250W 补偿变压器设计

250W 补偿变压器设计

摘要：补偿变压器的原理是将变压器线圈串联在主电路当中，用它所产生的电压来与主电源迭加，从而改变输出

的电压值的大小。由于变压器不是直接用来供电的设备，而仅是起补偿作用的（大约为总电源电压的 20%）。在本设

计中，主要通过单片机来控制，使电源输出的电压值稳定且达到预期目标，以此保护用电器不会因为电压值过高损伤

电器或过低无法运行，最大补偿范围为 88V，从 176 到 264V 都可使用，价格便宜，使用简单。

关键词：小容量；补偿；变压器；控制器

Design of 250W Compensation Transformer

Abstract: Compensation transformer type AC voltage stabilizing and energy saving device is to connect a set of transformer

coils in series in the main circuit, and use the potential generated by it to superpose with the main power supply, thus

changing the output voltage value. Since the transformer is not directly used for power supply, it only acts as compensation

(about 20% of the total power supply voltage).In this design, the single chip microcomputer is mainly used to control, so that

the voltage value output by the power supply is stable and reaches the expected target, thus protecting the electrical appliance

from damaging the electrical appliance due to too high a voltage value or being unable to operate due to too low a voltage

value. The maximum compensation range is 88V, and can be used from 176to 264V, with low price and simple use.

Keywords: Small capacity; Compensation; Transformer; Controller

一、 绪论

1

.1补偿变压器的选题背景及意义

对于电的质量，我们平时生活中的用电大多用电压和电流为指标，其实还有很多，

如电的幅度，频率，波形，指定值。这些值多多少少都会有所偏差，而大多数，许多 AC

机电装置通常在上述参数的相对大的变化范围内操作。

但是，由于中国现在的供电系统相对于其他国家发展的还不够好，就不能很好的稳

定电源电压，导致电源存在不稳定性。所以在很多地方都存在电力供应不足和电力设备

老化严重灯情况。这些问题导致电压的大幅波动。在能耗最大的时期，存在严重的现象，

即网络电压在许多地方严重下降，但在低功率期间，网络电压增加太多。在一些偏远地

区，网络电压长时间处于低电压状态，一些负载快速变化的区域网络电压会极不稳定，

初选剧烈的波动。这种情况很容易对电气设备造成损坏，浪费资源造成很大的损失。

我们国家标准的电压是 220V，但是由于给网络供电的时候，电压变化会很大，所以

它的工作范围不是固定在 220V 的，会上下波动到 198V~242V 之间。当它作为电灯的供

电电压使用类型时，实际功率也将偏离标准值一点，如果长时间过度的照明，将会造成

能量的浪费，并且通常在半夜不需要高照度。这需要设计补偿变压器。该提议是一种 250

瓦的补偿变压器设计。

不仅如此，当用电量增加时，所有家庭都用电，他们也会造成低电压。如果没有足

够的照明，它将给人们的旅行带来不便甚至危险，相反，如果在夜间使用它。电流很小，

这使得电路电压很高，直到老化的电缆不能包含这么高的电压。

我们现在的生活水平不断提高，对医院的医疗设备质量的要求也很高，这样也能促

进医疗技术的不断上升，这就需要医疗设备具有一个很稳定的工作电压。它和信息技术

和电子通讯技术一样，在我们生活中应用广泛，但都对电源的要求很高。所以电网就必

须能提供一个稳定的而且是连续的电压给它们，如果网络电压不稳定不仅会对这些电气

设备不起作用，甚至会造成电器的故障，这样就需要人员来维护，浪费人力和物力资源。

如果是服务器或者比较重要的而且容易损坏，这将造成的损失很大，这时就需要一个很

稳定的电源为这些重要电器供电。交流电源系统在许多方面存在缺陷。所有这一切将导

致问题，如不正常工作，降低了精度和电气设备甚至意外损坏的电气设备，特别是计算

机，通信系统，医疗设备等。

现在随着生活水平和高科技的高质量快速发展，用以前的电网直接供电的方式已经

不能满足人们的要求了。为了解决这些问题跟上时代的步伐，提供高质量的供电方式，

出现了交流稳压器，也就是本课题的 250W 补偿变压器。

现在我们能买到的很多交流稳压器都是市场上普遍使用的传统控制技术制成的。这

种传统的控制技术，模拟控制有它自身的缺点，所以就不能满足我们现在的技术要求。

挑选分立元器件的时候，应该注意，使用时会使得系统硬件成本的增高而使用的可

靠性变得很差。电源的输出会受到元器件老化和元件热漂移等因素的影响。器件中还会

使用调点位器作为可调装置，这也会使系统的工作效率有影响，性能变差。因为使用的

是模拟系统，所以当系统出现问题之后，我们自己是解决不了的。还需要专业的维修人

员到现场维修，这就大大的浪费了时间、人力等资源。还有一点，就是系统的更新和升

级也非常麻烦，需要对电路进行修改和重新设计，很难实现。

AC 是一个稳压电源，在电气、工程师等很多地方都有重要的应用。正是因为它应

用的地方广泛，所以对它的要求也不断提高，要求充电设备要有一个稳定的电源和性能

调节电压，性能越来越高的调节电源的参数。因此，电源供应器的性能更好提高能源供

应质量的发展，具有重要的理论和实践意义，并在促进科学发展中的作用和技术与国民

经济。该主题的研究和开发旨在具有非常大的应用空间。

特别适用本题的第一市场是路灯照明行业。

目前路灯照明有 85%的高压钠灯，高压钠灯对供电要求比较高，220-5%~220+3%即

2

09V~227V。在额定电压下，高压钠灯的使用寿命大约为 12000 小时，由于我国电网电

压波动范围较大，所以一般只能用到 8000 小时左右，有的因电网质量差，使用寿命更

短。

对于节能减排的利器在路灯照明行业，采用这种可编得到恒功率电源，不是依靠稳

定电压来使光源恒功率工作，直接恒定其功率，确保用电器使用寿命更直接，另外，在

人流量车流量大为减少的深夜，可通过编程的方式，让其恒定工作在另一个恒功率点上，

大减小电能浪费。仅路灯照明业，市场前景十分看好。

目录

一、

绪论 ................................................................................................................................................ 3

1

1

.1 补偿变压器的选题背景及意义....................................................................................................... 3

.2 补偿变压器的国内外研究现状....................................................................................................... 5

1

.2.1 变压器的发展状况................................................................................................................ 5

1

1

.3 补偿变压器的技术特点................................................................................................................... 6

.4 补偿变压器的研究内容................................................................................................................... 6

二、补偿变压器的总体设计......................................................................................................................... 6

2

.1 补偿变压器的设计思想................................................................................................................... 6

2

2

.1.1 综述 ....................................................................................................................................... 6

.2.2 补偿变压器的设计计算........................................................................................................ 7

2

.2 补偿变压器的电路框图................................................................................................................... 9

三、补偿变压器的硬件设计....................................................................................................................... 10

3

.1 变压器设计 .................................................................................................................................... 10

3

.1.1 铁心 ..................................................................................................................................... 10

.2.2 线圈 ..................................................................................................................................... 12

.3.3 其他部分.............................................................................................................................. 13

.2 鉴相电路设计................................................................................................................................. 20

.3 IGBT 的介绍 .................................................................................................................................. 23

.4 IGBT 驱动电路设计 ...................................................................................................................... 26

.5 LC 滤波 .......................................................................................................................................... 28

.6 单片机电路设计............................................................................................................................ 29

3

3

.6.1 单片机的定义...................................................................................................................... 29

.6.2 单片机的作用..................................................................................................................... 32

3

.7 电源模块设计................................................................................................................................ 33

四、软件设计 .............................................................................................................................................. 36

.1 流程图 ........................................................................................................................................... 36

.2 控制补偿算法程序........................................................................................................................ 36

五、总结 ...................................................................................................................................................... 40

参考文献 ...................................................................................................................................................... 42

附录 .............................................................................................................................................................. 44

参考文献

1] 王静霞.单片机应用技术（C 语言版）第3版[M].北京：电子工业出版社，2015

2]杨志忠.数字电子技术（第2版）[M].北京:高等教育出版社，2000年

3]方跃春．开关电源中脉宽调制原理与实践探讨[J]．长沙民政职业技术学院学报，2002

4]张占松，蔡宣三．开关电源的原理与应用(修订本) [M]．北京：电子工业出版社，2004

5]姚高尚，梁凯，简虎等.半桥逆变电路中高频变压器的设计[J].电源技术应用，2007