直流電源交流

直流電源交流內(nèi)容簡介◆直流電源概述◆基礎(chǔ)知識(shí)◆相控穩(wěn)壓電源◆高頻開關(guān)電源◆電力直流系統(tǒng)◆電力專用逆變電源及UPS2概述直流穩(wěn)壓電源廣泛地應(yīng)用于通信、電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力工程、國防等領(lǐng)域，作為電子設(shè)備的能源供給者，處于非常重要的地位。直流電源的發(fā)展經(jīng)歷了從線性電源、相控電源到開關(guān)電源的發(fā)展歷程。線性電源和相控電源存在效率低、體積大、1+1冗余投資大等不足之處。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足目前的電力工程發(fā)展需要，而以體積小、重量輕、效率高、輸出紋波極低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制精度高、模塊可疊加輸出、N+1冗余等為特點(diǎn)的高頻開關(guān)電源正成為電源的主體，并向著高頻小型化、高效率、高可靠性的方向發(fā)展。3整流電路一、單相半波整流電路

基礎(chǔ)知識(shí)uDioVDu1TrABRLuou2a電路圖ωtπ4π3π2πOωtOuoωtOio=iDb波形圖4

由于整流二極管具有單向?qū)щ娞匦?，因此，?dāng)u2為正半周時(shí)，A端電位高于B端電位，整流二極管VD正偏導(dǎo)通（忽略二極管正向?qū)▔航担?；而?dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，B端的電位高于A端，整流二極管VD反偏截止，因而在u2的一個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載電阻RL的電壓波形如圖b所示。由于流過負(fù)載的電流和加在負(fù)載兩端的電壓只有半個(gè)周期的正弦波，故稱半波整流。輸出平均電壓：5iD1,3iD2,4VD4VD3VD2VD1Tru1u2abRLuoa橋式整流電路b波形圖OOOiD1,iD3iD2,iD4iD1,iD3π4π3π2πωtu2ωtioωtuoD1D3導(dǎo)通D2D4導(dǎo)通D1D3導(dǎo)通D2D4導(dǎo)通iD2,iD4二、單相橋式整流電路輸出平均電壓：6三、三相橋式整流電路bacTn負(fù)載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d17u2ud1ud2u2LuduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuaucubwt1OwtOwt輸出平均電壓：8常用元器件主要有電阻、電容、電感、二極管、三極管、MOS管、IGBT、可控硅、高頻變壓器等。

開關(guān)電源主要使用元器件9

相控型穩(wěn)壓電源在由變壓器和二極管組成的整流電路中，當(dāng)輸入交流電壓確定時(shí)，直流輸出電壓也確定，如果需要改變直流輸出電壓，可以采用由晶閘管組成的可控整流電路。這種靠改變晶閘管的導(dǎo)通來控制整流器輸出電壓的，這種類型的電源稱為相位控制型電源，簡稱相控電源。10

相控型穩(wěn)壓電源單相半波可控整流電路直流輸出電壓平均值為：11

相控型穩(wěn)壓電源單相橋式全控控整流電路直流輸出電壓平均值為：12

相控型穩(wěn)壓電源三相橋式全控控整流電路直流輸出電壓平均值為：13

相控型穩(wěn)壓電源通過反饋控制電路，控制觸發(fā)角的大小，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓控制相控電源工作在工頻狀態(tài)，頻率低，所以變壓器體積大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，電壓紋波大，效率低14

高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源相對于線性穩(wěn)壓電源而言，開關(guān)穩(wěn)壓電源指電壓調(diào)整功能的器件以開關(guān)方式進(jìn)行工作的一種直流穩(wěn)壓電源。主要指利用高頻開關(guān)功率器件并通過交換技術(shù)而制成的高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源，簡稱開關(guān)電源（SwitchingPowerSupplies，縮寫SPS）。因開關(guān)電源的功率變換器件工作在高頻狀態(tài)，從而大大減小了變壓器的體積，電源具有體積小、重量輕，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、電壓紋波小的優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)逐步取代相控電源，成為電源的主選。開關(guān)電源按控制方式劃分，大致可分為脈寬調(diào)制（PWM）開關(guān)電源，脈頻（PFM）調(diào)制開關(guān)電源，混合調(diào)制（脈寬和脈頻同時(shí)改變）開關(guān)電源等。當(dāng)開關(guān)頻率較低時(shí)，脈頻調(diào)制（PFM）方式需要較大的隔離變壓器和輸入輸出濾波器，為此，開關(guān)工作頻率要足夠高。全球范圍內(nèi)，脈寬調(diào)制（PWM）方式得到最廣泛的應(yīng)用。15

高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源

高頻開關(guān)電源基本原理EMI濾波有源功率因數(shù)校正電路DC-DC變換電路高頻變壓器輸出整流濾波電路輸入電流采樣驅(qū)動(dòng)電路PWM邏輯控制電路輸出電壓采樣外圍四遙接口輔助電源交流輸入直流輸出全橋整流16

高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源EMI濾波電路EMI濾波電路，用來減小電網(wǎng)干擾對開關(guān)電源的影響，同時(shí)抑制電源模塊產(chǎn)生的干擾噪聲進(jìn)入電網(wǎng)，影響其他電氣設(shè)備運(yùn)行。對于電源主要考慮傳導(dǎo)噪聲，主要采用濾波技術(shù)。濾波器有電阻濾波器、電感濾波器、電容濾波器以及放電器等。電源輸入負(fù)載輸出簡單濾波器示意圖17

高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源全橋整流電路全橋整流電路將輸入交流整流成脈動(dòng)直流。有源功率因數(shù)校正電路高頻開關(guān)電源一般采用電容濾波的方式，交流輸入電壓經(jīng)整流后直接加在濾波電容兩端，以得到較為平直的直流電壓。整流器--電容濾波電路是一個(gè)非線性元件和儲(chǔ)能元件的組合，只有交流輸入電壓高于濾波電容兩端電壓時(shí)，濾波電容才開始充電，因此，雖然輸入交流電壓是正弦，但輸入電流波形是寬度很窄的脈沖，這種脈沖狀電流的諧波分量很大，輸入總諧波失真可高達(dá)100%130%。18

有源功率因數(shù)校正電路

個(gè)人電腦PWM電源輸入電流波形UinUoIin19

有源功率因數(shù)校正電路個(gè)人電腦PWM電源輸入電流THD頻譜20

有源功率因數(shù)校正電路

B.輸電系統(tǒng)：諧波電流一方面在輸電線路上產(chǎn)生諧波電壓降，另一方面，增加了輸電線路上的電流有效值從而引起附加輸電損耗。在電纜輸電的情況下，諧波電壓以正比于其幅值電壓的形式增強(qiáng)了介質(zhì)的電場強(qiáng)度，這影響了電纜的使用壽命，諧波的影響將使電纜的使用壽命平均降低約60%。高次諧波的危害：A.電容器：電容器的阻抗與頻率成反比，高次諧波的容抗比基波電壓作用下的容抗小得多，諧波電流畸變比諧波電壓畸變大得多，即便諧波電壓的幅值不大，也會(huì)產(chǎn)生較大的諧波電流。21

有源功率因數(shù)校正電路C.變壓器：變壓器在高次諧波電壓的作用下，將產(chǎn)生集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，在繞組中引起附加損耗，同時(shí)使鐵損相應(yīng)增加。3的倍數(shù)次零序電流會(huì)在三角接法的繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，這一額外的環(huán)流可能會(huì)使繞組電流超過額定值。D.繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置：諧波電流能夠改變保護(hù)繼電器的動(dòng)作特性，這與繼電器的特點(diǎn)和原理有關(guān)。當(dāng)有諧波畸變時(shí)，依靠采樣數(shù)據(jù)或過零工作的數(shù)字繼電器容易產(chǎn)生誤差。高次諧波對過電流、欠電壓、距離、周波等繼電器均會(huì)起拒動(dòng)和誤動(dòng)的影響，使保護(hù)裝置失靈和動(dòng)作不穩(wěn)定。E.電力測量：測量儀表是在純正弦波情況下進(jìn)行校驗(yàn)的，如果供電的波形發(fā)生畸變，儀表則容易產(chǎn)生誤差。電度表對設(shè)計(jì)參數(shù)以外的頻率的響應(yīng)不靈敏，頻率越高，誤差越大，而且為負(fù)誤差。22

有源功率因數(shù)校正電路IEC1000-3-2（1995）對電源裝置高次諧波的限制

對于相電流小于16A的電源裝置，IEC1000-3-2規(guī)定了不同高次諧波的絕對值。23

有源功率因數(shù)校正電路

有源功率因數(shù)校正技術(shù)（簡稱AFPC），在整流橋與濾波電容之間串聯(lián)一高頻變換器，通過控制功率器件的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間，強(qiáng)制輸入電流與輸入交流電壓同相，從而達(dá)到抑制諧波的目的。功率因數(shù)可提高至0.95～0.99，輸入電流THD小于10%，有功功率輸出提高30%以上。既治理了電網(wǎng)的諧波“污染”，又提高了電源的整體效率。節(jié)約電能30%，成本上升15～30%。單相APFC國內(nèi)外開發(fā)較早，技術(shù)已相當(dāng)成熟；三相APFC則拓?fù)漕愋洼^多，還在發(fā)展。在10KW以下的功率等級，三相BOOST單開關(guān)拓?fù)浔容^經(jīng)濟(jì)實(shí)用，國內(nèi)已有應(yīng)用的報(bào)道，輸入端功率因數(shù)可達(dá)到0.92～0.93。24

有源功率因數(shù)校正電路

BOOST功率因數(shù)校正器電路原理圖

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有源功率因數(shù)校正電路

采用APFC后輸入電流波形平均值為正弦波，相位與電壓波形一致，功率因數(shù)提高一般，APFC的輸出為直流380-400V采用APFC輸入電壓電流波形全橋整流后電壓波形電流波形26

DC-DC變換器是開關(guān)電源的核心部分。它通過功率開關(guān)管的開斷，將直流電壓變?yōu)槊}沖狀的交流電壓，此交流電壓通過高頻變壓器隔離并可變換成任意大小的交流電壓，再經(jīng)過二極管進(jìn)行二次整流與電容平滑后變?yōu)橹绷鬏敵鲭妷骸？刂齐娐穼⑤敵鲭妷旱囊徊糠趾突鶞?zhǔn)電壓進(jìn)行比較，來控制開關(guān)管的通斷時(shí)間，從而調(diào)整輸出直流電壓。DC-DC變換電路

27隔離DC-DC變換電路可分為單端電路和雙端電路：單端電路：變壓器中流過的是直流脈動(dòng)電流，如正激電路和反激電路。雙端電路：變壓器中的電流為正負(fù)對稱的交流電流。如半橋、全橋和推挽電路。DC-DC變換電路

28正激電路DC-DC變換電路

輸出電流連續(xù)情況下輸出電壓：29反激電路DC-DC變換電路

輸出電流連續(xù)情況下輸出電壓：反激電路原理圖反激電路的理想化波形30半橋電路DC-DC變換電路

輸出電流連續(xù)情況下輸出電壓：半橋電路原理圖半橋電路的理想化波形31全橋電路DC-DC變換電路

輸出電流連續(xù)情況下輸出電壓：全橋電路原理圖全橋電路的理想化波形32推挽電路DC-DC變換電路

輸出電流連續(xù)情況下輸出電壓：推挽電路原理圖推挽電路的理想化波形33DC-DC變換電路

各種不同的間接直流變流電路的比較電路優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域正激電路較簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單變壓器單向激磁，利用率低幾百W~幾kW各種中、小功率電源反激電路非常簡單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單難以達(dá)到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低幾W~幾十W小功率電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備電源。全橋變壓器雙向勵(lì)磁，容易達(dá)到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W~幾百kW大功率工業(yè)用電源、焊接電源、電解電源等半橋變壓器雙向勵(lì)磁，沒有變壓器偏磁問題，開關(guān)較少，成本低有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W~幾kW各種工業(yè)用電源，計(jì)算機(jī)電源等推挽變壓器雙向勵(lì)磁，變壓器一次側(cè)電流回路中只有一個(gè)開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動(dòng)簡單有偏磁問題幾百W~幾kW低輸入電壓的電源34輸出整流濾波電路

全波整流和全橋整流

全波整流電路和全橋整流電路原理圖a）全波整流電路b）全橋整流電路雙端電路中常用的整流電路形式為全波整流電路和全橋整流電路。35輸出整流濾波電路

全橋電路的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：二極管在斷態(tài)承受的電壓僅為交流電壓幅值，變壓器的繞組結(jié)構(gòu)較為簡單。缺點(diǎn)：電感L的電流流過兩個(gè)二極管，回路中存在兩個(gè)二極管壓降，損耗較大，而且電路中需要4個(gè)二極管，元件數(shù)較多。適用場合：高壓輸出的情況下。36輸出整流濾波電路

全波整流電路的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電感L的電流只流過一個(gè)二極管，回路中只有一個(gè)二極管壓降，損耗小，而且整流電路中只需要2個(gè)二極管，元件數(shù)較少。缺點(diǎn)：二極管斷態(tài)時(shí)承受的反壓是二倍的交流電壓幅值，對器件耐壓要求較高，而且變壓器二次側(cè)繞組有中心抽頭，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。適用場合：輸出電壓較低的情況下（<100V）。37開關(guān)電源現(xiàn)階段的發(fā)展方向

更高的功率密度、更高的變換效率及更好的動(dòng)態(tài)特性為使開關(guān)電源輕、小、薄，發(fā)展趨勢是高頻化。高頻化是傳統(tǒng)的PWM開關(guān)損耗加大、效率降低、噪聲增加。實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通、零電流關(guān)斷的軟開關(guān)技術(shù)將成為開關(guān)電源產(chǎn)品未來的主流。CAD技術(shù)利用CAD設(shè)計(jì)開關(guān)電源系統(tǒng)，做穩(wěn)定性分析、電路仿真、印制板設(shè)計(jì)、熱傳導(dǎo)分析、EMI分析及可靠性預(yù)估等。38開關(guān)電源現(xiàn)階段的發(fā)展方向

更好的環(huán)保特性及可靠性

相對于線性穩(wěn)壓電源而言，開關(guān)電源有較大的電磁干擾及對交流電源的諧波污染。為此，國際上有很多管制條例。例如針對中小功率電器的IEC555-2，針對大功率設(shè)備的IEC555-4，最新也是最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)是IEC1000-3-2，《諧波電流發(fā)射限值（設(shè)備每相輸入電流16A）》。開關(guān)電源必須采用更有效的諧波噪聲抑制措施。39開關(guān)電源方面的技術(shù)革新

軟開關(guān)技術(shù)這是相對于PWM硬開關(guān)技術(shù)，為適應(yīng)小體積高效率的要求發(fā)展的開關(guān)電壓和電流波形不交疊的技術(shù)，即零電壓零電流技術(shù)。最典型的應(yīng)用是90年代中期開始的全橋ZVS-PWM技術(shù)。90年代末南航的阮新波提出了滯后臂串加二極管的較實(shí)用的全橋移相ZVZCS方案。目前，該技術(shù)在各大電源生產(chǎn)廠家得到廣泛應(yīng)用。一般的，530V輸入、220V輸出的DC/DC滿載效率可達(dá)96%。40開關(guān)電源方面的技術(shù)革新

控制技術(shù)由于開關(guān)電源是非線性系統(tǒng)，并具有離散結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，負(fù)載性質(zhì)也是多變的，并要求主電路性能滿足電網(wǎng)電壓大范圍變化等特點(diǎn)，是開關(guān)電源的控制技術(shù)和控制器的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。電流型控制及多環(huán)控制（Multi-loopcontrol）以在開關(guān)電源中得到廣泛應(yīng)用。電荷控制（Chargecontrol）、本周期控制（Onecyclecontrol）、DSP控制等技術(shù)的開發(fā)和專用控制芯片的研制使開關(guān)電源動(dòng)態(tài)性能有很大的提高，電路也大幅簡化。41開關(guān)電源方面的技術(shù)革新

高頻磁元件平面磁心及平面變壓器技術(shù)：磁心、繞組都是平面結(jié)構(gòu)。繞組采用銅箔或印制板，省去了繞組骨架，有利于散熱，漏感LLK小，集膚效應(yīng)損耗小。國內(nèi)外較大的軟磁鐵氧體供應(yīng)商已推出相應(yīng)的平面磁心，如PHILIP推出的E64/10/50、E64/10/50和PLT64。在3KW的電源應(yīng)用中，變壓器體積是應(yīng)用雙E65磁材的20%，漏感LLK為原來的1/3，銅損降至最小。集成磁元件：將多個(gè)磁元件（如變壓器和倍流整流的電感）集成在一個(gè)磁心上，成為集成TL磁元件，可以減小電源體積，降低損耗。42開關(guān)電源與相控電源的比較

工作原理比較

相控電源是指采用晶閘管作為整流器件的電源系統(tǒng)，其原理是交流輸入電壓經(jīng)工頻變壓器降壓，然后采用晶閘管進(jìn)行整流。并通過移相控制以保持輸出電壓的穩(wěn)定。

高頻開關(guān)電源先將輸入的工頻交流電經(jīng)整流濾波后得到直流電壓，再通過功率變換器變換成高頻脈沖電壓，經(jīng)高頻變壓器和整流濾波電路最后轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流輸出電壓。因其采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）電路來控制大功率開關(guān)器件（功率晶體管、MOS管、IGBT等）的導(dǎo)通和截止時(shí)間，故可以得到很高的穩(wěn)壓和穩(wěn)流精度及很短的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。高頻開關(guān)電源內(nèi)部還應(yīng)用了軟開關(guān)技術(shù)和無源功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)，所以開機(jī)浪涌基本消除，功率因數(shù)大幅提高，是晶閘管、磁飽和類直流電源系統(tǒng)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。43開關(guān)電源與相控電源的比較技術(shù)性能比較44開關(guān)電源與相控電源的比較供電可靠性比較

1）晶閘管相控電源響應(yīng)速度慢，反應(yīng)時(shí)間為幾十ms，輸入電壓突變時(shí)在輸出端會(huì)產(chǎn)生沖擊，容易燒壞二次設(shè)備。高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)采用無級調(diào)壓方式，響應(yīng)速度快，輸入電壓突變時(shí)，模塊在200μs內(nèi)調(diào)整完成，過沖小于5％。2）晶閘管相控充電裝置發(fā)生故障時(shí)，必須將整臺(tái)充電裝置退出運(yùn)行，然后進(jìn)行維護(hù)和檢修，降低了系統(tǒng)的可靠性。高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)由于采用模塊化結(jié)構(gòu)和N＋1備份方式，使系統(tǒng)的可靠性得到大大提高，并為系統(tǒng)擴(kuò)容提供了極大方便。當(dāng)運(yùn)行的電源系統(tǒng)中某一整流模塊出現(xiàn)故障時(shí)，該模塊自動(dòng)退出，其它模塊繼續(xù)均衡工作，對系統(tǒng)供電不產(chǎn)生影響，且模塊可以帶電插拔。當(dāng)用戶需要擴(kuò)展電源系統(tǒng)容量時(shí)，只需增加整流模塊即可以實(shí)現(xiàn)。45開關(guān)電源與相控電源的比較3）高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)能夠滿足更多變化的系統(tǒng)運(yùn)行方式，徹底解決了人們長期以來對直流系統(tǒng)的種種顧慮。4）對蓄電池壽命影響的比較

發(fā)電廠和變電站的直流系統(tǒng)目前主要使用的是鎳鎘蓄電池或免維護(hù)鉛酸蓄電池，這2種蓄電池對充電設(shè)備的要求較高。高頻開關(guān)電源直流系統(tǒng)對蓄電池壽命的影響比晶閘管直流電源系統(tǒng)要小，這是因?yàn)榫чl管直流電源系統(tǒng)輸出紋波大，輸出電壓含有的交流成分較大，影響了蓄電池的使用壽命，而高頻開關(guān)電源由于輸出紋波小、輸出穩(wěn)定，再加智能化管理能延長電池的使用壽命。46高頻開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流技術(shù)

高頻開關(guān)電源一般采用模塊化設(shè)計(jì)，易于實(shí)現(xiàn)N+1冗余，提高系統(tǒng)可靠性；易于擴(kuò)容；散熱好；瞬態(tài)響應(yīng)好；可在線更換失效模塊。下表是幾種常用電源模塊均流方式的比較。47高頻開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流技術(shù)

最大電流法和平均電流法在國內(nèi)外的各個(gè)電源生產(chǎn)廠家得到廣泛應(yīng)用。48高頻開關(guān)電源模塊的散熱方式

開關(guān)電源在進(jìn)行功率變換的過程中，會(huì)產(chǎn)生一定的功率損耗，功率損耗通常以熱能的形式散發(fā)到模塊內(nèi)部，使模塊溫度上升。過高的溫度會(huì)引起性能和可靠性降低，使設(shè)備不能正常工作或失效。選擇適當(dāng)?shù)纳岱绞剑行Ы档蜏厣?，是確保開關(guān)電源性能和可靠性的關(guān)鍵。目前電力系統(tǒng)中的高頻開關(guān)電源模塊有風(fēng)冷和自然冷卻兩種方式。許多用戶十分關(guān)心風(fēng)機(jī)噪聲和風(fēng)機(jī)壽命問題，在此我們對兩種散熱方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。49高頻開關(guān)電源模塊的散熱方式

噪音及壽命噪音壽命自然冷卻風(fēng)冷無風(fēng)機(jī)噪聲，有高頻變壓器、高頻電抗器的噪聲不存在風(fēng)機(jī)壽命問題有風(fēng)機(jī)噪音和高頻變壓器、高頻電抗器的噪音，通過選用低噪聲風(fēng)機(jī)，可將220V/5A模塊、220V/10A模塊的噪聲抑制在40dB以下。通過選用長壽命風(fēng)機(jī)，并降額使用，可使風(fēng)機(jī)的實(shí)際使用壽命達(dá)到10萬小時(shí)以上，因此風(fēng)機(jī)壽命不會(huì)對系統(tǒng)可靠性造成影響。50高頻開關(guān)電源模塊的散熱方式

防塵問題風(fēng)機(jī)吸入空氣流動(dòng)引入靜電吸附自然冷卻隔離風(fēng)冷電源外殼的上部和兩側(cè)開有通風(fēng)口，自然空氣流動(dòng)引起的塵埃吸附在印制板及元器件上空氣中的塵埃通過散熱孔靜電吸附在電路板及元器件上散熱風(fēng)道與內(nèi)部電路完全隔離，發(fā)熱元件貼在散熱器表面，熱量沿散熱風(fēng)道排出，不經(jīng)過印制板或元件空氣流動(dòng)不經(jīng)過印制板或元器件除散熱風(fēng)道與外界空氣接觸外，電源模塊內(nèi)部印制板及元器件與外界隔離51高頻開關(guān)電源模塊的散熱方式

環(huán)境適應(yīng)性自然冷卻隔離風(fēng)冷要求環(huán)境通風(fēng)透氣性良好，但充電柜柜體通風(fēng)透氣性較差，模塊內(nèi)的熱能得不到較好的對流散熱，易引起模塊的溫度上升，影響系統(tǒng)壽命。對于要求直流屏體前面加玻璃門的現(xiàn)場，柜體的透氣性更差。風(fēng)冷是利用風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制散熱，強(qiáng)迫模塊內(nèi)的空氣與模塊外的空氣進(jìn)行對流，因此對工作環(huán)境無特殊的要求。52電力直流系統(tǒng)

用于變電站和發(fā)電廠的直流電源系統(tǒng)，作為斷路器合閘電源、繼電器保護(hù)裝置電源和操作電源，要求其可靠性高，性能穩(wěn)定。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對供電質(zhì)量的要求越來越高，為保證電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化，對直流電源系統(tǒng)提出了更高的要求。電力直流系統(tǒng)一般由充電屏、饋電屏、電池屏組成。充電屏一般包括高頻開關(guān)電源模塊和監(jiān)控單元。通過監(jiān)控單元可以實(shí)現(xiàn)電源的智能化管理，完成對蓄電池的智能化管理，延長電池壽命，并可與遠(yuǎn)端后臺(tái)機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)無人職守。另外系統(tǒng)還可根據(jù)需要配置接地尋檢裝置以及蓄電池測試裝置，提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性和可靠性。53電力直流系統(tǒng)

電力直流系統(tǒng)基本原理54電力直流系統(tǒng)維護(hù)

●高頻開關(guān)電源系統(tǒng)對環(huán)境溫度要求不高，在－5～＋40℃都能正常工作，但要求室內(nèi)清潔、少塵，否則，灰塵加上潮濕會(huì)引起主機(jī)工作紊亂。蓄電池則對溫度要求較高，標(biāo)準(zhǔn)使用溫度為25℃，建議溫度范圍＋15～＋30℃。若溫度太低，會(huì)使蓄電池容量下降，溫度每下降1℃，其容量下降1％；蓄電池放電容量會(huì)隨溫度升高而增加，但壽命降低，如果在高溫下長期使用，溫度每增高10℃，電池壽命約降低一半。●高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中設(shè)置的參數(shù)必須控制在規(guī)定指標(biāo)內(nèi)，在使用中不能隨意改變。55電力直流系統(tǒng)維護(hù)

●直流電源系統(tǒng)在使用中要避免隨意增加大功率的額外設(shè)備（負(fù)載），也不允許在滿負(fù)載狀態(tài)下長期運(yùn)行。因?yàn)?，工作性質(zhì)決定了直流操作電源系統(tǒng)幾乎是在不間斷狀態(tài)下運(yùn)行的，增加大功率負(fù)載或在基本滿載狀態(tài)下工作，都會(huì)造成整流模塊出故障，嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器。

●由于蓄電池組輸出電流很大，存在電擊危險(xiǎn)，因此裝卸、改接導(dǎo)電連接條（線）、輸出線時(shí)應(yīng)特別注意安全，使用的工具應(yīng)采取絕緣措施，以保證人身和設(shè)備安全。56電力直流系統(tǒng)維護(hù)

●不論是在浮充工作狀態(tài)還是在放電檢修測試狀態(tài)，都要保證電壓、電流符合規(guī)定要求。電壓或電流過高可能會(huì)造成電池的熱失控或失水，電壓或電流過小會(huì)造成電池虧電，這都會(huì)影響電池的使用壽命，尤其是前者的影響更大。

●在任何情況下都應(yīng)防止電池短路或深度放電，因?yàn)殡姵氐难h(huán)壽命和放電深度有關(guān)。放電深度越深循環(huán)壽命越短。在容量試驗(yàn)或放電檢修中，通常放電達(dá)到容量的30％～50％就可以了。57電力直流系統(tǒng)維護(hù)

●蓄電池應(yīng)避免大電流充放電，否則會(huì)造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，電池內(nèi)阻增大并且溫度升高，嚴(yán)重時(shí)將造成容量下降，壽命提前終止。

●閥控式密封蓄電池是貧液式電池，無法進(jìn)行電解液比重測量，所以如何判定它的好壞，目前最可靠的方法還是放電法，也可以用電導(dǎo)儀測電池的內(nèi)阻來判定閥控式密封蓄電池的好壞，但準(zhǔn)確性較差。58電力直流系統(tǒng)維護(hù)

●高頻開關(guān)電源在正常使用情況下，主機(jī)的維護(hù)工作量很少，主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區(qū)，空氣中的灰粒較多，灰塵將在機(jī)內(nèi)（主要在整流模塊內(nèi)）沉積，當(dāng)遇空氣潮濕時(shí)會(huì)引起主機(jī)控制紊亂造成主機(jī)工作失常，并發(fā)生不準(zhǔn)確告警，另外大量灰塵也會(huì)造成器件散熱不好。一般每年應(yīng)徹底清潔一次，同時(shí)在除塵時(shí)檢查各連接件和插接件有無松動(dòng)和接觸不良的情況。

定期核實(shí)智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的參數(shù)有無變化，防止人為或無意中改變所設(shè)置的參數(shù)。59電力直流系統(tǒng)維護(hù)

●每半年應(yīng)對智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的運(yùn)行方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢查，以防止均充狀態(tài)與浮充狀態(tài)不能及時(shí)轉(zhuǎn)換而造成對蓄電池的損壞。

檢查主機(jī)設(shè)備是否正常，保證直流母線經(jīng)常保持合格的電壓和電池的放電容量；

對主機(jī)出現(xiàn)擊穿、熔斷保險(xiǎn)或燒毀器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新啟動(dòng)，否則會(huì)造成更嚴(yán)重的故障。

60電力直流系統(tǒng)維護(hù)

●免維護(hù)蓄電池

因整流器對瞬時(shí)脈沖干擾不能消除，整流后的電壓仍存在干擾脈沖。蓄電池除有存儲(chǔ)直流電能的功能外，其等效電容量的大小與蓄電池容量大小成正比。因此，維護(hù)檢修蓄電池的工作是非常重要的，雖說蓄電池組目前都采用了免維護(hù)電池，但這只是免除了以往的測比重、配制電解液、添加蒸餾水的工作。電源系統(tǒng)維護(hù)工作的重點(diǎn)還在蓄電池部分。蓄電池工作在浮充狀態(tài)，至少每年進(jìn)行一次放電。放電前應(yīng)先對電池組進(jìn)行均衡充電，以達(dá)到整組蓄電池性能的均衡。放電過程中如有一只達(dá)到放電終止電壓時(shí)，應(yīng)停止放電，繼續(xù)放電須先排除落后電池后再放。

核對性放電不是追求放出容量的多少，而是發(fā)現(xiàn)和處理落后電池，通過對落后電池的處理再作核對性放電實(shí)驗(yàn)，這樣可防止事故和出現(xiàn)反極性蓄電池。

日常維護(hù)中也可在一組電池中選用8～10只蓄電池作為標(biāo)示電