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行業動態
高頻開關電源的綠色化
瀏覽次數:    2019-05-06

       電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電, 這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。

       現代電力電子技術是開關電源技術發展的基礎。隨著新型電力電子器件和適于更高開關頻率的電路拓撲的不斷出現,現代電源技術將在實際需要的推動下快速發展。在傳統的應用技術下,由于功率器件性能的限制而使開關電源的性能受到影響。為了極大發揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓撲和新型的控制技術,可使功率開關工作在零電壓或零電流狀態,從而可大大的提高工作頻率,提高開關電源工作效率,設計出性能優良的開關電源。

       總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。

高頻開關電源的發展趨勢
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       高頻化

       理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統"整流行業"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造, 成為"開關變換類電源",其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。

       模塊化

       模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量, 在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求, 而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。

       數字化

       在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。

高頻開關電源的穩壓原理
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       開關控制穩壓原理

       開關K以一定的時間間隔重復地接通和斷開,在開關K接通時,輸入電源E通過開關K和濾波電路提供給負載RL,在整個開關接通期間,電源E向負載提供能量;當開關K斷開時,輸入電源E便中斷了能量的提供??梢?,輸入電源向負載提供能量是斷續的,為使負載能得到連續的能量提供,開關穩壓電源必須要有一套儲能裝置,在開關接通時將一部份能量儲存起來,在開關斷開時,向負載釋放。圖中,由電感L、電容C2和二極管D組成的電路,就具有這種功能。電感L用以儲存能量,在開關斷開時,儲存在電感L中的能量通過二極管D釋放給負載,使負載得到連續而穩定的能量,因二極管D使負載電流連續不斷,所以稱為續流二極管。在AB間的電壓平均值EAB可用下式表示:

       EAB=TON/T*E

       式中TON為開關每次接通的時間,T為開關通斷的工作周期(即開關接通時間TON和關斷時間TOFF之和)。

       由式可知,改變開關接通時間和工作周期的比例,AB間電壓的平均值也隨之改變,因此,隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變。改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比,這種方法稱為"時間比率控制"(Time Ratio Control,縮寫為TRC)。

高頻開關電源與直流屏有什么區別?
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       高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)是通過MOSFET或IGBT的高頻工作的電源,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。

       高頻開關電源柜與直流屏區別在于:
       高頻開關電源柜是過去生產的一種高頻電源類似現在的開關電源,而直流屏是即有整流穩壓又配有電瓶在有無市電都可以提供直流操作電源的柜子。

       直流屏為控制負荷和動力負荷以及直流事故照明負荷等提供電源,是當代電力系統控制、保護的基礎。直流屏由交配電單元、充電模塊單元、降壓硅鏈單元、直流饋電單元、配電監控單元、監控模塊單元及絕緣監測單元組成。

什么是低壓接地電阻柜?
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       低壓接地電阻柜是0.22KV~0.66KV低壓系統中接地用電阻成套裝置。為了提高0.66/0.38/0.22(KV)低壓用電系統供電質量,減少因發生接地故障時引起的設備斷電,發電廠的主廠房內低壓用電系統應該采用高阻接地,這樣不僅避免了單相接地時不必立即跳閘,而且當采用熔斷器作為保護電器從而減少用電設備運行時燒毀的機率。

       以前低壓系統主要采用直接接地方式或不接地方式。當發生單相接地故障時,直接接地系統的中性點電壓保持不變,但是系統中性點電流過大,容易使絕緣擊穿,燒毀中性點系統。如果系統采用不接地方式時,產生的過電壓是額定電壓的N倍,由于弧光和鐵磁諧振過電壓使非故障相的相電壓升高數倍,這對用電設備的絕緣和熱穩定都構成威脅。

       我國的《煤礦用電安全規程》明確規定:中性點直接接地的變壓器及發電機不允許直接向井下供電。也就是說,煤礦井下電網的中性點不允許直接接地。原來主要用消弧線圈方式接地,隨著技術的跟進主要采用接地電阻方式。

       當安裝中性點接地電阻柜后,發生非金屬性接地時,受接地點電阻的影響,流過接地點和中性點的電流有顯著降低,同時非故障相電壓上升也顯著降低,零序電壓值約為單相金屬性接地的30%

微機消諧裝置的硬件構成
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       (1) 微機消諧裝置的主機部分:消諧裝置的指揮控制中心 CPU采用最新高性能的單片機構成,運算速度快、控制能力強,運行安全可靠等特點。系統設置看門狗電路,可防止系統運行或干 擾造成的死機現象,設備可以長期可靠運行;
       (2) 微機消諧裝置的電源部分:消諧裝置采用高頻開關電源,具有抗干擾能力強、允許輸入電壓波動范圍大等特點。輸入電壓范圍寬,可以交,直流使用。
  (3) 內置大容量程序存貯器EPROM,存貯各類 操作指令;
  (4) 內置大容量數據存貯器RAM,存貯各類數 據運算結果、相關內容等;
  (5) 數據采集部分:是將外界采集的模擬量轉換為 數字量以備計算機處理;
  (6) 顯示部分:大屏幕漢字液晶屏幕,作時鐘用, 發生故障時,顯示相關故障信息;
  (7) 消諧控制部分:當發生各種鐵磁諧振時,控制啟動大功率固態繼電器,快速消除各種故障。

       XZ-MAX系列微機消諧裝置是我公司針對66KV及以下電壓等級的中性點不接地或經電阻、消弧線圈接地系統,由于鐵磁諧振而時常發生的電壓互感器(PT)燒毀甚至爆炸的惡性事故,研制生產的新型智能消諧裝置。裝置利用抗干擾能力強的AVR 單片機作為檢測和控制的核心元件;采用大功率、無觸點元件消諧;以液晶顯示器(LCD)、信號指示燈;配以最先進的智能化軟件,動作更可靠、操作更簡單、更直觀、更準確。

風冷控制柜在使用時的優勢和實現原理
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       風冷控制柜主要針對大型油浸風冷變壓器所設計,采用人性化設計,可以完全適應室外變壓器惡劣的環境,高的可靠性要求,性能穩定、操作方便、安全可靠。該產品適用于電力變壓器只有信號溫度計的工況,也適用于電力變壓器具有信號溫度計和繞組溫度計的工況,動力電源采用雙電源供電,由選擇開關選擇其中一路作為工作電源回路,另一路作為備用電源回路。當工作電源回路出現斷電、缺相、過載、短路、欠壓等故障時,送出電源故障信號,備用電源回路自動投入,保證冷卻風扇或油泵正常運行。
       在電力、化工、鑄造、材料加工等領域廣泛使用的動力系統中,直流電動機直接啟動時對其的沖擊較大,極易造成電動機線圈燒塤、損壞充電器、主回路斷路等現象,使設備無法正常運行。風冷控制柜適用于各種直流電機起停時候的智能控制,應用于火電廠中各種直流油泵的控制,作為傳統控制方式的更新換代產品,風冷控制柜具有工作原理先進,安全可靠,結構簡單,故障率低,維護方便等特點。

       變壓器風冷控制柜主要是利用流動的水或空氣帶走變壓器油中的熱量,達到降低變壓器溫度的目的,主變在運行狀態下,變壓器油通過油泵送至冷卻器,冷卻水經過閥門控制對冷卻器中的變壓器油降溫,降溫后的變壓器油重新送入變壓器,循環往復。 冷卻系統共6臺冷卻器,按2、1、2、1方式投運:兩臺長期值班運行(值班時間可調);變壓器風冷控制系統第三臺在負荷增加、溫度升高至60度時投運;第四、五臺在溫度升高至70度時投運;第六臺停運備用
       變壓器風冷控制柜首先進行的就是對變壓器上層油溫進行的溫度采集工作,變壓器的溫度采集是由變壓器的溫度控制器來實現的,其中包括鉑電極,傳感器以及變送器,經過溫度控制器輸出的信號進入變送器,變送器送出一個4-20毫安的電流信號,然后將此電流信號通過控制芯片上的電阻元件實現電流電壓信號的轉換,轉換后的電壓是在0.4一2伏特之間,然后進行信號處理。

直流油泵控制柜的特點
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       直流油泵控制柜采用PWM新型脈寬調制技術,控制功率器件IGBT的開通或關斷時間,通過電流負反饋閉環線性調節和控制,實現了對直流電動機的平滑無級起、??刂?并且可以將啟動電流控制在額定電流以內,對直流系統和電動機無任何沖擊。直流油泵控制柜通過接收就地起動、就地停止、遠方起動、遠方停止、熱工控制等信號來工作,具有過流、過壓、失磁、溫度等保護,充分保證了裝置的可靠運行和系統安全。
       智能直流油泵控制柜系統具有精度高、體積小、重量輕、效率高、輸出紋波、諧波失真小、防護措施齊全、可靠性高及自動化程度高的特點,投入運行響應迅速,并能在運行中可靠、直觀地監測直流電機運行的各種關鍵數據??梢愿鶕鞣N電機規格型號的不同,自由設置運行參數、限制啟動電流和規定啟動時間,按理想電機的控制模式來監控電機的運行,極大的提高了備用潤滑泵、冷卻泵運行的可靠性,并可適用于各種配置鎘鎳蓄電池、防酸蓄電池及閥控式鉛酸電池的直流供電場所,設備在待機和運行過程可實現無人值守。

電源濾波器
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       電源濾波器是由電容、電感和電阻組成的濾波電路,又名“電源EMI濾波器”,或是“EMI電源濾波器”,一種無源雙向網絡,它的一端是電源,另一端是負載。電源濾波器的原理就是一種——阻抗適配網絡:電源濾波器輸入、輸出側與電源和負載側的阻抗適配越大,對電磁干擾的衰減就越有效。濾波器可以對電源線中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除,得到一個特定頻率的電源信號,或消除一個特定頻率后的電源信號。
       1、電源濾波器的不能存在電磁耦合路徑
       ①電源輸入線過長;
       ②電源濾波器的輸入線和輸出線靠的過近。
       此兩種都是不正確的安裝方式,問題的本質在于,濾波器的輸入端電線和它的輸出端電線之間存在有明顯的電磁耦合路徑。這樣一來,存在于濾波器某一端的EMI信號會逃脫濾波器對它的抑制,不經過濾波器的衰減而直接耦合到濾波器的另一端去。因此濾波器輸入與輸出先需有效分開。
       另外,如上述兩種把電源濾波器都是安裝在設備屏蔽的內部,設備內部電路及元件上的EMI 信號會因輻射在濾波器的(電源)端引線上生成EMI 信號而直接耦合到設備外面去,使設備屏蔽喪失對內部元件和電路產生的EMI 輻射的抑制。當然,如果濾波器(電源)上存在有EMI 信號,也會因輻射而耦合到設備內部的元件和電路上,從而破壞濾波器和屏蔽對EMI 信號的抑制作用。所以起不到效果。
       2、不能將線纜捆扎在一塊
       一般來說,在電子設備或系統內安裝電源濾波器時要注意的是,在捆扎設備電纜時,千萬不能把濾波器(電源)端和(負載)端的電線捆扎在一起,因為這無疑加劇了濾波器輸入輸出端之間的電磁耦合,嚴重破壞了濾波器和設備屏蔽對EMI 信號的抑制能力。
       3、要盡量避免使用長接地線
       電源濾波器輸出端連接變頻器或電機的接線長度不超過30厘米為宜。
       因為過長的接地線意味著大大增加接地電感和電阻,它會嚴重破壞濾波器的共模抑制能力。較好方法是,用金屬螺釘與星形彈簧墊圈把濾波器的屏蔽牢牢地固定在設備電源入口處的機殼上。
       4、電源濾波器輸入線、輸出線必須拉開距離
       電源濾波器輸入線、輸出線必須拉開距離,切忌并行,以免降低濾波器效能。
       5、電源濾波器外殼與機箱殼必須良好接觸
       變頻器專用濾波器金屬殼與機箱殼必須保證良好面接觸,并將接地線接好。
       6、電源濾波器的連接線宜選用雙絞線
       電源濾波器的輸入、輸出連接線以選用屏蔽雙絞線為佳,它可有效消除部分高頻干擾信號。

UPS蓄電池和逆變器的區別
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       在早期的機房中,通常采用將220V交流電源經過整流,為48V電池組充電,由電池組直接給程控交換機供電。隨著計算機網絡和通信網絡在電信機房的應用,需要為其提供高質量的220V的交流電源。由于有現有的48V電池組,所以通常采用電池組+逆變器的方法,將48V直流變換為220V交流電源為網絡供電。

       機房中,UPS(不間斷供電系統)最重要的作用就是不間斷供電,當市電網符合輸入范圍時,經過AC/DC,DC/AC雙重變換,向負載供電,當市電網超限時,由電池向負載供電,當UPS故障或過載時由旁路電源向負載供電。維護時還可以通過手動維修旁路開關對UPS進行在線維護。而電池組+逆變器的供電方式,當電池組出現故障需要更換時,必須使系統間斷,這會對系統造成巨大的損失。UPS的不間斷作用是電池組+逆變器無法替代的。

       UPS在房中的作用是實現雙路電源的不間斷相互切換,提供一定時間的后備時間,穩壓,穩頻,隔離干擾等。它能夠將瞬間間斷,諧波干擾,電壓波動,頻率波動,浪涌等電網干擾阻擋在負載之前。由于UPS自身逆變器的輸入直流總線和外接電池組均與用戶原有的48V通信電源無任何直接的電氣連接,所以不會對程控機產生任何傳導干擾。另外,UPS為防止對外的輻射干擾,通常采用鋼板式框架結構,在UPS內襯2mm厚不銹鋼板的外部設計的流線型塑料外殼,在保持了優美外形的同時,消除了對其它設備的輻射干擾。在它的輸入輸出端采用了RFI濾波器,使得向負載提供的是經過凈化的交流電源。

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