交流恒流源是一种输出电流不受负载变化的电源装置。铁门关区工业园区内,电热管功率测试、电流互感器校验、蓄电池放电检测等工序均需要稳定的交流电流源。恒流源之所以被称为“恒流”,是因为其内部电路对输出电流时刻进行采样,并通过闭环调节回馈消除外界扰动。
交流恒流源的结构组成
交流恒流源的主电路由断路器、隔离变压器、整流桥、直流母线电容、逆变模块、输出滤波器和电流采样单元组成。控制电路由基准源、比较器、PID调节器、PWM生成器和驱动板组成。断路器负责输入侧短路保护。隔离变压器将电网与设备内部隔离。整流桥将50Hz交流变为100Hz脉动直流。直流母线电容吸收纹波,保持母线电压稳定。逆变模块将直流母线电压转换为所需频率的交流方波。输出滤波器对方波进行平滑处理,得到正弦波电流。
电流闭环控制逻辑
恒流源的基本控制对象是输出电流,而不是输出电压。电流互感器安装在输出端,实时采集负载回路中的电流信号。这个信号经电阻取样后变成电压量。控制器内部有一个精密基准电压,对应设定的电流值。比较器将基准电压与取样电压做差,差值经过比例积分环节得到控制量。控制量调整PWM波的占空比,进而改变逆变模块输出等效电压。当负载电阻变大导致电流降低时,取样电压小于基准电压,差值变大,PWM占空比加宽,逆变器输出幅值提高,电流恢复到设定值。整个调节过程在毫秒内完成。
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对于调感式或调容式负载,电流与电压之间存在相位差。恒流源需要根据相位差调整自身工作状态。设备采用的瞬时电流峰值检测方式可以避免电感电流滞后带来的误调节。
核心元器件作用表
| 元器件名称 | 作用 |
| 电流互感器 | 把主回路大电流按比例变换成mA级信号 |
| 精密电阻 | 将电流信号转变为电压信号 |
| 基准电压源 | 提供温度系数极低的设定参考 |
| 误差放大器 | 完成基准与反馈的比较 |
| PID补偿网络 | 调节动态响应速度 |
| 功率器件 | 受PWM驱动控制输出电压 |
线性恒流源与开关恒流源的区别
交流恒流源分为线性型和开关型。线性型恒流源的功率器件工作在线性区,输出电流的瞬态连续性较好。开关型恒流源的功率器件工作在导通和截止两种状态。开关型效率高,但输出电流中包含开关频率附近的高频分量。铁门关区一些计量机构在检定电子式电能表时使用线性恒流源,因为电流波形谐波含量低。而在电磁铁温升试验中选用开关恒流源,因为发热测试对纹波不敏感。
| 对比项目 | 线性恒流源 | 开关恒流源 |
| 功率管状态 | 工作在线性区 | 在导通与截止间切换 |
| 输出电流波形 | 谐波含量低 | 含开关纹波 |
| 转换效率 | 较低 | 百分之八十五以上 |
| 设备体积 | 较大 | 紧凑 |
| 适用场景 | 计量校验 | 温升测试与加热控制 |
常用技术参数范围
设备输出电流范围通常做成两个档位。小档位为0.5A到5A,大档位为5A到200A。负载调整率指标反映电流随负载变化的程度。铁门关区环境昼夜温差超过20℃,设备工作环境温度范围定为零下10℃到45℃。存储温度范围为零下25℃到60℃。相对湿度在百分之二十到百分之八十之间。

| 参数项 | 常用范围 |
| 输出电流 | 0.5A至200A |
| 电流稳定度 | 正负百分之零点零五 |
| 负载调整率 | 正负百分之零点一 |
| 输出频率 | 50Hz至5000Hz |
| 谐波失真 | 小于百分之三 |
| 电源相数 | 单相或三相 |
铁门关区现场使用要求
输出电缆的长度与截面积会恒流源带载能力。长电缆引入的电阻较大,恒流源需要额外输出电压来克服电缆压降。当输出电压达到内部电源电压上限时,维持恒流状态的条件丧失,设备会显示“电压上限”报警。因此现场接线时缩短输出电缆长度是必要操作。地线端子单独接入厂房接地网,接地电阻不大于四欧姆。
设备内部设置了过温保护电路。散热器温度高于75℃时,设备停止输出。此外还有缺相保护、输入过压保护和输出过流保护。保护动作后,控制面板上的红色指示灯亮起,需要按复位键才能重新启动。输出过流保护阈值设定为额定电流的115%。
产品与报价说明
山东运电气有限公司对外销售DI系列交流恒流源。该系列设备采用分段式电流设定方式,数字旋钮设定电流,OLED屏显示实际电流值。每台设备出厂附带校正证书和数据记录表。报价单中包括主机、输出线、保修卡和说明书。价格随电流等级、显示方式、通讯接口的数量变化。用户可在网页找到联系电话,电话中确认参数后由业务人员出具正式报价单。报价不含税运费用,运输到铁门关区的物流时效为5到7天。
交流恒流源还具备外部控制输入接口。通过模拟量端子输入0到10V电压,可以远程改变输出电流设定值。这一功能在铁门关区自动化流水线上用来实现电流渐变控制。当需要频繁改变电流大小时,外部控制方式比面板操作高效。
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