第四章 25Hz电源

1一、25Hz分频器二、25Hz电源屏三、25Hz分频器、电源屏测试维修及调整方法四、电子25Hz电源第四章25Hz电源2一、25Hz分频器25Hz分频器的铁芯有田字型和两个口字型铁芯组成的三柱型铁芯。目前，不在采用口字型分频器。⒈25Hz分频器工作原理简要介绍如图所示是两个口字型铁芯组成的三柱铁芯，两个外柱绕有各自的输入线圈W1，在中央柱上绕有输出线圈W2，并于电容C并联构成25Hz谐振槽路。分频器结构原理图W1W1W2ⅡⅠφ1φ23由于一次侧绕组是正向串联，并匝数相同，所以产生的磁通Φ1与Φ2相等（理论上），在中心铁柱上方向相反，因此，在一、二次绕组间没有直接的磁通耦合。25Hz变频器的激磁振荡到稳定输出的过程如下：1.当电源合闸瞬间，50Hz220V电流I1经二极管D流入一次绕组W1，在铁芯Ⅰ和Ⅱ上产生磁通Φ1和Φ2。在中间磁柱上Φ1和Φ2方向相反，但是两个铁芯及线圈不可能完全相等。假设Ⅱ铁芯所产生的磁通大于Ⅰ铁芯所产生的磁通，即Φ2＞Φ1，这样在W2中就会产生感应电流，感应电流的方向由电容C的右边流向左边，给C充电。2.50Hz220V电源负半波时，因二极管反相，W1中没有电流I1=0，Φ1=Φ2=0。储存在电容器C中的能量释放，向谐振线圈W2放电，在中间铁芯上产生磁通ΦC，其方向向下。43.在电容器C还没有放电的情况下，电源电流又变为正半波，在W1线圈中产生I1，在铁芯Ⅰ和Ⅱ中产生Φ1与Φ2，在中心柱上使铁芯Ⅱ中的磁通变为Φ2+ΦC，而在铁芯Ⅰ中的磁通变为Φ1-ΦC，于是使得铁芯Ⅱ饱和，电感变小，铁芯Ⅰ不饱和，电感L变大。由于电源的能量总是大于输出的能量，Φ1＞ΦC。中心柱由于Φ1的磁通变化，产生了自电容器左边流经右边的反向充电电流，使电容器C产生左正右负的电压。4.当电源电流又经过负半波，一次侧又没有输出I1=0，Φ1=Φ2=0，储存的电容器C中的能量再次向W2放电，放电电流“2”点相反。5.在C还未放完时，电源正半波又输入W1，于是又产生Φ1和Φ2，此时在中心柱上铁芯Ⅱ中的磁通Φ2与ΦC相反，铁芯Ⅱ不饱和而Ⅰ饱和，产生电流又使C充电，其充电电流方向又变为自电容器右边向左边流动。这样，在负载RH就产生25Hz的谐振电压。ttt(a)(b)(c)UU1UC变频器波形如图，其中：（a）为50Hz电源波形；（b）为输入线圈W1的波形；（c）为谐振电容器的波形，即输出波形。从上述原理可知，变频器的输入电压的频率为50Hz，而输出电压的频率为25Hz，变频器电感的变化与50Hz周期相同，在起振过程中外部的能量（电源能量）必须大于系统本身消耗的能量，才能保证完成起振过程，使其建立稳定的振荡过程。6电动机拖动一软铁叠片，使RLC电路中的电感以2ω角频率周期性地变化，满足一定条件时，系统将发生振荡，这种振荡叫参数激励振荡。参数激励振荡原理图7“田”字型分频器电路图“田”字型分频器是指铁心呈“田”字型，它具有两个按直角设置的线圈一次输入绕组WH和二次谐振槽路的绕组WK，一次输入绕组经二极管接入50Hz220V交流电源，二次谐振绕组与谐振电容CK构成25Hz振荡回路。8⒉25Hz分频器特性⑴具有频率稳定特性产生参数振荡就在f0这个窄的矩形参数谐振曲线内，在这个边界上振荡振幅发生急剧的跃变，一但谐振起来就是频率f0，凡是在频率f0以外的均不产生参数振荡，因此25Hz频率非常稳定。参数激励振荡谐振特性图9⑵具有稳压特性当磁化曲线进入饱和段后，电感L变化很小，谐振线圈中产生的感应电势变化很小，使谐振槽路中电容器上充放电的电压几乎不变，因此分频器输出的25Hz电压相当稳定，波动范围小于额定输出电压的±5%，所以输出不需再进行稳压。参数激励振荡稳压特性图10⑶具有超级隔离和双向滤波特性参数振荡原理的25Hz分频器实质上是一个闭合的保守系统，其能量不能跃变，即能抑制电源电压的尖峰和凹坑，使它不能传输到负载，也能抑制负载跃变电流，使它不会渗透到电源电路，也就是说，电源电压中的尖峰及其他高次谐波均不会影响输出电压的波形。因此说25Hz分频器具有双向抗干扰及滤波的能力。11⑷具有自动保护功能当电源电压为额定值时，电路起振，输出端产生幅值为V2的电压。如果输入电压降低到V1小于V1C时，电路停振，V2为零。如果输入电压升高到V1～V1A时，V2幅值下降，当V1大于某个电压值时，V2也为零。因此当电源电压大幅度降低与升高时，其输出电压均为零，从而实现了降压与过压保护，25Hz分频器能保证V1在160～260V正常工作，V1过低或过高25Hz分频器均不起振。分频器的动特性图12⑸过负荷的短路保护特性参数激励振只能在一定条件下才能维持，这意味着负载消耗的功率和输出回路线圈内的损耗功率靠电源进行补偿，这种能量的补偿是通过输出振荡回路的谐振电感的变化来完成的。由于电压变化深度被磁化曲线的饱和区所限制，所以一定频率下从电源传输到输出回路的能量是有限的，当负载功率和损耗功率之和超过由于谐振电感的变化而传输到该回路的功率时，维持振荡的条件被破坏，因而停振，当输出回路被短路时，输出回路上的电容也即短路，回路自然停振，因此说具有短路和过载的自动保护功能。当短路或过载消失，又立即自动起振，恢复正常状态。13⒊25Hz分频器技术指标⑴铁心：“田”字型⑵容量：400VA、800VA、1200VA⑶额定输入频率/输出频率：50/25Hz⑷额定输入电压：220V⑸允许输入电压波动范围：160～260V⑹额定负载时，输入起振电压：160～260V⑺额定负载时，输入工作电压：150～260V⑻当电源电压在160～260V范围内变化，负载由三分之一额定负载至满载变化时，分频器输出电压：220V±6.6V（±3%）。⑼分频器在输入电压变化及输出负载变化与（8）相同条件下，其输出25Hz电压波形中，含50Hz谐波成分不得大于3%。14⑽分频器25Hz输出波形的失真度不大于20%。⑾50Hz输入主、副电源转换，分频器的25Hz输出电压不允许出现瞬间高电压。⑿分频器温升：当环境温度为+40℃时，输入电压为额定值时，输出电流为额定负载，其温升不大于65℃。15二、25Hz电源屏⒈25Hz电源屏的种类序号型号额定容量VA容量分配轨道区段数量轨道VA局部VAⅠPXT-800/2580040040020ⅡPZT-1600/25160080080020～40ⅢPZT-2000/252000120080040～60ⅣPDT-4000/2540002400160060～12016⒉25Hz电源屏技术指标⑴电源屏输出的25Hz局部电压超前轨道电压90°。⑵主、备25Hz电源的转换方式为手动方式。⑶小站屏轨道电源为两路输出，中、大站屏轨道电源为四路输出（大站屏每个轨道分频器为两路输出）。⑷当电源屏轨道电源任何一路的负载阻抗小于或等于分频器的额定负载阻抗的四分之一时，应将该路自动切除。⑸整屏启动时间不大于1.0s。⑹外型尺寸：600mm×800mm×1800mm。⑺电源屏的输出端子采用信号18柱端子。17⒊25Hz电源屏控制电路继电器名称符号类型相位检查继电器XJJJRJC1—70/240转极继电器ZJJWJXC—480轨道电源控制继电器GKJJWJXC—480负载检查继电器FJJJZXC—48018分频器相移特性图⒈定相电路和转极电路为了使两分频器输出电压有90°相位差，只需将两个分频器Ⅰ次侧输入50Hz电源电压相位差180°连接便可实现。19分频器控制电路和原理图当局部分频器输出电压超前轨道分频器输出电压90°时，相位检查继电器XJJ吸起，输出电压相位正确。当局部分频器输出电压滞后于轨道分频器输出电压90°时，相位检查继电器XJJ翼板向下吸引，而转极继电器ZJ线圈通过相位检查继电器XJJ的常闭接点21、23，由直流24V电源供电，使转极继电器ZJ动作，用ZJ接点11、12和21、22将轨道分频器外供电的相位改变180°，以保证输出的局部电压保持超前轨道电压90°。20三、25Hz分频器、电源屏测试维修及调整方法⒈25Hz分频器特性测试仪表的选用50Hz谐波成分测试用瓦特表、选频表；25Hz分频器输出波形失真度测试采用失真度测试仪；其他采用电磁式仪表。⒉分频器特性测试分频器测试电路图2150Hz谐波成分测试原理图⑴起振电压测试；⑵允许电压波动范围测试；⑶输出功率测试；⑷50Hz谐波成分测试；⑸25Hz分频器输出波形失真度测试。22⒊25Hz电源屏使用、维修注意事项及调整方法⑴25Hz分频器工作电压范围是随一次线圈匝数多少而异，当分频器一次侧线圈匝数偏少时，起振电压低，分频器工作电压偏低，当分频器一次线圈匝数偏多时，起振电压高，分频器工作电压范围偏高，因此分频器一次线圈匝数应调整适当。⑵谐振槽路电容应选择适当，当电容量大时，过载能力强，但电容电流增加，导至谐振线圈导线温度升高。即使电容选得合适，当负载为空载时，较大地电容电流都流经谐振线圈，从而使谐振线圈发热，因此分频器应避免长期空载运行。⑶分频器组装时，铁心空气隙要小，以保证分频器输出的25Hz波形对称，使50Hz谐波分量较小，易于达到技术指标。23⑷分频器输出电压因铁心的磁饱和程度不同而异，如发现输出电压偏离额定值较高时，可改变谐振电容的电压，将其谐振绕组的匝数降低，使电容电压降低，从而使输出电压下降。当输出电压降低时，则增加谐振绕组的匝数，使电容电压提高，从而使输出电压上升。⑸当分频器一次侧二级管击穿，短路或谐振槽路电容断线时，分频器均无输出，此时应停机进行检查。⑹分频器容量大小取决于谐振槽路的谐振电容，因此谐振回路电容连线要牢固，否则电容量减少，使分频器容量下降，同时使输出25Hz波形发生畸变。在25Hz电源屏中，采用CBBT型电容器，它是用聚丙烯膜为介质和在介质上真空蒸发一层金属层为电极，它具有电气性能好、自逾性能强等特点，被广泛用在交流电路中。⑺分频器二次输出绕组抽头较多，输出电压可以自由选定或调节输出电压的高低。24⒋25Hz电源屏的其他有关问题的几点说明⑴25Hz电源屏的输入总电流为：B相三相变压器三相变单相均衡器25Hz电源屏A相C相零线零线火线均衡器原理图⑵由于25Hz电源屏的轨道线束引出室外，因此在各轨道输出端应加设防雷装置。⑶25Hz电源屏内不设停电监督电路。243221IIIII总由于25Hz电源屏是单相负载，在设计时要考虑三相电源的各相负载均衡。为此应在25Hz电源屏输入端接入三相变单相的均衡器，用来改善三相不平衡。25四、电子25Hz电源⒈25Hz电子变频器模块的特点⑴输出电压、频率稳定度高。⑵输出波形好谐波含量低。⑶局部轨道电路输出电压相位锁定好。⑷系统两路电源转换过程，断电瞬间（约0.15s）电子变频器模块维持开机状态。⑸保护功能完善可靠。⑹采用大面积散热器，自然对流风冷技术，消除了因风机故障而导致变频器模块故障的隐患。⑺结构合理，体积小便于维修。26⒉25Hz电子变频器模块的主要技术参数⑴输入电源：AC220V±20%50Hz±1Hz⑵整机效率：≥80%。⑶功率因数：≥0.99。⑷额定容量：轨道电源1200VA：局部电源800VA⑸输出电压：轨道电源220V±3%；局部电源110V±3%。⑹输出频率：25Hz±1%。⑺相位：局部电压相位超前轨道电压相位90°。⑻输入两路电源转换过程中断电，变频器维持开机状态时间：≥0.15s。⑼50Hz谐波含量：1%。⑽波形失真：2%。⑾保护参数：①输入电路过电压保护280±5V；②输入电路过电压恢复260±5V；③输入电路欠电压保护150±5V；④输入电路欠电压恢复170±5V。27⒊单体电子25Hz电源模块⑴波形失真小，50Hz谐波含量低于百分之一；⑵输入电源切换时（0.15s），输出0中断；⑶由于采用锁相环技术，使局部电源与轨道电源相位差锁定在90°，并且局部电源超前轨道电源90°；⑷具有谐波和无功阻断能力，减小电网的无功负荷（PFC），对电网无冲击（软启动）；⑸效率高、体积小、重量轻。2890度数字锁相环0度220V/2