直流电源培训郑州.pptx

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1、内容简介内容简介1 1 1 1、直流电源发展历史、直流电源发展历史 桥式整流器桥式整流器 相控整流器相控整流器 线性稳压电源线性稳压电源 开关电源开关电源2 2 2 2、开关电源基础、开关电源基础 开关电源的分类开关电源的分类 开关电源的组成及工作原理开关电源的组成及工作原理 输入电网滤波器输入电网滤波器 交流整流滤波交流整流滤波 直流变换器直流变换器 高频磁性材料高频磁性材料 高频半导体器件高频半导体器件 开关电源的并联均流开关电源的并联均流 PWMPWM集成控制器的基本原理3 3、直流电源可靠性、直流电源可靠性 可靠性衡量指标可靠性衡量指标 冗余并联系统的可靠性冗余并联系统的可靠性4 4、

2、影响直流电源可靠性的因素、影响直流电源可靠性的因素 环境条件环境条件 电网电压电网电压 元器件及制造工艺元器件及制造工艺 配置及运行方式配置及运行方式5 5、直流电源的运行与维护、直流电源的运行与维护 蓄电池的运行与维护蓄电池的运行与维护 充电装置的运行与维护充电装置的运行与维护6 6 6 6、直流电源状态评价、直流电源状态评价 蓄电池的状态评价蓄电池的状态评价 充电装置状态评价充电装置状态评价7 7、直流电源综合测试装置简介、直流电源综合测试装置简介第1页/共56页1、直流电源发展历史直流电源发展历史1.11.1桥式整流器（单相）利用二极管的单向导电特性，当利用二极管的单向导电特性，当u u

3、2 2为正半周时，为正半周时，a a端电位高于端电位高于b b端电位，端电位，二极管二极管VD1VD1、VD3VD3正偏导通；而当正偏导通；而当u u2 2为负半周时，为负半周时，b b端的电位高于端的电位高于a a端，端，二极管二极管VD2VD2、VD4VD4导通，因而在导通，因而在u u2 2的一个周期内，负载电阻的一个周期内，负载电阻R RL L的电压的电压波形如图波形如图b b所示。所示。输出平均电压：输出平均电压：iD1,3iD2,4VD4VD3VD2VD1Tru1u2abRLuoa桥式整流电路OOOiD1,iD3iD2,iD4iD1,iD3432tu2tiotuoD1 D3导通D2

4、 D4导通D1 D3导通D2 D4导通iD2,iD4第2页/共56页1.11.1桥式整流器（三相）bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d11 1、直流电源发展历史、直流电源发展历史u2ud1ud2u2Luduabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OwtOwt输出平均电压：输出平均电压：第3页/共56页2023/2/2341 1、直流电源发展历史、直流电源发展历史 对于桥式整流器，当输入交流电压确定时，直流输出电压也确对于桥式整流器，当输入交流电压确定时，直流输出电压也确定，如果需要改变直流输出电压，必须改变变压器初级线圈和次定，如果需要改

5、变直流输出电压，必须改变变压器初级线圈和次级线圈的匝数比。在匝比数确定的情况下，如果输入交流电压发级线圈的匝数比。在匝比数确定的情况下，如果输入交流电压发生变化，直流输出电压也发生变化。此外，前述得到的输出电压生变化，直流输出电压也发生变化。此外，前述得到的输出电压表达式忽略了整流器的内阻，当负载电流发生变化时，整流器的表达式忽略了整流器的内阻，当负载电流发生变化时，整流器的内阻将使输出电压随之发生变化，即桥式整流器不具备稳压功能。内阻将使输出电压随之发生变化，即桥式整流器不具备稳压功能。为使桥式整流器的输出电压能够很方便的调整，并具有稳压功能，为使桥式整流器的输出电压能够很方便的调整，并具有

6、稳压功能，可以采用由晶闸管组成的可控整流器。这种靠改变晶闸管导通来可以采用由晶闸管组成的可控整流器。这种靠改变晶闸管导通来控制整流器输出电压的电源称为控制整流器输出电压的电源称为相位控制型整流器，简称相控整相位控制型整流器，简称相控整流器或相控电源。流器或相控电源。在相控型电源中，采用适当的控制电路使晶闸管的导通相位根据在相控型电源中，采用适当的控制电路使晶闸管的导通相位根据输入电压或负载电流变化自动调整，其输出电压就能稳定不变。输入电压或负载电流变化自动调整，其输出电压就能稳定不变。1.21.2相控整流器相控整流器第4页/共56页1 1、直流电源发展历史、直流电源发展历史1.21.2相控整流

7、器（单相）相控整流器（单相）直流输出电压平均值为：在t=处给VT1、VT4加入触发脉冲，在t=+处给VT2、VT3加入触发脉冲。在u2的正半周内，a端电位高于b端电位，VT1和VT4承受正向电压，但在0-之间，VT1和VT4不导通，负载电压ud与负载电流id均为零。在-之间，VT1和VT4均处于导通状态，ud等于u2。在u2的负半周内，a端电位低于b端电位，VT2和VT3承受正向电压，但在-+之间，VT2和VT3不导通，负载电压ud与负载电流id均为零。在+-2之间，VT2和VT3均处于导通状态，ud等于u2。第5页/共56页 1 1、直流电源发展历史、直流电源发展历史1.21.2相控整流器（

8、三相）相控整流器（三相）直流输出电压平均值为：u2ud1ud2u2Luduabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OwtOwt第6页/共56页2023/2/2371 1、直流电源发展历史、直流电源发展历史调整管比较放大部分反馈采样部分基准电压部分+RLUo+Uin指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低；发热量大（尤其是大功率电源）。1.31.3线性稳压电源线性稳压电源第7页/共56页2023/2/2381 1、直流电源发展历史

9、、直流电源发展历史1.31.3线性稳压电源线性稳压电源Uz是基准电压，Ube2是VT2的基极和射极之间的电压。在R1、R2、R3的阻值和Uz+Ube2不变时，不论Uin以及RL如何变化，Uo都不变。第8页/共56页1 1、直流电源发展历史、直流电源发展历史 在线性电源中，功率调整器件串联在负载回路中，而且工作在线性区，因此功率转换效率较低。为提高效率，必须使功率调整器件处于开关工作状态，导通时，压降很小，几乎不消耗能量，关断时漏电流很小，也几乎不消耗能量，因此，功率转换效率较高。开关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

10、关直流电源，简称开关电源（Switching Power Supplies，缩写SPS）。根据电工学原理，在输出功率一定的条件下，变压器铁芯的截面积与频率成反比。当工作频率由50Hz提高到50kHz时，铁芯截面积将大大减小。1.4开关电源第9页/共56页2023/2/23102 2、开关电源基础、开关电源基础开关电源的主要组成部分是直流-直流变换器，根据直流-直流变换器的工作原理，开关电源可分为脉宽调制（PWM）、脉频（PFM）调制两种类型。根据输入电路和输出电路的关系，开关电源可分为不隔离式和隔离式两种类型。在不隔离式开关电源中，根据输出电压与输入电压的关系，可分为升压型、降压型和反相型三种

11、类型。在隔离式开关电源中，根据变换器的结构，分为单端反激型、单端正激型、推挽型、半桥和全桥五种类型。2.1 开关电源的分类第10页/共56页2023/2/2311 2 2、开关电源基础、开关电源基础2.22.2开关电源基本组成及功能开关电源基本组成及功能开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、直流变换器、控制电路、保护电路。输入电网滤波器：消除来自电网，如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。输入整流滤波器：将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。直流变换器：是开关电源的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电压，通过高频变压器

12、隔离，再将高频变压器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压，同时还防止高频噪声对负载的干扰。控制电路：检测输出直流电压，并将其与基准电压比较，进行放大。调制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。保护电路：当开关电源发生过电压、过电流短路时，保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。第11页/共56页2023/2/2312 2.3 2.3 输入电网滤波器 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。输入电网滤波器的性能直接关系到开关电源的电磁兼容性能。对于开关电源主要考虑传导噪声，需要消除差模及共模噪声，因此，通常由

13、差模电容、共模电容（Y电容）、共模及差模电感以及电容的放电电阻组成。电源输入负载输出简单的电网滤波器示意图2 2、开关电源基础、开关电源基础第12页/共56页2023/2/23132 2、开关电源基础、开关电源基础 2.4 2.4 输入整流滤波 开关电源输入一般采用桥式整流和电容滤波的方式，单相或三相电网电压经桥式整流、电容滤波后变为直流。电容的容量越大，电容器两端的交流纹波分量越低，交流电压突变影响越小，越有利于开关电源的稳定。由于整流-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，虽然输入交流电压是正弦，但输入电流波形是宽度

14、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100%130%。个人电脑PWMPWM电源输入电流波形UinUoIin为解决这一问题，对于单相交流输入的电源，可以采用有源功率因数校正技术，使开关电源的功率因数提高到0.99以上，总电流谐波失真小于7%；对于三相交流输入的电源，可采用电感、电容组成的无源功率因数校正技术，使开关电源的功率因数提高到0.9以上，最大谐波电流含有率小于30%第13页/共56页2023/2/2314 直流变换器是开关电源的核心部分，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，通过高频变压器隔离，再经过二极管整流、电感、电容滤波后变为稳定的直流输出

15、电压。2.52.5直流变换器2 2、开关电源基础、开关电源基础ton是开关管的导通时间，T是PWM脉冲的时间周期，D称为PWM脉冲的占空比。从输出电压的公式可以看出，当Uin发生变化时，通过调整占空比D可以保持输出电压的稳定UinDn1/n2Uo第14页/共56页2023/2/2315全桥变换器由4只开关管组成。两只对角线的开关管同时导通和关断。当S1和S4导通时，输入电压Ui加到变压器初级，在变压器次级线圈上感应出电压，二极管VD1和VD4导通，电感L中的电流线性增加，能量传递给负载。经过ton后，S1、S4关断，变压器次级绕组电压消失，电感L中的电流开始线性下降，4个二极管同时导通，电感中

16、存储的能量传递给负载。2.52.5直流变换器2 2、开关电源基础、开关电源基础第15页/共56页2023/2/23162.62.6高频变压器磁性材料2 2、开关电源基础、开关电源基础开关电源高频变压器和高频电感主要采用软磁铁氧体材料，包括MnZn、NiZn、MgZn三大类，其中MnZn系铁氧体材料有高的磁导率和较高的饱和磁感应强度，在1MHz以下有低的磁损耗，所以更适合于大功率使用。开关电源对铁氧体材料主要电磁特性要求可归纳以下三点：1）饱和磁感应强度Bs要尽可能高；2）磁心功率损耗Pc在实际工作频率和工作温度范围（如60100）要尽可能低；3）磁导率要适当地高。在进行变压器设计时，磁心损耗2

17、00mW/cm3是一个适宜的限制值。在规定的磁心损耗下，提高工作频率，必须相应降低工作磁通密度值。第16页/共56页2023/2/23172.72.7高频功率半导体器件2 2、开关电源基础、开关电源基础MOSFET具有快速的开关性能，不存在存储效应，没有存储时间，可在1MHz高频下有效工作。当栅源电压大于10V时，器件工作在导通电阻区。是典型的电压控制器件，便于简化驱动电路。MOSFET的安全工作区很宽，由电流额定值、电压和功率负荷能力所决定。MOSFET的最小导通电压由器件的漏源间导通电阻决定，通常低压器件的导通电阻值较小，高压器件的导通电阻值较大。导通电阻具有正温度系数，当温度升高时，导通

18、电阻增大，有利于多个器件的并联。目前商用MOSFET的容量900V36A，低压MOSFET的容量为50V120A。第17页/共56页2023/2/23182.72.7高频功率半导体器件2 2、开关电源基础、开关电源基础MOSFET转移特性及开关特性第18页/共56页2023/2/23192.72.7高频功率半导体器件2 2、开关电源基础、开关电源基础MOSFET驱动特性第19页/共56页2023/2/23202.72.7高频功率半导体器件2 2、开关电源基础、开关电源基础MOSFET温度特性第20页/共56页2023/2/23212.72.7高频功率半导体器件2 2、开关电源基础、开关电源基础

19、IGBT全称是隔离栅双极晶体管，由MOSFET和双极晶体管组合而成。它在结构上类似于MOSFET，其不同点在于IGBT是在N沟道功率MOSFET的N+基板（漏极）上增加了一个P+基板（IGBT的集电极），形成PN结j1，并由此引出漏极、栅极和源极则完全与MOSFET相似。与MOSFET相比，IGBT模块的容量可以达到2700V1200A，但由于双极晶体管的存在，在关断过程中存在明显的电流拖尾，因此，开关频率通常限制在20kHz以下，目前很少在开关电源中使用。主要用于UPS、逆变器或大型整流设备中第21页/共56页2023/2/23222.72.7高频功率半导体器件2 2、开关电源基础、开关电源

20、基础快恢复二极管快恢复二极管FRD（FastRecoveryDiode）具有开关特性好，反向恢复时间短、正向电流大、体积小、安装简便等优点。超快恢复二极管SRD（SuperfastRecoveryDiode），则是在快恢复二极管基础上发展而成的，其反向恢复时间trr值已接近于肖特基二极管的指标。快恢复二极管的内部结构与普通二极管不同，它是在P型、N型硅材料中间增加了基区I，构成P-I-N硅片。由于基区很薄，反向恢复电荷很小，不仅大大减小了trr值，还降低了瞬态正向压降，使管子能承受很高的反向工作电压。快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百纳秒，正向压降约为0.6V，正向电流是几安培至几千安培，反

21、向峰值电压可达几百到几千伏。超快恢复二极管的反向恢复电荷进一步减小，使其trr可低至几十纳秒。第22页/共56页2023/2/2323理想的开关元件是导通时开关的电阻或电压为零，关断时开关的电阻为无穷大。但实际的开关元件总是存在一定导通电阻或导通电压，并且在开通和关断时存在一定的延时，因此，开关元件在工作过程中存在损耗。开关元件的耗散功率由两个部分组成：通态损耗和开关损耗，开关损耗又分为开通损耗和关断损耗。1）通态损耗：是由于开关元件存在的导通电阻或导通电压引起的，一个开关周期内，通态损耗为：E1=IC2RDSton或E1=ICVCEton其中IC是开关元件的电流，RDS是MOSFET的通态电

22、阻，VCE是IGBT的通态压降，ton是开关元件的导通时间。2.72.7高频功率半导体器件2 2、开关电源基础、开关电源基础开关元件的损耗第23页/共56页2023/2/23242.72.7高频功率半导体器件2 2、开关电源基础、开关电源基础开关器件的功率损耗2）开关损耗第24页/共56页2023/2/23252 2、开关电源基础、开关电源基础2.8PWM2.8PWM集成控制器的基本原理基准电压和反馈信号通过误差放大器后输出差值信号Vc，Vc与振荡器产生的锯齿波Vs进行比较，从而改变PWM脉冲的宽度，实现稳压。某些控制器仅有一个输出端，主要用于单端电路，而用于双端电路的控制器都设有采用触发器和

23、玉门电路组成的相位分离器，将单一脉冲变换为交替变化的二路脉冲输出，用于驱动桥式变换器和推挽变换器的开关管，此时，变换器的工作频率等于振荡器频率的一半。第25页/共56页2023/2/23262 2、开关电源基础、开关电源基础2.8 PWM2.8 PWM集成控制器的基本原理（UC3825AUC3825A）第26页/共56页2023/2/23272 2、开关电源基础、开关电源基础2.9 开关电源的并联均流在实际应用中，往往由于一台直流电源的输出参数（如电流、功率）不能满足要求，而满足这种参数要求的直流电源，存在重新开发、设计、生产的过程，势必加大电源的成本、延长交货时间、影响工程进度。因此在实用中

24、往往采用模块化的构造方法，采用一定规格系列的模块式电源，按照一定的并联方式，分别达到输出电流、输出功率扩展的目的。但是电源输出参数的扩展，仅仅通过简单的并联方式不能完全保证整个扩展后的电源系统稳定可靠的工作。均流的主要任务是：（1）当负载变化时，每台电源的输出电压变化相同。（2）使每台电源的输出电流按功率份额均摊。第27页/共56页2023/2/23282 2、开关电源基础、开关电源基础2.9开关电源的并联均流平均电流型自动均流原理采用一个窄带电流放大器，输出端通过阻值为R的电阻连到均流母线上，n个单元采用n个这种结构。当输出达到均流时，电流放大器输出电流I1为零，这时IO1处于均流工作状态。

25、反之，在电阻R上产生一个Uab，由这个电压控制A1，由A1再控制单元功率级输出电流，最终达到均流。特点均流效果较好，易实现准确均流。均流模块数理论上可以不限。如均流母线短路或任一单元不工作时，母线电压下降，使每个单元输出电压下调，甚至达到下限。并且当某一单元的电流上升至Iomax时，电流放大器输出电流也达到极限值，同时致使其它单元输出电压自动下降。为保持动态稳定，要限制最大调节范围，要将所有电压调节到电压捕捉范围以内。如果有一个模块均流线短路，则系统无法均流。单个模块限流也可能引起系统不稳定。在大系统中，系统稳定性与负载均流瞬态响应的矛盾很难解决。第28页/共56页2023/2/23292 2

26、、开关电源基础、开关电源基础2.9开关电源的并联均流最大电流自动均流原理：将平均电流自动均流电路中的电阻R用一个二极管代替，二极管阳极接a，阴极接b。只有当n个单元中输出电流最大的一个电流放大器输出才能使二极管导通，从而影响均流母线电压，进而达到该单元均流调节作用。这种方法一次只有一个单元参与调节工作。特点：参与调节的单元由n个单元中的最大输出电流单元决定，一次只有这个最大输出电流单元工作，这个最大电流单元是随机的，所以有人把这种均流方法叫做“民主均流法”。又由于一旦最大均流单元工作，它处于主控状态，别的单元则处于被控状态，因此又有人把这种方法叫做“自动主/从控制法”。由于二极管总有正向压降，

27、因而主单元均流总有误差，而从单元的均流效果是较好的。最大均流法的其它特点和平均电流法的特点相似。第29页/共56页2023/2/23303、开关电源的可靠性、开关电源的可靠性3.1可靠性描述平均无故障工作时间（MTBF）：对于不可修复的设备，MTBF指设备失效前的时间；对于发生故障经修理后能继续工作的可维修设备，MTBF指两次故障间的平均时间。故障率（）：故障率是指t时刻尚未失效的设备在随后的dt时间内发生故障的条件概率，在指数分布时，设备的故障率为常数，用表示。MTBF与故障率之间有如下关系：第30页/共56页2023/2/23313 3、开关电源的可靠性、开关电源的可靠性3.1可靠性描述修

28、复率及平均修复时间（MTTRMTTR）设备的修复率是单位时间内完成修理的瞬时概率，对于指数分布的场合，修复率是一个常数，用表示。其倒数是平均修复时间（MTTR），即：对于一旦损坏便不能再用的设备来说，平均无故障工作时间或故障率完全可以描述其可靠性。但对于可修复的设备，不但要求单位时间内出现故障的次数要少，即MTBF要长，而且要求出现故障后能迅速修复。第31页/共56页2023/2/23323 3、开关电源的可靠性、开关电源的可靠性3.2开关电源冗余并联系统的可靠性开关电源可靠性取决于所有元件的可靠性。对于单台开关电源，虽然可以通过改善电路设计、生产工艺及元器件选择等措施在一定程度上提高其可靠性

29、，但可靠性的提高是以成本、体积等方面作为代价，况且这种提高方式并不具有很大的挖掘潜力。如果将充电装置看作是由多个电源模块组成的系统，从系统的角度来看，一味提高单台开关电源模块本身的高可靠性并不是解决系统可靠性的根本途径。传统设计思路着重于提高单台电源的可靠性，而现代设计思路则注重采用冗余技术来提高系统的可靠性。如果说用一般可靠性器件设计出可靠性较高的电源设备是电源本身设计的一项基本要求，那么由一般可靠性的电源组成高可靠性的电源系统便是电源系统设计的主要内容。由于高频开关电源模块可修复继续使用，由这种模块组成的并联冗余系统，由非故障状态到故障状态或经维修由故障状态到非故障状态的转换是随机的，在转

30、换过程中，起作用的只是现在所处的状态，而这以前的状态则对本次转换没有任何影响。这种电源系统就不是一个单纯的冗余系统，在对其可靠性进行分析时，必须考虑高频开关电源模块的维修。第32页/共56页2023/2/23333 3、开关电源的可靠性、开关电源的可靠性3.3 N+1冗余系统的可靠性分析对于N+1冗余备份系统，N台模块正常时，充电装置正常，N-1台模块正常时，认为系统失效，假定单台模块的故障率和维修率分别为和，公共并联部分系统的故障率为c。N故障率（s）1234567提高或减小和c均可以减小s，但受元器件及生产工艺方面的限制，和c无法无止境地减小，所以增加成为提高可靠性的一个有效措施。第33页

31、/共56页2023/2/23343 3、开关电源的可靠性、开关电源的可靠性3.3 N+1冗余系统的可靠性分析通常情况下，公共并联部分的设计原则是少而精，c极低。考虑到开关电源模块不需要在现场维修，故障模块一般采用直接更换的方式，而且多采用热插拔端口，更换模块时系统无须断电，因此故障模块的更换维修时间或更换时间很短，也就是说，模块的可维修率较高，。n故障率（s）1234567如果忽略公共并联部分的故障率，则两台模块并联组成1+1充电装置的MTBF比单台模块的MTBF提高/（2）倍。假如单台开关电源模块的MTBF为5万小时，模块的更换时间（从发现到更换完毕，考虑从厂家到现场的时间）为100小时，忽

32、略公共并联部分的故障率，则两台模块并联组成的1+1充电装置的MTBF比单台模块的MTBF提高250倍，即使8台模块组成的7+1充电装置的MTBF比单台模块的MTBF提高10倍。第34页/共56页2023/2/23353 3、开关电源的可靠性、开关电源的可靠性3.4 N+2冗余系统的可靠性分析N故障率（s）123456第35页/共56页2023/2/23363 3、开关电源的可靠性、开关电源的可靠性3.4 N+2冗余系统的可靠性分析N+2冗余系统可进一步提高并联系统的可靠性，在N相等的情况下，N+2冗余系统的可靠性比N+1冗余系统的可靠性提高大约/量极。如果忽略公共并联部分的故障率，则三台模块并

33、联组成的1+2充电装置的MTBF比单台模块的MTBF提高（/）2/6倍，8台模块组成的6+2充电装置的MTBF比单台模块的MTBF提高（/）2/336倍。仍假定单台高频开关电源模块的平均无故障工作时间为5万小时，模块的更换时间（从发现到更换完毕，考虑从厂家到现场的时间）为100小时，忽略公共并联部分的故障率，则三台模块并联组成的1+2充电装置的MTBF比单台模块的MTBF提高40000倍，即使8台模块组成的6+2充电装置的MTBF比单台模块的MTBF提高800倍。第36页/共56页2023/2/23374 4、影响直流电源可靠性的因素、影响直流电源可靠性的因素4.1 运行环境条件高温温度是造成

34、直流电源失效的原因之一，直流电源长期在高温下运行，会导致电解电容寿命缩短。此外，随着环境温度的升高，功率半导体内部的结温会升高，从而导致开关损耗和导通损耗增加，而开关损耗和导通损耗的增加又将导致结温的进一步升高。因此，开关电源模块一般均设置温度保护电路，当内部散热器的温度达到一定值时，关闭电源。造成直流电源在高温下运行的原因主要是：安装地点的通风、机柜的通风高湿如果直流电源运行环境的湿度过高，会导致直流电源内部绝缘降低，严重时会造成短路。粉尘在高湿条件下，粉尘会造成直流电源内部印制板的腐蚀，从而导致直流电源故障第37页/共56页2023/2/23384 4、影响直流电源可靠性的因素、影响直流电

35、源可靠性的因素4.2 电网电压直流电源内部采用的功率半导体器件均有一定的电压限制，当工作电压超过其额定电压值时，会导致功率半导体器件的击穿。当局部电网有大型变流装置如高压变频器时，会造成局部低压电网上产生高频振荡波，振荡波的幅度会超过交流正弦电压的峰值。如果局部电网连接有大功率电机之类的负荷时，在负荷突然停止的瞬间，将在低压电网中产生瞬态高压，如果瞬态高压的持续时间大于开关电源输入侧滤波电容的时间常数，交流电网的瞬态高压将造成开关电源内部功率器件的击穿。在雷雨季节，在交流输入和直流输出线路上，均可能会叠加感应的雷电电压，如果直流电源交流输入或直流输出线路安装的避雷器残压过高，也将导致开关电源内

36、部功率半导体器件的电压击穿。第38页/共56页2023/2/23394 4、影响直流电源可靠性的因素、影响直流电源可靠性的因素4.3 元器件及制造工艺元器件的质量是影响开关电源可靠性的重要因素，一个开关电源模块内部有多大上千只元器件组成，其中任何一个元器件失效，都会影响开关电源的可靠性。由于目前多数元器件都是进口器件，因此，除了选择合适的品牌，还要由稳定的进货渠道。制造工艺是影响开关电源可靠性的另一个重要因素。与软件不同，开关电源除了设计之外，还有一个重要环节制造。开关电源大量使用表面贴元件，所有元器件都要焊接在印制板上，元器件焊接过程的工艺非常重要，如果处理不好，会造成脱焊、虚焊、粘连等。功

37、率半导体器件需要进行散热处理，功率半导体器件与散热器之间的固定也是影响开关电源可靠性的因素之一。第39页/共56页2023/2/23404 4、影响直流电源可靠性的因素、影响直流电源可靠性的因素4.4 系统配置及运行方式对于变电站的直流电源系统，配置及管理方式均有严格的规范，因此，在系统配置和运行方式方面不会降低直流电源电源的可靠性。但在发电厂中，则存在一些问题：1）两组蓄电池配置一大两小充电装置；2）直流泵直接由充电装置供电；第40页/共56页2023/2/23415 5、直流电源的运行与维护、直流电源的运行与维护5.1 蓄电池的运行与维护直流电源系统运行规范规定阀控密封铅酸蓄电池：1）正常

38、以浮充方式运行，单体浮充电压取2.25V2）运行中监视整组端电压、浮充电流、单体电池电压、环境温度3）运行中单体电池电压偏差值应小于0.05V4）巡视中应检查是否由连接片腐蚀、壳体渗漏和变形、极柱与安全阀漏液5）充放电：恒流充电采用0.1C10，单体均充电压取2.3-2.35V核对性放电采用恒流放电，放电电流0.1C10，终止电压1.8V，三次循环核对性放电周期：新安装验收时进行一次核对性放电，以后2-3年进行一次核对性放电，运行6年后的电池组，每年进行一次核对性放电。温度补偿基准温度为25C，修正系数为3mV/C定期对蓄电池组外壳进行清洁电池室温度应保持在5-35C第41页/共56页2023

39、/2/23425 5、直流电源的运行与维护、直流电源的运行与维护5.2 充电装置的运行与维护直流电源系统运行规范规定：1）运行监视交流电压、直流电压、直流电流等表记显示是否正确，运行噪声是否有异常，保护信号是否正常。2）维护及检测应定期对充电装置输出电压和电流精度、整定参数、指示仪表进行校对宜定期进行稳压、稳流、纹波系数和均流不平衡度等参数测试第42页/共56页2023/2/23436 6、直流电源的状态评价、直流电源的状态评价6.1 蓄电池的状态评价评价方法：通过核对性放电对蓄电池的状态进行评价，具体方法是：采用0.1C10的电流进行恒流放电，当蓄电池组电压下降到N*1.8V时，停止放电并静

40、置1-2小时，再用0.1C10电流进行恒流-恒压-浮充电，重复三次，如果蓄电池组的容量仍不能恢复到其额定容量的80%以上，则说明蓄电池已失效，需要进行更好。评价手段：蓄电池放电设备第43页/共56页2023/2/23446 6、直流电源的状态评价、直流电源的状态评价6.2 充电装置的状态评价评价方法：对充电装置的稳压精度、纹波系数、稳流精度、均流不平衡度进行测试，并与历史数据进行比对，当以上4个参数发生明显变化或达不到标准要求时，应对充电装置进行检修或更换。评价手段：直流电源综合测试装置第44页/共56页2023/2/23456 6、直流电源的状态评价、直流电源的状态评价6.2 充电装置的状态

41、评价稳压精度试验DL/T459-2000直流电源柜订货技术条件中规定：充电装置在稳压状态下，交流输入电压在其额定值的+15，-10%范围内变化，输出电压在充电电压调节范围内变化，输出电流在其额定值0%100%范围内的任一数值上保持稳定，按下式计算的稳压精度应小于0.5%v=（VM-VZ）/VZ100%其中：VM-输出电压波动极限值VZ-输出电压整定值对于运行现场的测试，应关注两个输出电压下的稳压精度：浮充电压和均充电压。另外，由于交流输入电压对充电装置稳压精度的影响较小，现场测试可以忽略交流电压的影响，从而取消笨重的交流调压设备。第45页/共56页2023/2/23466 6、直流电源的状态评

42、价、直流电源的状态评价6.2 充电装置的状态评价纹波系数试验DL/T459-2000订货技术条件规定：充电装置在稳压状态下，交流输入电压在其额定值的+15，-10%范围内变化，输出电流在其额定值的0%100%范围内变化，输出电压在其充电电压调节范围内的任一数值上保持稳定，纹波系数小于0.5%。=（Uf-Uq）/2Up100%其中：Uf-直流电压脉动峰值、Uq-直流电压脉动谷值Up-直流电压平均值一体化电源设备标准中规定：充电装置在稳压状态下，交流输入电压在其额定值的15%范围内变化，输出电流在其额定值0%100%范围内变化，输出电压在其标称电压的90%130%范围内任一数值上。用带宽20MHz

43、示波器，扫描速度低于0.5s/DIV，示波器探头尽可能靠近被测装置，读取示波器显示的最大峰峰值。目前，产品型式试验检测中心已经采用一体化电源标准中的测试方法。对于运行现场的测试，应关注两个输出电压下的纹波系数：浮充电压和均充电压。第46页/共56页2023/2/23476 6、直流电源的状态评价、直流电源的状态评价6.2 充电装置的状态评价稳流精度充电装置在稳流状态下，交流输入电压在其额定值的+15，-10%范围内变化，输出电压在充电电压调节范围内变化，输出电流在其额定值20%100%范围内的任一数值上保持稳定，稳流精度按下式计算1%I=（IM-IZ）/IZ100%其中：IM-输出电流波动极限

44、值IZ-输出电流整定值对于运行现场的测试，应关注均充恒流充电时的稳流精度。另外，由于交流输入电压对充电装置稳流精度的影响较小，现场测试可以忽略交流电压的影响，从而取消笨重的交流调压设备。第47页/共56页2023/2/23486 6、直流电源的状态评价、直流电源的状态评价6.2 充电装置的状态评价均流不平衡度 模块总数为n+1，模块输出额定电流Ie。调整可调负载，使充电装置输出电流为50%额定值50%Ie(n+1)。测量各模块输出电流，并计算其均流不平衡度。调整负载，使输出电流为额定值Ie(n+1)，测量各模块输出电流，并计算其均流不平衡度。当输出电流为nIe时，将一模块退出运行，测量其余各模

45、块的输出电流。指标均流不平衡度小于5%第48页/共56页7 7、直流电源综合测试装置简、直流电源综合测试装置简介介 主要功能主要功能稳压精度测试稳压精度测试稳流精度测试稳流精度测试纹波系数测试纹波系数测试充电程序测试充电程序测试核对性放电核对性放电手动负载手动负载第49页/共56页7 7、直流电源综合测试装置简介、直流电源综合测试装置简介 主要特点全自动测试，只需输入充电装置、蓄电池组或微机监控充电程序的参数，系统可自动完成各种测试内容；功能齐全，具有稳压精度、稳流精度、纹波系数、蓄电池核对性放电、微机监控充电程序的测试功能；具有手动测试功能，便于维护人员使用；电流调节步长小于0.2A，近似连

46、续调节，对充电装置冲击小；电压范围宽，可同时用于110V和220V电压等级；采用合金电阻器和独特的控制技术，体积小，重量轻，安全可靠；便携式设计，每个装置均配备专用仪表箱，携带方便；纹波系数采用峰值测量技术，完全符合行业标准规定的测试方法；第50页/共56页7 7、直流电源综合测试装置简、直流电源综合测试装置简介介 第51页/共56页7 7、直流电源综合测试装置简介、直流电源综合测试装置简介 第52页/共56页7 7、直流电源综合测试装置简介、直流电源综合测试装置简介 第53页/共56页2023/2/23547 7、直流电源综合测试装置简介、直流电源综合测试装置简介第54页/共56页2023/2/23557 7、直流电源综合测试装置简介、直流电源综合测试装置简介第55页/共56页2023/2/2356感谢您的观看！第56页/共56页