幾種常用(高壓試驗(yàn)變壓器)的負(fù)載均流方法及電路分析

1 概述 信息請(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　在電力系統(tǒng)中的直流系統(tǒng)，由于普遍采用高頻開(kāi)關(guān)電源模塊，而對(duì)于高頻模塊的冗余備份就提出了一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，那就是模塊之間電流平均分配。針對(duì)多個(gè)高頻模塊的并聯(lián)系統(tǒng)，提出基本要**：   

　　(1)系統(tǒng)中的所有模塊電源的外特性要一致，均流誤差通常規(guī)定為不超過(guò)5%; 信息來(lái)自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　(2)采用冗余供電系統(tǒng)以保證任一電源模塊損壞或者過(guò)流保護(hù)停止工作時(shí)，負(fù)載可以從備用模塊中獲得足夠的電量; 信息來(lái)自:www.tede.cn

　　(3)各個(gè)模塊承受的電流自動(dòng)均流，為了提高系統(tǒng)的可靠性，盡可能不增加外部均流控制措施，減少均流失敗因素;   

　　(4)當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化的時(shí)候，應(yīng)能夠保持輸出電壓的穩(wěn)定，并使得系統(tǒng)具有良好的負(fù)載響應(yīng)特性，在負(fù)載突變的時(shí)候，不造成電流嚴(yán)重分配不均而停機(jī)。

　　2 均流的基本原理    

　　與線性電源相同，開(kāi)關(guān)電源也具有如圖1所示的外特性(輸出特性)U0=f(I0)。R為開(kāi)關(guān)電源的輸出電阻，其中也包括開(kāi)關(guān)電源模塊連接到負(fù)載的導(dǎo)線或電纜的電阻。空載時(shí)，模塊輸出電壓為U0MAX，當(dāng)電流變化△I時(shí)，負(fù)載電壓變化△U，該模塊的輸出電阻為：R=△U/△I。

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　　對(duì)電源模塊來(lái)說(shuō)，當(dāng)電流增加了△I時(shí)，其輸出電壓降落了△U。因此上式也代表了開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓調(diào)整率。由圖1(a)可知，開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載電壓Vo與負(fù)載電流Io的關(guān)系可用下式表達(dá)： 信息來(lái)源:http://tede.cn

　　U0= U0max-RI0 (1)

　如圖1(b)所示，兩臺(tái)容量相同、參數(shù)相同的開(kāi)關(guān)變換器并聯(lián)，負(fù)載電壓分別表示如有下 信息來(lái)源:http://www.tede.cn

　　式中R1, R2分別為模塊1及模塊2的輸出電阻(包括電纜電阻)。設(shè)RLd為負(fù)載電阻，可解得： 信息來(lái)源:http://www.tede.cn

　　由圖1(b)可見(jiàn)，當(dāng)負(fù)載電流為    

時(shí)，負(fù)載電壓為Uo，按兩個(gè)模塊的外特性(電壓調(diào)整率)分配負(fù)載電流ILd，斜率不相等，電流分配也不相等。當(dāng)負(fù)載電流增大到

時(shí)，負(fù)載電壓為

。顯見(jiàn)，模塊1外特性斜率小(即輸出電阻小)，分配電流的增長(zhǎng)量比外特性斜率大的模塊2增長(zhǎng)量大。如果能設(shè)法將模塊1的外特性斜率(即輸出電阻)調(diào)整得接近模塊2，則可使這兩個(gè)模塊的電流分配接近均勻。使模塊1和模塊2外特性相近的方法如下：

　　(1)盡量使用性能和參數(shù)一致的器件，并使結(jié)構(gòu)和安裝盡量對(duì)稱(chēng);

　　(2)利用反饋控制的方式，調(diào)整各個(gè)模塊的外特性，使它們接近一致。后者就是均流技術(shù)的基礎(chǔ)。
　　3均流原理分析與研究   

　　實(shí)現(xiàn)均流的方式多種多樣，它們的均流精度以及均流原理也是各不相同。常見(jiàn)的均流方法如外特性下垂法、主從法、平均電流法、*大電流法、熱應(yīng)力自動(dòng)均流法、外加均流控制器法等。信息來(lái)自:www.tede.cn

　　3.1 外特性下垂法

　　外特性下垂法又稱(chēng)電壓調(diào)整率法，均流控制原理圖見(jiàn)圖2。其機(jī)理是調(diào)節(jié)變換器的外特性斜率(輸出電阻)，在各模塊間合理分配電流。實(shí)質(zhì)是利用開(kāi)關(guān)電源輸出電阻的開(kāi)環(huán)技術(shù)來(lái)獲取電流輸出平衡。這種均流的缺點(diǎn)很明顯，本質(zhì)上是一種開(kāi)環(huán)控制，在小電流時(shí)電流分配特性差，重載時(shí)分配特性好一些，但仍不均衡。而且為了實(shí)現(xiàn)均流，各模塊需要個(gè)別調(diào)整，對(duì)于不同額定功率的模塊難以實(shí)現(xiàn)均流。

　　圖2 外特性下垂法均流控制原理圖

　　由于外特性下垂法的系統(tǒng)電壓調(diào)整率差，因此這一方法不可能用在電壓調(diào)整率很高(例如小于3%)的電源系統(tǒng)中。  

　　3.2 平均電流自動(dòng)均流法 信息來(lái)自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　平均電流自動(dòng)均流不需要外部控制器，用單一總線連接所有電源模塊。此種均流方法完全是建立在一個(gè)數(shù)學(xué)模擬電路(平均值電路)的基礎(chǔ)上，其原理如圖3所示。由于模塊的輸出電流隨著輸出電壓變化，從而實(shí)現(xiàn)模塊間負(fù)載電流的均分。

　　(a) 單臺(tái) (b)兩臺(tái)并聯(lián)

　　圖3 平均電流自動(dòng)均流控制原理圖 信息來(lái)源:http://www.tede.cn

　　按平均電流均分負(fù)載電流的方法可以**的實(shí)現(xiàn)負(fù)載均流，但它同時(shí)存在缺陷。例如當(dāng)均流母線發(fā)生短路或者在均流母線上的任何一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，將會(huì)使均流母線電壓降低，從而使得各模塊的輸出電壓降低，甚至達(dá)到其下限值，引起整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障。  

　　3.3 主從設(shè)置均流法

　　主從設(shè)置法適用于有電流型控制的并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)中。在采用電流型脈寬調(diào)制的集成控制器件的開(kāi)關(guān)電源中，電源的輸出電流基本上決定于控制芯片內(nèi)誤差放大器的輸出電壓Ve。當(dāng)并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電源模塊控制芯片相同時(shí)，可以按圖4實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)均流。人為指定其中一個(gè)模塊為主模，其余的模塊為從模塊。主電源模塊監(jiān)控輸出電流，并確定誤差電壓。各個(gè)從模塊的電壓誤差放大器接成跟隨器的形式，主模塊的誤差電壓Ve輸入跟隨器，于是跟隨器的輸出均為Ve，它即是從模塊的電流基準(zhǔn)，各個(gè)從模塊的電流都按同一Ve調(diào)節(jié)，與主模塊電流基本一致，無(wú)論負(fù)載電流如何變化，均能實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流的均分。

　　圖4 主從設(shè)置法均流控制原理圖

　　這種均流方法的精度比較高，但它的缺陷是，一旦系統(tǒng)所選定的主模塊失靈，則整個(gè)系統(tǒng)就癱瘓了,因此這個(gè)方法不適用于冗余并聯(lián)系統(tǒng)。由于系統(tǒng)在同一個(gè)誤差電壓控制下，任何的非負(fù)載電流變化引起的誤差電壓變化，均能引起電流的重新分配，從而影響均流的實(shí)際精度，而且電壓環(huán)的帶寬大，容易受到外界噪聲干擾。   

　　3.4 *大電流自動(dòng)均流法

　　*大電流自動(dòng)均流法也叫自主均流，圖5描述了*大電流自動(dòng)均流法的簡(jiǎn)要原理。這種方法和平均電流法相似，只是將后者和均流線相連的電阻換成了二極管，由于二極管的單向?qū)щ娦裕挥休敵鲭娏?大模塊的電流信號(hào)能使二極管導(dǎo)通，與均流母線相通，這使得均流母線上的電壓反映的是各模塊中輸出電流*大模塊的電流信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了主模塊的自動(dòng)選擇。信息來(lái)源:http://www.tede.cn

　　*大電流自動(dòng)均流法與主從設(shè)置均流法相比較，不同的是*大電流法實(shí)現(xiàn)負(fù)載均流時(shí)，其主電源模塊是隨時(shí)變換的。*大電流法能隨時(shí)根據(jù)系統(tǒng)中承擔(dān)電流*大的模塊，不斷調(diào)整各并聯(lián)模塊分擔(dān)的負(fù)載電流，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總電流在各電源模塊中的**分配。因而這種控制方法能夠?qū)收夏K自動(dòng)隔離，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冗余和熱插拔，提高系統(tǒng)的可靠性。

　　圖5 *大電流法自動(dòng)均流控制原理圖   

　　基于以上的分析，外特性下垂法的均流精度比較低，主從設(shè)置法和平均電流法無(wú)法實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)，因而并聯(lián)電源系統(tǒng)的可靠性得不到保證，外加控制器法使得系統(tǒng)變得相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。對(duì)于電力高頻電源，要求它的均流精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可以實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)等，故使用先進(jìn)的*大電流自動(dòng)均流法非常合適。

　　4 均流仿真與分析 信息請(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　為了驗(yàn)證*大電流自動(dòng)均流法的均流效果，本節(jié)利用psim軟件建立仿真電路對(duì)其行進(jìn)仿真分析。仿真時(shí)特建立了輸出特性不一致的兩個(gè)模塊進(jìn)行并聯(lián)均流分析。對(duì)比加入均流控制前后，兩模塊的輸出電流，檢驗(yàn)其均流效果。無(wú)均流控制時(shí)，兩模塊并聯(lián)運(yùn)行的輸出電路波形如圖6所示。加入均流控制時(shí)，兩模塊并聯(lián)運(yùn)行的輸出電流波形如圖7所示。

　　圖6 無(wú)均流控制時(shí)，兩模塊并聯(lián)輸出電流波形

　　圖7 均流控制時(shí)，兩模塊并聯(lián)運(yùn)行的輸出電流波形   

　　5 結(jié)論

　　通過(guò)比較幾種均流方法，總結(jié)出*大電流自動(dòng)均流法是高頻模塊并機(jī)使用的*佳方案。并對(duì)*大電流自動(dòng)均流的均流控制電路進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，必將推動(dòng)高頻開(kāi)關(guān)電源均流朝著更先進(jìn)的方向發(fā)展。