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電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電, 這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會變成對電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)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(shù)的方法。這些為2l世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn),現(xiàn)代電源技術(shù)將在實際需要的推動下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下,由于功率器件性能的限制而使開關(guān)電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關(guān)電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù),可使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài),從而可大大的提高工作頻率,提高開關(guān)電源工作效率,設(shè)計出性能優(yōu)良的開關(guān)電源。
總而言之,電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源,僅國內(nèi)有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進行開發(fā)研究。開關(guān)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(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動,并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。
高頻化
理論分析和實踐經(jīng)驗表明,電氣產(chǎn)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(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)"整流行業(yè)"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(jù)這一原理進行改造, 成為"開關(guān)變換類電源",其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)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(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟效益,更可體現(xiàn)技術(shù)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(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質(zhì)上都屬于"標(biāo)準(zhǔn)"功率模塊(SPM)。有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)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(shè)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(yán)重,對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)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(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的熱、電、機械方面的設(shè)計,達到優(yōu)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(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺新型的開關(guān)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(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開關(guān)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(lián)工作,采用均流技術(shù),所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔(dān)負(fù)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(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時間。
數(shù)字化
在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是,數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)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(diào)試和遙感遙測遙調(diào),也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計來說,模擬技術(shù)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(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識,但是對于智能化的開關(guān)電源,需要用計算機控制時,數(shù)字化技術(shù)就離不開了。
開關(guān)控制穩(wěn)壓原理
開關(guān)K以一定的時間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān)K接通時，輸入電源E通過開關(guān)K和濾波電路提供給負(fù)載RL，在整個開關(guān)接通期間，電源E向負(fù)載提供能量;當(dāng)開關(guān)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(fù)載提供能量是斷續(xù)的，為使負(fù)載能得到連續(xù)的能量提供，開關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲能裝置，在開關(guān)接通時將一部份能量儲存起來，在開關(guān)斷開時，向負(fù)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(guān)斷開時，儲存在電感L中的能量通過二極管D釋放給負(fù)載，使負(fù)載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量，因二極管D使負(fù)載電流連續(xù)不斷，所以稱為續(xù)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(guān)每次接通的時間，T為開關(guān)通斷的工作周期(即開關(guān)接通時間TON和關(guān)斷時間TOFF之和)。
由式可知，改變開關(guān)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(fù)載及輸入電源電壓的變化自動調(diào)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(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)是通過MOSFET或IGBT的高頻工作的電源，開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi)，實現(xiàn)高效率和小型化。
高頻開關(guān)電源柜與直流屏區(qū)別在于：
高頻開關(guān)電源柜是過去生產(chǎn)的一種高頻電源類似現(xiàn)在的開關(guān)電源，而直流屏是即有整流穩(wěn)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(fù)荷和動力負(fù)荷以及直流事故照明負(fù)荷等提供電源，是當(dāng)代電力系統(tǒng)控制、保護的基礎(chǔ)。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(jiān)控單元、監(jiān)控模塊單元及絕緣監(jiān)測單元組成。
低壓接地電阻柜是0.22KV~0.66KV低壓系統(tǒng)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(tǒng)供電質(zhì)量，減少因發(fā)生接地故障時引起的設(shè)備斷電，發(fā)電廠的主廠房內(nèi)低壓用電系統(tǒng)應(yīng)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(dāng)采用熔斷器作為保護電器從而減少用電設(shè)備運行時燒毀的機率。
以前低壓系統(tǒng)主要采用直接接地方式或不接地方式。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，直接接地系統(tǒng)的中性點電壓保持不變，但是系統(tǒng)中性點電流過大，容易使絕緣擊穿，燒毀中性點系統(tǒng)。如果系統(tǒng)采用不接地方式時，產(chǎn)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(shù)倍，這對用電設(shè)備的絕緣和熱穩(wěn)定都構(gòu)成威脅。
我國的《煤礦用電安全規(guī)程》明確規(guī)定:中性點直接接地的變壓器及發(fā)電機不允許直接向井下供電。也就是說，煤礦井下電網(wǎng)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(shù)的跟進主要采用接地電阻方式。
當(dāng)安裝中性點接地電阻柜后，發(fā)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%
(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(gòu)成,運算速度快、控制能力強,運行安全可靠等特點。系統(tǒng)設(shè)置看門狗電路,可防止系統(tǒng)運行或干 擾造成的死機現(xiàn)象,設(shè)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(guān)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(nèi)置大容量程序存貯器EPROM,存貯各類 操作指令;
(4) 內(nèi)置大容量數(shù)據(jù)存貯器RAM,存貯各類數(shù) 據(jù)運算結(jié)果、相關(guān)內(nèi)容等;
(5) 數(shù)據(jù)采集部分:是將外界采集的模擬量轉(zhuǎn)換為 數(shù)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(fā)生故障時,顯示相關(guān)故障信息;
(7) 消諧控制部分:當(dāng)發(fā)生各種鐵磁諧振時,控制啟動大功率固態(tài)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(jīng)電阻、消弧線圈接地系統(tǒng)，由于鐵磁諧振而時常發(fā)生的電壓互感器（PT）燒毀甚至爆炸的惡性事故，研制生產(chǎn)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(zhǔn)確。
風(fēng)冷控制柜主要針對大型油浸風(fēng)冷變壓器所設(shè)計,采用人性化設(shè)計,可以完全適應(yīng)室外變壓器惡劣的環(huán)境,高的可靠性要求,性能穩(wěn)定、操作方便、安全可靠。該產(chǎn)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(guān)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(dāng)工作電源回路出現(xiàn)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(fēng)扇或油泵正常運行。
在電力、化工、鑄造、材料加工等領(lǐng)域廣泛使用的動力系統(tǒng)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(xiàn)象,使設(shè)備無法正常運行。風(fēng)冷控制柜適用于各種直流電機起停時候的智能控制,應(yīng)用于火電廠中各種直流油泵的控制,作為傳統(tǒng)控制方式的更新?lián)Q代產(chǎn)品,風(fēng)冷控制柜具有工作原理先進,安全可靠,結(jié)構(gòu)簡單,故障率低,維護方便等特點。
變壓器風(fēng)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(tài)下,變壓器油通過油泵送至冷卻器,冷卻水經(jīng)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(huán)往復(fù)。 冷卻系統(tǒng)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(diào));變壓器風(fēng)冷控制系統(tǒng)第三臺在負(fù)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(fēng)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(xiàn)的,其中包括鉑電極,傳感器以及變送器,經(jīng)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(xiàn)電流電壓信號的轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的電壓是在0.4一2伏特之間,然后進行信號處理。
直流油泵控制柜采用PWM新型脈寬調(diào)制技術(shù),控制功率器件IGBT的開通或關(guān)斷時間,通過電流負(fù)反饋閉環(huán)線性調(diào)節(jié)和控制,實現(xiàn)了對直流電動機的平滑無級起、停控制;并且可以將啟動電流控制在額定電流以內(nèi),對直流系統(tǒng)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(yuǎn)方起動、遠(yuǎn)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(tǒng)安全。
智能直流油泵控制柜系統(tǒng)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(yīng)迅速,并能在運行中可靠、直觀地監(jiān)測直流電機運行的各種關(guān)鍵數(shù)據(jù)。可以根據(jù)各種電機規(guī)格型號的不同,自由設(shè)置運行參數(shù)、限制啟動電流和規(guī)定啟動時間,按理想電機的控制模式來監(jiān)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(shè)備在待機和運行過程可實現(xiàn)無人值守。
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(wǎng)絡(luò)，它的一端是電源，另一端是負(fù)載。電源濾波器的原理就是一種——阻抗適配網(wǎng)絡(luò)：電源濾波器輸入、輸出側(cè)與電源和負(fù)載側(cè)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(zhì)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(jīng)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(shè)備屏蔽的內(nèi)部，設(shè)備內(nèi)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(shè)備外面去，使設(shè)備屏蔽喪失對內(nèi)部元件和電路產(chǎn)生的EMI 輻射的抑制。當(dāng)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(shè)備內(nèi)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(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)安裝電源濾波器時要注意的是，在捆扎設(shè)備電纜時，千萬不能把濾波器（電源）端和（負(fù)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(yán)重破壞了濾波器和設(shè)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(yán)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(shè)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。
在早期的機房中，通常采用將220V交流電源經(jīng)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(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)在電信機房的應(yīng)用，需要為其提供高質(zhì)量的220V的交流電源。由于有現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)供電。
機房中，UPS（不間斷供電系統(tǒng)）最重要的作用就是不間斷供電，當(dāng)市電網(wǎng)符合輸入范圍時，經(jīng)過AC/DC，DC/AC雙重變換，向負(fù)載供電，當(dāng)市電網(wǎng)超限時，由電池向負(fù)載供電，當(dāng)UPS故障或過載時由旁路電源向負(fù)載供電。維護時還可以通過手動維修旁路開關(guān)對UPS進行在線維護。而電池組+逆變器的供電方式，當(dāng)電池組出現(xiàn)故障需要更換時，必須使系統(tǒng)間斷，這會對系統(tǒng)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(xiàn)雙路電源的不間斷相互切換，提供一定時間的后備時間，穩(wěn)壓，穩(wěn)頻，隔離干擾等。它能夠?qū)⑺查g間斷，諧波干擾，電壓波動，頻率波動，浪涌等電網(wǎng)干擾阻擋在負(fù)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(chǎn)生任何傳導(dǎo)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(jié)構(gòu),在UPS內(nèi)襯2mm厚不銹鋼板的外部設(shè)計的流線型塑料外殼，在保持了優(yōu)美外形的同時，消除了對其它設(shè)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(fù)載提供的是經(jīng)過凈化的交流電源。
