西門子PLC中央處理單元CPU1211C

方框圖 進(jìn)行同相位調(diào)節(jié)的變壓器

帶有同相位調(diào)節(jié)的變壓器按常規(guī)原理運(yùn)行。其供電采用交流供電系統(tǒng)供電（單相、兩相或者三相供電）。

使用變壓器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以獲得所需次級(jí)電壓。

經(jīng)整流和濾波的二次側(cè)電壓在整流階段轉(zhuǎn)換為輸出穩(wěn)定的電壓。調(diào)整區(qū)包括一個(gè)末控制元件和一個(gè)控制放大器。穩(wěn)定輸出電壓和過濾電容處的非穩(wěn)定電壓之間的差值轉(zhuǎn)變成了末控制元件的熱損。此處，末控制元件的功能就像一個(gè)快速可調(diào)電阻。無論哪種情況所導(dǎo)致的熱損，都是由末控制元件上的輸出電流和壓降所產(chǎn)生。

該系統(tǒng)適應(yīng)性*。即使沒有其他調(diào)整，也可提供幾個(gè)輸出電壓。在多輸出的情況下，單個(gè)二次側(cè)電路一般分別由輸入變壓器的二次側(cè)繞組產(chǎn)生。某些應(yīng)用，僅能根據(jù)該電路原理解決。尤其是需要具備高調(diào)節(jié)精度、小殘余紋波和快補(bǔ)償時(shí)間的情況。

然而，其效率比較低，重量和體積也很大。因此，帶同相位調(diào)節(jié)的變壓器只是一種較低特定功率下的經(jīng)濟(jì)替代方案。

優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：

電磁式穩(wěn)壓器

磁穩(wěn)定器的方框圖

完整的變壓器包括兩個(gè)部分。所謂的“鐵共振器”和一個(gè)串聯(lián)式輔助調(diào)節(jié)器。由于氣隙，電磁式穩(wěn)壓器的輸入線圈和振蕩線圈的去耦作用極大。電磁式穩(wěn)壓器可以提供穩(wěn)定性能良好的交流電壓。它利用了整流和濾波。變壓器自身工作于飽和區(qū)域。

鐵磁諧振器常常帶有一個(gè)在下游連接的同相位調(diào)節(jié)變壓器以提高控制精度。下游還常常連接次級(jí)脈沖開關(guān)式調(diào)節(jié)器。

磁穩(wěn)壓器技術(shù)可靠且堅(jiān)固耐用，但其也是大容量、笨重且相對(duì)較貴。

優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：

次級(jí)脈沖開關(guān)式電源：

次級(jí)脈沖式開關(guān)電源的方框圖

這里，采用 50 Hz 變壓器，實(shí)現(xiàn)與供電設(shè)施的隔離。經(jīng)整流和濾波后，通過位于濾波和存儲(chǔ)回路之間的開關(guān)管上流經(jīng)的脈沖將電能以開關(guān)方式送至輸出端。由于輸入側(cè)的變壓器可作為一個(gè)很好的濾波器，線路的污染很低。
該電路的效率*。

對(duì)于具備大量輸出，且輸出電壓各不相同的電源，該設(shè)計(jì)具有許多優(yōu)點(diǎn)。

然而為了保護(hù)連接的負(fù)載，必須非常小心，在開關(guān)晶體管損壞的情況下，濾波電容器的*非穩(wěn)壓的直流電壓將適用于輸出。不過在線性穩(wěn)壓電源中，這種危險(xiǎn)依然存在。

優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：

初級(jí)脈沖開關(guān)式電源：

在文獻(xiàn)中常常使用的術(shù)語(yǔ)為 SMPS(開關(guān)電源)或者初級(jí)開關(guān)式穩(wěn)壓器。

單端正激變換器的方框圖

初級(jí)開關(guān)式穩(wěn)穩(wěn)壓電源可以采用許多不同的電路類型。zui有價(jià)值的基本電路有單端正激變換器、反激變換器、半橋變換器、全橋變換器、推挽變換器和諧振變換器。

主要開關(guān)模式調(diào)節(jié)器的總體運(yùn)行原理顯示在單端前向轉(zhuǎn)換器的框圖中。

非穩(wěn)壓的供電電壓首先被整流和過濾。直流連接回路電容的容量決定了輸入電壓發(fā)生故障時(shí)電源的存儲(chǔ)時(shí)間。輸入為 230 V 時(shí)，直流連接回路的電壓約為 320 VDC。接下來，將該直流電壓輸入單端變換器，借助脈寬調(diào)節(jié)器，以較高的開關(guān)頻率，由變壓器將初級(jí)電能轉(zhuǎn)換至次級(jí)一側(cè)。開關(guān)管工作于開關(guān)狀態(tài)時(shí)，功耗很低，因此，取取決于輸入電壓和電流的不同，功率平衡度將會(huì)在 70% 與 90% 之間。

由于轉(zhuǎn)換頻率高，變壓器的容量必50 Hz變壓器小，因?yàn)榭紤]到轉(zhuǎn)換頻率越高，變壓器的尺寸就越小。使用現(xiàn)代半導(dǎo)體，可以達(dá)到100kHz及以上的時(shí)鐘頻率。然而，在*的時(shí)鐘頻率下，轉(zhuǎn)換損失升高，因此在每種情況下，都必須在高效率和zui大可能時(shí)鐘頻率之間折衷。在絕大多數(shù)應(yīng)用中，時(shí)鐘頻率在約20 kHz到250 kHz的范圍內(nèi)，取決于輸出功率的大小。

次級(jí)線圈的電壓經(jīng)過了整流和濾波處理。通過光耦合器，將系統(tǒng)輸出端的偏差反饋至初級(jí)回路。控制脈沖寬度（控制開關(guān)管的相位），可以將所需電能傳輸至次級(jí)回路，并調(diào)節(jié)輸出電壓。在開關(guān)管的非導(dǎo)電相期間，通過輔助線圈，變壓器被退磁。傳輸?shù)碾娔苷门c輸出端所消耗的電能等量。這些電路的脈沖占空比的zui大脈沖寬度小于50%。

優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：

近年來，初級(jí)開關(guān)電源已取代了其他開關(guān)式電源。原因是它們的結(jié)構(gòu)十分緊湊，重量很小，效率很高，并具有突出的性價(jià)比。

總結(jié)

下表中總結(jié)了上述電路類型的zui重要特性。

低電壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換

超過 400 V 的供電電壓（如 500 V、690 V）僅在歐洲的大型工業(yè)企業(yè)中使用。

IEC 推薦電壓 230 V/400 V 已在大多數(shù)重要國(guó)家內(nèi)作為一項(xiàng)國(guó)家法規(guī)執(zhí)行，前提是該國(guó)條件允許。

在北美洲和中美洲以及南美洲北部的一些國(guó)家，交流電壓額定值為 120 V；240 V 市電電壓在大型用戶中較為常見。通常，這些國(guó)家中的低壓電網(wǎng)是單相三線制電網(wǎng)。三相交流電通常不向小型用戶提供，這些用戶使用 208 V 或 415 V 電壓；而 480 V 的三相電網(wǎng)通常供大型用戶使用。電網(wǎng)頻率為 60 Hz。

在亞洲，一般也采用 100 V 或 110 V（50 Hz 或 60 Hz）的交流電網(wǎng)電壓。

另外，范圍內(nèi)存在許多與具體國(guó)家和地區(qū)相關(guān)的特殊規(guī)定，如有必要，可從當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)者獲得詳細(xì)信息。

低電壓系統(tǒng)中的供電電壓和頻率