DQZHAN技術訊；電力用直流電源自動調壓裝置的研制
1引言
電力系統所需的直流電源，都是由直流電源系統提供的，而直流電源系統的輸出為合閘母線和控制母線兩部分。合閘母線的電壓即為充電機輸出電壓值,合閘母線的電壓高，其作用是為合閘機構提供操作電源。控制母線的電壓要比合閘母線的電壓低，而充電機在滿足給蓄電池正常充電的情況下，其輸出電壓要高于控制母線電壓，要滿足控制母線能正常地給電力系統的繼電保護裝置及信號回路等供電。必須把合閘母線電壓降至一定范圍，形成控制母線。本文介紹的自動調壓裝置正是為實現這一功能而設計的。
2方案選擇
設計開始，我們選擇方案所遵守的原則為：成本低、性能高、具有高可靠性與穩定性、實用性。
2.1選用單片機控制方案
選用8031或8051構成的單片機系統，雖然實現起來，十分簡便，但是此系統所需外圍輔助器件比較多，造成成本過高。另外一重要原因是此種方案對干擾特別靈敏。實際運用，可靠性較差，基于以上二種原因，此種方案沒有采用
2.2選用大規模可編程邏輯器件方案
我們選用了可編程邏輯器件GAL20V8B，進行編程實現。此種方案電路簡單，造價不高，但是經實際試驗后發現，此種方案的抗干擾能力較差。所以，也不是優選方案，沒有被我們采用。
2.3用大規模邏輯電路方案
采用此種方案后，我們發現實現自動調壓功能的電路十分簡單，整個成本明顯降低，由于采用的邏輯芯片為雙向移位寄存器40194B{74194}，此種芯片是一種成熟的芯片，其工作穩定性十分高，造價也十分低。是目前普遍采用的一種集成電路。經實際試驗，達到了預期的設計要求。因此我們采用了這種設計方案。
3移位寄存器40194B的描述
工作真值表見表1，管腳排列見圖1,HEF40194B是具有兩種控制輸入(S0—S1)的雙向移位寄存器，具有一個時鐘輸入腳(CP)，一個左移串口數據的控制輸入腳(DSL)，右移串口數據的控制輸入腳(DSR)，四位并行數據的輸入腳(P0—P3)。一個同步復位輸入腳(/MR)，四個并行輸出腳(O0—O3)。當/MR為低電平時，對芯片進行復位，迫使O0—O3輸出低電平。當MR為高電平時，工作模式由S0和S1按表1組合方式工作，串口和并口工作方式是由CP脈沖邊沿觸發
5元器件選擇
從圖2可看出，所設計的自動調壓裝置在直流電源系統中是一個獨立執行部分，其自動控制電路部分所需的+12V工作電源。是利用電阻從+KM上降壓之后。通過7812穩壓塊直接穩壓后而獲得，采樣回路。利用精密電阻直接降壓采樣，這樣足可以保證采樣的精度要求，從而不用采用價格高的霍耳元件，成本大大降低，另外，工作的可靠性與穩定性都比霍耳元件高。比較判斷回路，是LM224工業常采用的芯片，其價格低，性能可靠，觸發電路采用的是NE555集成電路，移位執行電路采用的是40194B(74194)雙向移位寄存器。其工作過程參見表1 驅動電路采用的是BU406(BUX85)高壓三極管，此種器件的造價十分低，同時它也是成熟的器件被廣泛應用于工業。繼電器采用的是JQX58F。這種繼電器節點容量大，而且價格低，降壓回路采用的是硅二極管組。
6工作過程
如圖2圖3示，合閘母線(+HM)經過硅降壓回路降壓后，形成正控制母線(+KM)，+KM經自動調壓回路采樣后，采樣值送到比較判斷回路，在此處進行比較。如果+KM沒有高于預先設好的范圍，則觸發電路不動作。移位執行電路也不動作，相應的繼電器也不動，電路保持原狀態，+KM值保持不變，如果+KM超出了預先設好的范圍，則比較判斷回路發出信號，告之觸發電路，觸發電路立即發出脈沖，觸發移位寄存器，移位寄存器開始向左或向右執行移位，從而使電路驅動繼電器動作。繼電器相應的節點打開或閉和，來實現硅二極管是串入還是脫離+KM回路，于是實現+KM按電力標準規定的范圍內變化，從而實現了自動調節+KM電壓。

圖 3
7自動控制電路原理和工作過程
其原理圖如圖4a 4b所示，圖中II單位與I單位是按相應的序號對應連接在一起的，+KM(控制母線)經III-1引入，通過圖4b的采樣電阻R1和R2，到達I-10，送入圖4a中N1(LM224)的2腳與5腳進行比較。在圖4a中RP1是調母線欠壓值的設定電位器，RP2是調母線過壓值的設定電位器， +KM(控制母線)采樣后經LM224比較后，從1腳與7腳輸出，7腳與1腳的組合狀態只有三種可能：01、11、00。8腳與14腳的輸出相應有10，00，01三種狀態。8腳與14腳的相應三種狀態既為圖4b中N1與N2的S0與S1組合狀態。當7腳與1腳輸出為01時，表明此時控制母線欠壓，則LED1亮，LED2滅，LM224的8腳為高電平，14腳為低電平，S0、S1為10組合狀態送到圖4b中的N1與N2，同時圖4a N2(NE555)的四腳為高電平，3腳立刻產生觸發脈沖，通過I-4送到圖4b HEE4019B的11腳，使HEE4019B獲得觸發脈沖，于是開始右移輸出工作。這時圖4b N1的15腳輸出高電平，從而驅動圖4b的Q2導通，相對應的繼電器動作，把降壓二極管脫離+KM回路。如果此時仍處于欠壓狀態，則圖4b的15腳輸出保持不變，14腳馬上輸出高電平，驅動Q3導通，于是Q3連接的繼電器動作，把相應的降壓二極管脫離+KM回路-----，如果仍處于欠壓狀態，則直至圖4b N2的13腳輸出高電平，Q8導通，相應的繼電器動作，把相應的二極管脫離+KM回路，如果調至某一處，如Q4導通后，母線電壓進入正常狀態，則圖4a N1的7腳與1腳輸出高電平，8腳與14腳輸出為00電平，那么電路進入保持原狀態工作方式。假設圖4b所有的三極管Q2—Q8全部導通，此時出現母線過壓信號，那么圖4 a中N1的1腳輸出為低電平，LED2亮，N1的7腳為高電平，14腳為高電平，8腳為低電平，圖4b中N1與N2開始左移輸出工作，圖4 a中N2的4腳輸入為高，3腳輸出脈沖，通過I-4、II-4送到圖4b中的N1—11腳與與N2—11腳，N1與N2開始左移工作。圖4b中，N2-13腳變為低電平，Q8斷開，相應的繼電器停止工作。與其對應的降壓二極管串入+KM回路，實現降壓。如果+KM還過壓，那么相應的Q8、Q7----依次斷開，直到調到+KM進入正常電壓范圍。圖中III單元的4至10是繼電器線圈連接點，III—2是+KM經電阻降壓后，給7812集成塊供電的接入點。
8存在的問題及解決辦法
在進行帶電運行試驗階段，發現有時會有某一個高壓三積管(Q2---Q8)被擊穿的現象。經反復分析和試驗，確定是高壓三積管驅動的繼電器線圈在系統斷電時產生瞬間反向電動勢(此時電池組沒有接入充電)，擊穿了三積管，因為繼電器是接在+KM上，繼電線圈瞬時產生了十分高的反向電動勢。解決的辦法是在每個繼電器線圈上加一個泄放二積管，這個問題就解決了。
9主要技術參數
降壓范圍：0 ～ 45V
額定電流：20～ 100A
穩壓精度：≤2%
10結論
該自動調壓裝置現已大批量投入電力系統運行，用戶對該裝置運行的可靠性與穩定性給予了高度評價。與此同時，該裝置的生產成本卻大大降低，達到了設計之初的要求，使我企業的產品在市場競爭中更具優勢。

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