為基礎對不同類型的調壓器展開技術研究。

1 調壓器工作原理與選型要求

1.1 三相電流表

由于在高壓實驗當中需要對電機進行保護，防止電機在轉速為零時仍然進行扭矩輸出而損壞，就應該對三相電流表進行合理選型。一般情況下檢測電流大于控制器中設置的安全電流值，則蜂鳴器會報警，恢復保險絲會發生反應[1]。以目前的技術要求來看，電流表需要具備能與微控制器和PC設備相連接的通信接口，能隔離輸入與數據，讓設定值符合實際要求。如電流值出現明顯差異，保險絲與報警電路需要作出反應，保障系統抗干擾能力，維持穩定的工作狀態。

1.2 微控制器

微控制器的類型隨著技術的發展不斷增加，具體選型時要結合不同設備類型的性能與實際試驗要求來決定。例如Intel公司最早推行的51系列，程序資源豐富，使用時間較長，成本較低，但由于運行速度較低的劣勢已經逐漸地退出應用環境。又例如LM3S9B96，為TI公司生產的微控制器，不僅在運行速度上能夠超過80MHz，其32位性能與內部集成系統可以針對工業運用發揮顯著優勢，16個模擬輸入通道可以保障系統的靈活性，滿足用戶的不同需求?？紤]到價格、應用模式與驅動函數等條件要求，可以選擇這種微控制器來進行高壓試驗。

1.3 三相電壓表

由于傳統的三相電壓表智能顯示三相電壓值，智能化水平較低，因此在三相電壓表的選擇上應該保持智能化，具備與PC端和微控制器相連接的能力。此外，類似的電壓表內部可以集成電壓才幾點路，簡化設計電路，具備抗干擾能力。

1.4 電 機

在實際的實驗工作中，應該結合調壓器系統的應變速度來進行選擇。從功能來看，應該具備良好的制動性，可以按需求改變運行方向。

2 調壓器的模塊功能需求

調壓器的使用是基于高壓試驗的要求。高壓試驗的目的在于測試設備的電氣性能，減少設備存在的潛在缺陷，保障系統運行的穩定性和安全。而高壓試驗正式開始前需要選擇與之相適應的調壓器安裝在變壓器前端，利用調壓器調節電壓，讓變壓器的輸出結果能滿足試驗的要求。例如輸出電壓的質量、調壓功能、調壓器阻抗、輸出容量、相數等參數，都是調壓器需要滿足的功能要求，對設備的需求度較高。

從調壓器的工作原理來看，即匝數比可調的自耦變壓器。如果電刷沿著線圈表面移動，則可以改變線圈匝數比，讓電壓可以從零變為最大值，按需求進行調節，其中的關鍵內容在于電壓控制與數據傳輸。

2.1 電源模塊要求

對于系統主控板電路中的電源模塊要求，一般將工作電壓設置在5V。電機驅動電路中，繼電器的工作電壓為12V。

2.2 電壓控制

電壓控制部分包括微控制器、三相電壓表、接觸時調壓器與單相交流減速電機組成的閉環系統，互相之間具備通信功能。

電壓控制需要在微控制器中設置好電壓值，然后通過單相交流減速電機來控制調壓器的匝數，得到具體電壓值。三相電壓表需要將電壓值發送給微控制器，然后與目標電壓值進行比較。如果數據差異過大，必然需要調整精度范圍，符合要求時電機停止工作，此時的電壓值可以被認為是目標電壓值。

2.3 性能指標要求

供電電源為三相三線制，環境溫度控制在-15～40℃，相對濕度為5～95%。過載能力方面，在2倍額定電流下可以維持1min以上[2]。

調壓器的額定輸出容量公式為：

P=mI2·U2·10（kVA）

其中：P-額定輸出容量（kVA）；m-單相m=1，三相m=3；I2-輸出電流（A）；U2-輸出電壓（V）。

3 不同類型調壓器的選擇

3.1 移圈調壓器

移圈調壓器的結果與電磁原理和變壓器類似，借助上下移動的短路線圈來改變主回路線圈的阻抗與電壓分配情況，以便于對輸出電壓進行合理調節。移圈調壓器能夠使用的范圍為要求程度一般的高壓實驗場合，優勢在于可以承受較高的電流。但其輸出電壓波形的畸變率相對較高，且短路阻抗情況較明顯，在使用周期達到一段時間后，性能方面容易出現問題，例如松動、磨損產生的損壞與噪音是常見問題。

3.2 接觸調壓器

接觸調壓器是一種自耦變壓器，電壓波形正弦性出色，調壓平滑，可以將阻抗電壓值控制在合理的范圍之內。另外，其運行的噪聲較小，可以在各種場合下進行使用。按照鐵心類型的差異，分為柱式與環式，無論是性能還是性價比方面都值得選擇。不過需要考慮到其觸點調節方面的缺陷，以及調節過程中可能產生的火花情況。

例如常見的TDGC2接觸調壓器，在工業生產和科學實驗中的使用頻率非常高，可以進行調壓、調速和功率控制，電源電壓波形為正弦波或近似正弦波，調壓器需要橫裝于面板之上，或是立裝在底座上時可以利用調壓器底部安裝孔進行固定。

3.3 感應調壓器

感應調壓器的結構與異步電動機類似，以轉子角的調整來改變感應電勢相位與幅值，實現調壓目的。調壓器的三相轉子繞組接成星形，當繞組接入對稱三相電源后，旋轉磁場的切割作用會讓定子繞組與轉子繞組均感應電勢。一般情況下，其經濟指標要高于移圈調壓器，尤其是在50%以上的輸出電壓范圍內，阻抗值優質明顯。相比于其它兩種調壓器，其結構導致成本較高，具體選擇要基于實際要求。

4 結 語

用電設備的電壓要求不斷提升，為了保持設備的正常使用，連續可調的電源電壓保障功能應該成為研究工作的重點。從調壓器選型工作來看，具體的選擇需要考慮到電壓穩定、諧波、電壓調節范圍等多個參數。本文針對調壓器的功能需求進行了分析，結合其工作原理，研究了不同調壓器的優劣勢與工作狀態。在未來的高壓試驗中，需要結合試驗要求選擇性價比與穩定性更好的調壓器類型，配合合適的三相電壓表，為用電設備提供技術保障。

參考文獻

[1]俞 軻，張思賓，姚遠忠，等.電力設備高壓試驗中調壓器的應用分析[J].科技與企業，2013（18）：307.

[2]徐 毅，吳鑫楠，于宗明，等.高壓燃氣調壓器建模與仿真[J].燃氣輪機技術，2013，26（4）：28～32.

收稿日期：2018-9-29