通信电源题库
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随着通信网络规模的不断扩大，通信电源设备的稳定性和安全性变得越来越重要。如果电源系统发生直流故障，常常会造成整个通信的全部中断。通信电源设备主要由交流高压、低压变配电设备，直流配电设备，交流稳压器，整流设备，UPS设备，DC/DC变换器，蓄电池，发电机组等组成。
在安装电源系统时，首先先了解下电源的走向。第一，高压经过线路进入高低压配电室（变电所）首先进入高压配电柜；第二，高压配电柜后面就是变压器，将高压变压为380V/220V； 第三，变压器出来接的就是低压配电柜，这个配电柜和其他低压配电柜不一样，因为有油机供电，所以要起到市电油机切换的作用；第四，下来继续接低压配电柜，用交流母牌连接，将电能配送至各单体建筑；第五，如果电能配送至通信机房，则要涉及到UPS，开关电源，当然还有与之配套的蓄电池组。UPS主要保证交流不间断供电，开关电源则是保证直流不间断供电。为了保证不间断供电，UPS和开关电源都要和蓄电池搭配使用。
通信电源建设可以分为交流供电系统建设，直流供电系统建设和接地系统建设。
（1）．交流供电系统
通信电源的交流供电系统一般由高压配电所、降压变压器、柴（汽）油发电机组、UPS和低压配电屏组成。高压配电所和降压变压器应按照电力部门的规范进行建设安装；柴（汽）油发电机组、UPS和低压配电屏的安装应遵照电信电源规范进行。
柴油发电机组安装顺序为：开箱检验，安装固定，稳机找平，排气管加工套丝（或焊接），安装波纹管，安装消音器以及试车调测等。
UPS在安装前，要对单节蓄电池进行外观检查，观察是否有渗漏液及壳体变形破裂现象，然后对单节电池进行开路电压测试并记录。电池连接结束后，要对电池总的输出电压进行测试并记录，以防部分电池极性接反。在连接UPS的交流引入线时，火线零线不允许接反（注意某些UPS还有相序之分）。
低压配电屏安装前要对固定螺丝进行全面加固，测试屏内相间有无短路现象，安装时检查屏内压降。
（2）．直流供电系统
通信设备的直流供电系统一般由整流器、蓄电池、DC/DC变换器和直流配电屏等组成。分为集中供电（见图3-1）和分散供电（见图3.2）
整流器（目前基本都用高频开关电源）安装时要对机架内加固件进行全面加固，检查输入、输出有无短路，加电后要进行电气性能测试。蓄电池在安装时要对蓄电池外观进行检查，对单节开路电压作测试并记录。电池连接结束后，应对总电压进行测试并记录。DC/DC变换器在加电前，要对输入、输出端进行测试，加电后测试输出电压值，同时要对其它性能进行调测。
直流配电屏的安装类似于上面所讲交流屏的安装。
图3-1 集中供电
图3-2 分散供电
（3）．接地系统的建设
为提高通信质量，确保通信设备与人身的安全，通信机房都要求有良好的接地系统。通信电源接地系统通常采用联合地线的接地方式。联合接地的标准连接方式是将接地体通过汇流条（或大截面的铜芯电源线）引入到电力室的接地汇流排，直流工作地、防雷地和保护地再分别从该总地排上引接出来
在通信电源设备的建设过程中，安装人员应本着严谨认真的工作态度去操作，否则会给维护部门造成很多麻烦，甚至造成事故。
3.2 通信电源系统的调测
通信电源系统的调测从工程、运行维护角度对通信电源系统运行质量指标的"五性"----稳定可靠性、可用性、可维护性、可持续性、安全性进行分析和论述，其目的是使现有在运行的系统更加高效、可靠地运行和为以后的工程提供技术支持. 衡量各设备投入运行以后的性能指标
3.2.1 稳定可靠性
稳定可靠性包含稳定性和可靠性两个概念，两者各有自身的含义又互相关联。
稳定性表现在自身运行的三个方面:
(1) 设备运行的稳定度
设备名称 项 目
高频开关电源 杂音指标，稳压精度，均流，负载动态响应
UPS 频率稳定度，电压稳定度，总滤波失真，瞬态时间，动态响应等
蓄电池 动/静态单体端电压的一致性，温升，螺栓紧密情况等
柴油发电机组 机组运行状态，输出电压，频率的稳定度
(2) 设备预设工作模式的持续执行
设备名称 项 目
高频开关电源 双路电的切换，周期性电池放电测试，周期性电池均衡充电，故障自诊断，浮充/均充的自动转换，"三遥"功能，故障回叫，报警功能，二次下电，充电限流，系统限流等。
UPS 周期性电池放电测试，周期性电池均衡充电，故障自诊断，浮充/均充的自动转换，"三遥"功能，故障回叫，报警功能，充电限流，自动分配市电/电池供电方案，自动开/关机程序等
蓄电池 柴油发电机组启动成功率，自启动，自投载，自停机，自补给程序
(3) 自身产生的错误或误动作
设备名称 项 目
高频开关电源 温度漂移，老化漂移影响输出特性和均流；控制单元与整流模块之间的通信故障；控制链路中采样不准确或错发指令；误告警（当告警时不告警，正常时误告警）等。
UPS 温度漂移、老化漂移影响输出特性和并机环流，数字处理器（DSP）或中央处理器（CPU）与整流部分，逆变部分，静态开关，并机板，充电器之间的通信故障或错发指令，误告警（当告警时不告警，正常时误告警）等。
蓄电池 早期容量失效，热失控，中期锑污染，漏液，密封阀顶偏或开/闭阀不精确等。
柴油发电机组 误启动，启动电池自放电，启动电池锑污染，柴油滤清器纸滤芯发涨变软等。
可靠性表现在对外界因素的抵御能力和对自身故障的处理和系统操作能力两方面:
(1) 对外界因素的抵御能力
设备名称 项 目
高频开关电源 市电电压瞬高、瞬低、瞬断，网侧长时过电压，网侧浪涌过电压，负载侧浪涌过电压，负载短路，负载突变，零线电位漂移，零线中断等，海拔超高、超温、超湿、粉尘、盐雾、震动等
UPS 市电电压瞬高、瞬低、瞬断，网侧长时过电压，网侧浪涌过电压，电网波形畸变率，电网频率漂移，负载波峰因数、负载突变，负载短路，负载三相不平衡等，零线共模干扰，零线电位漂移，零线中断等，海拔超高、超温、超湿、粉尘、盐雾、震动等
蓄电池 过充、过放、欠充等超温、超湿、粉尘、盐雾、震动、明火等
柴油发电机组 海拔过高，负载波峰因数，负载短路，三相负载不平衡等
(2) 对自身故障的处理和系统操作
设备名称 项 目
高频开关电源 容错、掩错、隔错功能故障自诊断，系统自动复位，故障回叫，报警功能等
UPS 容错、掩错、隔错功能故障自诊断，系统自动复位，故障回叫，报警功能等主/备机切换，旁路切换，单元互助切换，双总线切换
蓄电池 密封阀排气
柴油发电机组 故障告警，三次不能启动告警，油压低、水温高自动保护停机，主机/备机切换，市电/油机切换等
准确知道蓄电池容量是较准确计算蓄电池组对通信设备放电时间的前提。判断阀控式铅酸蓄电池运行状态有以下几种方法：
（1）离线式容量测试
工程设计中配置的蓄电池一般不少于两组，把蓄电池从供电系统中脱离，接上假负载，使电池组以10小时率或3小时率或1小时率电流放电，放电期间测量蓄电池的端电压及室温，只要电池组中有一只单体的端电压达到规定的终止电压时即停止放电，放电电流乘以放电时间就是电池组放出的实际容量。
（2）在线式核对性放电试验
不把蓄电池从供电系统中脱离，对通信负载（必要时接假负载）进行放电，放出蓄电池额定容量的30％～40％，运用特性对比判断蓄电池的储备容量。如果放电深度不够，会降低容量判断的准确度。
（ 3）电导测试法和内阻测试法
电导即蓄电池内部电阻的倒数，指传导电流的能力。蓄电池的电导与容量有很高的相关性，电导单位为西门子（S）。测量时电导仪向蓄电池两端加一个已知频率和振幅的低频交流电压信号，测量出电压与同相位的交流电流值，交流电流值和交流电压的比值即为蓄电池的电导。
电池的电导反映电池的内部状况，如电解液干涸、板栅腐蚀、接触不良等，这些都会引起电池内阻增大、电导减小，蓄电池容量降低。
内阻测试法与电导测试法原理基本类似，不同的是一般内阻测试仪需要离线测试，电导测试仪可在线测试。
② 通信电源系统可靠性供电方案探讨 论文
通信电源的管理与维护
1 通信电源系统的组成
电源是通信系统的重要组成部分。一个完整的通信电源系统由5个部分组成：交流配电单元、整流模块、直流配电单元、蓄电池组、监控系统。
2 对通信电源系统的基本要求和特点
对通信电源系统的基本要求是可靠性和稳定性。一般通信设备发生故障的影响面比较小，是局部性的，但如果通信电源系统一旦发生故障，通信系统将全部中断，所以电源系统要应有备份设备，电源设备要有备品备件，市电要有双路或多路输入，交流和直流互为备用。我国对通信电源的要求是：防雷措施要求完善，设备允许的交流输入电压波动范围大，多重备用系统以防止电源系统发生电源完全中断故障。由于电网分布和利用市电的条件存在千差万别，许多地方的市电电压波动范围很大。特别是一些变电站、微波站、光通信站和模块站等，有时交流电电压波动范围达±30%以上。为提高市电的可用度，要求电源设备具有更宽的工作电压范围，否则就要增加稳压装置。
3 通信电源的管理
3．1 加强对电源设备的重视
电源设备与通信网中的其它设备（如交换、传输等）有较大的不同，本质上，电源设备是机电设备而非通信设备。正因为如此，在通信中，它得不到充分的重视，无论是在组织机构、人员、资金还是管理上，都得不到相应的保证。然而，必须看到，通信电源作为整个通信电信网中的能量保证，它的作用是整体和全局性的。虽然它不是通信网主流设备，但它却是通信网中最重要、最关键的设备。
3．2 加强电源管理上的专业化
对通信电源要求通信网上的各级管理层次和建设、维护方面应该有独立的电源专业管理机构和人员。因为通信电源是一个专业，而且是个包括多种系统和学科的大专业，因此，应该对它作相应的专业管理，由其它专业人员来兼管电源专业是不够的，也是不科学的。
3．3 重视通信电源系统初期的设计、安装
电源系统设计时应充分考虑容量大小、地理位置、空间布置、未来发展、设备质量、工作勘察与设计、运行方式选择、建设管理、运行维护管理等各个环节。其中对于设备选择、方案设计、工程管理等环节尤其要加强重视和管理。
3．4 电源设备购置与维护的具体措施
1）在购置通信电源过程中，除考虑性价比外，要考虑高可靠性、多种自动保护功能、宽电压、良好的均流均衡性能、在线运行模式，要考虑是否严格按照ISO-9000质量保证体系组织生产，另外系统故障率、防雷和电涌措施、交直流配电一体化等都应是分析考虑配置的重点。要选用可靠性高的设备，合理配置备份设备。
2）供电方式要大力推广分散供电，要有备品和备份，使用同一种直流电压的通信设备，采用两个以上的独立供电系统。这样就能够保证在其中一种电源设备发生故障时，另一种电源设备能够及时排除。
3）为了尽量缩短设备的平均故障修复时间，要经常分析运行参数，预测故障的发生，并及时排除。
4）设备宜采用模块化、热揷拔式，便于更换和维修。再一个就是平时应建立起对电源故障的应急措施，保证可靠供电。最后，要提高技术水平，大力推广集中维护体制。
实施集中监控管理是技术发展的必然趋势，是现代化通信网的需要，也是企业减员增效的措施之一。随着通信设备的日益集成化、小型化，各种电源设备也要智能化、标准化，符合开放式通信协议。集中监控必须逐步实施，在实施过程中，三遥（遥信、遥测、遥控）点的设备要合理，决不是越多赿好，否则其效果适得其反。
4 加强蓄电池维护
通信电源涵盖范围很广，它至少应包括交流高电压、自备柴油发电机、UPS整流装置、蓄电池组、防雷接地、动力环境监控等这几大系统。在这几类系统中，直流系统和USP是直接供给通信负荷的，因此最为重要。而在这些系统中，蓄电池作为不间断供电的保证，在整个电源系统中最为关键。蓄电池不但在交流系统或整流系器出现问题是保证不间断供电，而且还能在市电和自备柴油发电机正常转换时提供保证。所以蓄电池是整个通信电源系统维护的关键。
在通信电源系统的日常维护中，蓄电池的维护测试和诊治是十分烦琐而又必须十分细致的事。通信系统现在应用较为普遍的免维护密封式蓄电池，它的日常维护相对要简单得多。对电池维护时的事项如下：
蓄电池出厂时已经充分充电，在运输或保存过程中由于自放电会损失一部分容量，所以使用前应进行大充大放以补充电参；搬运蓄电池时要搬运电池底部，绝对不要在端子部用力；绝对不要打开排气阀；阀控式铅酸免维护蓄电池使用前不需检查液面和加水，不要将蓄电池安放在产生火花物体附近或密封场所；免维护铅酸蓄电池横、正放置均可，但在经常震动下应正立使用；相邻蓄电池接线可紧密一些，但多列并排使用时为较好散热，各列间应保持在10mm左右；连接好后应将各导电体盖上绝缘盖并拧紧；充电后若不立即使用，应尽量避免放置于高温环境，温度越高，自放电越大；长期保存后有时不经过几次循环充放电、容量不能充分恢复；放电时，周围温度应控制在-15～＋45℃范围内；充放电电压精度在±2%以内为最好；无论是使用或不使用的蓄电池，都应定期（3个月或6个月）进行充放电；清扫蓄电池时应使用湿布，干布或化纤布有可能使使蓄电池外壳裂开，造成漏液或腐蚀着火；检查维修时应穿戴橡胶手套和胶皮鞋等保护用品；如果蓄电池组容量下降到额定容量的60%以下时，可视为寿命终止；在USP等转换器上使用时，应安装电容器，以防止人转换器来的返还电流流入电池。
5 通信电源系统的防雷
通信电源的管理还包括对外来引入电流、电压的管理措施，碰触电力线和雷击就是最主要的强电流、电压的引入方式。
5．1 雷击产生的危害
雷击产生强大电流和高电压对人体和设备都将造成重大损害。直接雷或间接雷都将对通信设备产生巨大危害。防雷是一个系统工程，某种有效技术和器材的采用，只能降低雷击危害的概率、减少损害，必须对所有进出局的电缆电线屏蔽和防雷处理，采用完善的接地系统，按照规范要求严格接地、减少雷害。
5．2 防雷接地
为了防止雷电产生的过电压过电流损坏电源设备，在通信电源系统中，通信机站一般设有防雷接地装置，其接地阻值≤5Ω，在土壤电阻率低的地方，接地阻值应≤1Ω。在通信电源系统中，要求防雷接地线一定要与工作接地和保护接地线分开，而在电力通信电源系统中，要求防雷接地、工作接地、保护接地共用一组地线。
现在已开发了各种各样的雷电防护及接地技术，这些都是确保通信网络可靠性的重要技术，也是通信领域中重要的基础技术。现已普遍采用的联合接地系统和进出线防雷系统遍以及各种保安器，是目前行之有效的办法。搞好通信设备的防雷工作，同时还要采用理论和实用方面都比较成熟的避雷针、避雷带、避雷线、避雷网等设备，诱导雷电流通过接地线进入大地。事实证明，联合接地系统和进出线的防雷系统处理得好时能大大降低雷击损坏概率。
从接地的目的来看，特别是室外设备接地，防漏电和防雷显得特别重要。对它们的接地电阻要求，照技术规范的规定执行即可。为了保证接地电阻符合规范要求，施工后的接地及电阻的检查和测试工作就非常必要，定期或不定期的对接地电阻进行测试，检查接地装置系统，是一项应坚持的必要的制度。
6 结束语
综上所述，在通信网的构成中，电源是它的“血脉”，是确保通信畅通的必要条件。只有从主观上足够重视，并创造良好的客观运行环境，做到管理专业化、制度化，设备、技术先进化，操作、维护现代化，才能保证通信电源系统和通信管理系统的安全运行，确保通信的可靠畅通。
③ 通信电源 -48V
着是个国际标准.主要是通讯设备都是直流设备需电压不高但点流大,这样说较为简单如要真正的清楚还是看看通讯电源发展史。
现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。
关键字：电力电子；电源
现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具 体应用。
当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经 济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。
1. 电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1 整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2 逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3 变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2. 现代电力电子的应用领域
2.1 计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2 通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3 直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源), 同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4 不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5 变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器, 将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6 高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合, 整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7 大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8 电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流; (2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9 分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐点赞,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3. 高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1 高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的 5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合 闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造, 成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2 模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、 机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量, 在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求, 而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3 数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC) 问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4 绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电, 这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。
总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。
④ 通信设备所使用的电压有哪几种
通信电源系统作为通信系统的“心脏”，通信电源在通信局（站）中具有无可比拟的重要地位。它包含的内容非常广泛，不仅包含48V直流组合通信电源系统，而且还包括DC/DC二次模块电源，UPS不间断电源和通信用蓄电池等。通信电源的核心基本一致，都是以功率电子为基础，通过稳定的控制环设计，再加上必要的外部监控，最终实现能量的转换和过程的监控。通信设备需要电源设备提供直流供电。电源的安全、可靠是保证通信系统正常运行的重要条件。
简单来说，通信电源系统分为交流和直流两部分。
交流有两相和三相制，分别是220V和380V；
直流有+24V和—48V。