直流电源交流课件

直流电源交流直流电源交流56、死去何所道，托体同山阿。57、春秋多佳日，登高赋新诗。58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴理荒秽，带月荷锄归。道狭草木长，夕露沾我衣。衣沾不足惜，但使愿无违。59、相见无杂言，但道桑麻长。60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。由于整流二极管具有单向导电特性，因此，当由于整流二极管具有单向导电特性，因此，当由于整流二极管具有单向导电特性，因此，当由于整流二极管具有单向导电特性，因此，当u u u u2 2 2 2为正半为正半为正半为正半周时，周时，周时，周时，A A A A端电位高于端电位高于端电位高于端电位高于B B B B端电位，整流二极管端电位，整流二极管端电位，整流二极管端电位，整流二极管VDVDVDVD正偏导通（忽正偏导通（忽正偏导通（忽正偏导通（忽略二极管正向导通压降）；而当略二极管正向导通压降）；而当略二极管正向导通压降）；而当略二极管正向导通压降）；而当u u u u2 2 2 2为负半周时，为负半周时，为负半周时，为负半周时，B B B B端的电端的电端的电端的电位高于位高于位高于位高于A A A A端，整流二极管端，整流二极管端，整流二极管端，整流二极管VDVDVDVD反偏截止，因而在反偏截止，因而在反偏截止，因而在反偏截止，因而在u u u u2 2 2 2的一个周的一个周的一个周的一个周期内，负载电阻期内，负载电阻期内，负载电阻期内，负载电阻R R R RL L L L的电压波形如图的电压波形如图的电压波形如图的电压波形如图b b b b所示。由于流过负载所示。由于流过负载所示。由于流过负载所示。由于流过负载的电流和加在负载两端的电压只有半个周期的正弦波，故的电流和加在负载两端的电压只有半个周期的正弦波，故的电流和加在负载两端的电压只有半个周期的正弦波，故的电流和加在负载两端的电压只有半个周期的正弦波，故称半波整流。称半波整流。称半波整流。称半波整流。输出平均电压：输出平均电压：输出平均电压：输出平均电压：6iD1,3iD2,4VD4VD3VD2VD1Tru1u2abRLuoa桥式整流电路b波形图OOOiD1,iD3iD2,iD4iD1,iD3432tu2tiotuoD1 D3导通D2 D4导通D1 D3导通D2 D4导通iD2,iD4二、单相桥式整流电路二、单相桥式整流电路二、单相桥式整流电路二、单相桥式整流电路输出平均电压：输出平均电压：输出平均电压：输出平均电压：7三、三、三、三、三相桥式整流电路三相桥式整流电路三相桥式整流电路三相桥式整流电路bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d18u2ud1ud2u2Luduabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OwtOwt输出平均电压：输出平均电压：输出平均电压：输出平均电压：9 常常用用元元器器件件主主要要有有电电阻阻、电电容容、电电感感、二二极极管管、三三极极管管、MOSMOS管、管、IGBTIGBT、可控硅、高频变压器等。、可控硅、高频变压器等。v开关电源主要使用元器件开关电源主要使用元器件开关电源主要使用元器件开关电源主要使用元器件10 相控型稳压电源相控型稳压电源 在由变压器和二极管组成的整流电路中，当输入在由变压器和二极管组成的整流电路中，当输入在由变压器和二极管组成的整流电路中，当输入在由变压器和二极管组成的整流电路中，当输入交流电压确定时，直流输出电压也确定，如果需要改交流电压确定时，直流输出电压也确定，如果需要改交流电压确定时，直流输出电压也确定，如果需要改交流电压确定时，直流输出电压也确定，如果需要改变直流输出电压，可以采用由晶闸管组成的可控整流变直流输出电压，可以采用由晶闸管组成的可控整流变直流输出电压，可以采用由晶闸管组成的可控整流变直流输出电压，可以采用由晶闸管组成的可控整流电路。这种靠改变晶闸管的导通来控制整流器输出电电路。这种靠改变晶闸管的导通来控制整流器输出电电路。这种靠改变晶闸管的导通来控制整流器输出电电路。这种靠改变晶闸管的导通来控制整流器输出电压的，这种类型的电源称为压的，这种类型的电源称为压的，这种类型的电源称为压的，这种类型的电源称为相位控制型电源，简称相相位控制型电源，简称相相位控制型电源，简称相相位控制型电源，简称相控电源。控电源。控电源。控电源。11 相控型稳压电源相控型稳压电源单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路直流输出电压平均值为：直流输出电压平均值为：12 相控型稳压电源相控型稳压电源单相桥式全控控整流电路单相桥式全控控整流电路直流输出电压平均值为：直流输出电压平均值为：13 相控型稳压电源相控型稳压电源三相桥式全控控整流电路三相桥式全控控整流电路直流输出电压平均值为：直流输出电压平均值为：14 相控型稳压电源相控型稳压电源通过反馈控制电路，控制触发角通过反馈控制电路，控制触发角通过反馈控制电路，控制触发角通过反馈控制电路，控制触发角 的大小，的大小，的大小，的大小，可以实现输出电压控制可以实现输出电压控制可以实现输出电压控制可以实现输出电压控制相控电源工作在工频状态，频率低，所以相控电源工作在工频状态，频率低，所以相控电源工作在工频状态，频率低，所以相控电源工作在工频状态，频率低，所以变压器体积大，动态响应慢，电压纹波大，变压器体积大，动态响应慢，电压纹波大，变压器体积大，动态响应慢，电压纹波大，变压器体积大，动态响应慢，电压纹波大，效率低效率低效率低效率低15 高频开关稳压电源高频开关稳压电源 相对于线性稳压电源而言，开关稳压电源指电压调整功能的相对于线性稳压电源而言，开关稳压电源指电压调整功能的器件以开关方式进行工作的一种直流稳压电源。主要指利用高频器件以开关方式进行工作的一种直流稳压电源。主要指利用高频开关功率器件并通过交换技术而制成的高频开关稳压电源，简称开关功率器件并通过交换技术而制成的高频开关稳压电源，简称开关电源（开关电源（Switching Power SuppliesSwitching Power Supplies，缩写，缩写SPSSPS）。）。因开关电源的功率变换器件工作在高频状态，从而大大减小因开关电源的功率变换器件工作在高频状态，从而大大减小了变压器的体积，电源具有体积小、重量轻，动态响应快、电压了变压器的体积，电源具有体积小、重量轻，动态响应快、电压纹波小的优点。已经逐步取代相控电源，成为电源的主选。纹波小的优点。已经逐步取代相控电源，成为电源的主选。开关电源按控制方式划分，大致可分为脉宽调制（开关电源按控制方式划分，大致可分为脉宽调制（PWMPWM）开）开关电源，脉频（关电源，脉频（PFMPFM）调制开关电源，混合调制（脉宽和脉频同时）调制开关电源，混合调制（脉宽和脉频同时改变）开关电源等。改变）开关电源等。当开关频率较低时，脉频调制（当开关频率较低时，脉频调制（PFMPFM）方式需要较大的隔离）方式需要较大的隔离变压器和输入输出滤波器，为此，开关工作频率要足够高。全球变压器和输入输出滤波器，为此，开关工作频率要足够高。全球范围内，脉宽调制（范围内，脉宽调制（PWMPWM）方式得到最广泛的应用。）方式得到最广泛的应用。16 高频开关稳压电源高频开关稳压电源 高频开关电源基本原理高频开关电源基本原理高频开关电源基本原理高频开关电源基本原理EMI滤波有源功率因数校正电路DC-DC变换电路高频变压器输出整流滤波电路输入电流采样驱动电路PWM逻辑控制电路输出电压采样外围四遥接口辅助电源交流输入直流输出全桥整流17 高频开关稳压电源高频开关稳压电源EMIEMI滤波电路滤波电路 EMIEMI滤波电路，用来减小电网干扰对开关电源的影响，同时抑制滤波电路，用来减小电网干扰对开关电源的影响，同时抑制电源模块产生的干扰噪声进入电网，影响其他电气设备运行。电源模块产生的干扰噪声进入电网，影响其他电气设备运行。对于电源主要考虑传导噪声，主要采用滤波技术。滤波器有电阻对于电源主要考虑传导噪声，主要采用滤波技术。滤波器有电阻滤波器、电感滤波器、电容滤波器以及放电器等。滤波器、电感滤波器、电容滤波器以及放电器等。电源输入负载输出简单滤波器示意图18 高频开关稳压电源高频开关稳压电源全桥整流电路全桥整流电路 全桥整流电路将输入交流整流成脉动直流。全桥整流电路将输入交流整流成脉动直流。有源功率因数校正电路有源功率因数校正电路 高频开关电源一般采用电容滤波的方式，交流输入电压经整流后高频开关电源一般采用电容滤波的方式，交流输入电压经整流后直接加在滤波电容两端，以得到较为平直的直流电压。整流器直接加在滤波电容两端，以得到较为平直的直流电压。整流器-电容滤波电路是一个非线性元件和储能元件的组合，只有交流输电容滤波电路是一个非线性元件和储能元件的组合，只有交流输入电压高于滤波电容两端电压时，滤波电容才开始充电，因此，入电压高于滤波电容两端电压时，滤波电容才开始充电，因此，虽然输入交流电压是正弦，但输入电流波形是宽度很窄的脉冲，虽然输入交流电压是正弦，但输入电流波形是宽度很窄的脉冲，这种脉冲状电流的谐波分量很大，输入总谐波失真可高达这种脉冲状电流的谐波分量很大，输入总谐波失真可高达100%100%130%130%。19 有源功率因数校正电路有源功率因数校正电路 个人电脑个人电脑PWMPWM电源输入电流波形电源输入电流波形UinUoIin20 有源功率因数校正电路有源功率因数校正电路个人电脑PWM电源输入电流THD频谱21 有源功率因数校正电路有源功率因数校正电路 B.B.输输电电系系统统：谐波电流一方面在输电线路上产生谐波电压降，另一方面，增加了输电线路上的电流有效值从而引起附加输电损耗。在电缆输电的情况下，谐波电压以正比于其幅值电压的形式增强了介质的电场强度，这影响了电缆的使用寿命，谐波的影响将使电缆的使用寿命平均降低约60%。高次谐波的危害：高次谐波的危害：A.A.电容器：电容器：电容器的阻抗与频率成反比，高次谐波的容抗比基波电压作用下的容抗小得多，谐波电流畸变比谐波电压畸变大得多，即便谐波电压的幅值不大，也会产生较大的谐波电流。22 有源功率因数校正电路有源功率因数校正电路C.C.变压器：变压器：变压器在高次谐波电压的作用下，将产生集肤效应和邻近效应，在绕组中引起附加损耗，同时使铁损相应增加。3的倍数次零序电流会在三角接法的绕组内产生环流，这一额外的环流可能会使绕组电流超过额定值。D.D.继电保护、自动装置：继电保护、自动装置：谐波电流能够改变保护继电器的动作特性，这与继电器的特点和原理有关。当有谐波畸变时，依靠采样数据或过零工作的数字继电器容易产生误差。高次谐波对过电流、欠电压、距离、周波等继电器均会起拒动和误动的影响，使保护装置失灵和动作不稳定。E.E.电力测量：电力测量：测量仪表是在纯正弦波情况下进行校验的，如果供电的波形发生畸变，仪表则容易产生误差。电度表对设计参数以外的频率的响应不灵敏，频率越高，误差越大，而且为负误差。23 有源功率因数校正电路有源功率因数校正电路IEC1000-3-2（1995）对电源装置高次谐波的限制）对电源装置高次谐波的限制 对于相电流小于16A的电源装置，IEC1000-3-2规定了不同高次谐波的绝对值。24 有源功率因数校正电路有源功率因数校正电路 有源功率因数校正技术（简称有源功率因数校正技术（简称AFPCAFPC），在整流桥与滤波电容之间串联一高频变换器，通过控制功率器件的导通与关断时间，强制输入电流与输入交流电压同相，从而达到抑制谐波的目的。功率因数可提高至0.950.99，输入电流THD小于10%，有功功率输出提高30%以上。既治理了电网的谐波“污染”，又提高了电源的整体效率。节约电能30%，成本上升1530%。单相APFC国内外开发较早，技术已相当成熟；三相APFC则拓扑类型较多，还在发展。在10KW以下的功率等级，三相BOOST单开关拓扑比较经济实用，国内已有应用的报道，输入端功率因数可达到0.920.93。25 有源功率因数校正电路有源功率因数校正电路 BOOST功率因数校正器电路原理图 26 有源功率因数校正电路有源功率因数校正电路 采用采用APFCAPFC后输入电流波形平均值为正弦波，相位与电后输入电流波形平均值为正弦波，相位与电压波形一致，功率因数提高压波形一致，功率因数提高 一般，一般，APFCAPFC的输出为直流的输出为直流380-400380-400V V采用APFC输入电压电流波形全桥整流后电压波形电流波形27 DC-DC变换器是开关电源的核心部分。它通过功率开关管的开断，将直流电压变为脉冲状的交流电压，此交流电压通过高频变压器隔离并可变换成任意大小的交流电压，再经过二极管进行二次整流与电容平滑后变为直流输出电压。控制电路将输出电压的一部分和基准电压进行比较，来控制开关管的通断时间，从而调整输出直流电压。DC-DCDC-DC变换电路变换电路 28隔离DC-DC变换电路可分为单端电路和双端电路：单端电路：变压器中流过的是直流脉动电流，如正激电路和反激电路。双端电路：变压器中的电流为正负对称的交流电流。如半桥、全桥和推挽电路。DC-DCDC-DC变换电路变换电路 29正激电路DC-DCDC-DC变换电路变换电路 输出电流连续情况下输出电压：30反激电路DC-DCDC-DC变换电路变换电路 输出电流连续情况下输出电压：反激电路原理图 反激电路的理想化波形 31半桥电路DC-DCDC-DC变换电路变换电路 输出电流连续情况下输出电压：半桥电路原理图半桥电路的理想化波形32全桥电路DC-DCDC-DC变换电路变换电路 输出电流连续情况下输出电压：全桥电路原理图全桥电路的理想化波形33推挽电路DC-DCDC-DC变换电路变换电路 输出电流连续情况下输出电压：推挽电路原理图 推挽电路的理想化波形 34DC-DCDC-DC变换电路变换电路 各种不同的间接直流变流电路的比较电路优点缺点功率范围应用领域正激电路较简单，成本低，可靠性高，驱动电路简单变压器单向激磁，利用率低几百W几kW各种中、小功率电源反激电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单难以达到较大的功率，变压器单向激磁，利用率低几W几十W小功率电子设备、计算机设备、消费电子设备电源。全桥变压器双向励磁，容易达到大功率结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路几百W几百kW大功率工业用电源、焊接电源、电解电源等半桥变压器双向励磁，没有变压器偏磁问题，开关较少，成本低有直通问题，可靠性低，需要复杂的隔离驱动电路几百W几kW各种工业用电源，计算机电源等推挽变压器双向励磁，变压器一次侧电流回路中只有一个开关，通态损耗较小，驱动简单有偏磁问题几百W几kW低输入电压的电源35输出整流滤波电路输出整流滤波电路 全波整流和全桥整流全波整流和全桥整流 全波整流电路和全桥整流电路原理图a）全波整流电路 b）全桥整流电路双端电路中常用的整流电路形式为全波整流电路和全桥整流电路。36输出整流滤波电路输出整流滤波电路 全桥电路的特点优点：二极管在断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器的绕组结构较为简单。缺点：电感L的电流流过两个二极管，回路中存在两个二极管压降，损耗较大，而且电路中需要4个二极管，元件数较多。适用场合：高压输出的情况下。37输出整流滤波电路输出整流滤波电路 全波整流电路的特点优点：电感L的电流只流过一个二极管，回路中只有一个二极管压降，损耗小，而且整流电路中只需要2个二极管，元件数较少。缺点：二极管断态时承受的反压是二倍的交流电压幅值，对器件耐压要求较高，而且变压器二次侧绕组有中心抽头，结构较复杂。适 用 场 合：输 出 电 压 较 低 的 情 况 下（100V）。38开关电源现阶段的发展方向开关电源现阶段的发展方向 更高的功率密度、更高的变换效率及更好的动态特性更高的功率密度、更高的变换效率及更好的动态特性 为使开关电源轻、小、薄，发展趋势是高频化。高频化是传统的PWM开关损耗加大、效率降低、噪声增加。实现零电压导通、零电流关断的软开关技术将成为开关电源产品未来的主流。CADCAD技术技术 利用CAD设计开关电源系统，做稳定性分析、电路仿真、印制板设计、热传导分析、EMI分析及可靠性预估等。39开关电源现阶段的发展方向开关电源现阶段的发展方向 更好的环保特性及可靠性更好的环保特性及可靠性 相对于线性稳压电源而言，开关电源有较大的电磁干扰及对交流电源的谐波污染。为此，国际上有很多管制条例。例如针对中小功率电器的IEC555-2，针对大功率设备的IEC555-4，最新也是最严格的标准是IEC1000-3-2，谐波电流发射限值（设备每相输入电流16A）。开关电源必须采用更有效的谐波噪声抑制措施。40开关电源方面的技术革新开关电源方面的技术革新 软开关技术软开关技术 这是相对于PWM硬开关技术，为适应小体积高效率的要求发展的开关电压和电流波形不交叠的技术，即零电压零电流技术。最典型的应用是90年代中期开始的全桥ZVS-PWM技术。90年代末南航的阮新波提出了滞后臂串加二极管的较实用的全桥移相ZVZCS方案。目前，该技术在各大电源生产厂家得到广泛应用。一般的，530V输入、220V输出的DC/DC满载效率可达96%。41开关电源方面的技术革新开关电源方面的技术革新 控制技术控制技术 由于开关电源是非线性系统，并具有离散结构的特点，负载性质也是多变的，并要求主电路性能满足电网电压大范围变化等特点，是开关电源的控制技术和控制器的设计较为复杂。电流型控制及多环控制（Multi-loop control）以在开关电源中得到广泛应用。电荷控制（Charge control）、本周期控制（One cycle control）、DSP控制等技术的开发和专用控制芯片的研制使开关电源动态性能有很大的提高，电路也大幅简化。42开关电源方面的技术革新开关电源方面的技术革新 高频磁元件高频磁元件平面磁心及平面变压器技术：平面磁心及平面变压器技术：磁心、绕组都是平面结构。绕组采用铜箔或印制板，省去了绕组骨架，有利于散热，漏感LLK小，集肤效应损耗小。国内外较大的软磁铁氧体供应商已推出相应的平面磁心，如PHILIP推出的E64/10/50、E64/10/50和PLT64。在3KW的电源应用中，变压器体积是应用双E65磁材的20%，漏感LLK为原来的1/3，铜损降至最小。集成磁元件：集成磁元件：将多个磁元件（如变压器和倍流整流的电感）集成在一个磁心上，成为集成TL磁元件，可以减小电源体积，降低损耗。43开关电源与相控电源的比较开关电源与相控电源的比较 工作原理比较工作原理比较工作原理比较工作原理比较 相相控控电电源源是指采用晶闸管作为整流器件的电源系统，其原理是交流输入电压经工频变压器降压，然后采用晶闸管进行整流。并通过移相控制以保持输出电压的稳定。高高频频开开关关电电源源先将输入的工频交流电经整流滤波后得到直流电压，再通过功率变换器变换成高频脉冲电压，经高频变压器和整流滤波电路最后转换为稳定的直流输出电压。因其采用脉冲宽度调制（PWM）电路来控制大功率开关器件（功率晶体管、MOS管、IGBT等）的导通和截止时间，故可以得到很高的稳压和稳流精度及很短的动态响应时间。高频开关电源内部还应用了软开关技术和无源功率因数校正（PFC）技术，所以开机浪涌基本消除，功率因数大幅提高，是晶闸管、磁饱和类直流电源系统的更新换代产品。44开关电源与相控电源的比较开关电源与相控电源的比较 技术性能比较技术性能比较45开关电源与相控电源的比较开关电源与相控电源的比较 供电可靠性比较供电可靠性比较供电可靠性比较供电可靠性比较 1 1 1 1）晶闸管相控电源响应速度慢，反应时间为几十）晶闸管相控电源响应速度慢，反应时间为几十）晶闸管相控电源响应速度慢，反应时间为几十）晶闸管相控电源响应速度慢，反应时间为几十msmsmsms，输入电压突变时输入电压突变时输入电压突变时输入电压突变时在输出端会产生冲击，容易烧坏二次设备。高频开关电源直流系统采在输出端会产生冲击，容易烧坏二次设备。高频开关电源直流系统采在输出端会产生冲击，容易烧坏二次设备。高频开关电源直流系统采在输出端会产生冲击，容易烧坏二次设备。高频开关电源直流系统采用无级调压方式，响应速度快，输入电压突变时，模块在用无级调压方式，响应速度快，输入电压突变时，模块在用无级调压方式，响应速度快，输入电压突变时，模块在用无级调压方式，响应速度快，输入电压突变时，模块在200200200200ssss内调内调内调内调整完成，过冲小于整完成，过冲小于整完成，过冲小于整完成，过冲小于5 5 5 5。2 2 2 2）晶闸管相控充电装置发生故障时，必须将整台充电装置退出运行，晶闸管相控充电装置发生故障时，必须将整台充电装置退出运行，晶闸管相控充电装置发生故障时，必须将整台充电装置退出运行，晶闸管相控充电装置发生故障时，必须将整台充电装置退出运行，然后进行维护和检修，降低了系统的可靠性。高频开关电源直流系统然后进行维护和检修，降低了系统的可靠性。高频开关电源直流系统然后进行维护和检修，降低了系统的可靠性。高频开关电源直流系统然后进行维护和检修，降低了系统的可靠性。高频开关电源直流系统由于采用模块化结构和由于采用模块化结构和由于采用模块化结构和由于采用模块化结构和N N N N1 1 1 1备份方式，使系统的可靠性得到大大提高，备份方式，使系统的可靠性得到大大提高，备份方式，使系统的可靠性得到大大提高，备份方式，使系统的可靠性得到大大提高，并为系统扩容提供了极大方便。当运行的电源系统中某一整流模块出并为系统扩容提供了极大方便。当运行的电源系统中某一整流模块出并为系统扩容提供了极大方便。当运行的电源系统中某一整流模块出并为系统扩容提供了极大方便。当运行的电源系统中某一整流模块出现故障时，该模块自动退出，其它模块继续均衡工作，对系统供电不现故障时，该模块自动退出，其它模块继续均衡工作，对系统供电不现故障时，该模块自动退出，其它模块继续均衡工作，对系统供电不现故障时，该模块自动退出，其它模块继续均衡工作，对系统供电不产生影响，且模块可以带电插拔。当用户需要扩展电源系统容量时，产生影响，且模块可以带电插拔。当用户需要扩展电源系统容量时，产生影响，且模块可以带电插拔。当用户需要扩展电源系统容量时，产生影响，且模块可以带电插拔。当用户需要扩展电源系统容量时，只需增加整流模块即可以实现。只需增加整流模块即可以实现。只需增加整流模块即可以实现。只需增加整流模块即可以实现。46开关电源与相控电源的比较开关电源与相控电源的比较3 3 3 3）高频开关电源直流系统能够满足更多变化的系统运行方式，彻底解决）高频开关电源直流系统能够满足更多变化的系统运行方式，彻底解决）高频开关电源直流系统能够满足更多变化的系统运行方式，彻底解决）高频开关电源直流系统能够满足更多变化的系统运行方式，彻底解决了人们长期以来对直流系统的种种顾虑。了人们长期以来对直流系统的种种顾虑。了人们长期以来对直流系统的种种顾虑。了人们长期以来对直流系统的种种顾虑。4 4 4 4）对蓄电池寿命影响的比较）对蓄电池寿命影响的比较）对蓄电池寿命影响的比较）对蓄电池寿命影响的比较 发发发发电电电电厂厂厂厂和和和和变变变变电电电电站站站站的的的的直直直直流流流流系系系系统统统统目目目目前前前前主主主主要要要要使使使使用用用用的的的的是是是是镍镍镍镍镉镉镉镉蓄蓄蓄蓄电电电电池池池池或或或或免免免免维维维维护护护护铅铅铅铅酸酸酸酸蓄蓄蓄蓄电电电电池池池池，这这这这2 2 2 2种种种种蓄蓄蓄蓄电电电电池池池池对对对对充充充充电电电电设设设设备备备备的的的的要要要要求求求求较较较较高高高高。高高高高频频频频开开开开关关关关电电电电源源源源直直直直流流流流系系系系统统统统对对对对蓄蓄蓄蓄电电电电池池池池寿寿寿寿命命命命的的的的影影影影响响响响比比比比晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管直直直直流流流流电电电电源源源源系系系系统统统统要要要要小小小小，这这这这是是是是因因因因为为为为晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管直直直直流流流流电电电电源源源源系系系系统统统统输输输输出出出出纹纹纹纹波波波波大大大大，输输输输出出出出电电电电压压压压含含含含有有有有的的的的交交交交流流流流成成成成分分分分较较较较大大大大，影影影影响响响响了了了了蓄蓄蓄蓄电电电电池池池池的的的的使使使使用用用用寿寿寿寿命命命命，而而而而高高高高频频频频开开开开关关关关电电电电源源源源由由由由于于于于输输输输出出出出纹纹纹纹波波波波小小小小、输输输输出出出出稳稳稳稳定定定定，再再再再加智能化管理能延长电池的使用寿命。加智能化管理能延长电池的使用寿命。加智能化管理能延长电池的使用寿命。加智能化管理能延长电池的使用寿命。47高频开关电源模块并联均流技术高频开关电源模块并联均流技术 高频开关电源一般采用模块化设计，易于实现N+1冗余，提高系统可靠性；易于扩容；散热好；瞬态响应好；可在线更换失效模块。下表是几种常用电源模块均流方式的比较。48高频开关电源模块并联均流技术高频开关电源模块并联均流技术 最大电流法和平均电流法在国内外的各个电源生产厂家得到广泛应用。49高频开关电源模块的散热方式高频开关电源模块的散热方式 开关电源在进行功率变换的过程中，会产生一定的功率损耗，开关电源在进行功率变换的过程中，会产生一定的功率损耗，功率损耗通常以热能的形式散发到模块内部，使模块温度上升。功率损耗通常以热能的形式散发到模块内部，使模块温度上升。过高的温度会引起性能和可靠性降低，使设备不能正常工作或失过高的温度会引起性能和可靠性降低，使设备不能正常工作或失效。选择适当的散热方式，有效降低温升，是确保开关电源性能效。选择适当的散热方式，有效降低温升，是确保开关电源性能和可靠性的关键。和可靠性的关键。目前电力系统中的高频开关电源模块有风冷和自然冷却两种目前电力系统中的高频开关电源模块有风冷和自然冷却两种方式。许多用户十分关心风机噪声和风机寿命问题，在此我们对方式。许多用户十分关心风机噪声和风机寿命问题，在此我们对两种散热方式的优缺点进行比较。两种散热方式的优缺点进行比较。50高频开关电源模块的散热方式高频开关电源模块的散热方式 噪音及寿命噪音及寿命噪音噪音 寿命寿命自然冷却风冷无风机噪声，有高频变压器、高频电抗器的噪声不存在风机寿命问题有风机噪音和高频变压器、高频电抗器的噪音，通过选用低噪声风机，可将220V/5A模块、220V/10A模块的噪声抑制在40dB以下。通过选用长寿命风机，并降额使用，可使风机的实际使用寿命达到10万小时以上，因此风机寿命不会对系统可靠性造成影响。51高频开关电源模块的散热方式高频开关电源模块的散热方式 防尘问题防尘问题风机吸入风机吸入 空气流动引入空气流动引入 静电吸附静电吸附自然冷却隔离风冷电源外壳的上部和两侧开有通风口，自然空气流动引起的尘埃吸附在印制板及元器件上空气中的尘埃通过散热孔静电吸附在电路板及元器件上散热风道与内部电路完全隔离，发热元件贴在散热器表面，热量沿散热风道排出，不经过印制板或元件空气流动不经过印制板或元器件除散热风道与外界空气接触外，电源模块内部印制板及元器件与外界隔离52高频开关电源模块的散热方式高频开关电源模块的散热方式 环境适应性环境适应性自然冷却隔离风冷要求环境通风透气性良好，但充电柜柜体通风透气性较差，模块内的热能得不到较好的对流散热，易引起模块的温度上升，影响系统寿命。对于要求直流屏体前面加玻璃门的现场，柜体的透气性更差。风冷是利用风机进行强制散热，强迫模块内的空气与模块外的空气进行对流，因此对工作环境无特殊的要求。53电力直流系统电力直流系统 用用于于变变电电站站和和发发电电厂厂的的直直流流电电源源系系统统，作作为为断断路路器器合合闸闸电电源源、继继电电器器保保护护装装置置电电源源和和操操作作电电源源，要要求求其其可可靠靠性性高高，性性能能稳稳定定。随随着着科科学学技技术术的的飞飞速速发发展展，对对供供电电质质量量的的要要求求越越来来越越高高，为为保保证证电电网网的的安安全全、可可靠靠、经经济济运运行行，实实现现电电力力系系统统的的自自动动化化，对对直直流流电源系统提出了更高的要求。电源系统提出了更高的要求。电电力力直直流流系系统统一一般般由由充充电电屏屏、馈馈电电屏屏、电电池池屏屏组组成成。充充电电屏屏一一般般包包括括高高频频开开关关电电源源模模块块和和监监控控单单元元。通通过过监监控控单单元元可可以以实实现现电电源源的的智智能能化化管管理理，完完成成对对蓄蓄电电池池的的智智能能化化管管理理，延延长长电电池池寿寿命命，并并可可与与远远端端后后台台机机通通信信，实实现现无无人人职职守守。另另外外系系统统还还可可根根据据需需要要配配置置接接地地寻寻检检装装置置以以及及蓄蓄电电池池测测试试装装置置，提提高高系系统统运运行行安安全全性性和和可靠性。可靠性。54电力直流系统电力直流系统 电力直流系统基本原理55电力直流系统维护电力直流系统维护 高高频频开开关关电电源源系系统统对对环环境境温温度度要要求求不不高高，在在5 54040都都能能正正常常工工作作，但但要要求求室室内内清清洁洁、少少尘尘，否否则则，灰灰尘尘加加上上潮潮湿湿会会引引起起主主机机工工作作紊紊乱乱。蓄蓄电电池池则则对对温温度度要要求求较较高高，标标准准使使用用温温度度为为2525，建建议议温温度度范范围围15153030。若若温温度度太太低低，会会使使蓄蓄电电池池容容量量下下降降，温温度度每每下下降降11，其其容容量量下下降降1 1；蓄蓄电电池池放放电电容容量量会会随随温温度度升升高高而而增增加加，但但寿寿命命降降低低，如如果果在在高高温温下下长长期期使使用用，温温度度每每增增高高1010，电池寿命约降低一半。，电池寿命约降低一半。高高频频开开关关电电源源系系统统中中设设置置的的参参数数必必须须控控制制在在规规定定指指标标内内，在在使使用用中不能随意改变。中不能随意改变。56电力直流系统维护电力直流系统维护 直直直直流流流流电电电电源源源源系系系系统统统统在在在在使使使使用用用用中中中中要要要要避避避避免免免免随随随随意意意意增增增增加加加加大大大大功功功功率率率率的的的的额额额额外外外外设设设设备备备备（负负负负载载载载），也也也也不不不不允允允允许许许许在在在在满满满满负负负负载载载载状状状状态态态态下下下下长长长长期期期期运运运运行行行行。因因因因为为为为，工工工工作作作作性性性性质质质质决决决决定定定定了了了了直直直直流流流流操操操操作作作作电电电电源源源源系系系系统统统统几几几几乎乎乎乎是是是是在在在在不不不不间间间间断断断断状状状状态态态态下下下下运运运运行行行行的的的的，增增增增加加加加大大大大功功功功率率率率负负负负载载载载或或或或在在在在基基基基本本本本满满满满载载载载状状状状态态态态下下下下工工工工作作作作，都都都都会会会会造造造造成成成成整整整整流流流流模模模模块块块块出出出出故故故故障障障障，严严严严重重重重时时时时将将将将损坏变换器。损坏变换器。损坏变换器。损坏变换器。由由由由于于于于蓄蓄蓄蓄电电电电池池池池组组组组输输输输出出出出电电电电流流流流很很很很大大大大，存存存存在在在在电电电电击击击击危危危危险险险险，因因因因此此此此装装装装卸卸卸卸、改改改改接接接接导导导导电电电电连连连连接接接接条条条条（线线线线）、输输输输出出出出线线线线时时时时应应应应特特特特别别别别注注注注意意意意安安安安全全全全，使使使使用用用用的的的的工工工工具具具具应应应应采采采采取取取取绝缘措施，以保证人身和设备安全。绝缘措施，以保证人身和设备安全。绝缘措施，以保证人身和设备安全。绝缘措施，以保证人身和设备安全。57电力直流系统维护电力直流系统维护 不论是在浮充工作状态还是在放电检修测试状态，都要保证电压、不论是在浮充工作状态还是在放电检修测试状态，都要保证电压、电流符合规定要求。电压或电流过高可能会造成电池的热失控或电流符合规定要求。电压或电流过高可能会造成电池的热失控或失水，电压或电流过小会造成电池亏电，这都会影响电池的使用失水，电压或电流过小会造成电池亏电，这都会影响电池的使用寿命，尤其是前者的影响更大。寿命，尤其是前者的影响更大。在任何情况下都应防止电池短路或深度放电，因为电池的循环寿在任何情况下都应防止电池短路或深度放电，因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深循环寿命越短。在容量试验或命和放电深度有关。放电深度越深循环寿命越短。在容量试验或放电检修中，通常放电达到容量的放电检修中，通常放电达到容量的30305050就可以了就可以了。58电力直流系统维护电力直流系统维护 蓄蓄蓄蓄电电电电池池池池应应应应避避避避免免免免大大大大电电电电流流流流充充充充放放放放电电电电，否否否否则则则则会会会会造造造造成成成成电电电电池池池池极极极极板板板板膨膨膨膨胀胀胀胀变变变变形形形形，使使使使得得得得极极极极板板板板活活活活性性性性物物物物质质质质脱脱脱脱落落落落，电电电电池池池池内内内内阻阻阻阻增增增增大大大大并并并并且且且且温温温温度度度度升升升升高高高高，严严严严重重重重时时时时将将将将造造造造成容量下降，寿命提前终止。成容量下降，寿命提前终止。成容量下降，寿命提前终止。成容量下降，寿命提前终止。阀阀阀阀控控控控式式式式密密密密封封封封蓄蓄蓄蓄电电电电池池池池是是是是贫贫贫贫液液液液式式式式电电电电池池池池，无无无无法法法法进进进进行行行行电电电电解解解解液液液液比比比比重重重重测测测测量量量量，所所所所以以以以如如如如何何何何判判判判定定定定它它它它的的的的好好好好坏坏坏坏，目目目目前前前前最最最最可可可可靠靠靠靠的的的的方方方方法法法法还还还还是是是是放放放放电电电电法法法法，也也也也可可可可以以以以用用用用电电电电导导导导仪仪仪仪测测测测电电电电池池池池的的的的内内内内阻阻阻阻来来来来判判判判定定定定阀阀阀阀控控控控式式式式密密密密封封封封蓄蓄蓄蓄电电电电池池池池的的的的好好好好坏坏坏坏，但但但但准准准准确确确确性性性性较差。较差。较差。较差。59电力直流系统维护电力直流系统维护 高高高高频频频频开开开开关关关关电电电电源源源源在在在在正正正正常常常常使使使使用用用用情情情情况况况况下下下下，主主主主机机机机的的的的维维维维护护护护工工工工作作作作量量量量很很很很少少少少，主主主主要要要要是是是是防防防防尘尘尘尘和和和和定定定定期期期期除除除除尘尘尘尘。特特特特别别别别是是是是气气气气候候候候干干干干燥燥燥燥的的的的地地地地区区区区，空空空空气气气气中中中中的的的的灰灰灰灰粒粒粒粒较较较较多多多多，灰灰灰灰尘尘尘尘将将将将在在在在机机机机内内内内（主主主主要要要要在在在在整整整整流流流流模模模模块块块块内内内内）沉沉沉沉积积积积，当当当当遇遇遇遇空空空空气气气气潮潮潮潮湿湿湿湿时时时时会会会会引引引引起起起起主主主主机机机机控控控控制制制制紊紊紊紊乱乱乱乱造造造造成成成成主主主主机机机机工工工工作作作作失失失失常常常常，并并并并发发发发生生生生不不不不准准准准确确确确告告告告警警警警，另另另另外外外外大大大大量量量量灰灰灰灰尘尘尘尘也也也也会会会会造造造造成成成成器器器器件件件件散散散散热热热热不不不不好好好好。一一一一般般般般每每每每年年年年应应应应彻彻彻彻底底底底清清清清洁洁洁洁一一一一次次次次，同同同同时时时时在除尘时检查各连接件和插接件有无松动和接触不良的情况。在除尘时检查各连接件和插接件有无松动和接触不良的情况。在除尘时检查各连接件和插接件有无松动和接触不良的情况。在除尘时检查各连接件和插接件有无松动和接触不良的情况。定定定定期期期期核核核核实实实实智智智智能能能能高高高高频频频频开开开开关关关关电电电电源源源源系系系系统统统统的的的的参参参参数数数数有有有有无无无无变变变变化化化化，防防防防止止止止人人人人为或无意中改变所设置的参数。为或无意中改变所设置的参数。为或无意中改变所设置的参数。为或无意中改变所设置的参数。60电力直流系统维护电力直流系统维护 每每每每半半半半年年年年应应应应对对对对智智智智能能能能高高高高频频频频开开开开关关关关电电电电源源源源系系系系统统统统的的的的运运运运行行行行方方方方式式式式进进进进行行行行实实实实验验验验检检检检查查查查，以以以以防止均充状态与浮充状态不能及时转换而造成对蓄电池的损坏。防止均充状态与浮充状态不能及时转换而造成对蓄电池的损坏。防止均充状态与浮充状态不能及时转换而造成对蓄电池的损坏。防止均充状态与浮充状态不能及时转换而造成对蓄电池的损坏。检检检检查查查查主主主主机机机机设设设设备备备备是是是是否否否否正正正正常常常常，保保保保证证证证直直直直流流流流母母母母线线线线经经经经常常常常保保保保持持持持合合合合格格格格的的的的电电电电压压压压和电池的放电容量；和电池的放电容量；和电池的放电容量；和电池的放电容量；对对对对主主主主机机机机出出出出现现现现击击击击穿穿穿穿、熔熔熔熔断断断断保保保保险险险险或或或或烧烧烧烧毁毁毁毁器器器器件件件件的的的的故故故故障障障障，一一一一定定定定要要要要查查查查明明明明原因并排除故障后才能重新启动，否则会造成更严重的故障。原因并排除故障后才能重新启动，否则会造成更严重的故障。原因并排除故障后才能重新启动，否则会造成更严重的故障。原因并排除故障后才能重新启动，否则会造成更严重的故障。61电力直流系统维护电力直流系统维护 免维护蓄电池免维护蓄电池免维护蓄电池免维护蓄电池 因整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。蓄电因整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。蓄电因整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。蓄电因整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。蓄电池除有存储直流电能的功能外，其等效电容量的大小与蓄电池容量大小成正比。池除有存储直流电能的功能外，其等效电容量的大小与蓄电池容量大小成正比。池除有存储直流电能的功能外，其等效电容量的大小与蓄电池容量大小成正比。池除有存储直流电能的功能外，其等效电容量的大小与蓄电池容量大小成正比。因此，维护检修蓄电池的工作是非常重要的，虽说蓄电池组目前都采用了免维护因此，维护检修蓄电池的工作是非常重要的，虽说蓄电池组目前都采用了免维护因此，维护检修蓄电池的工作是非常重要的，虽说蓄电池组目前都采用了免维护因此，维护检修蓄电池的工作是非常重要的，虽说蓄电池组目前都采用了免维护电池，但这只是免除了以往的测比重、配制电解液、添加蒸馏水的工作。电池，但这只是免除了以往的测比重、配制电解液、添加蒸馏水的工作。电池，但这只是免除了以往的测比重、配制电解液、添加蒸馏水的工作。电池，但这只是免除了以往的测比重、配制电解液、添加蒸馏水的工作。电源系电源系电源系电源系统维护工作的重点还在蓄电池部分。统维护工作的重点还在蓄电池部分。统维护工作的重点还在蓄电池部分。统维护工作的重点还在蓄电池部分。蓄蓄蓄蓄电电电电池池池池工工工工作作作作在在在在浮浮浮浮充充充充状状状状态态态态，至至至至少少少少每每每每年年年年进进进进行行行行一一一一次次次次放放放放电电电电。放放放放电电电电前前前前应应应应先先先先对对对对电电电电池池池池组组组组进进进进行行行行均均均均衡衡衡衡充充充充电电电电，以以以以达达达达到到到到整整整整组组组组蓄蓄蓄蓄电电电电池池池池性性性性能能能能的的的的均均均均衡衡衡衡。放放放放电电电电过过过过程程程程中中中中如如如如有有有有一一一一只只只只达达达达到到到到放放放放电电电电终终终终止止止止电电电电压压压压时时时时，应停止放电，继续放电须先排除落后电池后再放。应停止放电，继续放电须先排除落后电池后再放。应停止放电，继续放电须先排除落后电池后再放。应停止放电，继续放电须先排除落后电池后再放。核核核核对对对对性性性性放放放放电电电电不不不不是是是是追追追追求求求求放放放放出出出出容容容容量量量量的的的的多多多多少少少少，而而而而是是是是发发发发现现现现和和和和处处处处理理理理落落落落后后后后电电电电池池池池，通通通通过过过过对对对对落落落落后电池的处理再作核对性放电实验，这样可防止事故和出现反极性蓄电池。后电池的处理再作核对性放电实验，这样可防止事故和出现反极性蓄电池。后电池的处理再作核对性放电实验，这样可防止事故和出现反极性蓄电池。后电池的处理再作核对性放电实验，这样可防止事故和出现反极性蓄电池。日日日日常常常常维维维维护护护护中中中中也也也也可可可可在在在在一一一一组组组组电电电电池池池池中中中中选选选选用用用用8 8 8 810101010只只只只蓄蓄蓄蓄电电电电池池池池作作作作为为为为标标标标示示示示电电电电池池池池，对对对对其其其其进进进进行行行行定定定定期测量并做好记录，作为了解整组蓄电池工作情况的参考依据。期测量并做好记录，作为了解整组蓄电池工作情况的参考依据。期测量并做好记录，作为了解整组蓄电池工作情况的参考依据。期测量并做好记录，作为了解整组蓄电池工作情况的参考依据。62电力专用逆变电源及电力专用逆变电源及UPSUPS 概述概述概述概述 电电站站、发发电电厂厂中中的的重重要要交交流流设设备备，如如后后台台机机、RTURTU变变送送器器、通通讯讯设设备备、事事故故照照明明等等，以以往往一一般般采采用用不不间间断断电电源源（UPSUPS）供供电电，以以备备市市电电不不稳稳和和断断电电；但但普普通通UPSUPS设设备备存存在在价价格格贵贵、维维护护量量大大、故故障障率率高高等等不不足足。因因此此，近近年年来来电电力力专专用用UPSUPS和和逆逆变变器器应应运运而而生生，其其优优势势在在于于：电电力力专专用用UPSUPS和和逆逆变变器器可可与与变变电电站站、发发电电厂厂中中的的直直流流操操作作电电源源系系统统配配套套使使用用，直直接接利利用用直直流流操操作作电电源源系系统统中中的的长长寿寿命命、大大容容量量蓄蓄电电池池，比比常常规规UPSUPS供供电电方方案案节节约约投投资资费费用用，减减少少系系统统维维护护，降低运行成本。降低运行成本。63电力专用逆变电源及电力专用逆变电源及UPSUPS 电力电力电力电力UPSUPSUPSUPS原理框图原理框图原理框图原理框图 交流输入输入隔离整流逆变器防反 直流输入旁路输入 交流输出静态开关输出隔离工作原理是旁路转换电路一直监视交流市电的电压和波形，一旦断电，将迅速切换至逆变器输出，切换时间均在几个毫秒之内。同样，若逆变器、直流屏故障或检修时，也将自动由交流市电供电，也即只要直流屏和交流市电有一路存在，交流输出将得到保证。64电力专用逆变电源及电力专用逆变电源及UPSUPS 逆变电路工作原理逆变电路工作原理逆变电路工作原理逆变电路工作原理 低通滤波器直流输入控制电路隔离驱动逆变电源输出电压反馈交流输出OwtUd-UdOwt65电力专用逆变电源及电力专用逆变电源及UPSUPS SPWMSPWMSPWMSPWM调制原理调制原理调制原理调制原理 单极性SPWM控制方式波形双极性SPWM控制方式波形 通过三角波和正弦波比较，调制通过三角波和正弦波比较，调制SPWMSPWM波控制功率开关管的通断，将直流输入变换为波控制功率开关管的通断，将直流输入变换为一系列等幅不等宽的脉冲电压，经低频滤波后输出为工频交流电压。一系列等幅不等宽的脉冲电压，经低频滤波后输出为工频交流电压。66电力专用逆变电源及电力专用逆变电源及UPSUPS v电力专用电力专用UPS及及逆变器逆变器的特点的特点：它归属与它归属与UPSUPS范畴，因此其工作原理、输出特性与常规范畴，因此其工作原理、输出特性与常规UPSUPS完全相同；完全相同；常规常规UPS工作所配电池组是单独使用的，考虑与其他电池组的并联使用，工作所配电池组是单独使用的，考虑与其他电池组的并联使用，所以对于常规所以对于常规UPS而言直流输入端的反灌杂音较大，直接与直流操作电而言直流输入端的反灌杂音较大，直接与直流操作电源用时，会在直流母线上产生较大的电池干扰，影响系统的正常运行源用时，会在直流母线上产生较大的电池干扰，影响系统的正常运行，而电力用而电力用UPS和逆变器的直流一般装有反灌杂音抑制器，对支流母线影和逆变器的直流一般装有反灌杂音抑制器，对支流母线影响很小响很小电力用电力用UPS和逆变器直流输入端装有直流防反隔离二极管，而常规和逆变器直流输入端装有直流防反隔离二极管，而常规UPS没有，其内部故障时可能会危及直流系统的可靠运行没有，其内部故障时可能会危及直流系统的可靠运行直流操作电源系统的直流母线对地有绝缘要求，因此要求直流操作电源系统的直流母线对地有绝缘要求，因此要求UPS和逆变器和逆变器的交直流输入相互隔离，常用的交直流输入相互隔离，常用UPS的交直流输入是不隔离的，而电力的交直流输入是不隔离的，而电力UPS交流输入端装有隔离变压器，满足设计要求。交流输入端装有隔离变压器，满足设计要求。67完完2006.32006.3 6866、节制使快乐增加并使享受加强。德谟克利特67、今天应做的事没有做，明天再早也是耽误了。裴斯泰洛齐68、决定一个人的一生，以及整个命运的，只是一瞬之间。歌德69、懒人无法享受休息之乐。拉布克70、浪费时间是一桩大罪过。卢梭