学文网高频电源篇1
【关键词】通信；高频开关电源：整流电源
【中***分类号】TM910 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0084-01
随着最近几年来对微波数字化的不断改造，传统的硅整流电源系统已经无法继续满足人们的需求，高频开关电源系统应运而生，该技术能够扩大交流输入电压的范围，缩小电源设备的体积，确保电源系统能够稳定可靠的持续运行，在对系统维护管理时更加简单便捷，目前已经广泛的应用于无人职守并集中进行监控的数字微波通信系统当中。不过，在高频开关电源中，生产厂家在介绍其主要部件整流模块的具体工作原理时还不够具体，维护管理人员在维护的过程中难免会遇到一定的困难。因此，本文主要针对通信高频开关电源整流电流进行了分析和探讨。
1 高频开关电源的主要组成部分
高频开关电源的主要构成部分包括：主电路、控制电路、检测电路以及辅助电源等四部分。在这当中主电路也是由四个部分构成的，分别是输入滤波、整流、逆变以及输出整流滤波等。其中输入滤波具有的主要作用是可以将电网当中存在的杂波全部过滤清除，与此同时避免本机出现的杂音直接反馈到电网当中。整流具有的主要作用是将电网中输入的交流电在输出之前有效的转化成为直流电。逆变主要是为了降低体积和重量与输出功率之间的比值，把经过整流的直流电继续转化为频率较高的交流电。输出整流滤波通过消除杂音和波纹，确保直流电具有较好的稳定性和可靠性。因此高频开关电源的主要功能是把交流电在二极管当中进行直接整流和滤波，让其转化成为直流电，然后在高频开关的作用下把直流电再继续转换成高频交流电，并利用高频变压器对高频交流电进行变压和隔离，最后由已经恢复的二极管具有的高频整流作用，通过电感电容滤波之后输出。高频开关电源的优势主要包括，体积相对较小、重量较轻、具有较好的可靠性、在维护和扩容的过程中难度较低并且具有较高的运行效率等。
2 高频开关电源的具体工作原理
交流市电能够***路滤波器当中进行防雷以及滤除杂音，避免受到其干扰，在整流桥当中完成对A C220V的整流工作，然后再利用功率因数校正电路来对有源功率因数进行合理的校正，确保输入电流波形能够实时跟踪正弦电压波形。由于通常我们输入的电流波形会在一定程度上受到负载的非线性影响而发生畸变，导致其谐波成分过多，造成电网的波动问题，不仅会直接干扰到供电设备的正常运行，还会严重浪费电力资源。因此，功率因数校正器能够有效的将电压和电流波形校正成为标准正弦波，确保其相位能够保持一致，在功率因数逐渐趋近于1时，也能够保证升压校正的输出高压HVDC能够具有良好的稳定性。最后，在脉宽调制控制电路的控制下实现高频逆变，利用高频变压器对其进行降压实现第二次整流滤波，这样就获得了48V直流工作电压。由此可见，在高频开关电源中采用的主要技术就是有源功率因数校正技术，如下***1所示。
从***中我们可以看出，在开关管K1接通之后，输入的交流电压能够快速通过整流桥对L1（电感）进行充电同时产生感应电势，该电势和电源电压的极性相反；在开关管K1被断开以后，L1的电势极性会随之变反，这时便能够和电源的极性保持一致，在给C1充电的过程中相当于两倍的电源电压，在电压逐渐升高的时候电流会随之增大，在电压达到最大值时，COS=1。所以，功率因数校正器具有的主要功能包括两个：首先是可以让输入电流实时跟踪电压波形，确保其成为正弦波；然后能够让输入电流和电压保持相同的相位，逐渐将功率因数调整到最大值。在正常运行的过程中，开关电源的控制信号在对四个开关管s1、s2、s3、s4进行通断控制时，脉冲信号的正、负并没有连续在一起，而且还设置了零信号区，在这个区域内，开关管s1，s2，s3，s4都是截止的，只要对零信号区的实际宽度进行合理的控制，就能够有效改变开关管的通断时间，最终对输出电压的大小进行适当的调整。
3 通信用高频开关电源整流模块的效率分析
本文在讨论整流模块具有的效率特性的过程中，主要将48V整流模块作为分析案例。通过分别对48 V/30 A，48 V/50 A，48 V/100 A共3个型号的整流模块进行测量，总结出以下规律：（1）当负载率为100%时整流模块的效率并不会达到最大值，而是负载率保持在50%～80%的范围内时才会达到最高效。（2）如果将负载率范围控制在40%～90%之间，整流模块的工作效率将达到一个比较高的值，并且与其相对应的效率曲线也会比较平稳。（3）如果将负载率控制在40%以下，那么整流模块的运行效率将会比负载率范围控制在40%～90%之间时降低很多，尤其是在负载率在10%～20%之间进行工作时，运行效率会出现急剧下降的现象；对于本次试验中的三个不同型号的整流模块来说，其效率的下降幅度均没有超出1%。（4）如果将负载率控制在80%以上，整流模块的工作效率比负载率在50%～80%之间时有一定程度的下降现象；对于本次试验中的三个不同型号的整流模块来说，其效率的下降幅度均没有超出1%。由此可见，如果整流模块的生产厂家不同、型号也不同，那么其相对应的效率曲线也不尽相同，不过对于大多数的整流模块来说都符合上述规律。所以，为了确保整流模块在工作过程中能够达到效率最大化，应该尽可能的将负载率控制在50%～80%之间。
4 整流模块效率曲线在节能方面的具体应用情况
通信用高频开关电源在节能方面的应用情况主要是通过不断的提高其工作效率，在确保输出功率保持不变的前提下尽可能的减小输入功率，以便于实现降低能源消耗的目的。由于高频开关电源系统具有休眠功能，因此它能够根据负载发生的实际变化情况，自动实现冗余模块的软关断或者软开启操作，确保整理模块的工作效率比值能够达到最高点，以此来有效的提高高频开关电源的工作效率。另外根据试验过程中所获得效率曲线我们可以知道，当负载率保持在40%～100%时，整流模块的工作效率一般情况下都可以维持在一个比较高的状态；但是在将效率最大值作为比较值时，如果负载率为40%，那么工作效率的下降幅度最多会达到0.5%；如果负载率为100%，那么工作效率的下降幅度最多将会达到1%；而负载率如果在40%以下，那么工作效率的下降幅度将会达到10%。由此我们可以知道，效率的明显下降现象一般都会出现在负载率相对较低的情况下，因此在设置冗余模块的软断开点时，可以将负载率的范围控制在40%～50%之间；而软开启点的设置则可以将负载率的范围控制在80%～100%之间。
5 结束语
通信设备的主要电力来源为通信电源，是通信系统的一个重要构成部分。随着我国通信事业的快速发展，很多通信设备都得到了多次更新，通信系统对通信电源所提出的要求也不断增加。而通信用高频开关电源能够把输入的交流电有效的转化成为直流电，然后将其稳定输出，具有高效运转的特点，并且会不断的随着负载率发生的改变而进行变化，而且越来越多的高频开关电源系统通过引入休眠功能，进一步提高了工作效率，值得推广应用。
参考文献
[1]黎粤梅.高频开关电源节能技术的探索[J].科技资讯.2011（17）
高频电源篇2
【关键词】开关电源；双闭环反馈；稳压；稳流
1.前言
高频开关电源在二十世纪八十年代进入我国后，由于其具有体积小、重量轻、效率高、噪音低等优点，大量地进入我国邮电通讯、电力部门及其它领域，其发展迅速，市场潜力巨大，取代了许多传统的中小功率可控硅整流电源。而在传统的工矿企业，如电解电镀、电化、电火花、电池充电、水处理、热处理、焊接、冶炼等诸多领域，目前还在大量使用传统的可控硅整流电源，不符合国家环保节能的***策。目前市场上的单台高频开关电源功率受到器件的约束及其它因素的限制，难以在大功率（50KW以上）场合实用需要。为了把功率做大，简单的方法就是把许多单台高频开关电源，将其输出简单并联，形成扩流输出。但这种方法有一个局限性，那就是并联后的系统只能是稳流输出，而不能适应稳压输出的应用场合。本文设计思想就是在上述简单并联后的基础上，再单独设计一个输出电压负反馈系统，利用电压反馈系统的输出来控制各台高频开关电源，形成双闭环反馈，从而达到并联系统的稳压输出。由于单台高频开关电源的工作原理众所周知，故以下着重从自动控制系统原理方面介绍并联系统的工作原理。
2.系统控制原理***
并联系统的自动控制原理如***1所示。
在自动控制电机直流调速系统中，有一种转速、电流双闭环反馈系统，又称串级系统。外环是转速反馈，内环是电流反馈。任何系统内外扰动或电网电流变化造成的转速变化，都能通过外环或内环的反馈系统调节，达到稳定的转速输出。本文正是基于此设计思想，设计了如***1的高频开关电源双闭环反馈并联自动控制系统。***中各台高频开关电源本身就是可以***工作的，且内部形成电压或电流负反馈系统。并联系统电压反馈属于外环，内环由高频开关电源内部形成。这种并联系统之所以简单，就是在单立工作的电源基础上，把输出端简单并联在一起。而输入端的给定由外环统一加到各立的高频开关电源。
***1中虚线框内1#、2#、……、N#为各台高频开关电源，其内部自动控制原理***简化为一阶系统比例积分环节，所以各台高频开关电源的稳流或稳压精度很高。***中它们工作在稳流状态下。
3.系统工作设计原理
3.1 单台高频开关电源设计及总体框***
单台高频开关电源的技术指标：
输入电压：380V，50HZ
输出电压：DC 18V
输出电流：DC 800A
限流值：850A
限压值：18.5V
保护：过流保护、热保护、过压保护、欠压保护
转换效率：>80%
单台高频开关电源总体框***如***2所示。整机电路可分为变换主回路和控制电路两大部分。交流380V电压经输入电源滤波器、输入直流整流滤波得到550V左右的直流电压，供给脉宽调制器，它有两组IGBT模块、高频变压器及输出整流滤波组成。
由PWM控制电路提供交变脉冲经驱动电路来控制IGBT模块的通断，将直流电压变换成交变的20KHZ脉冲电压，经高频变压器隔离变换成所需的电压，再经输出整流二极管全波整流，得到平均幅值为18V的直流电压。
控制电路由PWM控制电路、驱动电路、反馈取样电路、限流限压电路及辅助电源组成。PWM控制电路输出两路彼此相位差180?，并有一定死区的脉冲，经驱动电路放大，控制主回路IGBT模块的通断。为了得到稳定的输出电压或电流，对输出电压或电流进行采样、反馈，与基准值比较、放大，控制PWM电路的脉冲宽度，调整IGBT的占空比来实现稳压或稳流。同时通过软启动、过流过压保护、短路保护及限压限流电路对电源本身实施保护措施。
单台高频开关电源构成一个电流负反馈控制系统，简称内环。自动控制原理如***3所示。
***3中采用了PI调节器的单闭环电流负反馈控制系统，既保证了动态稳定性，又能做到无静差，很好地解决了动、静态的矛盾。其调节原理：在电流给定值不变的情况下，当负载变动或电源内部原因造成了电源输出电流变动时，自动控制调节过程为：
通过以上的调节过程，可以保证单台高频开关电源输出稳定的电流。这样，把各个单独工作的高频开关电源输出并联在一起，且工作在稳流状态下，接受同一的电流给定值，就可保证各台高频开关电源输出同样大小的电流。从而实现并联系统的扩流输出。为了提高系统的整体可靠性，还可根据系统的要求，增加N+1冗于设计。这种简单的组合在一起，当某台高频开关电源出现故障，可立即把其关电退出运行并断开输出连接，把备份的高频开关电源通电投入运行即可。从而把处理故障的时间减少到最小。
3.2 系统自动控制原理
双闭环并联系统自动控制原理如***4所示。
***4中在高频开关电源系统外增加了一个比例积分调节器，用来调节并联系统的电压。把并联系统的输出电压反馈和并联系统给定值进行比较，其差值经信号放大，作为高频开关电源系统电流给定值，而高频开关电源系统根据不断变化的电流给定值来调节自身的输出电压，以此保证自身的输出电流根据给定值变化而变化。从而也保证了并联系统输出电压稳定。从闭环反馈的结构上看，电流调节环在高频开关电源系统内部，是内环；电压调节环在外面，成为外环。二者之间实行串级连接，即以电压调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出作为并联系统输出电压的控制，那么两种调节器作用就能互相配合，相辅相成了。这就形成电压、电流双闭环反馈控制系统。为了获得良好的静、动态性能，两个调节器一般都采用PI调节器。
当由于负载扰动，造成了并联系统电压输出变动，则系统自动控制调节过程为：
上述电压调节过程可以保证并联系统在稳压工作状态下，输出电压稳定。若系统要工作在稳流状态下，只需通过系统内部的选择开关，把外环电压反馈单元关闭，直接把电压给定信号加到各台高频开关电源，由于各台高频开关电源本身工作在稳流状态下，从而可以保证并联系统的每台高频开关电源输出同等大小电流。
从动态稳定性上看，在设计过程中，先把单台高频开关电源设计调整好，使之能稳定的输出额定电流。然后把各台并联连接在一起，加上电压反馈外环，再按系统设计要求并调整外环，使系统输出电压保持稳定。需要注意的是：内环根据其设计指标要逐一开启和外环连调，等所有的内环调整好后，再把所有内环开启，与外环一同调节系统的输出电压和电流。
4.实验与结论
应用以上原理，制作了一台组合式并联的72KW高频开关电源。具体参数为：AC380V±10%，稳压输出18VDC；限流电流4100ADC；稳流输出4000ADC；限压电压18.5VDC。该并联系统由五台单独的高频开关电源并联组合，每台高频开关电源都输出同等的800A/18V。系统在稳压工作时，即使输出短路也能限流在4100A稳定工作；稳流工作时，输出端开路能实现限压而稳定工作。若为了提高并联系统的可靠性，还可增加一台备份。该电源在电镀行业镀铬工艺中现场运行已有近两年，基本上达到了设计要求，用户反应良好。
参考文献
高频电源篇3
【关键词】变压器；电抗器；磁芯
1.概述
在电力系统中的直流系统，由于普遍采用高频模块，而对于高频模块的设计也是功率越来越大，而体积却是越来越小，这就对其设计提出了一个关键的问题，那就是如何解决磁性元件的损耗及发热问题。
高频开关电源中大量使用各种各样的磁性元件，如输入/输出共模电感，功率变压器，饱和电感以及各种差模电感。各种磁性元器件对磁性材料的要求各不相同，如差模电感希望μ值适中，但线性度好，不易饱和；共模电感则希望μ值要高，频带宽，功率变压器则希望μ值要适中，温度稳定好，剩磁小，损耗低等。在非晶材料出现以前，共模电感主要采用高μ值（6K～10K）Mn-Zn合金，差模电感多采用铁粉芯或开气隙铁氧体材料，变压器则采用铁氧体材料等。
这些材料应用技术成熟，种类也很丰富，并有各种各样的产品形状供选择。随着非晶材料的出现和技术不断成熟，在开关电源设计中，非晶材料表现出许多其它材料无法比拟的优点。几种常用磁性材料基本性能比较如表1。
2.主变压器的设计
对于高频开关电源的主要发热元件，主变压器的设计尤其重要，其尺寸的大小和材料的选择更是重要。
2.1 主变压器的磁芯必须具备的几个特点
①低损耗
②高的饱和磁感应强度且温度系数小
③宽工作温度范围
④μ值随B值变化小
⑤与所选用功率器件开关速度相应的频响
早前高频变压器一般选用铁氧体磁芯，下面对VITROPERM500F铁基超微晶磁芯与德国西门子公司生产的N67系列铁氧体磁芯的性能进行较：
从以上***表可以看出两者有以下区别：
（1）相同工作频率（200KHZ以下），非晶材料损耗明显低于铁氧体，工作频率越低，工作B值越高，非晶材料优势越明显。但在250kHZ以上频段，铁氧体损耗要明显低于非晶材料。
（2）非晶材料损耗随温度变化量大大低于铁氧体，降低了变压器热设计的难度。
（3）非晶材料导磁率随温度变化量大大低于铁氧体，降低了变压器设计的难度，提高了电源运行的稳定性和可靠性。
（4）非晶材料Bs*μ值是铁氧体的10- 15倍，意味着变压器体积重量可以大幅减小。
变压器设计过程中，最困难的是热设计，变压器的产热与多方面的因素有关，如磁芯损耗，铜损等。开关频率增加，变压器的发热呈指数增加。若采用铁氧体磁芯，由于铁氧体的居里点较低，需对变压器磁芯作散热处理，工艺制作比较复杂。若散热处理不当，铁氧体磁材高温下易失磁，导致电路工作异常。若采用非晶做变压器，将工作B由4000高斯提高到10000高斯，开关器件的工作频率则可以降到100KHz以下。非晶材料在16KHZ-100KHZ频率范围内，损耗/Bs值最低，相应的变压器匝数及体积最小，发热量也较小，对提高整机效率，减小模块电源的体积有巨大帮助。在采用软开关控制技术的前提下，可以充分发挥IGBT的低导通压降，大电流，高耐压的优点，大幅度地提高电源的可靠性。由于铁氧体的居里点较低，需对变压器磁芯作散热处理，变压器工艺制作较复杂。若散热处理不当，铁氧体磁材高温下易失磁，导致电路工作异常。
2.2 磁芯的选择
5.结束语
通过对高频电源模块的主要磁性元件的优化设计，并应用在高频电源的生产中，很好的解决了磁性元件的损耗和发热的问题，对高频电源的稳定性有了进一步的提高。
参考文献
[1]赵异波，何湘宁，等.直流电源系统技术综述[J].电工技术，2001：29-30.
[2]刘胜利，严仰光.现代高频开关电源实用技术[J].电力工业出版社，2004，1.
[3]占景辉.非晶材料在开关电源中的应用.
[4]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[J].电子工业出版社，2004，9.
高频电源篇4
【关键词】高频电源；电除尘器；应用
前言
随着国家排放标准的趋严，以及节能减排国策的施行，大气粉尘污染治理应用行业也出现了新的特点。提高除尘效率，降低能耗，成为发电企业当前的一个主要问题。电除尘器高频电源的应用，为此开辟了一条新的道路。
1 高频电源的原理
随着电力电子技术的快速发展，电力电子器件从20世纪80年代，全控型器件开始取代晶闸管，伴随着双极晶体管、大功率晶体管、绝缘栅晶体管等等电子元件出现，还有软开关逆变技术以及新的控制技术（数字化和高频化提高系统的可靠性和提高设计灵活性）不断应用普及，我国电除尘器生产企业具备了完全自主研发高频电源设备的能力。
传统的由可控硅控制的硅整流设备， 工作频率为50赫兹，工作电压波形受到限制，对特殊工况显得适应性较差。火花熄灭时间长，使电场能量恢复能力较弱；输出电压能力低，约35%～45%，使平均电压低电晕功率小；因高比电阻粉尘易产生反电晕现象，降低收尘效率；设备功率因数低，电源效率低致使电除尘器耗电量较大、运行费用较高；单相供电会造成负荷经常不平衡，对电网干扰也比较严重。
由高频开关技术工作的新型电源，是与电网频率无关的高频开关式一体化电源，提供接近纯直流脉冲电压波形，工况适应性好，提高了除尘效率。在已建成的电除尘器上可以花很小的代价，获得较高的除尘效率。高频电源综合应用电力电子技术、微电子技术，实现对电能的高效能变换和控制，包括电压、电流、频率和波形的变换。
2 高频电源与工频电源对比
（1）高频电源输出电压逼近工频电源电压峰值，与工频电源相比：高频电源能提供更高的输出电压，可达工频电源的1.3倍。高频电源能提供更大的输出电流，可达工频电源的2倍。高频电源可有效增大电晕功率，提高除尘效率。高频电源与传统的可控硅控制工频电源相比性能优异，具有输出纹波小、平均电压电流高、体积小、重量轻、成套设备集成一体化、对高比电阻粉尘，它有更窄的脉冲、更宽的调节范围从而提高除尘效率。设备效率与功率因数均达到0.9以上（常规工频电源的设备利用率仅为0.7左右），而且高频电源采用三相电源，负载平衡等多项显著优点，不仅大大提高了电除尘器配套电源产品的整体控制水平，极大地拓展了电除尘器的适应范围，同等除尘效率条件下高频电源还比工频电源节能20%以上。
（2）高频电源较传统工频电源可以大幅度降低转换过程中的无功功率，在输入功率相同的情况下，高频电源的转换效率更高。
高频电源可以明显提高对电场的注入能量比常规整流变多150%-300%高压直流电能量， 对于中低比电阻，提高电场注入能量，可有效降低排放 。更高的输入电流，相同的峰值电压可以使粉尘荷电情况趋于最佳，更有利于电除尘器对粉尘的捕集。同时，更高的输入电流可以提高电场持灰力， 减少电除尘器出口部分的的二次扬尘现象的发生；输入电压的提高可以提高电除尘器积尘面的利用率，提高粉尘在电除尘器内部的趋进速度，增加电除尘器的烟气处理量。
3 高频电源的优势
（1）基于高频开关技术的高频电源是一个与线路频率无关的可变脉动电源，频率为25～50KHz，输出为纯直流。它给电除尘器提供了接近纯直流到脉动幅度很大的各种电压波形，针对各种特定的工况，可以提供最合适的电压波形，从而提高除尘效率。与工频50/60Hz高压电源相比，高频电源纯直流供电时的输出电压纹波通常小于5%，远小于工频电源35%～45%的纹波百分比，其闪络电压高，运行平均电压可达工频电源的1.3倍，运行电流可达工频电源的2倍，在同样的电场里，能够输入更多的功率，从而能够有效的提高收尘效率。高频电源间歇供电时可有效抑制反电晕现象，实现保效节能，特别适用于高比电阻粉尘工况。
（2）高频电源采用混合谐振拓扑结构的逆变器，功率器件关断损耗为零，不仅降低器件的关断能力，提高效率，也减少电磁干扰。同时，设计良好的串联谐振逆变器有恒流特性，在输出短路时有极好的限流能力，可以提高系统的可靠性，特别适合电除尘器火花冲击、短路频繁的现场工况条件。而局域并联谐振电路有利于轻载运行稳定性，有利于间歇供电方式下供电周期电流波形的稳定性，有利于改善二次电流波形，有利于提高设备功率因数，有利于提高设备效率。该逆变器是以全桥串联谐振为主，兼有局域并联谐振的混合型拓扑结构，可以有效抑制电场火花的电流冲击，可以迅速地熄灭火花并且快速恢复电场能量，能满足电除尘器持续火花放电和短路冲击的要求，适应负载的大范围变化，提高除尘效率。
（3）高频电源采用单片机为核心的微机控制器。火花检测与控制采用全新硬件检测，对各种火花检测特别可靠，对微弱火花也捕捉无遗。闪络电流无冲击波，电场电压恢复极快，损失极小。具有纯直流供电与间歇供电两种方式，纯直流供电采用调频方式调压，间歇供电Pon及Poff均可调节，针对各种特定的运行工况，可以提供各种合适的电压波形，特别适用于前电场及高比电阻粉尘，能有效抑制反电晕现象的发生。高频电源安装于第一电场能解决前电场电晕封闭最有效的手段，由于“空间电荷效应”的原因，第一电场电流通常很小，提高电流十分困难。为了提高电流，工频电源常常采用强行供电和高火花工作方式，但是仍然效果不佳。采用高频电源可以轻松地将电流提高一倍。增大荷电强度，减轻后电场的负荷，这种电源应用方案已在工业应用实践中得到验证。针对电除尘器负载变化的特殊性，高频电源充分展现了控制性能灵敏、电压恢复快、保护功能完善等优点。
（4）高频电源体积小、重量轻，只有常规工频电源的几分之一，占地空间小，便于安装。采用三相电源平衡输入，对电网无污染，无缺相损耗，属于绿色电源。效率与功率因数高，效率通常大于93%，功率因数通常也大于93%，比工频电源节能20%以上。高频电源安装在除尘器顶部，设备集成一体化，电缆用量明显减少，同时，不占用控制室空间，还可以节省土建施工成本。
（5）高频电源具有高低压一体化控制功能，包括振打控制和断电振打控制，高频电源还具有反电晕检测控制，采用大屏幕LCD中文显示控制终端作为人机接口，240×128点阵带背光，***形菜单操作，人机交流简洁明了。使用通讯协议与上位机接口，能够接受计算机的各种命令，并将高频电源的各种参数、故障状态、运行工况实时传送至计算机，实现远程软启动、软停机功能。
4 结语
目前电除尘器高频电源自主技术日渐完善，已广泛应用于火力发电的烟气粉尘治理。高频电源的广泛应用实现了电除尘器配套电源技术水平的飞跃，极大拓展了电除尘器的适用范围，同时，高频电源的应用，使很多已建成投产的电除尘器在较小的资金投入下，获得很高的除尘效率，降低排入，对环保节能减排有积极的作用。
高频电源篇5
【关键词】全桥变换；PWM；软开关；零电压关断；零电流开通；UCC3895；开关频率
随着现代工业的发展，大气污染已经严重影响到生态环境和人们的身体健康，因此，烟气的净化越来越受到人们的关注。静电除尘器以其高效、节能、功耗低等特点，广泛应用于冶金、电力、化工等各个领域，它采用高压直流电源控制技术，目前主要有传统SCR工频电源和和高频SIR电源，由于传统的SCR电源采用工频移相交流调压的控制原理，其优点为：控制原理简单；设备经过多年的改进，目前绝大部分采用计算机（单片机）控制，成本低廉；但由于控制原理的局限性，使得SCR电源具有效率低、耗电、因工作在工频50Hz，使得变压器体积大，重量大，吊装施工较复杂、交流移相控制，使得电网测谐波严重。采用两相供电，对电网来说是不均衡负载、由于采用交流移相调压，使得输出高压波形比较单一，对高浓度粉尘，高比电阻粉尘等工况的适应性比较差及除尘效果差等缺点。
上述原因成为SCR电源供电性能进一步提高的瓶颈。另外在变压器的制作过程供由于采用高频信号，传统绕线方式容易产生电抗和绝缘问题，使磁芯发热，容易产生谐波导致整流电路烧毁。本文采用高频开关技术与印制电路板变压器技术相结合的方案，在对高频高压开关电源的稳定性上起到一个明显的效果.系统采用的硬件电路控制芯片UCC3895是一款移相PWM控制器，它可对全桥开关的相位进行移相控制，实现全桥功率级固定频率脉宽调制功能。它允许恒定频率脉冲宽度调制与谐振零电压开关，在高频率下提供较高的工作效率，还包含有电压模式和电流模式下的控制器。采用升压变压器采用的是PCB线圈绕组结构，在U形磁芯上绕铜线绕组，作为变压器的初级线圈，接入由全桥变换电路输出的500伏、50千赫兹的原边电压，将PCB线圈绕组板和有机玻璃板交替叠加，放在磁芯正中，作为升压变压器次级线圈，每块PCB板的线圈输出接全桥整流电路，将升压后的交流电整流为无干扰的直流电，将每块PCB板串联起来，总的输出电压为各块PCB上的电压值之和。
1.高频高压开关电源控制系统设计
1.1 电源控制系统结构***
***一为高频高压开关电源内部结构***。控制板主输入电路5从外部引进380伏三相电压，经三相开关和交流接触器后，通过三相整流器整流成500伏的直流电压，经全桥变换电路升频为50千赫兹的500V高频交流电压后，送至升压变压器的原边，作为升压变压器的输入电压；升压变压器再将500伏50千赫兹的交流电压升压为70千伏的高压电，最后由升压变压器内的全桥整流电路整流为直流电输出，给工业设备供电；开关电源变压模块将220伏交流电压整流为低压的直流点供给电路芯片用电；脉宽调制电路的UCC3895控制芯片输出控制信号，通过栅极全桥驱动电路给全桥变换电路提供驱动信号；UCC3895芯片还可从升压变压器输出电压中通过电压取样电路和电流取样电路采样，通过负反馈来控制全桥变换电路7输出波形的占空比，从而达到控制输出功率的目的。
1.1.1 死区时间设置
如***二所示，占空比是指开关导通时间Ton和关断时间Toff之间的关系，即：δ=Ton/T
确定最大占空比，要根据采用的电路形式，对于桥式逆变电路，为防止桥臂上下两只管子直通，要留有一段固定的死区时间r，这样就确定了最大占空比max，即：
max=（T-t）/T=（Tc-2t）/Tc
1.1.2 PWM脉宽调制技术（如***三、四所示）
1.2 高频变压器的设计
升压变压器（***五）是一种油浸风冷变压器，由U形磁芯、有机玻璃板、次级线圈PCB板线圈绕组和初级线圈铜线绕组组成，两幅U形磁芯为变压器提供感应磁场，初级线圈铜线绕组是初级线圈，输入是经全桥变换电路整流后的500伏50千赫兹的高频交流电压，次级线圈PCB板线圈绕组是次级线圈，输出为升压后的高频高压直流电，次级线圈PCB板线圈绕组在磁芯中的放置采用有机玻璃板隔开，变压器外部结构采用环氧板用不锈钢螺丝固定。
1.3 PCB电路板的设计
PCB板为双面板（***六），正反两面的线圈绕组构成变压器次级线圈，升压后的高压交流电再经全桥整流电路整流为高频高压的直流电输出。取样电路从变压器输出线路中取出电流和电压的样本反馈到电压取样电路和电流取样电路，通过脉宽调制控制电路的UCC3895来调节输出脉宽的占空比，以达到变压器输出功率可调节的目的。
2.现场测试
通过在襄樊第二水泥的现场进行200小时不间断运行，测试结果如下：本体设计分3级电场，使用电源设备3台，一级电场火花频率设定70次，二级电场频率设置40次，三级电场设置10次。测试期间运行状态良好，一级火花率为60次/min，二级火花率30次/min，3级火花率15次/min。除尘效率达到95%，排量30毫克。结论，设备安全可靠效果明显。
3.结束语
高频高压开关电源是未来电除尘设备的主流供电电源，本项目提出的全新的高频信号调制方式与印制电路变压器结合的方式对电源的整体性能有了一个明显的提高，同时也给今后高频电源的发展提供了一个新的标准。
参考文献
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[3]曹显奇，赵明，刘海江.应用FPGA的静电除尘电源控制器设计[J].高电压技术，2008，34（3）：525-528.
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高频电源篇6
关键词：变频 调速 主电路 电源电路
1.交一直一交变换的主电路
交一直变换电路就是整流和滤波电路，其任务是把电源的三相交流电变换成平稳的直流电，其构成如下：
1.1整流电路
在电路中采用了桥式全波整流电路，整流器件采用不可控的整流二极管如***中的VD1―VD6，整流器件的一般选择原则：
（1）最大反向电压URM：URM=2UM，式中，UM是电源线电压的振幅值。当电源线电压U1N=380V时，URM=2× ×380V=1073V，选URM=1000V。
（2）最大整流电流IVDM，IVDM=2IN，式中，IN为变频器的额定电流。
1.2滤波限流电路
1）滤波电路：由于受到电解电容的电容量和耐压能力的限制，滤波电路通常由若干个电容器并联成一组，又由两个电容器组串联而成，如***1中的CF1和CF2。因为电解电容器的电容量有较大的离散性，故电容器组CF1和CF2的电容量常不能完全相等，这将使它们承受的电压UD1和UD2不相等。为了使UD1和UD2相等，在CF1和CF2旁各并联一个阻值相等的均压电阻RC1和RC2。
2）限流电路：***1中，串接在整流桥和滤波电容器之间，由限流电阻RS和短路开关SS组成的并联电路。
（1）限流电阻RS：变频器在接入电源之前，滤波电容CF上的直流电压UD=0。因此，当变频器刚接入电源的瞬间，将有一个很大的冲击电流经整流桥流向滤波电容，使整流桥可能因此而受到损坏；同时，也可能使电源的瞬间电压明显下降，形成干扰。限流电阻RS就是为了削弱该冲击电流而串接在整桥和滤波电容之间的。
（2）短路开关SS：限流电阻RS如长期接在电路内，会影响直流电压UD和变频器输出电压的大小。所以，当UD增大到一定程度时，令短路开关SS接通，把RS切出电路。SS由晶闸管构成。
直――交变换电路：三相逆变桥电路的功能是把直流电变换成频率可调的三相交流电。其基本结构如下：
1.3逆变电路
在***1中由开关器件V1～V6构成的电路，常称逆变桥。V1～V6的工作接受控制电路中SPWM调制信号的控制，将直流电压UD“逆变”成三相交流电。
1）逆变器件的一般选用原则
（1）截止状态下的击穿电压：UCEX=2UDmax，式中，UDmax为直流电压的最大值。
（2）集电极最大电流：ICM=2Imax，式中，Imax力输出电流的最大值。
2）续流电路
续流电路由***1的VD7～VD12构成。其功能是：
（1）为电动机绕组的无功电流返回直流电路时提供通路；
（2）当频率下降，从而同步转速下降时，为电动机的再生电能反馈至直流电路提供通路；
（3）为电路的寄生电感在逆变过程中，释放能量提供通路。
1.4能耗制动电路
在变频调速系统中，电动机的降速和停机，是通过逐渐减小频率来实现的。这时：在频率刚减小瞬间，电动机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电动机的转子转速未变。当同步转速低于转子转速时，转子电流的相位几乎改变了180°，电动机处于发电机状态。与此同时，电动机轴上的转矩变成了制动转矩，使电动机的转速迅速下降。从电动机的角度来看，处于再生制动状态。
电动机再生的电能经***1的续流二极管（VD7～VD12）全波整流后反馈至直流电路，由于直流电路的电能无法回输给电网，反靠CF1、CF2吸收，尽管各部分电路还在继续消耗电能，但CF1、CF2上仅有短时间的电荷堆积，形成“泵生电压”，使直流电压升高。过高的直流电压将使各部分器件受到损害。因此，当直流电压超过一定值时，就要求提供一条放电回路，将再生的电能消耗掉。所在该变频调速系统中，是通过消耗能量而获得制动转矩的，属于能耗制动状态。
1）制动电阻：如***1中的RB就是制动电阻，用于将电动机的再生电能转换成热能而消耗掉。其选择方法如下：
（1）RB的阻值：一般情况下，RB的大小使制动电流不超过变频器额定电流的一半为宜，即IB=UD/RB≤IN/2 ，从而RB≥2 。
（2）RB的功率PB，由于RB的工况属于短时工作，故其标称功率可以比长期通电时消耗的功率小很多：PB≥aBUD2/RB，式中，aB为选用系数，取值范围约为aB=0.3～0.5，取决全电动机的容量和工况。当电动机的再生制动状态属于正常工作状态时，应取aB=1.0。
2）制动单元BV：BV的功能是，当直流回路的电压UD超过规定的限值时，接通耗能电路，使直流回路通过RS释放能量。
制动单元BV的组成；如***2虚线框所示，BV的组成如下：
（1）功率管VB用于接通与关断能耗电路，是制动单元的主体。
（2）电压取样与比较电路：由于VB驱动电路是低压电路，故只能按比例取出UD的一部分作为采样电压，和基准电压进行比较，得到控制VB导通或截止的指令信号。
（3）驱动电路：驱动电路用于接受“取样与比较电路”给出的指令信号，驱动VB导通或截止。
（4）功率管VB的选用：VB选用的器件是IGBT。其主要参数的一般选择方法如下：
①击穿电压UCEX：在电源电压为380V时，选UCEX=1000V即可。
②集电极最大电流ICM：按正常电压下流经RB的电流的两倍来选择，ICM≥2UD/RB。
2.电源供给电路：
如***3所示，220V交流电经保险后加在电源变压器的初级线圈两端。在变压器初级线圈两端并联C2的高耐压电容的作用减小或消除电源线路中的尖峰过电压干扰，因为单片机最怕这种干扰，所以必须加此吸收电路。
在变压器的次级上出来的13V交流电压经VD1～VD4整流，C1，C2滤波后成为约17V的直流电压。17V的直流电压经由三极管VT1，稳压二极管VD5和电阻R1组成的简单串联稳压电路后成为约12V的较为稳定的直流电压。该稳压电路的输出电压值由稳压二极管的稳压值决定。即输出电压（V）=稳压二极管稳压值0.7V。这12V的电压再经三端集成电路IC5，LM7805稳压后成为一个稳定的5V电压。这5V电压供单片机，温度检测和显示电路使用。12V电压供驱动电路使用。电容器C3、C4、C5、C6均是滤波作用。
高频电源篇7
引言
现代化工业生产中高速电机和超高速电机被广泛应用于诸如高速机床，涡轮分子泵，离心机，压缩机，飞轮贮能以及小型发电设备等工业领域。为使一台电机的转速达到60000r/min，逆变器必须提供至少1000Hz基频的交流电。
目前，国内在高频逆变器领域的研究中，主要还是采用正弦脉宽调制（SPWM）技术[1]。近年来出现了在正弦波中注入零序信号的非正弦脉宽调制技术。电压空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）即是在正弦波中注入适当的三次谐波的非正弦调制技术，它的线性调制度较SPWM高15％，而且输出谐波小。由于空间矢量控制实时算法含多个乘法运算和矩阵运算，而使运算量大，所以，对CPU的运算速度和数据处理技术要求就更高。为实现SVPWM的***运算，有人采用双CPU，双口RAM并行工作的原理，这样虽然高速性很好，但用两片CPU明显提高了设计难度和成本；而且在高频数字化控制领域，上述结构中CPU的数据交换和处理速度也将无法满足要求。本文针对全数字化高频SVPWM逆变电源对高速性、实时性、可靠性的要求，首先，改进了SVPWM算法，然后，在总结SVPWM开关模式后，提出了两种适合于高频SVPWM算法的优化开关模式，并在由TI公司高性能数字信号处理器TMS320LF2407A组成的频逆变数字控制系统中给予实现，同时进行了对比研究。
1 SVPWM的算法改进及两种优化开关模式
对于三相电压源型逆变器的6个开关管，用“1”和“0”分别代表上下桥臂的开、关状态，则开关信号共有8种组合，U1（100），U2（110），U3（010），U4（011），U5（001），U6（101），以及U0（000）和U7（111）。这8种组合，在复平面上，分别产生8种电压向量，如***1所示。其中U0及U7为零向量，6个非零向量构成了***中的六边形，并将六边形分为6个扇区。***中所示六边形内切圆和略小的同心圆分别表示SVPWM和SPWM的直流电压利用率。空间电压矢量法即是通过选取同一扇区中相邻两个非零矢量和适当的零矢量来合成一个等效的空间旋转电压矢量Uref（该电压向量在空间上理想轨迹是一个圆），调控Uref的频率、幅值和相位，即可实现逆变器输出电压频率、幅值和相位的控制。设T1及T2分别为同一扇区两相邻非零向量UX及UX±1，在同一个采样周期中对应的作用时间，T0为零向量作用时间，由SVPWM的原理可得式（1）。
***4 两种不对称的优化开关模式
TPWMUref=T1UX＋T2UX±1＋T0(UoorU7) (1)
对式（1），文献[2]给出T1，T2和T0的解，如式（2）。
式中：0απ/3，为Uref与A（或D）轴的夹角；
T1＋T2＋T0=T=TPWM，为控制周期；
m为调制度。
这种解法在Uref的幅值和相位已知条件下，可以精简控制算法，但在电机控制算法中，比如常用的转子磁场定向控制或气隙磁场定向控制中，电压的给定量[Ud，Uq]T通常是由电流内环id及iq通过电流调节器，或是文献[3]中所述，直接对id及iq进行定子电压解耦得到，而此时再用以上求解算法需先把给定量转换为Uref的向量表达式，这将会加大指令开销，不利于快速实时控制，所以，有必要对式（1）的求解方法进行改进。
设D及Q为固定于定子的坐标轴系，且D轴与电机A轴重合，Q轴超前D轴90°。通过式（3）可以进行磁势不变的坐标变换，得到对应于U1～U66个非零向量在D及Q坐标轴系上的表示，即U1对应S1（2/3，0），U2对应S2（1/3，1/）等，如***1中所示。
由式（1）及式（3）可以得到一种求T1，T2和T0的新方程组式（4）。
对于式（4），在软件中的求解是根据[SX，SX±1]所在的扇区数S（S=0，1，2，3，4，5）作一个关于[SX，SX±1]－1的长度为24（每扇区4个）的表格，存入DSP的程序存储器，在程序运行中进行查表计算，这样可以方便快速地进行矩阵运算，而且运算量小，速度快，适合于高频逆变电源的控制要求。此外，无论电机采用经典的V/F控制还是采用先进的转子磁场定向控制等，都可采用此改进算法。
由式（4）可知，只要各向量的开关时间满足T1，T2和T0的关系，即可实现电压空间矢量脉宽调制技术，对于开关状态的先后顺序及起点时间并无限制，这就为减少开关动作次数和减少谐波的优化控制提供了可能。***2列出了所有可能的空间矢量开关状态变化***，每个箭头表示一个开关动作。例如，从开关状态S0变到S1，至少需要1次开关动作，而从S1到S4则至少需要3次的开关动作。采用适当的开关模式可以减少每个采样周期内的开关动作次数，降低开关损耗，减小开关管的温升，从而保证高频逆变电源的安全运行。经过对比研究，可得出结论：优化的空间矢量开关模式在任意两相邻空间矢量转换中只有一次开关动作。***3及***4分别给出了扇区1中对称和不对称的SVPWM优化开关模式。它们的共同点是：在模式1的一个采样周期中同时用到了S0和S7两个零向量；而模式2只用到一个零向量，即S0或S7。***3中的模式1在一个采样周期中，3个桥臂有6次开关动作；该开关序列在加入死区后，仍是对称的。模式2在一个采样周期中，3个桥臂只有4次开关动作，开关损耗只有第一种的67％；但该开关序列在加入死区后是不对称的，会增加谐波分量。同理分析，***4中的两种模式较之***3中的两种模式，开关次数均减少了一半，但由于它们是不对称的脉冲模式，在输出电流中会造成较大的谐波含量，从而增大脉动转矩，使电机在高速运行时剧烈振动，会引起诸多不安全因素。所以，在高频SVPWM逆变电源中，***3所示的两种优化开关模式是其首选开关模式。以下将对之进行实验分析。
2 高频SVPWM逆变器的设计
2.1 硬件设计
高频逆变电源要求控制器能够在最短的时间内，完成全部控制运算。对各种单片机和DSP的性能进行比较筛选后，本文设计的逆变器数控系统采用TI公司DSP24x系列的最新成员TMS320LF2407A。该芯片具有同类DSP中最优越的一些性能，只需一片TMS320LF2407A即可实现高频SVPWM逆变电源数字控制系统的设计。在TMS320
LF2407A时钟输入引脚上接20MHz晶振，后经内部锁相环倍频后得40MHz时钟频率，这样指令执行周期可缩为25ns，较C240DSP速度整整提高了1倍。另外，TMS320LF2407A还具有外部集成度更高，程序存储器更大，A/D转换速度更快的特点，且其独特的空间矢量PWM波形产生电路，更为完成高频SVPWM算法提供了方便，同时可使数字控制系统最小化。
对于输出频率为1000Hz的逆变器，开关频率至少要在20kHz以上，但是开关频率过高又会给DSP的运算及A/D转换带来压力。另外，死区时间在理想脉宽中所占的比例过大，对调制线性度也会造成不良影响，经权衡，本系统控制周期取为23.8μs，这样采用优化模式1时的开关频率为6的倍数42kHz，而采用优化模式2，开关频率仅为28kHz。普通的IGBT已经无法承受这么高的开关频率，所以，逆变器主电路采用分立MOSFET(IRFPC60)组成的三相桥式电路结构。为实现高频信号驱动，和最大地简化电路，硬件设计中除了采用贴片式DSP外，还采用IR公司的高压浮动MOS栅极驱动芯片IR2130。***5为逆变器系统示意***。实际工作时，DSP在每个控制周期中经A/D采样频率给定信号后，根据V/F控制原理和改进的SVPWM算法，选择优化开关模式，来产生6路PWM信号，经高速光耦隔离后送IR2130驱动6个MOS管来带动一个三相感性负载工作。
IR2130为单电源＋15V工作；可直接驱动600V高压系统；自带硬件死区和欠压锁定功能与过流保护功能；通过自举电路，可同时驱动3个桥臂的6个MOS管。注意到采用***3所示优化开关模式2时，生成的PWM波中会出现一段长时间导通或关断的脉冲信号，这就要求IR2130的自举电容能够提供足够大的驱动电荷，否则，将无法驱动高端MOS管。自举电容所需的最小电容值，可由式（5）计算。
式中：Qg为高端器件栅极电荷；
f为工作频率；
Iqbs(max)为高端驱动电路最大静态电流；
Icbs(leak)为自举电容漏电流；
Qls为每个周期内，电平转换电路中的电荷要求；
Vcc为芯片供电电压；
Vf为自举二极管正向压降；
Vls为低端器件压降或高端负载压降。
***7 控制系统仿真模型
经计算并取安全余量后，采用4.7μF的CBB电容作为自举电容。
电路设计中考虑高频逆变器的安全运行，还通过DSP的信号采集，进行过、欠压，过流，过温等保护电路的设计。
硬件系统采用TOPSwitch反激式电源，分别为控制电路，驱动电路，保护电路提供＋5V，±15V等5路相互隔离的辅助电源。
2.2 软件设计
在软件编写中，根据高频逆变电源的控制要求，全部采用编译效率最高的汇编语言，这样可更有效地利用TMS320LF2407A的高速数据处理能力。同时，软件中尽量使用240x系列DSP的复合指令，如MPYA，SPAC，LTS，DMOV等，以最大程度地精简程序，减小DSP运算量。以下将结合改进的SVPWM算法，分别对两种开关优化模式进行编程。
2.2.1 优化模式1的纯软件波形生成法
该法从开关时间参数的计算到输出向量的选取，全部采用软件实现。软件由三部分组成，即主程序，定时器周期中断子程序和保护中断子程序。主程序负责各种初始化工作；保护子程序完成故障监控和故障处理功能。程序主体为定时器周期中断子程序，负责完成SVPWM的改进算法及模式1的PWM波输出。程序流程***如***6所示。
2.2.2 优化模式2的混合波形生成法
为实现优化模式2的开关动作，可利用TMS320LF2407A内部极大简化的电压空间矢量PWM波形产生硬件电路，即软件结合集成硬件的混合波形生成法。在软件中只要对相应的控制寄存器进行设置即可。必须添加的步骤如下：设置COMCONA寄存器使DSP工作于空间矢量PWM模式；查表并将每个控制周期中初始向量（UX）的开启方式写入到ACTRA.14～12位中，如U1的写入值为（100）；将“1”（“1”表示参考向量Uref为顺时针旋转，“0”表示Uref为逆时针旋转）写入ACTRA.15中；最后将T1/2写入到CMPR1寄存器，将（T1＋T2）/2写入到CMPR2寄存器。这样，空间矢量PWM波形产生硬件电路将根据初始向量和参考向量的旋转方向，自动选择模式2所示的优化开关组合。
3 实验结果分析
为验证本文提出的SVPWM改进算法和两种优化开关模式的实际效果，首先进行了MATLAB仿真验证。控制系统仿真模型如***7所示。由于数字化SVPWM逆变器模型实为一个离散控制系统，所以采用MATLAB中的S函数编程，来模拟SVPWM离散算法，只要改变S函数输出向量的时间和顺序就可分别实现两种优化开关模式的控制仿真，***7中cqc模块为S函数模块。
***8及***9分别为感性负载下两种优化模式在1000Hz输出时的仿真波形。其中uan及ubn为经过一阶RC滤波后的相电压波形，uab为RC滤波后的线电压波形，is－a为对应电流波形。由仿真波形可见，采用开关优化模式1时，相电压为典型的马鞍波形，其对应的线电压、线电流谐波含量很小，不过在一个采样周期中开关次数较多。而采用优化模式2时，相电压中出现了微小畸变，使得输出线电流谐波含量增加，但是它的开关损耗仅为前面的67％，这将有利于高频逆变器向更高的控制频率发展。可见二者各有优缺点。
***10及***11为在TMS320LF2407A最小控制系统下的实验波形，可见与仿真波形相似。实验样机设计输出功率为2000V·A，输入是220V，50Hz单相交流电,输出为可在0到1000Hz连续变化的三相交流电。由于IR2130自带2μs的死区，使得模式2的PWM波形不再具有对称性，这导致了实验中输出相电压马鞍波形畸变得更大些。但从线电压，线电流上看，两种方法所输出的波形均具有很高的正弦性。
另外，经过计算可知，改进SVPWM算法后，采用两种开关优化模式的周期中断子程序，TMS320LF2407A均可在7.2μs内执行完毕，而控制周期为23.8μs，这就为DSP完成其他更复杂的电机控制程序预留了足够的程序处理时间。
高频电源篇8
【关键词】电源；遥测；功能；故障；信息
发、变电站的高压开关、继电保护和自动化装置的直流电源以往都是用硅整流柜配合铅酸蓄电池做为电源的，不仅蓄电池总需定期维护、充、放电，而且硅整流装置只能运行在浮充状态，充放电时需人工监视，经常出现充放不及时或过充欠充现象，而且调节复杂，不易控制，不仅使直流电源质量降低，而且严重危害了电池的寿命。PZWG系列智能型全自动高频直流电源装置是由免维护铅酸蓄电池和高频充电机整流模块和触摸屏控制系统组成，电源监控系统可以全面管理系统的运行、记录，统计各种运行数据和故障出处，具有“遥测、遥信、遥控、遥凋”的功能，真正实现电源系统的全自动运行“。
1 自动控制系统构成及功能
自动控制系统主要由充电控制单元、电池管理单元、馈线管理单元组成，且各单元均独成一体，可***于系统单独运行。
1.1 充电控制单元
它是主控单元和充电机的接口部分，通过它控制充电机按最适合维护电池的充电曲线自动分阶段给电池充电，延长电池的使用寿命。同时监测充电机的运行状态，在其出现故障时通过主控单元向操作者及上位机发出报警信号，便于系统管理人员及时排除故障。
1.2 电池管理单元
***监测电池组中每一只电池的电压、电流、温度、内阻，剩余电量等运行状态，准确预告电池失效及异常，保证直流系统的稳定可靠。
1.3 馈线管理单元
用于监测直流系统的对地绝缘情况，准确给出接地支路号及接地电阻值，有效防止直流系统的负载部分出现多路接地造成误动而酿成重大事故，并且监测直流系统中各馈线的状态。
2 充电机的原理及具备的功能
PZWG21系列专用全自动充电机，经过精心设计制作，全自动工作，装置在使用现场只需要合上交流进线开关、电池开关、直流输出开关即可全自动运行，无需操作整定。系统为双充电机，单电池，双母线分段，设有母联开关。正常情况下两充电机应***运行，如其中一台出现故障，可将母联开关合上，母联开关在任何状态下都可以投入。
充电机主回路采用全自动高频充电机整流模块K1B10，该模块采用先进的有源功率因数校正技术，脉宽调制软开关技术，主回路采用半桥整流，控制回路以PWM专用芯片及运算放大器为核心，采用双环反馈，来实现稳注稳压。
充电机工作时处于恒流均充状态，按事先设定好的电流值给电池恒流充电，当充电压达到均充值时，装置转为恒压均充状态，当均充电流小于均充转浮充电流的设定值时，均充倒计时开始计时，当计时结束或当均充时间达到均充保护设定时间后，装置转为浮充电，并一直以浮充电方式运行下去，当浮充电流大于浮充转均充电流设定值时，装置又进入稳流均充状态，自动重复上述工作过程。
充电机的保护功能有：输出过载保护（限流）、输出短路保护（限流）、输出过压保护（关断）、输入欠压保护（关断，自恢复）、输入欠压保护（关断，自恢复）。
3 装置启机与操作方法
第一步：合“电池开关”此时控制母线有电，如电压正常（DC220V）可以打开显示器、绝缘检测仪等设备的开关。
第二步：合充电机输出开关。
第三步：合交流输入开关，此时充电机开始工作。
第四步：合控制母线及合闸母线各负荷开关。
第五步：操作显示器触摸屏面板，使显示器显示所需监测的数据。
4 结束语
该装置通过现场的实际运行，操作维护方便，，用户在现场只需操作、无需整定、就可全面管理系统的运行，而且对电池充、放电控制精确，是发、变电站直流电源系统值得推广使用的装置。
【参考文献】
高频电源篇9
Abstract： The adverse geological survey of the highway tunnel circumvent the construction risk. Controlled source audio magnetotelluric method using electrical characteristic differences in different lithologies could divided the Rock Classification discriminant fracture zones better，and to provide information on the basis for the design and construction of the tunnels.
关键词： CSAMT（可控源音频大地电磁）；公路隧道；不良地质现象；电阻率
Key words： CSAMT；vehicular tunnel；bad geological phenomenon；electrical resistivity
中***分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）05-0089-02
0 引言
公路隧道洞身穿过地段的断裂破碎带、软弱或含水岩体、岩溶发育等地质现象是隧道施工过程中的巨大隐患。隧道洞身埋深多超过百米，直接有效的方法当然是钻探，但由于其间距大，成本高且效率低，特别是在地质条件复杂地区缺乏代表性，因而，采用高效快捷的高密度阵列测深法有比较现实的意义[1]。研究表明完整岩体和破碎、软弱岩体以及富水和岩溶发育区在电阻率参数上存在明显差异，通过研究电阻率参数的变化及差异可以实现对不良地质体和围岩级别的划分。V8可控源音频大地电磁法（csamt）是主动源频域电磁测深法，具有工作效率高、水平分辨率强、纵向频点数灵活、受高阻屏蔽作用小、对低阻层（体）反映灵敏、探测深度适中等优点；同时采用单发双收或双发双收可极大降低生产成本和提高工作效率。[2]。
1 CSAMT方法原理
可控源音频大地电磁法（CSAMT）是通过供电电极AB向地下供入交变电流，在垂直电偶极源AB中垂线两侧？准4δ（δ：趋肤深度）的范围内观测AB方向的电场Ex和与之垂直的磁场Hy来计算卡尼亚视电阻率：ρs=■■■■
而探测深度D与大地电阻率和使用的工作频率有关，计算公式为：D=■=356■
从上式可见，当地表电阻率固定时，电磁波的传播深度（或探测深度）与频率成反比。高频时，探测深度浅，低频时，探测深度深。可以通过改变发射频率来改变探测深度，从而达到频率测深的目的[3]。
2 资料解释
结合隧道工程地质资料，对反演得到的视电阻率断面***进行进行分析与解释推断。根据电阻率断面***中背景值的大小、低阻异常的形态、低阻异常值及其与背景值的差异等，结合实际地段所对应的地层岩性，对地层分界线、岩体完整性、含水情况进行判释。对勘探资料的分析有定性分析和定量分析[4]。
2.1 定性分析
2.1.1 视电阻率、相位曲线类型分析
分析曲线类型的变化情况，可以了解区域构造轮廓，根据测点之间的视电阻率曲线类型的变化趋势，可以确定断裂位置，曲线类型分析还可以划分电性层，是单个测点电性层划分的主要依据。
视电阻率、相位曲线是将仪器所接收的电场、磁场时间序列信号换算为频率域信号后计算得到，经过简单的剔除飞点处理，视电阻率、相位曲线接近于原始数据，而视电阻率、相位曲线形态反应了地下介质的电性特征，可以依据其特征判别岩层分界（断层）或物探异常。
根据对AK178+205、AK182+121与AK184+608视电阻率与相位曲线的分析，在AK178+205处，电阻率曲线由Q型变为K型，反应地下电阻率由高-低-低转变为低-高-低的电性特征，曲线类型发生变化，电阻率高低也有明显差异，同时相位曲线形态也发生变化，结合地质资料可以初步推断此处存在隐伏断层或岩层分界。在AK182+121、AK184+608两处，电阻率曲线类型由H型转换为A型，反应地下电阻率由高-低-高转换为低-高-高的电性特征，同时相位曲线类型也在相应位置有对应的变化趋势，可初步推断AK178+205、AK182+121与AK184+608位置为岩性分界面。
2.1.2 视电阻率断面***分析 根据视电阻率沿横向和纵向的变化情况，视电阻率断面***上等值线的密集带、扭曲和畸变情况可以划分电性层。（见***4）
根据视电阻率断面***分析可知：AK178+205，AK182+121，AK184+608附近等值线密集，视电阻率差异明显，初步推断该测点处可能存在岩性分界面。地质资料综合分析对比，推断解释了AK178+205，AK182+121，AK184+608三处地层分界线。
2.2 定量分析
通过对电性特征的分析对比，将视电阻率断面***划分为Ⅲ、Ⅳ、Ⅳ～Ⅴ、Ⅴ四类围岩。视电阻率大于800Ω·m为较完整岩体，推断为Ⅲ类围岩；300～800Ω·m为较破碎岩体，推断为Ⅳ类围岩；100～300Ω·m为破碎岩体，推断为Ⅳ～Ⅴ类围岩；小于100Ω·m为极破碎岩体，推断为Ⅴ类围岩。
2.3 资料解释
AK177+934～AK178+205段地表以碎石土为主，结构松散，洞身下部标高3150米以下，岩体视电阻率低，岩性极破碎，推断为Ⅴ类围岩，易坍塌、冒顶，应加强支护。但由于进口处有高压线与测线呈大角度斜交，因此，该段资料不可靠，建议设计和施工时，采用超前预测、预报等方法进一步勘察。
AK178+205～AK182+121段岩性以变质细砂岩、板岩为主，夹千枚岩、炭质千枚岩。从电性特征反映来看，本段大部分为低阻区，岩体破碎，地下水富集，施工时应加强支护，防止坍塌和出水事故发生。
AK184+333～AK184+608段，视电阻率低，推测岩体破碎，推断本段为Ⅳ～Ⅴ类围岩，施工时应加强支护。
3 结论
根据电性特征，结合公路院提供的地质资料综合分析对比，推断解释3处地层分界线。推断解释了岩体富水情况及完整程度，并划分为Ⅲ、Ⅳ、Ⅳ～Ⅴ、Ⅴ四类围岩，其中Ⅲ类岩体8处，Ⅳ类岩体7处，Ⅴ类异常9处，其余为Ⅳ～Ⅴ类异常，对岩体的完整性和富水情况进行了初步判断。
公路隧道施工中应用可控源成果资料结合地质钻探调查能有效地对围岩级别做出划分，圈定不良地质体，为隧道的设计和施工提供宝贵资料，在超长隧道深层地质勘察中更具有高效、快捷的优点。观测数据的质量是资料解释的关键，保证高质、高效的措施有处理发射偶极距接地电阻、加大供电电流、增加观测信号强度、适当加密观测频点。在围岩级别的划分上需结合隧道穿越不同地段岩性地质的认识，合理地掌握分级标准。
参考文献：
[1]李金铭等.地电场与电法勘探[M].北京：地质出版社，2005.
[2]张兴昶，梁彦忠.V8大地电磁系统在隧道勘查中的应用效果分析[A].铁路勘测技术学术会议论文集[C].2006，167-170.
高频电源篇10
关键词:高压变频器 瞬停保护 电磁干扰
随着电力电子技术以及计算机控制技术的飞速发展,交流调速逐步取代直流调速,计算机数字控制技术逐渐取代模拟控制技术。高压变频调速装置也不断发展成熟,原来一直难于解决的高压问题,近年来也通过高压变频器得到解决。但是高压变频器在应用过程中仍然存在瞬停保护以及电磁干扰等问题,严重影响变频器的正常运行。
1、高压变频器简介
变频器是通过电力半导体器件的通断将工频电源转变为另一种频率的电能控制装置。高压变频器种类很多,按照中间环节有无直流部分,可以分为交交变频器和交直交变频器;按有无中间低压回路,可以分为高高变频器和高低高变频器;按照直流部分性质可以分为电流型和电压型;按电压等级和用途,可分为通用变频器和高压变频器等。高压变频器应用范围越来越大,被广泛引用于石油化工、市***供水、电力能源、冶金钢铁等行业的各种风机、水泵、轧钢机以及压缩机等。
2、高压变频装置运行时出现的问题分析
2.1 变频器出现瞬停故障
当高压变频器检测到主电源电压小于80%时,就会立即停止输出,此时电动机出现自由惰走现象,当主电源电压恢复90%时,变频器则跟踪电动机的实际转速,电动机转速恢复正常。当主电源电压在2秒内仍未恢复电压的90%时,变频器则会跳闸,变频器的主电源电压降低到一定值时,为了保护变频设施,变频器不得不停止输出。在实际生产过程中,影响变频器主电源电压发生骤降的因素有很多,如电源切换、大容量电机启动以及外部故障的影响等。
2.2 影响变频器瞬停保护因素分析
（1）厂用电系统切换电源的影响:现阶段,很多电源快速切换装置已经被广泛应用于大容量发电机组用电系统中。很多微机型的切换电源的切换功能可靠性较高,通常均能实现快速切换功能,很少发生非正常切换的现象。在实现串联快速切换的同时有大容量电机启动,这会导致母线电压出现最恶劣现象,切换时电压波动导致母线电压下降80%以下,很多进口变频器或者国产变频器均不能适应这种大范围的电压扰动。（2）大容量电机启动:大容量电机启动时的启动电流将会达到额定电流的5~7倍,这会导致母线电压在很大范围内下降,且启动时间较长,为10~15秒。（3）外部故障的影响:当用电系统或者相连电网发生外部故障时,母线电压会随之下降。由于故障类型、故障发生地点以及开关类型各不相同,所造成的母线电压的恢复时间也各不相同。其中以母线附近发生三相短路故障造成损失最大。
2.3 防止变频器出现瞬停故障对策
为了防止变频器经常发生瞬停故障,要对变频器的参数进行一定的设定及修改。通常情况下,以保证变频器正常运行为前提,其瞬停保护电压设为额定电压的65%~80%,恢复延时为2~3秒。针对变频器经常出现瞬停保护动作,首先要保证变频器的正常运行,再将变频器的瞬停动作电压设置为的额定压75%,延时仍设置为2秒。
3、高压变频器电磁干扰
3.1 高压变频器电磁干扰的主要来源
高压变频器与普通变频器最大的不同之处在于电压值的大小不同,高压变频器会产生强烈的信号干扰。电磁干扰对高压变频器产生较大干扰,主要从传导、电磁辐射、感应耦合三种途径产生。
（1）传导:通过传导途径产生的干扰强度较大,产生的电磁干扰表现为:与抵押网络相连的变频器产生干扰信号通过配电变压器传入中压网络,最终进入民用低压网络,导致电气设备受到电磁干扰而无法接收信号,造成变频器传输信号中断。（2）电磁辐射:变频器逆变桥的主要技术使变频器的脉冲宽度调制,当按照给定频率和复制产生预期的和重复开关模式时,会输出离散的电压和电流功率谱,造成高次谐波,对变频器产生干扰。（3）感应耦合:电力线路以及通信线路之间耦合产生电磁干扰。感应耦合在临近到县内产生感应电压或者感应电流,对变频器产生不利影响。感应耦合出现形式包括导体间电容耦合、电感耦合或者电容电感混合状态。
3.2 变频器抗干扰措施
（1）接地:由噪声引起的电磁干扰常采用接地方式进行调整。变频器接地方式常常采用多点接地、母线接地以及一点接地等方式。电力人员在采用接地方式时需根据实际需求,利用良好的接地控制噪声耦合,经接地改造后变频器抗干扰性得到明显提高。（2）隔离:隔离的目的是将变频器与其他线路相隔离,避免电磁干扰对其他正常电路造成干扰。通常情况下,可以利用电子检测仪器发现电路异常以后,然后对电路进行相应的改造处理,将干扰源与其他线路隔离开来,主要从电路上完成高压变频器的隔离处理。（3）屏蔽:在了解变频器干扰来源的情况下,直接对电磁干扰来源进行屏蔽处理。由于高压变频器结构的特殊性,屏蔽电磁干扰的关键在于对于信号线路的调整。（4）安装:高压变频器安装工艺的好坏直接影响着其性能的发挥,如果在安装环节出现错误将会直接损坏变频器的精密度,使其信号传递减弱。高压变频器的安装需要注意一下两方面:首先是安装温度,高压变频器的安装温度范围要控制在-10℃~50℃;其次是控制安装高度,变频器需安装在距离地面1000米的地方。（5）滤波:高压变频器时通过调整电机工作电源频率对交流电动机进行控制的,这样很容易在电源传输过程中出现谐波干扰。因此需对变频信号的传输进行过滤处理,这样便可提前检测异常信号,避免变频器受到电磁干扰。
4、结语
随着我国社会主义市场经济的快速发展,对电力能源的需求快速增长,电网规划成为电力改造中的重要内容。高压变频器作为主要调控装置被广泛应用,要针对其运行过程中出现的各类问题制定有效的防范措施,从而改善调控水平,保证变频装置安全可靠运行。
参考文献