一种隔离调压式交流电源的设计制作

摘要：针对电子仪器设备在线试验和自耦调压器使用中出现的用电不安全问题，提出了一种“隔离调压式交流电源”设计与制作方法，给出了原理和设计功能指标，确定了器件(部件)与结构优化组成，通过制作实验和对功能参数的测试，达到了设计要求，并具有很好的安全性。
关键词：隔离；调压；交流电源；安全

交流电源(如单相220 V)，是电子仪器设备工作主要的供电电源。在电子仪器设备设计、生产与质量检验过程中，特别是进行结构、性能指标的动态检验中，会因为被检测仪器设备内部存在的不良问题而产生漏电、短路等故障。在利用自耦调压器进行相关实验中，由于接线不正确，使用不合理，也会出现“被电”现象。上述情况，如果没有很好保护方法和措施，导致被检测仪器设备和所使用检测设备被“触电”而被损坏，同时也给试验、操作使用人员带来人身危险。为此，文中研究了一种“隔离调压式交流电源”，提出了相应设计与制作方法，对于解决上述类似不安全问题，具有重要作用。

1 原理设计
文中以稳压电源设备进行“在线模拟公路运输试验”为例，来说明“隔离调压式交流电源”设计的原理。稳压电源设备是以单相220 V交流电作为供电电源，直流稳压输出+22 V，最大输出功率220 W(22 V，10 A)，对其进行在线模拟公路运输试验，就是在模拟振动试验台上进行带电试验，从而模拟检验运输状态下的技术性能与安装质量。
1．1 功能指标设计
分析可知，稳压电源设备工作所需用供给电源是单相220 V／50 Hz交流电，并且要求输入的功率大于220 W。由于稳压电源设备的直流稳压性能要求比较高，因而对单相220 W50Hz交流电变化的适应能力比较强，要求变化在180～260 V范围内。同时考虑到使用自耦调压器的安全要求，在保证试验、保证安全的情况下，给“隔离调压式交流电源”设计提出了以下功能与技术指标要求：
1)分别提供220 V／50 Hz交流市电电源和可调的交流电源；
2)输出的220 V／50 Hz交流市电，功率≥1 000 W；
3)输出的可调交流电压范围为0～260V；输出功率≥300W；
4)具有输入电压、输出电压指示和输出电流显示；
5)要求具有漏电、过载保护功能；
6)输入、输出插头、插座安装固定牢靠。
1．2 原理设计
按照“隔离调压式交流电源”设计提出的功能与技术指标要求，设计原理如图1所示。基本原理：单相市电220 V／50 HZ电源，经漏电保护器、电源开关S1、保险丝接至自耦调压器B1输入端，又通过调节端输出到隔离变压器B2输入端；B2匝数比为1：1，则输出与输入相同的电压；然后经电流表输出到负载RFZ。电压表通过开关S2转换显示输入、输出电压。同时在原理电路中加入了漏电保护器。

电源开关S1的作用是控制两路交流电源的输出。当S1接至上端，“隔离调压式交流电源”输出市电；当S1接至下端，则输出可调0～260 V的交流电压。离变压器B2，实现输出可调电压与输入市电电源绝缘隔离；通过调节自耦变压器B1达到调节输出电压的目的。C1选择容值0.47 μF，耐压500V主要是为了滤除调整B1时产生的高频干扰谐波。
1．3 安全分析
保险丝加在了“隔离调压式交流电源”自耦调压器的输入端，根据输出功率大小，选定合适规格的保险丝；当负载过大时，保险丝熔断，达到保护试验设备的目的。
采用匝数比为1：1的变压器，实现与单相市电的绝缘隔离；制作合适的变压器，并且初次级绝缘强度高，即满足输出功率要求，又能够避免由于火线、零线、地线接错而带来的不安全问题。
运用漏电保护器，实现漏电保护；当试验中由于仪器设备出现故障，或人员操作不当发生漏电、触电问题时，漏电保护器及时工作，断开市电电源，以保证仪器设备及试验人员的安全。
“隔离调压式交流电源”设计中，具有上述3种安全措施，既保证有效进行试验，又增强了试验过程的安全性。

2 器件设计与选用
按照“隔离调压式交流电源”设计指标与功能要求，主要以输出可调交流电压的原理为主，研究设计和选用器件，为了保证性能和质量，针对所用器件做出以下设计与选择。
2．1 隔离变压器
变压器：它在电力系统中的重要作用是变换电压，以利于功率传输。变压器在磁通的作用下，两侧的线圈分别产生感应电势，电势的大小与匝数成正比。变压器原、副线圈匝数不同，这样就起到了变压作用。

隔离变压器B2设计结构原理如图1、图2所示，匝数比为1：1，E型硅钢铁芯，初次级线圈之间加隔离层并接地，初、次级线圈与接地端的绝缘电阻≥1．5 MΩ；输出功率≥300 W。设计制作的B2，通过试验其性能参数如表1所示。可见，能够满足设计使用要求。