交流调压和稳压电源的发展动向
Development trend of AC regulate and constant voltage power supply

交流调压器和交流稳压器在工矿企业、交通运输、邮电通信、国防科研、医疗设备、家用电器及建筑大楼等许多方面得到广泛应用。主要用作平滑无级调节电压的电源或稳定电压的稳压电源。
经过多年发展，交流调压和稳压电源已成为电源技术的一个重要分支。本文主要介绍工业应用方面的交流调压电源和稳压电源的状况和发展动向，抛砖引玉，定有不当之外，敬请批评指正。

1 分类

交流调压和稳压电源从作用原理和结构特征来分，大致可分为三类：电机类、变压器类和电力电子类。见表1所示。

2 标准

交流调压和稳压电源的产品标准，按我国现行的行业（专业）标准汇总，见表2所示。

3 电机类交流调压和稳压电源
感应调压器和感应自动调压器是该类产品的代表。其结构类似线绕转子的三（单）相异步电动机，定转子绕组自耦连接。伺服电动机和蜗轮蜗秆传动机构使转子只能转动180°电角度。输入电压施加在定子上或转子绕组上，在定转子气隙间产生的旋转磁场（单相为脉动磁场）使另一绕组感应产生电势。该电势矢量与输入电压矢量相加便是输出电压。随着转子从0～180°缓慢转动，使输出电压从最小值平滑无级地调到最大值。应用过程控制原理，从调节器的输出端采样与稳压设定值比较，当输出电压超过设定值及精度范围时，输出阶跃信号，使相应接触器（或晶闸管）导通，伺服电动机转动使输出电压向波动方向的相反方向变化，回到设定值及精度范围内，达到稳定的目的。完成从采样到输出电压使伺服电动机正反转的单元是稳压控制器。由稳压控制器和特殊设计的感应调压器组成感应自动调压器（感应稳压器）。
近些年来出现的可调可稳感应调压器，是将普通感应调压器（比如，输出电压0～650V）与调压稳压控制器相结合，使感应调压器既能调压又能调压，调至多少电压就稳定这个电压，稳压可调范围为最大输出电压的25～90%。我们称这种集调压和稳压功能为一身的产品为“调压稳压器”或“可调可稳调压器”。感应类产品有单相、三相之分，冷却方式有干式自冷，油浸自冷，强迫风冷三种，电压等级有10kV、6kV、0.5kV三种，频率有工频中频二种。目前感应调压器容量范围为3.5～2000kVA左右，感应自动调压器容量范围为10～4000kVA左右。
由于该类产品是无触点调节电压，调压范围大，波形比较好，在我国研究发展已有近50年历史，使该类产品成为我国调压和稳压电源的主要品种之一。

4 电力电子类交流调压和稳压电源
电力电子类交流调压和稳压电源主要有：晶闸管调压器，晶闸管调功器和晶闸管调压稳压（恒流）电源三种。
交流电路中，在电源与负载之间串联接入反并联晶闸管或双向晶闸管器件，由这些器件及其附件和控制电路对交流电力进行控制或开关的电力电子设备，称为晶闸管交流电力控制器。按不同控制方式可分为交流调压器，交流调功器和交流电力电子开关三种型式。
以相位控制方式（移相触发方式）对输出电压进行连续平滑调节的交流控制器为晶闸管调压器。以周波数控制方式（过零触发方式）对输出功率进行调节的交流控制器为晶闸管调功器，其输出功率的平均值连续平滑可调。（调功器不能平滑调节电压，只能调节输出功率，主要用于控温）。在晶闸管调压器的负载端取样（电压样或电流样）反馈给调压器内的恒电压或恒电流电路，经过真有效值变换后的信号与设定信号进行迭加放大，进而自动改变晶闸管的导通角，使调压器的负载电压或负载电流保持稳定。当设定信号调节时，其负载电压或负载电流也进行调节，从而构成晶闸管调压稳压（恒流）电源。当负载阻抗不变而电源电压波动±10%时，稳压（恒流）精度±1%，当电源电压不变而负载阻抗变化10倍，稳压（恒流）精度±3%。全程调压稳压时间小于1S，稳压可调范围为最大输出电压的30%～90%之间。
在变压器的初级串联接入晶闸管调压器后再接入电源电压，变压器的次级接负载。只要使晶闸管的导通角随负载电压的波动而自动调节保持负载电压的稳定，由此构成晶闸管稳压器。
晶闸管调压器主要用于阻性负载和感性负载的调压、调光、控温。晶闸管调压恒流电源对于钨钽钼铌、熔盐、玻璃熔融体等非线性类发热体的自动控温特别有用。晶闸管调压器因其重量轻、反应快，便于自动控温，节能节材显著，得到日益广泛的应用。但是该类产品输出缺角的正弦波，对电网带来谐波污染，对敏感用电设备、仪器仪表等带来射频干扰。因此要求供电的电源变压器容量要足够大，电源线阻抗要足够小，要求晶闸管调压器本身的抗干扰能力强，对用于同一供电变压器的计算机等设备的供电电源，可适当采用隔离、滤波等净化措施。
晶闸管调压器在我国已有三十余年历史，具有相当规模。目前三相晶闸管调压器的容量已达3000A，2000kVA左右。

5 变压器类交流调压和稳压电源
变压器类交流调压和稳压电源有多种形式。本文主要介绍应用最为广泛的接触式调节器和稳压器。该种型式的产品是通过引流元件（碳刷、碳轮、金属电刷或其他特制电刷）在特制的单层绕制线圈的磨光轨道上平稳移动（滑动或滚动），改变输出线圈对输入线圈的匝比，使输出电压连续平滑可调。单元容量较大的，一般是柱式（铁芯、线圈呈柱式）接触调压器。多个单元可组合成更大容量的调压器。
通过控制器或印刷电路板在调压器输出端采样，经放大比较输出阶跃信号驱动伺服电动机带动电刷，使输出电压向其波动方向的相反方向变化，使输出电压在一定精度范围内保持稳定，由此构成稳压器。
为了提高稳压器容量，在负载和电源之间接入串联变压器。该变压器的次级绕组串接与负载与电源之间，而初级绕组由接触式调压器的二组相向运动的电刷供电。调压器线圈与串联变压器次级绕组的一端相连。当电源电压波动或负载电流变化使负载电压波动时，二组电刷相向移动改变串联变压器次级绕组电压的大小和极性，从而补偿负载电压的波动，达到稳压目的。故串联变压器又称补偿变压器。这种稳压器称为补偿式交流稳压器，其实就是带补偿变压器的柱式稳压器。
普通的柱式调压器与调压稳压控制器闭环组成柱式调压稳压器，在调压的同时又保持输出电压的稳定（或保持输出电流的稳定），扩大了柱式调压器用途。
环形接触调压器国内已有50多年历史，容量范围0.1～100kVA左右，频率有中频工频二种。柱式调压器和稳压器，近10几年来发展迅速，冷却方式有油浸自冷、干式自冷或风冷二种，容量范围10～3000kVA左右。柱式调压器和稳压器由于不存在定转子及气隙，空载电流和空载损耗小，波形不失真（波形失真度<0.5%）。调压速度快，内部不存在转距，瞬时过载能力强，已经得到广泛的产品档次高低的关键。
转圈式调压器是另一种意义上的接触式调压器。它不是靠转动电刷来调压，而是靠转动带有磨面的螺旋式线圈与吻合在磨面上的电刷产生相对位移而改变匝比和调节电压的。
磁性调压器是饱和电抗器与变压器有机结合在一起的调压器。单相磁性调压器通常是四柱铁芯。内口字形铁芯为变压器，外口字型铁芯为电抗器，变压器初级绕组与电抗器交流绕组串联后接输入电源。变压器的次级绕组为调压器的输出端。电抗器的直流绕组的直流控制安匝为零时，变压器初级绕组分配的电压最小，输出电压最低，当直流安匝增加时，电抗器铁芯逐渐饱和，交流绕组电压减少，变压器初级绕组电压增加，使调压器输出电压增加。直流安匝最大，输出电压最高。显然，该种产品在空载时，内部的变压器阻抗最大，分配电压高，起始输出电压高，调压范围很小。所以磁性调压器要求带负载调压，调压范围一般为额定输出电压的调至额定值。三相磁性调压器一般由三台单相磁性调压器组成。或由一台三相电抗器和三台单相变压器组成。该种产品的优点是不怕负载短路。容易实现高电压（10kV、6kVA）输入，低电压大电流输出且平滑无级的调节负载电压。容量范围从5～2000kVA左右。冷却方式有油浸自冷和干式自冷（风冷）二种。该种产品波形有一定失真，消耗材料较多，容易实现自动控制。

6 交流调压和稳压电源的发展动向
随着社会进步和技术的不断发展，交流调压和稳压电源的发展动向，引人注目的，我以为有以下几点：
1）向高电压、大容量、多功能方向发展。
由于大功率负载的容量不断提高，对更高电压等级更大容量的各类调压器的需求时有提出。前几年就有用户提出7000～8000kVA感应调压器的要求，也有国外用户提出20kV，2000kVA感应调压器的要求。对柱式调压器，10kV，1000～3000kVA的需求国内也有用户提出。晶闸管调压器方面，单相690V～750V，3600A，2500kVA，三相1500V，4000A，10000kVA的要求，也有用户提出，而且希望解决对电网的污染问题。社会和用户的要求就是技术发展的动力。我相信，通过业界科技人员和工人师傅的共同努力不断实践，吸收社会力量的支持，这些目的是会逐步实现的。
现有容量的产品向多功能用途方向发展也是很重要的。过去，要解决既调压又稳压的问题，需要一台调压器一台稳压器，现在只需要一台调压稳压器，而且是无触点控制，充分满足了用户的需要。
2）向智能化、数字化方向发展
近几年出现的智能开关稳压器，采用单片微机控制24只晶闸管零电压开关的通断，从而改变补偿变压器的补偿电压的大小和极性，实现了无电刷、无伺服电动机、无机械传动的快速分相自动稳压。允许电网电压波动±30%，稳压精度±3%～±5%，反应时间小于100mS，就是这个动向的例子。而数字控制器，数字触发器都是应用单片机技术解决稳压器的自动控制，解决晶闸管可靠触发的具体事例。
3）向抗干扰、净化电源方向发展
10余年前，美国出现了一种叫电源调压器（power conditioners）的产品。它像空调（Air conditioners）优化净化空气一样，能优化净化电源。它除了极其快速自动稳压之外，还能非常有效的隔离和衰减各种电磁干扰。与UPS（不间断电源）相比，除了“断电”这种干扰不能排除外，其他干扰（占计算机受干扰次数99.5%，断电只占0.5%）几乎都能对付，而价格比同容量UPS要便宜得多。这种产品我们国内翻译为“净化电源”或“抗干扰高级稳压器”。这种产品的主要部分是在超级隔离器（带有三重屏蔽的隔离变压器）的初级线圈有若干抽头，由晶闸管零电源开关进行快速自动切换保持稳压，由超级隔离器及其他滤波措施对各种干扰进行衰减。这种产品容量范围，单相0.2～20kVA左右，三相10～150kVA左右。电源电压波动范围±20%，稳压精度±1.5%到±5%不等，反应时间10mS，共模噪声衰减120～140dB（0.1～10MHz），差模噪声衰减40～60dB（1k～10MHz），谐波畸变率增加量<1%，过载能力，100%过载10s，500%过载10个周波。10倍过载1个周波。功率因数0.95，输出阻抗2%～4%，允许负载功率因数0.6滞后到0.6超前，效率96%。从上述指标看，这种产品是相当完美的。我们国内已有这种类似的产品和对这种产品的需求。
4）应用新器件、新原理、发展新型电源
近几年来，国内应用MOSFET，IGBT等新型电力电子器件和逆变技术、斩波技术，研究发展新型交流调压和稳压电源相当活跃。有关媒体时有论文发表。如“斩波控制交流调压电源”，“斩波补偿式交流稳压器”，“PWM逆变式交流稳压电源”，等等。国外和国内先后出现的“AC电源适配器”（AC输入，DC输出，为笔记本电脑，数码相机等供电的10W左右的电源），“车载电源”（DC输入，AC输出的100～500W左右的用于轿车，汽车上的电源）等，都是应用新器件、新原理结合传统技术向适用、高效、轻量、少无污染方向不断发展进步的新型电源。