AS2000系列可编程交流变频电源

答：　　三相交流电路

　　三相电路是产品三相交流电源传输电的电路，世界上电力系统几乎都使用三相制，因为三相电路在传输功率方面比单相电路更经济，而且三相交流电比单相交流发电机效率更高。我们在生活中也是对三相交流电源接触更多，也了解更多。

　　三相交流电源工作原理

　　每个三相电源都有一个相位电压超前或滞后，称为相序。如果相是a相电压在b相电压之前，那么b相电压在c相电压之前。这个序列称为相位序列 a - b - c 若c - b - a 称为负序。 (也称为逆序)三相电机由正序电压驱动时，电机将正向旋转。并且当从负序电压驱动时，电机会反转。因此，在使用三相电源时，必须考虑相序。但是很多需要前后旋转的制造厂可以通过改变相序来控制三相电机的旋转。

　　连接方式

　　通常有两种方法：一种是星形连接(Y形)，另一种是三角形连接(△形)。

　　来自三个电源(A、B 和 C)的三根导线称为端子导体。连接电缆的两根电线之间的电压称为电压，两个连接图 线电压和相电压的相图如图2和图3所示，线电压与相电压的关系如表所示。

　　在星形连接中，线间电压是相电压根的三倍。与三个相电压各超前 30° 相比，三个线间电压之间的相位差保持 120°，星形连接有一个公共点(图中的点 n)，称为中性点。当连接成三角形时，线电压等于相电压，三个电源组成一个电路，只有三相电源对称且连接正确，这时才能确保没有循环电流。

　　三相交流电源电路的计算方法

　　对称计算

　　三相电源是对称的，三相负载和三相端线是对称的，如果三条连接线的对称也就意味着三条传输线的阻抗是一样的。对称三相电源和三相负载可以星形或三角形连接。这是因为等效星形总是可以通过将三角形星形转换为 Y-Y 连接的对称三相电路来转换(图 4)。

　　使用节点电压法可用于计算图4中NN=0的值。因此，在计算对称三相电路中的单相电压和电流时，可以直接使用对称性记录其他相的电压和电压。 IB中的中性线电流是指Y-Y接对称三相电路中中性线的零电压，因此中性线的有无不影响对称三相电路。这种三相三线制可以提供与单个三相系统相同的功率，但在三相系统中，线损仅为三个单相系统的一半。因为后一种系统需要六条传输线。

　　不对称计算

　　如果三相电源线、三相负载、三相电源线任意一个不对称，则为不对称三相电路。一般来说，三相负载基本上是不对称的。典型的非对称电路分为三种类型： 三相四线电路，三相电路为非对称负载连接供电;用于供电的三相三线系统与非对称三角洲连接的示意图;三相三线电路馈电不平衡星形接法。如果忽略输电线路负载，第一路的相电压仍然是对称的，因此可以从三个单相电路计算(见星形连接);对于第二个电路，负载相电压也是对称的，所以可以先计算负载电流，再计算电路电流(见三角形接法);对于第三路，需要移动负载的中性点，根据从中性点接收到的电压(见中性点)计算三相负载的电压和电流。

答：　　主回路、电源回路、IM驱动及保护电路、冷却风扇是构成变频电源的重要几部分，变频电源的结构并不是单一的，通常形式是单元化或模块化，变频电源经常会因为使用环境的方法或逻辑设置不正确导致出问题，为了避免这种情况的出现，我们需要了解具体有哪些操作导致无法获得预期的效果?

　　1、主模式解析错误

　　基本电路通常由三相或单相整流桥、平滑电容器、波电容器组成，IPM的环境温度需要考虑到位，同时我们也要减少脉动电流，通过完善功率因数交流或者直流电抗器，从而达到延长电容器的寿命的效果。

　　在保护电子电容器的过程中电解电容器的保护通常根据易于测量的静电容量来定义。如果小于估计标准值的80%，并且绝绿阻抗小于 5m Ω，这时需要考虑更换电容。

　　2、control控制故障分析

　　控制模式影响交流资源，是电源的一部分。 IPM 板上有一个平滑电容和一个缓冲电容。其原理同上，但这里的电容可以通过不受主电路负载影响的脉动电流。因此，寿命主要取决于温度和连接时间。因为电容是焊接在电路板上的，电容的退化可以通过测量静电容量来评估，电容的生命周期通常根据环境温度和使用时间来解决。

　　电源板为控制电路、IPM 驱动器、表面控制芯片和风扇提供电源。风机通常以直流电压从主电路输出，可通过断路器获得。因此，电源短路不仅会损坏电路中的整流电路，还会影响电源的其他部分。例如，电源稳压器与公共地之间的短路连接会因操作不当而导致电源上的电源损坏。风扇短路，导致其他电源关闭。通过观察通常更容易找到电源电路。

　　逻辑控制板是集成了CPU、Mu、RAM、Eeepromi等大型集成电路的可变电源封装。它具有高可靠性和低故障概率。但是，在某些情况下，由于它们的断开，所有控制端子同时闭合，从而导致变频源EPROM发生故障。这只能通过恢复 epromi 来实现。

　　IPM 板包括驱动器和缓冲器方案，以及相同的过压和故障保护方案。从逻辑控制器接收到的 PM 信号可以通过光连接输入到 IPM 模块中，因此即使检测速度很高，也应该测量 IPM 模块中的光通信。

　　3、冷却系统

　　冷却系统主要由散热器和冷却风扇组成。尤其是风扇的寿命短，越接近使用寿命时，风扇转动后到关闭时会产生振动，噪音会很大。 IPM 过热门在电网频率改变时出现。冷却风扇的使用寿命约为 10000 到 35000 小时。

　　如果可变电源连续工作，需要2-3年更换风扇或轴承。为了更好的延长风扇的使用寿命，产品中有些风扇只在电流互感器运行时工作，在电流互感器开启时不工作。

　　4、外部电磁感应干扰

　　如果干扰源在振荡电源后一周内，会通过辐射或电源线进入变频电源，误触发控制电路，中断或停止运行，损坏变频电源在严重的情况下。降低噪声干扰的具体方法是改变所有继电器周围的频率电源，接触器控制电路和负载保护脉冲电压的吸收器，如RC波吸收器。连接不能超过20cm;尽量减少控制电路的布线距离，并与主电路分开;变频电源控制电路布线电路的绞距必须大于15mm，主电路必须在10cm以上;将变频电源改为远离电机(100m以上)，可以增加导体截面积，保证线路电压降低2%以内，也可以调节变频电源输出电抗器，以减少由长导体产生的分布式电容器充电电流补偿。交流接地系统必须按要求接地，并在专用连接处可靠接地。不能与电焊、动态接地结合使用;在变频电源的输入端安装无线电噪声调制器，降低输入高次谐波电平，从而降低电源线噪声对电子设备的影响;同时，在转换器的输出端安装了不可读的无线电噪声，以降低输出线路的线路噪声。

　　5、安装环境

　　变频电源是一种电子仪器，对安装环境有严格的要求。详细的安装环境要求在其规格书中列出。如果不能满足这些要求，在特殊情况下应尽可能采取适当的抑制措施：振动是电子仪器机械损坏的主要原因，有较大冲击时应采取橡胶等措施。湿气、腐蚀性气体和灰尘会导致电子仪器腐蚀、接触不良、绝缘降低和短路。作为预防措施，防止面板防腐粉尘，采用封闭式结构;温度是影响电子器件特别是半导体器件寿命和可靠性的重要因素。根据设备的环保要求，必须安装空调或避免阳光直射。

　　此外，应定期检查各种电源的空气过滤器和风扇。为了防止微处理器因低温而无法正常工作，在高温的特殊情况下，需要采取必要的措施，例如安装空气加热器。

　　6、电源异常

　　供电安排一般分为无相、低压、停电三种，有时同一电力系统会发生雪灾和雷击，有时是由于接地故障和相间短路。雷声的敲击声因地而异，因季节而异，除电压波动外，部分电网或自发电机组也可能出现频率波动，有时频率波动可能会在短时间内反复出现，而且对变频电源提出了相应的要求，以满足保证设备的正常运行。

　　当附近有直接启动的电机、感应炉等设备时，为防止这些设备在降压时受到撞击，应将电源与变流器电源分开，以减少相互干扰。

　　A对于瞬间停电后仍能继续运行的设备，除了选择价格适中的变频源外，还必须提前考虑降低电机负载转速的比例。当变频电源和外部控制电路采用瞬时断路补偿方式响应压力损失时，采用测速电机防止加速时电流过大。

　　B对于需要连续工作的设备，不停电电源自动切换设备必须加装在变频电源上。作为二极管输入单相控制电源的单相逆变器，虽然可以在无相模式下继续工作，但整流部分电流过大，电容脉冲电流过高，如果长期运行会对变流器电源的寿命和可靠性产生不良影响，应尽快检查和处理。

　　7、雷击和感应雷电

　　雷电或感应冲击产生的冲击电压有时会损坏电流互感器。当在电力系统的一侧设置真空断路器时，短路具有高脉冲电压。为了避免冲击电压造成的过电压损坏，通常需要在电源输入端调整吸收器件，例如压敏电阻。真空断路器加RC浪涌吸收器，如果变压器一侧有真空断路器，应按照控制时序，保证真空断路器在启动前切断变频器的电源。

答：交流变频电源在出厂前虽然已经做过基础调试，但客户现场的用电环境、负载类型、接线方式都不一样，到货后还是需要做一次现场调试才能稳定运行。很多用户拿到设备后直接通电使用，结果出现输出不稳、保护报警甚至烧坏负载的情况，问题大多出在调试环节没做对。

下面结合吉事励多年的电源调试经验，把交流变频电源的正确调试步骤梳理一遍。

一、调试前的准备工作

调试前先把这几件事确认好，能避免 80% 的低级问题。

1. 检查接线是否牢固 输入电源线、输出线、接地线都要拧紧，端子不能有松动。尤其是大功率机型，接线松动会导致接触电阻过大，运行时发热甚至打火。接地线必须可靠接地，不能悬空。

2. 确认输入电压符合要求 用万用表测量现场输入电压，看是否在设备允许的范围内（通常是 380V±10% 或 220V±10%）。电压过高或过低都会影响调试结果，甚至触发保护。

3. 负载先断开 调试阶段先不要接实际负载，空载调试通过后再接负载。这样可以区分是电源本身的问题还是负载的问题。

4. 阅读说明书 不同品牌的变频电源操作界面和参数设置不一样，调试前花几分钟看一下说明书的参数定义，比瞎摸强得多。

二、正确的调试步骤

第一步：空载通电，检查显示

接通输入电源，开机后观察面板显示是否正常：

• 电压、电流、频率显示是否归零或显示正常值
• 有没有故障报警代码
• 风扇是否正常运转

如果开机就报警，先查输入电压和接线，不要强行复位运行。

第二步：设置输出参数

根据负载需求设置输出电压和频率：

• 常规测试：输出 220V/50Hz 或 380V/50Hz
• 出口产品测试：可能需要 110V/60Hz、240V/50Hz 等
• 电压调节范围一般是 0-300V（单相）或 0-520V（三相），频率 40-400Hz 可调

设置时先把电压调到最低，再逐步升高，不要一上来就拉满。

第三步：测量输出是否准确

用万用表或功率计测量电源实际输出值，和面板显示做对比：

• 电压误差应在 ±1% 以内
• 频率误差应在 ±0.1% 以内
• 波形应为纯正弦波，失真度小于 2%

如果显示值和实测值偏差大，需要进入校准模式做电压、电流校准。吉事励的变频电源出厂前都经过校准，一般不会有大偏差，如果有可以联系厂家指导校准。

第四步：接负载测试

空载没问题后，再接上实际负载：

• 先接轻载（额定功率的 20%-30%），运行 5 分钟观察
• 再加到半载，运行 10 分钟
• 最后加到满载，运行 30 分钟以上

每一步都要观察输出电压是否稳定、有没有压降、机身温度是否正常。满载运行时电压跌落不超过额定值的 2% 算正常。

第五步：动态测试

有条件的话做一下负载突变测试：

• 从空载突然加到满载，看电压恢复时间
• 从满载突然卸掉，看过冲电压

好的变频电源负载突变时电压波动小、恢复快，一般在 10ms 以内就能稳定。这个指标直接影响测试结果的准确性。

三、调试中容易踩的坑

1. 输入输出接反 有些新手把输入线接到输出端，一通电就炸机。接线前认准端子标识：INPUT 是输入，OUTPUT 是输出。

2. 三相相序接错 三相变频电源要注意相序（A/B/C 或 L1/L2/L3），相序接反可能导致电机反转或保护报警。

3. 不接地线 为了图省事不接地线，轻则干扰大、测试数据不准，重则有触电风险。接地线必须接。

4. 忽略散热 变频电源工作时会发热，四周要留至少 30cm 的散热空间，不能塞在密闭柜子里。散热不好会降功率甚至过热保护。

四、常见问题排查

表格

五、总结

交流变频电源的调试核心就三步：先空载确认输出准确，再加载验证稳定性，最后做动态测试。按这个顺序来，基本不会出大问题。

如果你们现场调试遇到搞不定的情况，可以把设备型号和报警代码发给吉事励的技术支持，我们会远程指导排查。吉事励 AS 系列交流变频电源覆盖 500VA 到 500KVA 功率段，支持可编程操作、RS485 通讯，适合家电出口检测、电机老化、实验室供电等场景，需要技术资料或报价可以直接联系我们。

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答：　　交流稳压变频电源有哪些作用？变频电源不同型号也有一些通性!主要相同的地方：均采用高频SPWM硬件匹配技术，响应速度快，输出稳定，LED静态测试，强大的MOS/IGBT驱动，运行可靠，过载能力强，负载电感多样，采用高亮度LED显示屏，适用于电阻，整流，清晰，宽视角，方便产线使用，过流，过热，短路输出过压，输出电压不全，输出各种异常功能有缺点。

　　显示电源故障，对应的错误代码，方便用户查找错误原因。功率输出点的热键、电压和快捷方式使用起来简单方便。智能变频电源管理可执行以下功能：

　　1、具有参数记忆功能，可设置6组循环测试、耐久测试或一步测试(频率、电压、时间)。循环检查：测试多个组，每个组可以有一个合理的运行时间。持续时间测试：多组持续时间测试是非循环的，每组可以设置相应的运行时间。阶段测试：运行一个测试组并设置执行时间。

　　2、交流变频电源转换器功率过电压和输出电流值可任意设定，以适应不同负载。

　　3、带电信接口，可实现远程电源管理，波速可达9600;通讯协议：通用电源协议和工业标准控制MODBUS协议。

　　4、可实现电源电压上升速度。

　　多型变频稳压电源应用广泛，种类繁多，可分为以下五种：

　　一、铁磁谐振交流稳压器：由饱和膜和相应的电容器组成的交流稳压器，具有恒压特性。磁饱和是这种稳定器的典型结构，它们结构简单，制造方便，输入电压变化范围宽，运行可靠，过载能力大。但波形失真大，稳定性不高，近年来开发的恒压变压器也是通过电磁元件的非线性实现恒压功能的功率器件。与磁饱和稳定器的区别在于磁链结构不同，基本工作原理相同。它具有稳定和变换核心电压的双重功能，使其优于普通电源变压器和磁饱和调节器。

　　二、交流变频模块：通过改变变压器滑动触点的位置来稳定输出电压的装置，即通过改变变压器滑动触点的位置来稳定输出电压的装置。该稳压器工作效率高，输出电压波形好，对负载特性无特殊要求。但稳定性低，恢复时间长。

　　三、带可控硅的交流镇流器：带可控硅功率调节器的交流镇流器。具有稳定性高、响应速度快、无噪音等优点。然而，城市波浪特性的破坏已经扰乱了通信和电子设备。

　　四、电感式交流稳压器：通过改变变压器次级电压和初级电压的相位偏差，实现输出交流稳压器。它是一种类似于直线异步电动机的异步电动机，其原理类似于感应电压调节器。它具有较大的稳定电压范围，输出电压有波形，功率可达数百千瓦。然而，转子始终处于互锁模式，这是功率密集且效率低的。由于铜和铁含量高，产量低

　　五、磁放大器型交流稳压器：主要是将磁放大器与自耦变压器俩者串联，通过电子电路将磁放大器的阻抗转变成稳定输出电压的设备，可以是线性放大或脉宽调制线路形式。该稳压器采用闭环反馈控制系统，稳定性高，输出波形好。 但由于采用高惯性磁放大器，恢复时间较长。 由于采用自耦合模式，抗噪性也较低。

答：　　根据电机的工作规律，在恒定负载条件下，如果线性变频电源输出电压低，导致电流随之增大，可能造成过载。

　　为什么会出现线性变频电源输出电压低?主要有以下三种原因：

　　1、电源电压低。由于线性变频电源在额定频率下的最大输出电压始终与电源电压相同，如果电源电压低，输出电压也一定要低。

　　解决方法是将线性变频电源的自动电压调节(AVR)功能预设为“激活”。输出电压低，线性变频电源会自动增加输出电压。

　　2、转矩提升功能未正确预设。 U/f过大，会使电机磁路饱和，励磁电流峰值过大，导致过载;反之，U/f过小，磁通量低，电流增大。

　　3、载波频率太高。当载波频率较高时，逆变管交替导通时，总死区时间会增加，线性变频电源的平均输出电压会降低。因此，当电机的电磁噪声低于机器本身的噪声时，可以尽量降低载波频率。

　　此外，如果“电流消耗比”没有正确预设，也会发生过载故障。

答：　　三相交流变频电源怎么接？在三相120°系统中，传输功率需要3根导线，而其他模式需要6根导线。所需的铜线数量减少了一半，电缆传输损耗也减少了一半。

　　Y形连接或星形连接

　　具有简单连接的三相系统通常如图5的示意图所示，称为“Y或星形”连接。

　　公共点称为中性点。为了安全起见，此点通常基于电源。在实践中，负载并不完全平衡，因此电流使用第四根“中性”线分配。如果当地法规和标准允许，中性导线可能比三根主导线短得多。

　　图5.星形或星形连接-三相四线

　　三角形连接

　　上述三个单相电源也可以串联连接。不管什么时候，三个120°相移电压之和为零。也就是说如果和为零，则两个端子处于相同电位，可以连接在一起。这种连接方法如图7所示，用希腊字母Δ表示，称为三角形连接方法。

　　图6.任何时间的瞬时电压之和为零

　　图7.三角形连接-三相三线

　　Y连接与Delta连接的比较

　　Y连接用于家庭和办公室中使用，通常出现在单相电器供电。单相负载连接到线路和中性点之间的一个Y支路。每个相位的总负载被尽可能地划分，以为主三相电源提供平衡负载。

　　Y形连接还可以为高压下的高功率负载提供单相或三相电源。单相电压是相到中性点的电压。也可获得更高的相间电压，如图8中的黑色矢量所示。

　　图8.V相位=√3xV相中性

　　三角形连接最常见的用例是为三相工业负载供电。然而，通过沿变压器线圈连接或“分接”，可以从三相三角形电源获得不同的电压组合。例如，在美国，240Vdelta系统可能具有分相或中心抽头线圈，提供两个120V电源（图9）。为安全起见，中心抽头可在变压器上接地。在三角形连接的中心抽头和第三个“高支路”之间，还提供208V电压。

　　图9.带“分相”或“中心抽头”线圈的三角形连接

　　能量测量

　　在交流系统中，功率是用功率表测量的。现代数字采样功率表通过将电压和电流的多个瞬时样本相乘，然后取瞬时功率的平均值来表示有功功率，从而计算瞬时功率。功率表将在广泛的波形、频率和功率因数范围内准确测量有功功率、视在功率、无功负载、功率因数、谐波等。为了使功率分析仪获得良好的结果，必须正确识别接线配置，并且必须正确连接功率分析仪。

　　单相功率表的连接

　　只需要一个功率表，如图10所示。系统与功率表电压和电流端子的连接非常简单。功率计的电压端子并联连接在负载两端，电流通过与负载串联连接的电流端子输入。

　　图10.单相双线和直流测量

　　单相三相连接

　　在该系统中，如图11所示，电压由一个中心抽头变压器线圈产生，全部同相。这在北美住宅应用中非常常见，其中提供一个240V电源和两个120V电源，每个支腿上可能有不同的负载。要测量总功率和其他量，请连接两个功率表，如图11所示。

　　图11.单相三线制

　　布伦德尔定理：所需功率表的数量

　　在单相系统中，只有两根电线。使用功率计测量功率。在三线制系统中，需要两个功率表，如图12所示。

　　通常，所需电表数量=线路数量-1

　　图12.三线星形系统

　　三相Y系统的验证

　　功率计测量的瞬时功率是采样的瞬时电压和电流的乘积。

　　功率表1读数=i1（v1-v3）

　　功率表2读数=i2（v2-v3）

　　读数和W1+W2=i1v1-i1v3+i2v2-i2v3

　　=i1v1+i2v2-（i1+i2）v3

　　（根据基尔霍夫定律，i1+i2+i3=0，因此i1+i2=-i3）

　　2读数W1+W2=i1v1+i2v2+i3v3=总瞬时功率。

　　三相三线连接法-两电表法

　　使用三根线，需要两个功率计来测量总功率。如图所示，将两相连接到电表的电压端子。

　　图13三相三线二电表系统

　　三相三线连接法-三电表法

　　如前所述，虽然三线制系统由于只需要两个功率计来测量TEM中的总功率，因此有时使用三个比较方便。在所示连接中，将三个功率计的电压低端连接在一起，形成假中性点。

　　图14.三相三线（三瓦表法，将分析仪设置为三相四线模式）。

　　三线三瓦表连接的优点是可以指示每相的功率（这是两瓦连接无法做到的）和相电压。

　　三相四线连接

　　需要三个功率计来测量四线系统中的总功率。测得的电压是实际相电压。相间电压幅度和相电压可以使用矢量数学准确计算。现代功率分析仪还使用KiehlHall定律，计算通过中性线的电流。

　　图15.三相四线（三电表法）

　　配置测量设备

　　当线路数量固定（N）时，需要N-1个功率计来测量整体电能质量，即功率。确保您有足够数量的频道并正确连接

　　现代多通道功率分析仪可以使用适当的内置公式直接确定整体电能质量，例如瓦特、伏特、安培、伏安和功率因数。该公式是根据路由配置选择的，因此设置路由以获得良好的总功率测量非常重要。具有矢量功能的功率分析仪将相电压（或风）分量转换为线电压（或增量）分量。在只有一个功率计的平衡线性系统中，只有√3的系数可用于系统间转换或测量缩放。

答：　　什么是恒流源?

　　恒流源是一种即使负载电阻发生变化和变化也能向负载提供恒定电流的电源。

　　换句话说，恒流源提供的电流是稳定的，即使负载的电阻发生变化。

　　因此，恒流源是一个非常有价值的组件，因为即使电阻发生变化很大，它也可以提供稳定的电流，当电路需要稳定的电流供应而没有波动时，就会使用它。

　　下图表示来自恒流源的电流。

　　您可以看到，尽管电压或电阻发生变化，但电流始终是恒定的。

　　恒流源如何工作?

　　恒流源是一种发电机，其内部电阻与其供电的负载电阻相比非常高，因为它的内阻很高，它可以为电阻值变化的负载提供恒定的电流，即使在很宽的范围内。

　　因此，恒流源遵循分流规则，由于它具有非常高的内阻并且负载电阻要低得多，因此电流采用电阻最小的路径，从(高内阻)电流源流出并流入负载电阻，因为它的电阻要低得多。

　　如果您知道电流划分，则电流会采用电阻最小的路径，看下面的分流器电路：

　　请注意，如上所示，这个电流源如何从其中提供 40mA 的总电流。这 40mA 电流的大部分采用电阻最小的路径，即 5KΩ 电阻器，而其他 10mA 电流通过较大的电阻，即 15KΩ。

　　现在让我们增加两个电阻之间的电阻差，使电流分流更加明显。

　　现在一个电阻为 1KΩ，另一个电阻为 49KΩ，绝大多数电流通过 1KΩ 电阻，很少有电流通过 49KΩ，因为它是一个非常大的电阻。

　　现在让我们再次增加阻力。下面的电流源表示具有无限内阻的电流源。

　　因为电阻是无限大的，负载只有8Ω，大部分电流通过8Ω电阻，是电阻最小的路径。同样，电流总是走阻力最小的路径。由于负载具有无限的内阻，电流将始终寻求从负载逃逸到电阻较低的路径。

　　这就是恒流源的工作原理。

　　恒流源电路

　　恒流源电路只是连接到其供电的负载的恒流源。

　　无论负载电阻是否变化，上述负载都将提供50mA的恒定电流。

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2、交流恒流源原理是什么？运转时需要注意什么？

答：　　多年来，可编程交流电源已广泛用于实施和支持许多产品测试程序。它们使测试工程师能够完全控制测试单元(UUT)的电压、频率和电流。此类产品用于模拟交流和直流供电产品实际使用中可能出现的各种电源条件和异常情况。它们对于为军事和航空电子设备电源子系统提供必需的400 Hz或800 Hz频率交流电源也至关重要。

　　可编程交流电源为设计和/或测试工程师提供以下特点和好处：

　　1、交流电网输入和UUT输出之间的安全隔离;

　　2、’将世界各地的任何电网电压和频率转换为UUT的特定期望输出频率;

　　3、精确控制输出电压，包括线路和负载调节;

　　4、稳定可控的输出功率，不受任何交流线路输入波动或瞬时电压下降的影响;

　　5、从单相到三相、单相到分相或三相到单相的相位转换。

　　传统交流电源拓扑与设计

　　绝大多数可用的交流电源设计基于脉宽调制控制电路，并使用低频变压器在交流电源的输入和输出之间提供隔离。

　　这些PWM设计通常使用模拟控制电路来提供输出调节、电流限制功能和频率转换功能。虽然这是一个经过验证的设计，可以追溯到20世纪80年代初，但它充满了缺点，列出一些：

　　1、使用工频交流输入变压器提供电流隔离可显著增加产品的尺寸和重量，尤其是随着功率水平的增加。例如，考虑到变压器损耗，15kVA交流电源需要17kVA三相输入变压器，重量约63.5kg，使用这种设计的电源总重量可超过181.4kg。

　　2、使用输出变压器提供电流隔离会导致尺寸和重量的类似增加，并阻止产生直流输出能力。此外，此类输出变压器必须支持与可编程交流电源相关的宽频率范围，通常从45 Hz到1000 Hz或更高，需要更复杂和更昂贵的变压器设计。

　　3、模拟控制回路受离散元件变化和温度漂移的影响。这会对精度和稳定性产生负面影响，需要调整进行校准。

　　该拓扑的简化框图如图1所示。它显示了单相输入、单相输出源，但三相版本在设计上类似。

　　图1:传统交流电源拓扑

　　一些制造商通过一些数字信号处理器(DSP)控制功能来增强这种方法，但它们通常是放大器外部控制回路的一部分，因此速度较慢，或者被降级为用户界面和前面板控制功能。这种拓扑结构的变化可以在设计中找到，例如在串联/并联模式下带有双逆变器的直接耦合输出级，以消除输出变压器，这消除了对输出变压器的需求，但成本较高。

　　数字功率转换

　　支持交流电源宽输出频率范围(通常高于30kHz)所需的较高PWM开关速度使得使用DSP提供所有控制功能变得困难。随着DSP技术在性能和成本方面的最新进展，支持这些开关频率的交流电源设计的全数字实现现在是可行的。

　　全数字控制优势

　　使用关键功率转换级的全数字控制消除了大量与模拟元件和控制电路相关的公差和变化。此外，在PWM开关频率下以周期为基础实时监控和控制开关事件的能力，对可能发生的负载或线路感应异常提供了更好的保护。这种级别的保护不再受模拟滤波和平均的影响，这会在传统电源设计中引入延迟。

　　这些改进允许进行以下拓扑更改：

　　将用于隔离的交流输入变压器更换为有源功率因数校正的交流/直流转换级，然后更换带有电流隔离的甚高频直流/直流转换级，可显著减小输入级部件的尺寸和重量。

　　用单个高输出电压逆变器替换任何输出变压器或串联/并联输出逆变器级，既支持低压/大电流要求，也支持高压/低电流要求。

　　这种基于数字控制的拓扑结构如图3所示。

　　图3 数字交流电源拓扑

　　使用全数字控制具有许多优点：

　　1、由于消除了输入和输出变压器，重量更小，尺寸更小，

　　2、更高的功率密度和更低的损耗，这是由于提高了效率和更高的开关频率，从而减小了输出滤波器电感的尺寸，

　　3、由于更高的PWM开关速度和改进的数字滤波，降低了输出开关噪声，

　　4、更宽的交流电压输入范围，带有源功率因数校正，以及恒定功率输出电压范围适用于更宽的工作区域，同时消除了双输出范围和相关范围切换的需要。

　　其他设计创新

　　使用来自不同行业背景的经验丰富的工程师团队开发干净的板材设计，在设计和施工方面带来了一些额外的创新。举几个例子：

　　1、通过使用机械分层结构和板之间的直接互连，消除容易发生故障的带状电缆和组件之间的互连;

　　2、单个高热质量散热器，兼作整个机组的结构机械支撑，以实现最大冷却的低气流，并降低可听见的风扇噪音;

　　3、使用多个联网DSP划分关键功能，同时提供更高级别的冗余;

　　4、多个DSP之间的高速差分模式串行通信总线，以增强抗噪性;

　　5、主动并联、主/辅助、菊花链控制接口，允许通过并联连接多个电源配置更高功率系统;

　　6、直流耦合输出模式，具有独特的直流偏移减少控制电路，用于在交流模式下实现最小直流偏移;

　　7、整体效率高，尽管使用了三个功率转换级;

　　8、在闲置期间采用节能睡眠模式，以降低能耗并延长产品寿命。

　　新的用户功能成为可能

　　通过对每个内部切换周期提供更好的控制，可以实现独特的新用户功能，旨在为受测试单元提供更好的保护。它还将用户连接错误或原型UUT可能引起的损坏对电源本身可能造成的损坏降至最低。以下是这类函数的两个示例和用法：

　　1、真实功率或视在功率限制函数

　　2、设置可编程电流限制和功率限制的能力对于许多表现出恒定功率输入行为的受测试单元来说非常重要。可在宽交流输入范围(如85伏交流电压至265伏交流电压)下工作的受测试单元不能仅通过电流限制功能进行保护。如果输入电压更改为230 V，则在115-V输入时保护的相同电流无法保护UUT，只有真正的功率限制功能才能做到这一点。