适合学校实验室使用节能型稳压器设计
适合学校实验室使用节能型稳压器设计 摘要:学校实验室精密仪器设备一般都配备稳压器,以保 证仪器的正常使用,然而稳压器的能源损耗是一大浪费。如 何降低稳压器的能源损耗,让市电在安全电压范围内时,使 稳压器自动脱离电源,将市电直接供给负载,消除稳压器自 身损耗;负载为零时,也使稳压器自动脱离电源,消除其空 载损耗,让稳压器的能源损耗降至最低,又能发挥稳压器应 有的作用,经试制,达到了设计功能。 关键词:稳压器能源损耗节能自动控制 目前,我国电力工业发展速度很快,但是电力供应不足 和用电效率低下的状况依然比较严重,且在今后相当一段时 间内将继续存在,部分地区电力输配设施的老化和发展滞后 等原因造成末端用户电压的过低,而线头用户则经常电压偏 高,尤其是炎热的夏季,在用电高峰期电压波动很大,对用 电设备特别是对电压要求严格的精密仪器设备,影响尤为严 重。 例如不稳定的电压会给实验设备造成致命伤害或误动 作、影响实验的效果和成功率、甚至造成不可弥补的损失; 同时加速设备的老化、影响其使用寿命;甚至烧毁设备配件、 使设备面临维修与更新的困扰、严重者甚至发生安全事故。 因此,不得不借助大功率稳压器进行调压。这样做固然能使 设备正常工作,然而,因稳压器长期接在电网中,其空载损 耗和有负载时的自身损耗,日积月累已成为能源浪费不容忽 视的问题。通过对市售多种规格、品牌的中小功率稳压器实 测,其空载损耗多数在20〜50 W之间。针对这一问题,我 们经反复试验,设计并制作了一台节能型稳压器,经多年使 用,证明其稳定可靠。适用于实验室、研究所、网络中心等 仪器设备长时间运行的部门,节电效果更为显著。现将电路 刊出,供参考。 1性能特点 (1)市电电压在220 + 22 V的安全电压范围内,稳压 器能自动脱离电源,将市电直接供给负载,消除稳压器自身 损耗。(2)负载为零(V0.5 W)时,稳压器能自动脱离电 源,消除其空载损耗。(3)其他性能与一般稳压器相同,设 计功率5 kVA, 2. 1延时供电电路 市电经变压器T1降压,DI, D2整流,Cl, C2滤波, 得到2个不稳定直流电压。作为识别控制电路、延时电路的 电源,Rl, LED1构成电源指示。集成时基电路IC1及外围元 件R3, R4, R5, C4, VI, K1构成延时供电控制电路。刚通 电瞬间,由于C4两端电压不会突变,将低于1/3电源电压, IC1的③脚输出高电平,经R5使VI饱和,K1得电吸合,JK1 触点被断开,切断负载电源回路,同时LED2发光,显示电 路正处于延时状态。随着时间的推移,C3两端电压逐渐升高, 当C3两端电压被充至2/3电源电压时,IC1状态翻转,③脚 由高电平变为低电平,VI由导通变为截止,K1释放,JK1触 点闭合,负载得电,图中RC参数延时时间约4分钟。此功 能主要是为压缩机之类的设备而设,此类设备断电后如果立 即供电,有可能对设备造成损坏。如不需要上述延时供电功 能,将S2闭合即可。 2.2市电电压识别控制电路 2. 3负载识别控制电路 电路由 D9〜D12, R15, IC4, R14, C7, D7, V4, K3 等 元件构成,当输出端有负载时,电流流经D9〜D12,在H, G 两点间产生约1.4 V交变电压,经R15使IC4内发光二极 管导通,内部光敏三极管亦导通,此时若V3处于导通状态 (市电电压低于或高于安全电压时),集电极为低电平,D6 必然截止,电压经V4发射结、R14、使D7击穿导通,V4饱 和,K3得电吸合,JK3闭合,T2电源回路被接通,处于调压 状态;如果输出端无负载,H, G两端则无电压降,R15中无 电流流过,IC4内光敏管截止,V4必然截止,K3释放,JK3 断开,切断T2的电源回路,消除了 T2的空载损耗;市电处 于正常电压范围内时,如前所述,V3必然截止,电源通过 K2内部线圈加至D6正极,D6正极电压等于电源电压,纵然 识别电路使IC4内光敏管导通,因为D6负极电压被钳位在 仅低于电源电压0.7 V,所以D7不会被击穿导通,V4因无 基极电流而处于截止状态,K3释放,JK3必然处于断开状态, 因而切断T2的电源回路,消除了 T2的自身损耗。识别电路 对负载的可靠识别能力为0.5 Wo 2.4升降压采样控制电路 通过上述分析可见,在无负载时,消除了 T2的空载损 耗;市电处于安全电压范围内时,消除了 T2的自身损耗, 而且这时K1〜K5均处于释放状态,不消耗电能,整个电路 耗电甚微,达到了节电目的。 3元件选择及制作 4调试方法 5结束语 该节能型稳压器经实际应用,已经达到设计要求,一方 面可以满足稳压器的自动调压功能,保障仪器设备的用电安 全,另一方面又可将稳压器的能源损耗降至最低,值得推广 应用。 参考文献 [1] 郝鸿安.555集成电路实用大全M. ±海:上海科学 普及出版社,2000. [2] 张友汉.电子线路设计应用手册[M].福建:福建科学 技术出版社,2011. [3] 刘福启.节能型交流稳压器[J].电子世界,2005 (1): 52-53. [4] 刘福启.全自动节能交流稳压器[P].中国专利: CN2750355, 2006-01-04.