本发明涉及振荡器带宽抑制电磁脉冲于扰兼具稳压功能的电源装置。 现代精密电子设备如计算机对电源的质量要求很高,尤其要求抑制对程控仪表和计算机危害极大的电磁尖脉冲干扰.CN862104009提出一种以屏蔽和隔离作为抑制脉冲干扰手段的“三相超隔离抗干扰电源稳压装置”,该装置虽然对脉冲干扰抑制力强,但其电源变压器的初、次级绕组都必须实行严格屏蔽,制作工艺比较复杂,整机重量较大。
本发明提出一种直接利用振荡器的带宽抑制电磁脉冲干扰的抗干扰电源稳压装置,使对变压器绕组的屏蔽措施大大简化,本发明的进一步目的还在于通过对电源变压器的结构,绕组匝数比和功率振荡器部件的优化设计,使功率振荡器获得合理带宽和合适的稳压参数,使装置具有良好的抗干扰和稳压性能。
本发明的电气原理图如图1所示,它主要是一个包括基波功率振荡器和谐波振荡回路的单相变压器。该变压器的初级绕组由输入主绕组(1)-(1′)和输入辅助绕组(2)-(2′)串联组成,次级绕组由输出主绕组(3)-(3′)和输出辅助绕组(4)-(4′)串联组成,绕组(1)-(1′)、(2)-(2′)和(4)-(4′)工作在磁化曲线的线性段,绕组(3)-(3′)工作在磁化曲线的饱和段,在绕组(3)-(3′)的两端并联有分别由电容C1、电感L1和电容C2、电感L2组成的串联回路,所说的基波功率振荡器由输出主绕组(3)-(3′)和C1、C2、L1、L2组成,该振荡器谐振于电源基波或其邻近频率,主要由输入主绕组(1)-(1′)进行交流激励。由于该振荡器有一个以基波频率为中心的带宽,因而仅有电源基波频率通过功率振荡器,带宽之外的那些频率受到有效地抑制,通常电网上的高能量脉冲宽度都在毫秒级,其频率都在KHz以上,因此这些高能量干扰脉冲被大幅度衰减。振荡器中使C1、L1和C2、L2两个串联回路分别谐振于基波三次谐波和五次谐波。从而形成基波三次谐波和五次谐波的滤波电路,该滤波电路有效地滤除基波三次谐波和五次谐波分量,改善因电网低频大幅度波动引起的波形失真。本发明使输出主绕组(3)-(3′)工作于磁化曲线的饱和段从而使输出具有稳压作用,与绕组(3)-(3′)串联的辅助绕组(4)-(4′)则主要由输入辅助绕组(2)-(2′)交流感应而产生一个输出补偿电压,该电压用以调整绕组(3)-(3′)虽然饱和但仍然随输入电压增加而慢慢上升的电压。
以下是本发明的单相变压器的一个优化结构(如图2所示),该变压器采用一个具有三铁芯柱的变压器铁芯,其中一侧铁芯柱(5)的中部留有小磁隙(6)[即H],在该侧柱上装输入辅助绕组(2)-(2′)和输出辅助绕组(4)-(4′),上述两绕组被磁隙(6)隔开。在中间铁芯柱(7)上装输入主绕组(1)-(1′),在另一侧铁芯柱(8)上装输出主绕组(3)-(3′),电源的输入火线分别从(2)、(1)端输入,输出火线和输出中线分别从(4)、(3)端输出。
上述变压器铁芯侧柱上的磁隙宽度H为3-4mm,可在空隙中填充0.5-3mm厚度的玻璃纤维环氧板介质用以调节(2)-(2′)对(4)-(4′)的感应强度。在本结构中,绕组(4)-(4′)上的输出补偿电压主要是由(2)-(2′)交流感应产生的,特别是输入电压在220V以下时,(2)-(2′)起主要作用。当端入电压在220V以上时,则振荡绕组(3)-(3′)也对(4)-(4′)产生明显的感应作用,该感应与(2)-(2′)的感应是反相的,所以(4)-(4′)在(2)-(2′)和(3)-(3′)的共同感应下,使(4)-(4′)随输入电压的高低对(3)-(3′)产生适当的补偿,保证输出具有良好的稳压功能,本发明各绕组的感应电压示意图如3所示。调节铁芯磁隙填充物的厚度,还可使变压器不产生过压现象。
为使本装置的基波功率振荡器获得合理的带宽和合适的稳压电气参数,本发明对电源变压器的各绕组的匝数比以及振荡器的部件的电气参数进行优化选择,以下是一套各绕组匝数比的优化参数:(2)-(2′)匝数∶(4)-(4′)匝数∶(3)-(3′)匝数∶(1)-(1′)匝数=(3.2-3.4)∶(2.2-2.4)∶(8.8-9.2)∶(9.6-10.4)。振荡器的部件选择则根据以下的设计标准,使功率振荡器的基波振荡电流I振设计为装置额定有效输出电流I有效的2-2.5倍。本发明一单元(由一个包括基波功率振荡器和谐波谐振回路的单相变压器构成)构成单相抗干扰电源稳压装置,(如图1、图2);将三单元Y形联接则可组成三相抗干扰电源稳压装置(如图4)。
下表为单相0.5KVA-5KVA,三相10KVA-15KVA的抗干扰电源稳压装置的基波功率振荡器各部件参数的优选使用范围(采用耐压400V电容器,电容器的电流密度为0.07-0.12安培/μf)。
为降低和消除本装置工作时的噪声,本发明还采用下列技术措施:1、用低碳钢板把处于磁饱和的输出主绕组(3)-(3′)连同其所附绕的铁芯柱屏蔽起来,以消除该铁芯柱由于饱和而往外泄漏磁场而与机箱铁壳发生铁磁振荡噪声;2、采用红木夹条作为变压器夹具,起加固和防震作用。
本发明利用振荡器带宽抑制脉冲干扰,特别是毫秒级宽度的高能量干扰,实验结果当输入端窜入1000伏,ms宽度以上的干扰时,输出端的干扰讯号衰减到60伏以下,400伏以下的输入干扰,在输出端被衰减干净,本发明由于简化了对变压器绕组的屏蔽措施,制作工艺简化,整机重量减轻,整机还具有较宽的稳压范围,输出波形失真小,总谐波失真空载时小于2.5%,全载时为2%以下。
图1为本发明的电气原理图;
图2为本发明的电气结构示意图;
图3为本发明各绕组感应电压示意图;
图4为本发明三相抗干扰电源稳压装置的电气原理图。
以下是本发明实施例的具体结构参数:
如图2,初次级绕组(1)-(1′)、(2)-(2′)、(3)-(3′)、(4)-(4′)分别装在变压器的三铁芯柱(5)、(7)、(8)上,其中侧柱(5)的中间有宽度H=3mm的磁隙,调整磁隙中的介质填充物玻璃纤维环氧板厚度可调节绕组(4)-(4′)所获的电压补偿量。各绕组的匝数比为:(2)-(2′)匝数∶(4)-(4′)匝数∶(3)-(3′)匝数∶(1)-(1′)匝数=3.3∶2.2∶9∶10,绕组(3)-(3′)与C1、L1、C2、L1组成基波(50Hz)功率振荡器,C1、L1组成基波三次谐波(150Hz)的串联谐振回路,C2、L2组成基波五次谐波(250Hz)的串联谐振回路,以装置额定功率1千瓦设计,I振≈10A、C1为80μf、C2为60μf、L1为15mH、L2为7mH。