基于PLC的单相稳压电源装置设计

邓方亮 阎振坤 李新洁 刘晓倩

摘 要：基于PLC的单相稳压电源装置改变了传统稳压电源采用电位器和波段开关的调节方式，使用PLC为核心的控制系统，利用电压的叠加原理对控制端的电压进行补偿。利用双向可控硅电路改变变比实现稳压，提升了稳压电源的稳压精度、抗干扰性在，这里采取基于PLC的控制方法。

关键词：补偿式；无触点；PLC；稳压器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.176

1 目前市场同类产品研究及生产状况

稳压器的主要电路结构，从最初的机械碳刷式到无触点补偿式，经历了好几代的发展变化，但目前市场上的很多大功率交流稳压器仍是机械碳刷式结构。机械碳刷式稳压器有着许多缺点和不足，已远不能适应现代科技的需要。

国内关于交流稳压器的研究较为活跃，其研究的主要内容分为两个大的方向：

1.1 无触点补偿式大功率交流稳压器[1]

无触点补偿式大功率交流稳压器[1]提出通过改变变压器的绕组组合来改变输出电压：一种是纯补偿式，它的拓扑结构如图1.1所示。

通过双向可控硅的通断，控制补偿变压器组合的投入、退出或改变极性，从而达到稳定输出电压的目的。可控硅通过桥臂形式，直接接在相线与零线之间（220V），因而工作电压高，换档时产生的浪涌电流大；同时，这种电路在可控硅误导通时，很容易造成相线与零线之间短路，瞬间就会烧毁可控硅，故其可靠性很差。另一种是自耦调压补偿式[2][3]，这种结构通过控制双向可控硅的通断，来切换自耦变压器的抽头，从而改变补偿变压器补偿电压的大小和极性，达到稳定输出电压的目的。

1.2 高频开关型交流稳压器

高频开关型交流稳压器把先进的高频开关电源技术引入到交流稳压器中，从而可以取得减小体积和重量，具有效率高、响应速度快的优点[4]。但因其电路复杂，价格很高，难以做到大容量输出。

2 单相交流稳压电源的设计

要保证电源装置能做到精密地控制和可靠地运行，必须采用电力电子技术，在装置中使用电力半导体器件。基于此，设计了一种新型的采用PLC控制的无触点补偿式大功率交流稳压器。

2.1 稳压器电磁原理分析

2.1.1 电压串联补偿原理

电压串联补偿技术原理如图2.1所示。

由图2.1可知：， 为电网侧输入电压，为补偿电压，为稳压器输出电压。当低于时，调压装置使为正补偿；当等于时，调压装置不动作，为0补偿。当高于时，调压装置使为负补偿。稳压器[5]只需补偿电压设定值和实际值的偏差电压，而无需承担负荷的全部电压，采用电压串联补偿技术研制的稳压器即可做到。

2.1.2 主电路拓扑结构

稳压器的主电路拓扑结构如图2.2所示[6]：主电路由带分接头的自耦调压变压器和串联补偿变压器组成。

为通过智能控制系统控制的固态继电器模块。通过改变自耦变压器的变比而控制自耦变压器的二次电压，通过改变补偿变压器的一次绕组的接入点而控制补偿电压的正负。与补偿变压器 T2 一次绕组并联的RC 电路是为了抑制在换挡瞬间因补偿变压器 T2 一次绕组暂时开路而引起的冲击电流。

2.2 控制系统硬件组成

设计采用西门子S-200系列PLC、模拟量输入模块组成控制系统，触摸屏采用台达DOP-B系列触摸屏。控制系统的硬件组成框图如图2.3所示。

交流固态继电器介绍。交流固态继电器SSR[7]是一种无触点通断电子开关（Solid State Relays），由输入电路，隔离（耦合）和输出电路三部分组成。它利用电子元件（如开关三极管、双向可控硅等半导体器件）的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，为四端有源器件，其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出控制端。当施加输入信号后，其中主回路呈导通状态，无信号时呈阻断状态。整个器件无可动部件及触点，因此又被称为“无触点开关”。

2.3 PLC系统设计与程序编写

2.3.1 PLC主程序编写

PLC主程序主要是对定时器、初始值、子程序读取、寄存器、计数等相关设置。程序开始运行时，先将档位实际输出初始值进行设置。通过初始化程序，将额定电压设定设为40V，阈值设为2V，并将所有输入输出端口和寄存器初始化。

初始化程序1：由于PLC量程为（-27648～27648），电压变送器的量程0～250V转化为0～10V，对应40V为4424，并将其赋值给VW500作为电压设定值；将1 给VW502默认T3定时器为1*10ms；VW504阈值为0.8V；VW506为档位判断前时间间隔；VW510为总周期。

初始化程序2：VW2为当前偏差；VW4为前挡偏差；VW6为执行档位；VW100为实际档位；VW98为周期次数；将其全部置0初始化。

初始化程序3：初始化输出端0100001，对应点数输出0挡。

电压判断程序流程图如图2.9所示。

通过设定初始值与采集值进行比较，判断偏差与零的大小，根据判断进行档位判断，从而调节比例大小，进而调节输出电压。

利用PLC控制和电力电子技术，实现了智能的单相交流稳压电源的设计，它容量更大，可靠性更强，精度更高。克服了机械触点式稳压器故障率高、噪声大、损耗大的缺点，适用于对环境要求较高、对电压稳定性要求高的用户。

参考文献：

[1]郭萍，李建华.无触点斩波式交流稳压器[J].江苏电器，2008（04）：45-48.

[2]冯刚，冯新民，王志勇.补偿式交流稳压器设计[J].江苏电器，2008（10）：49-52.

[3]江友华，顾胜坚，方勇.无触点交流稳压器的特性研究及功率流分析[J].电力电子技术，2007，41（08）：7-9.

[4]谭必礼.交流调压和稳压电源的发展动向[J].变压器，2004，41（05）.

[5]李海林，刘小虎.一种无触点补偿式交流稳压器的设计[J].船电技术，2010（04）：34-36.

[6]孙海涛，全永强.自动补偿式交流稳压电源的研制[J].变压器，2005，42（02）.

[7]康秀强.大功率智能交流稳压电源的设计[J].机电工程，2010，27（05）：60-70.

作者简介：邓方亮（1995-），山东乐陵人，本科，学生，研究方向：电气工程及其自动化。