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交流電壓穩定器(AVR)

高效率伺服式(Electro-mechanical)AVR的構造原理說明


Ans.

高效率伺服式交流電壓穩定器,主要系統架構(如圖一單相二線式)為電源系統電壓經由一可調式自耦變壓器(Variable Transformer)與電壓補償器(Buck-Boost Transformer)的二次繞組串接,其中伺服馬達機構(Servo Motor Device)所帶動之電刷除了在可調式自藕變壓器上的接點移動外並與電壓補償器的一次繞組相接連,此伺服馬達機構之動作則由輸出側電子控制線路(Electric control circuit)控制,當輸入側電壓發生昇降變化時,輸出側電壓亦會隨之改變,如輸出側電壓偏離額定值設定點時,此信號會經由輸出側的電子控制線路檢知出並將電壓誤差信號傳送到伺服馬達機構動作而調整其接觸位置,藉著伺服馬達機構使電刷移動以調整其接觸位置,電壓補償器上的電壓亦隨之改變,進而達到穩壓的目的。

當電源系統電壓為三相三線式(圖二)、三相四線式(圖三)時其穩壓動作原理是相同的,其使用三具完全獨立的單相二線伺服式交流電壓穩定器同時裝設於同一箱體內,作為三相電源系統電壓穩定使用,由於採用分離式穩壓設計各相的操作裝置相互獨立,當輸入側電源系統電壓三相不平衡率達30%時仍可調整平衡電源系統電壓輸出。如果負載需求之輸出電壓與輸入電壓不同時,可於交流電壓穩定器之輸出部份再加裝變壓器以轉換各種電壓提供負載之需求,圖四為交流電壓穩定器在正常輸入額定電壓+/-15%變化時與輸出電壓調整關係圖 。

高精密度電子式(SCRs)AVR的構造原理說明
Ans.

此乃利用閘流體元件以相位控制方式控制電壓補償器的輸出電壓,而達到穩壓的目的。
所謂相位控制式即利用閘流體(SCRs)獨特的導通特性,藉控制閘極觸發信號之延遲角度,使閘流體依觸發的先後於不同相角導通,此延遲角度稱之為α°,而觸發後有電流流通之角度稱之為導通角θ°,一般而言α°+θ°=180度。其工作原理為當輸出電壓偏低時便縮小α°,藉閘流體之導通使較多的功率流通;反之,當電壓偏高時則延後觸發即加大α°,使流經電壓補償器的功率減少,因此借著控制電力元件的導通角度,可使輸出電壓的大小維持恒定。相

位控制式交流穩壓器依電力控制元件的配置可分為兩種型式,其一是將電力控制元件置於電壓補償器之電源側,而另一種方式則將電力控制元件置於激磁側。電力控制元件置於電源側之架構可將電壓補償器視為一升壓之自耦變壓器,若輸入電壓發生變化則電力控制元件之導通角度亦隨之改變,借著控制電力控制組件的導通角度而達到穩壓的目的。

電力控制元件於激磁側之架構,不能將電壓補償器視為一單純之自耦變壓器,在此種架構下,當輸入電壓扣除Nab線圈上的壓降後若高於設定之輸出電壓,則電力控制元件不導通。其整個控制流程皆採用電子電路,故反應時間可在 1/2cycle 以內,對於電壓之變化其調整速度相當快速可在5HZ(83.3ms)以內,且輸出電壓精度可控制在±1%內。由於輸出電壓的控制大小由電力元件控制,而在每一半周電力控制組件之導通區與未導通區間,輸出電壓與輸入電壓比不一樣,故其輸出電壓為非正弦波,輸出側必須設計濾波回路,以修正輸出電壓至正弦波狀況。

磁飽和式(Ferro-resonant)AVR的構造原理說明


Ans.

此乃利用變壓器鐵心飽和的原理而達到穩壓的目的,其變壓器設計之線圈配置為主線圈、加極性線圈、減極性線圈、直流控制線圈及漏磁迴路。
由磁性材料之磁化曲線可瞭解,當磁路飽和後即使磁化電流增加磁通量亦不再增加,而磁飽和式交流電壓穩定器即利用此原理,當直流控制線圈未加上電壓時鐵心未飽和,交流磁通能通過整個漏磁變壓器的鐵心,但當直流控制線圈加上電壓後則鐵心飽和,鐵心上的磁阻增加,迫使交流磁通由並聯之漏磁回路通過,因此可藉著控制直流磁通量之大小而控制輸出電壓。

當回授控制電路(輸出電壓偵測電路)偵測到輸出電壓偏低時,便增加鐵心的飽和程度,迫使減極性線圈之磁通減少,而提高輸出電壓,反之當輸出電壓偏高時,便減少直流控制線圈上的電壓,以降低鐵心飽和程度,而使減極性線圈磁通增加,因而減少輸出電壓。由以上敘述可知藉著控制直流繞組上的電壓,以控制鐵心飽和之程度,而達到穩壓之目的,另因鐵心有飽和之現象,輸出側須設計濾波回路,以修正輸出電壓至正弦波狀況。

由於其控制電路為電子電路,對於電壓之變化其反應時間相當快速可在3HZ(50ms)以內,且穩壓率亦可達+/-1%內。

感應式(Induction)AVR的構造原理說明


Ans.

感應電子式交流電壓穩定器,其主要系統架構可區分為定子 (Stator) 、 轉子 (Rotor) 、 輸出電壓檢測控制器 (Controller) 、 伺服馬達機構 (Servo Motor Device) 四個部份。

轉子(R)內繞著繞組,為一次繞組與輸入側電源並聯,定子(S)之繞組為二次繞組與輸出側負載電源串聯。改變定子(S)、轉子(R)之感應角度會使得輸出端電壓產生增減變化,此可藉由伺服馬達機構(Servo Motor Device)轉動轉子(R),當輸入電壓發生變化時,輸出電壓將隨之改變,如輸出電壓偏離設定點,此信號經由輸出電壓檢測控制器 (Controller) 將信號送到伺服馬達機構使其產生動作,藉著伺服馬達機構動作使轉子(R)轉動以調整其感應角度,輸出電壓亦隨之改變,而達到穩壓的目的,因必須藉著伺服馬達機構調整其感應角度以控制輸出電壓,故反應時間較慢,優點為其輸出電壓波形為純正弦波無失真之情形,且系統容量可被設計成超大型容量之電力穩壓系統。

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