直流电源十篇

直流电源篇1

1电力通信直流电源的组成

通信直流电源是一个复杂的系统，目前电力通信直流电源均采用－48V的高频开关直流电源，电力系统中典型的电力通信直流电源结构组成如下图所示，从图中可知电力通信直流电源由交流部分、整流器、直流分配部分、蓄电池组和监控模块等按照要求组合而成。

①交流部分。交流部分的市电输入一般为2路380V三相四线交流输入，在电源容量较小时有时也使用2路220V单相交流输入，以保证电源可靠供电。为防止雷击和过电压破坏，在市电输入端应加装避雷器，常用的有普通氧化锌避雷器和OBO防雷模块等；由于此处的防雷主要是对非直击的感应雷击的浪涌电压的防护，因此避雷器的通流量一般选择在15－20KA，残压在1.5KV左右，就可有效的保护电源设备。为实现两路输入的交流电的通断互锁，自动切换，还需装设交流切换装置，采用机械互锁或电气互锁方式，但是应注意任何时候都不允许出现两路交流电源同时接通或者同时断开的现象。经过切换装置后，交流输入分为整流器模块输入和交流分路输出，交流分路输出为机房其他交流用电设备提供电源，如计算机、UPS等。

②整流器部分。整流器是通信直流电源的最重要的组成部分，通信直流电源的供电质量主要取决于整流器的电气指标，它完成AC-DC变换并以并联均流方式为通信设备供电，同时对蓄电池组进行恒流限压充电和监控模块的供电。现在所有的通信直流电源均采用模块化高频开关整流器，它具有其体积小、效率高、模块化、功率因素高、输入电压范围宽、噪声低、可靠性高以及可带电热插拔等优点；电力通信直流电源所使用的高频开关整流器模块一般为单相220V交流输入，功率因素可达0.99以上，模块容量一般为每块20A/－48V～50A/－48V；在实际使用中，如果输入的是380V三相四线交流电源，则应注意将所有整流模块平均分配到每一相；同时为了提高整流器工作的可靠性，在设计时应考虑多余备用容量，模块配置采用N+1冗余。高频开关整流器模块有内控式和外控式两种类型，内控式整流器内部设有独立的监控单元，可对整流器模块参数进行设置、检测和显示，与系统的监控模块采用RS-485总线相连；外控式整流器在内部不设独立的监控单元，完全由系统监控模块控制，若监控模块故障，整流器模块转为自主工作状态，其输出电压电流服从初始的设定值。

③直流分配部分。直流分配部分将整流器输出的直流电压进行分配，一路给蓄电池组充电，其它分配给通信设备和其它直流用户供电。直流分配部分决定了设备的最终分配容量，因此要求在设计时应充分考虑直流分路输出的用户数和容量，满足日后通信设备接入的需要。在给蓄电池组充电的分路开关之前应加装欠压保护继电器，当蓄电池组放电达到欠压告警值时发出告警，放电到欠压关断值时控制自动断开蓄电池组，保护蓄电池组不会因为过放电而导致损坏。现在直流分路输出开关多采用空气开关，应注意配置使用直流空气开关，因为直流空气开关的灭弧能力很强，而不应使用普通交流空气开关。

④蓄电池组。蓄电池组是通信直流电源的不可缺少的组成部分，蓄电池组一旦发生故障，在市电输入停电时，将造成所有使用该蓄电池组作后备电源的通信设备全部停止工作，造成通信中断。现在使用的蓄电池组都是阀控式密封铅酸蓄电池（简称VRLA），它完全取代了过去使用的普通开口铅酸蓄电池，采用密封结构，基本无酸气泄漏，可与设备同室安装，无需加电解液维护；可采用立式、卧式、单层、多层等各种组合安装方式，安装灵活；适用浮充工作制，使得供电系统电压更稳定；寿命、容量等受温度影响较大。蓄电池组的容量决定了市电停电后通信设备的运行时间，一般可根据负载大小和放电时间来选择蓄电池组的容量，计算方法为：负载容量（A）×放电时间（h）÷放电时间小时率放电容量系数。

⑤监控模块。监控模块对于通信直流电源来说具有智能控制中心的作用，主要有监测功能，包括监测交流输入电压、电流，整流器模块并联输出电压值和每个整流器模块的输出电流，负载电流，蓄电池组充放电电流和电压等；控制功能，包括电源系统的开关机，各整流器模块的开关机，直流输出电压、输出电流极限值的设定，蓄电池组浮充、均衡充电电压和充电电流的极限值设定，电池温度系数的补偿和蓄电池组欠压保护设定等；告警功能，当电源运行过程中某些参数达到或者超过告警的设定值，监控模式将发出声光告警，并显示故障部位和原因。此外，监控模块还应可通过RS232/RS485接口与上级监控中心联系，以实现集中监控。

2电力通信直流电源的维护

由于目前电力通信直流电源均使用了高频开关电源和阀控式密封铅酸蓄电池，这给电源系统的维护带来了许多便利，但是在维护方面还要注意按照使用维护要点做好维护工作，才能真正保证电力通信直流电源可靠、稳定、不间断地为通信设备供电。

①电源的交流输入所采用的避雷器的状态在进行电源的巡视维护时应注意检查，特别是雷雨天气时，更应该注意检查避雷器的状态，发现问题及时更换，如当发现OBO防雷模块的故障显示窗的颜色由绿色变成红色时，就要对防雷模块进行更换，确保发生雷击时能够发挥其防雷作用。这里应注意普通氧化锌避雷器存在有一定的漏电流，长期使用容易老化，造成使用性能下降，所以即使长时间没有雷击发生，也要定期进行更换，确保其防雷效果。

②高频开关电源在正常使用的情况下，整流器主机的维护工作量很少，主要是防尘和定期除尘，否则飞尘加上潮湿会引起主机工作紊乱，同时积尘也会影响器件的散热。一般每季度应对主机彻底清洁一次，在除尘时应检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。

③通信高频开关电源中设置的参数在使用中不能随意改变。

④通信高频开关电源在使用时应注意避免随意增加大功率的额外设备，也不允许在满负载状态下长期运行。由于通信直流电源几乎是在不间断状态下运行的，增加大功率负载或者在基本满载下工作，都将可能造成整流器模块故障，严重时将损坏整个电源系统。

⑤作为后备电源的蓄电池组维护工作载电力通信直流电源的维护工作中占有非常重要的地位，这也是电源维护工作的一个难点。由于现在使用的阀控式密封铅酸蓄电池实现了密封，免除了以往开口铅酸电池的测比、配比、添加蒸馏水等工作，大大减少了维护工作量，因此有些维护人员认为其是免维护电池，在使用中不去维护，听之任之，结果造成维护不当，发生问题。在对阀控式密封铅酸蓄电池的维护工作中，应重点注意以下问题：

定期检查整个蓄电池组的浮充电压，如果其浮充电压超出了蓄电池组的要求，应进行调整。浮充电压过高将增加水的损耗，加速电池正板栅的腐蚀，可能严重影响蓄电池的寿命；过低则可能不能使蓄电池充足电。对单只蓄电池每月应记录一次它的浮充电压，若电压超过厂家的指标，观察几个月后无向均一方向发展的趋势，应与厂家联系进行处理。

阀控式密封铅酸蓄电池的日常运行对温度要求较高，它要求的环境温度最好是20～25℃，如不然，应对浮充电压采取温度补偿，每升高1℃，浮充电压应降低3～4mv，但即使对浮充电压进行调整补偿，温度仍对蓄电池的寿命影响较大，如寿命为10年的蓄电池在30℃下运行，无温度补偿寿命仅为5年，有温度补偿寿命也缩短为8年。因此阀控式密封铅酸蓄电池应安装在有空调的房间，安装方式要有利于散热。在日常巡视维护中发现蓄电池有明显发热现象应立即与厂家联系进行处理。

阀控式密封铅酸蓄电池的自放电极低，而且电池内部不会形成电解液分层现象，因此无需定期进行高压均衡充电，定期均衡充电只能增加水的损耗，增大正板栅的腐蚀，在对蓄电池进行维护时应尽量减少或取消均衡充电。

应避免阀控式密封铅酸蓄电池的大电流充电和过放电。大电流充电可能使蓄电池极板膨胀变形，活性物质脱落，电池内阻增大且温度升高，造成电池报废。过放电将使蓄电池的循环寿命变短，放电后应立即充电，否则易引起蓄电池内部硫酸盐化现象，导致容量不能恢复。因此在进行容量试验或放电检修中，通常放电达到蓄电池组容量的30％～50％即可。

检查蓄电池连接部分有无大压降、腐蚀、松动等现象，如有应及时紧固，否则极有可能引起烧毁电池等事故。

当发现蓄电池组内有损坏且无法修复的蓄电池时应及时进行更换，更换时不得把不同容量、不同性能、不同厂家的蓄电池连在一起，否则将对整组蓄电池带来不利的影响。

阀控式密封铅酸蓄电池属于贫液电池，无法进行电解液比重测量，因此它的好坏和容量预测在业界也是一大难题，日常维护中可用电导仪测试电池内阻判断其好坏，但最可靠的方法还是放电法。

要注意阀控式密封铅酸蓄电池的寿命期限，对寿命已过期限的蓄电池组要及时进行更换，这样即保证供电后备电源的可靠，又可避免因蓄电池组影响到整个通信直流电源的运行。

⑥电源系统出现故障时，应先查明原因，分清是负载还是电源本身，是整流器还是蓄电池组。高频开关整流器模块的输入输出主回路由于有输入过压和输出限流保护，因此发生故障的可能性较小，其内部控制电路、显示电路、保护电路等发生的故障相对较多，而且这些电路中只要有一个元器件发生故障，就可能导致整流模块停止工作，处理这些故障时只需更换有故障的电路板便可排除故障。笔者在维护工作中就曾经遇到过高频开关整流器通电后显示正常，测量输出电压正常，就是不能带负载，后经检查发现就是内部控制电路电路板问题造成了该模块无法正常工作。

⑦当高频开关整流器模块出现保险管烧断等故障时，务必不得直接进行更换保险管后通电重新开机，否则会接连发生相同的故障，不但检查不出故障所在，还可能会在开机的瞬间导致故障范围更加扩大。在现场处理紧急故障时，可采取整流器整机更换的方式来排除通信直流电源供电的故障，但在更换整流器时，通信直流电源供电系统不得停止对通信设备的供电。

⑧通信设备在接入直流配电分路输出开关时，要注意通信设备上的电源总输入开关的容量不得大于其接入的直流配电分路输出的开关容量，否则将引起越级跳开关，可能造成通信直流电源系统故障。

直流电源篇2

1电源串联工作

1.1串联本机电压取样连接图5是两台电源串联本机电压取样连接图，在此模式下的电源可以进行串联以增大输出电压。该模式下将每台电源的电流限制设定为最大，使其能承受最大负载而不被损坏。图5中的二极管与每台电源的输出进行并联，防止在启动阶段或某台电源停机时出现反向电压，同时要求每个二极管的额定电压和电流值至少应等于电源的额定输出电压和输出电流。图6是两台电源串联遥测连接图。

1.2正/负输出电压的串联连接正/负输出电压的串联运行模式连接如图7所示，在此模式下一台电源配置为正输出，另一台电源配置为负输出，同时要求将每台电源的最大电流限值设置为在不损坏设备的情况下能承受的最大负载，图7中二极管的作用和要求与图5中的二极管相同。

2电源并联工作

具备相同额定电压和电流的最多6台电源可以并联连接在一起，其输出电流是单台电源的6倍。6台电源中仅有一台作为主电源，其它的均作为从电源。在该工作模式下，通过电源后面板J1接口和J2-S接口按图8和图9连接主电源和从电源。图8是多台电源并联电压取样连接图，图9是多台电源并联遥测连接图。

2.1设置主电源将主电源的输出电压设置为要求的电压值。在进行负载电流设置时，主电源应按总负载电流设置，并按系统中的电源数量分至各台电源。在运行时，主电源为恒压（CV）模式，可以按编程后的输出电压调节负载电压。主电源的具体设置过程是：按电源前面板“MENU”按钮，旋转Voltage编码器调至Voltage显示”PrLL”后，按Voltage编码器，旋转CURRENT编码器调至显示“HI”，直到闪动一次或返回到上一级止。

2.2设置从电源每台电源的电流限值都应设定为负载电流限值（按并联连接的电源台数均分）；运行时，从电源作为受控的电流源，以主电源的输出电流为主。从电源的具体设置过程是：按电源前面板“MENU”按钮，旋转Voltage编码器调至Voltage显示”PrLL”后，按Voltage编码器，旋转CURRENT编码器调至显示“SL”，直到闪动一次或返回到上一级止。

2.3过电压保护设置主电源的过电压保护（OVP）应设置为所需的达到的OVP限值。从电源的OVP设定值应比主电源的高一些。在切断主电源后，从电源的输出电压为0。如果某一个从电源被关断（其OVP设定值低于主电源输出电压），那么只有该从电源被关断，其它的从电源则会继续提供所有负载电流。

3多输出电源系统

通过使用标配的USB和连接器为RJ-45外形的RS485通信接口以及每台电源提供的RS485连线，将Z+系列程控直流电源配置成一个多达31台的可编程电源系统。连接时将前一台电源连接器为RJ-45外形的RS485通信接口输出，与后一台电源的连接器为RJ-45外形的RS485通信接口输入连接在一起，其他依次类推，图10为多输出电源系统连接图。切记在设计程序时第一台电源通信接口必须设置为USB，第2～31台电源通信接口必须设置为RS485，并且要求他们彼此之间必须有唯一的地址，这些设置均需通过电源前面板手动设置实现。

4几点说明

4.1本机电压取样功能采用本机电压取样时，输出电压的调节在电源输出端子处。此功能不补偿负载线的电压降，因此他仅适用于负载电流小或负载调整率要求不高的情况下。图中的“+LS”表示正本机取样端子，“-LS”表示负本机取样端子。

4.2遥测功能当负载端的负载调整率要求比较高或至关重要时，必须使用其遥测功能。此功能将将补偿负载线上的电压降。电压降将从总输出电压中扣除。图中的“(+S)”正遥测端子，“(-S)”负遥测端子。

4.3噪音和阻抗的影响为减小噪音或辐射，负载线和遥测线应使用双绞线，且长度尽量最短。在高噪音环境中必须使用屏蔽遥测线。屏蔽部分通过后面板上的接地螺钉连接到机壳。即使噪音不大，负载线和遥测线也应使用双绞线以减少耦合，有助于电源的稳定性。遥测线与电源输入线必须隔开。双绞式负载线可减少电缆的寄生电感，防止因负载电流的变动而引起负载端和电源输出端的高频电压峰值。电源输出端和负载端之间的阻抗使得负载端的纹波噪声比电源后面板端子处的纹波噪声更大。在负载端需连接带有旁路电容的附加滤波回路，以限制高频负载电流。

4.4感性负载感性负载会产生对电源有害的电压尖峰值，因此在输出端需跨接一个二极管。二极管的额定电压和电流应大于电源最大额定输出电压和输出电流，二极管的负极连接至电源正输出端，正极至电源负输出端。因可能发生正的负载瞬变（譬如来自电机的反电动势），请在输出端跨接一个输出端浪涌电流抑制器以保护电源。浪涌电流抑制器的额定击穿电压必须比电源最大额定输出电压高出约10%。

5结束语

直流电源篇3

关键词：扫场电源;高精度电源;基准电压;PI算法

中图分类号：TM91 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1708503

Design of High Power and Stable Direct Current Source of Scanning

ZHU Xiaojuan

(School of Information and Control Engineering,Xi′an University of Architechture & Technology,Xi′an,710055,China)

Abstract：The high power and stable direct current source of scanning is important in special domain. Based on demand of precision,it consists of rectifier and filter,sampling and amplifier,comparing and amplifier,adjusting and amplifier automatic and manual reference voltage and so on. To ensure the precision of the direct current source,inductor filter is used in the filter circuit,Manganese-Copper resistance is used as sampling resistance,the floating constant-current source composed of precise reference supply SW399 and operational amplifierμA741 is used in reference voltage circuits to increase stability. PI algorithm is used in comparing and amplifier circuits to remove the steady-state error. Installation and trial run indicate that the high power and stable direct current source of scanning has a good performance and its accuracy standard is suitable.

Keywords：scanning direct current source;high accuracy power supply;reference voltage;PI algorithm

激光磁共振技术在光谱分析方面有重要的作用,非常适合短寿命自由基分子的研究。但是,激光磁共振中的电磁铁一般对电流源有特殊的要求,其精度、稳定度直接影响测量精度和可靠性,而这种高精度、高稳定度的电流源通常没有商用产品,只能是用户本身根据要求研制出合适的产品。

本文充分利用中小规模集成元器件的特点,设计出了大功率、高精度直流扫场电流源,用来供给电磁铁线圈产生高精度、高稳定度的磁场,以满足物理实验及工业用途。

1 功能定义

此扫场电流源具有以下功能：

(1) 电流源最大输出电流为10 A,最大输出电压为6 V,负载为电感线圈,其等效电阻为0.6 Ω。

(2) 电流源有两种工作方式――自动扫场式及手调式。自动扫场式要求输出电流可在0～5 min内任意设定的时间上从0～10 A线性扫描；手调式要求输出电流在0～10 A任意设定输出。

(3) 电流源要求在输出变化的情况下,输出精度保持在10－3A。

直流电源篇4

关键词：电力系统；变电站直流电源；维护

中图分类号：TM77文献标识码： A

一、变电站直流电源系统的概述

基于变电站操作系统直流于变电站运行的供电网络中各分布于电源的正极和负极设备间， 是一种能向各种设备提供直流电源的、可独立操作的电源设备，可为开关控制、事故照明、信号设备以及系统监控等提供一定保障， 其通常不会受到系统运行方式的影响。假如系统的外部交流电出现忽然中断现象，可通过蓄电池向直流系统供电，从而使电网系统操作中可以正常运行。通过监控系统， 可对蓄电池中各功能模块的状态与参数进行测试，从而可对直流系统进行有效的控制及掌握，并可对电源系统进行有效的安全与自动化处理， 把该变电站直流系统于运行过程中可能将产生的接地故障彻底杜绝。直流系统按其作用不同，大体可分为直流电源部分（即直流蓄电池组）、电源充电设备部分（即充电柜、硅整流、直流配电装置）和直流负荷部分。

二、变电站直流系统的构成和各项功能的简单分析

由蓄电池、 充电设备、 直流屏及直流馈电网络等直流设备， 组成了变电站的直流电源系统。直流系统在正常运行时， 充电装置承担正常负荷电流， 同时向蓄电池组补充电， 以补充蓄电池的自放电， 使蓄电池以满容量的状态处于备用状态。在系统发生故障， 站用电源中断的情况下， 蓄电池组发挥其独立电源的作用， 向继电保护及自动装置、 断路器跳闸与合闸、 载波通讯、 事故照明等装置提供工作直流电源。有人把直流设备比喻为变电站的心脏。

三、变电站直流电源系统运行中存在的问题

1、直流电源系统绝缘监察装置原因

变电站直流电源系统由于投入运行后所连接二次电缆较长、外面部分也同时较多而且分布范围相对较宽，为此外界自然环境非常容易受到影响（例如地基潮湿以及灰尘等等），那么时间久运行便会导致电线表面出现腐蚀现象，对于一些较为薄弱的设备、元件绝缘性质也将会有极大降低程度，由于绝缘监察装置中存有问题。现场绝缘监察装置存在装置死机、插件损坏、插件烧毁等问题。部分绝缘监察装置死机造成全站系统直流电源失去地址，其有些绝缘监察装置在同一母线多路电源馈线同时下降时无能正确报警。系统直流电源的网络拓扑对绝缘监察装置是否正常运行造成直接的影响，如不少绝缘监察装置在馈线屏是采用辐射型，但到下一回路又接上小母线，形成环网结构，而现场大部分绝缘监察装置都是采用辐射型检测原理，于是造成了接地时可以报警但无法确认选线的问题。

2、直流电源系统接线存在相关问题

变电站直流电源系统接线方面，环网结构给空开熔丝级别造成困难。环网结构容易造成回逢路转，不利于查出故障点，特殊的是在老旧变电站和绝缘部分下降的变电站。在直流空开熔丝级别配合方面，直流回路中的熔断器、空气开关是直流电源系统各出线的过流和短路故障的保护元件，可作为馈线回路供电网络断开和间隔之用。熔丝或空开的级别配置有严格的需求。为此在基建、技改过程中应注意空开选型的统一装置，以免因空开特性不同造成级别失职。

3、蓄电池维护问题的重点

由于变电站工作人员维护意识不够强。变电站蓄电池于数量众多，维护工作量较大，需要持之以久。一旦维护工作做的不够，时间一长，必会给电池带来严重的后果和不可逆转的危害。维护人员大部分不懂得蓄电池使用维护意识，常年使用却从不监测，从而导致有些蓄电池损坏。同时，基于蓄电池单体差异、蓄电池结构及维护等问题在投运时间不久的状况时，多数变电站由于综合因素造成蓄电池整体效能下降。

4、充电机使用问题分析

维护工作人员平时没有注意充电机的细节的保护，没有注意到充电机额定电压的常识问题。系统直流电压告警期间继电器定值偏高，造成继电器动作断开直流电源，将中间继电器电压整理值转变后恢复正常。这是错误的一种操控方法，很容易发生事故。正确应该是先行断开交流电源输入，后断开充电机与电池之间的线路，确认电池不会漏电。变电站一不注意充电机和蓄电池的摆放，放置很随便。房间没有装设有通风设备，按照这样在蓄电池充放电的过程中，室内的温度一定超时100℃，会严重危害到电池的使用寿命。有些变电站出现充电机模块失效现象。多数变电站的相控电源来源自身因素，运行中可能对设备造成过热及其它附加损失，严重影响到电池寿命，造成电池和系统直流电源的安全运行带来不利影响。

四、变电站直流电源系统的维护对策

1、对于微机监控器的运行状态研究以及相应的维护

将通信技术作为运行的基础，微机监控器能够对于直流电源的实时运行动态进行监控监测。工作人们对于设备的运行参数能够通过微机直接进行。现场运行所涉及到的参数都会通过微机监控器在显示屏上呈现，这样工作人员就能随时的进行监控控制。要是直流电源出现运行错误的情况下，那么参数就会显示电路问题，系统进行自动报警。

微机监控系统在正常工作过程中能够出现自动化的转换，第一步就是通过恒流充电，在结束之后，在进行浮充充电，所进行的充电过程中都会转为直流电源维持正常工作。在直流电源运行一个周期之后微机监控器就能够进行自动化的转变，选择充电方式，这样就能够保证电池电量一直高于90%以上，再出现事故的过程中能够保证电量供应。

危机监控器在运行过程中，工作人员通过对于监控装置中各标准运行状态进行检测，要是出现不正常的运行情况，工作人员需要对于相关程度进行及时的修改以及调整。要是对于程度修改之后还是不符合相应的运行状态，那么将主流电源设置为手动控制方式，将已经出现问题的微机监控器关闭退出，由相关维修人员进行维修，在恢复正常之后才能再次使用。

2、对于充电装置的运行状态分析以及维护

充电装置需要每隔一段时间进行维护除尘。对于充电装置工作人员需要一个月左右进行一次维护，主要工作是除尘。在除尘结束之后，必须要进行绝缘工作，在进行绝缘工作之前要将电子元件上的控制板断开。要是在控制板出现故障的情况下，又不知道具体原因，需要立即更换，然后对监控器参数进行调整后才能在控制板工作。

充电装置设备日常维护内容。工作人员对于充电装置设备运行参数监控要增加。监控所包含的内容主要有：工作过程中是不是出现了噪音；三相交流电源是不是出现不平衡的状态；直流输出电流值以及交流输入电源值显示是不是正确；设备中各项型号是不是工作正常等，通过这些数据监控才能保证充电装置运行的稳定性。

3、对于蓄电池的运行状态研究以及日常维护

蓄电池可以说是直流供电电源以及直流供电系统的主要组成部分，在充电模块出现问题的情况下，需要由蓄电池进行电量支持。现在很多变电站中蓄电池装置都是使用免维护的阀控式密封铅酸蓄电池，这样电池所具备的优势就是高效防水性以及较好的密封性。

蓄电池匹配性。不同的蓄电池所具备的充放电特性是不一样的，所以说，在日常的使用过程中，同一款电源同负荷的情况下会因为不同蓄电池放电之间所存在的差异而不同，这样对于整个的蓄电池工作性能都有着一定的影响。

在对于蓄电池进行日常维护的过程中需要对于查看监控连接片是不是出现腐蚀或者是松动的情况；检测蓄电池单体电压是不是显示正常；检测安全阀或者周围是不是出现酸液；检测电池壳体是不是出现腐蚀或者是变形的情况；检测蓄电池温度是不是正常；检测绝缘电阻是不是出现的降低问题等等。

在变电站运行操作结构工作中，所使用的是直流动力合闸电源。一般情况下，直流动力合闸具有较高的额定合闸电流。所以说在出现故障的时候，放电末端的电源因为受到较强的负荷冲击能够对于直流母线电压值进行调整，这样才能保证在一定的范围内正常运行。

结束语

变电站直流电源系统保证可靠运行是电网安全、稳定、连续运行，直接联系到电力系统供电的安全影响问题。为此，变电站的平时运行中，应通过监控系统对直流电源系统的运行加强控制与维护管理，如发现故障，应进行采取有效措施相关处理，保证变电站直流电源系统的运行安全可靠。

参考文献

[1]柴玉红,王润琴,杨爱晟.变电站直流系统蓄电池在线维护技术研究及应用[J].山西电力,2014,05:11-13.

直流电源篇5

[关键词]直流不间断电源；零秒切换；优先权；隔离；效率

中图分类号：TP303.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0099-01

0 引言

与交流不间断电源原理相似，直流不间断电源，顾名思义是实现直流输出不间断供的电源装置。直流不间断电源也会有两种或多种不同的输入，各输入之间具有一定的优先级别，当优先级高的供电故障或失电时，处于其下一优先级的供电接续进行供电，并保证直流输出的不间断供电。对于直流不间断电源，从电路形式上有比较典型的三种实现方案。

1. 直流不间断电源方案1

直流不间断电源方案1电路结构如图1所示，主要由三大部分组成，即AC/DC转换器、DC/DC转换器、充电器三部分。其工作原理如下：当两输入均具备的情况下，交流输入提供两部分的能量供给，第一部分是通过AC/DC转换器隔离输出一个直流电压供给DC/DC转换器，并通过DC/DC转换器隔离变换产生相应的直流输出；第二部分是通过充电器为蓄电池组充电。当交流输入故障或失电时，蓄电组自动的无间隙为DC/DC转换器提供输入，从而保证直流输出地不间断供电。当交流输入恢复时，又自动的无间隙的切换到交流供电的工作模式。

该方案的输入优先权的设置及无间隙切换，是通过二极D1、D2及AC/DC转换器的电压设置来实现的。通过将AC/DC转换器的输出电压设置成比蓄电组的最高电压略高（一般高于1V左右），这样当两种输入均具备的情况下，就会使二极管D1处于正偏导通状态，D2处于反偏状态，从而保证交流输入的最高优先权。当交流输入失电或AC/DC转换器输出失电而输出电压下降到比电池电压低约0.7V时，二极管D1反偏，二极管D2正偏导通，蓄电组为DC/DC转换器提供供电，从而实现无间隙切换。当交流输入供电恢复后，AC/DC转换器的电压上升到比蓄电池电压高约0.7V时，二极管D1正偏导通，二极管D2反偏截止，交流输入为DC/DC转换器供电，蓄电池组停止供电且处于被充电状态。

该方案的最大优点是输出电压非常平稳，即输出电压不会随着输入间的切换而出现电

压的波动，是真正无间隙切换。另外一个优点实现各输入输出间的电气隔离。其缺点是交流输入供电时的变换效率相对较低。因交流输入供电时，要经过串联关系的两级即AC/DC转换器和DC/DC转换器得到直流输出。该方案，电路的复杂度相对较高，但调试难高不大，其可靠性也相对较高。但该方案从成本角度来看相也对较高。

2. 直流不间断电源方案2

直流不间断电源方案2电路结如图2所示，该方案电路大体由四分部组成，除了AC/DC转换器、充电器、DC/DC转换器外，增加了优先级控制电路。其工作原理如下：当交流输入和直流输入均具备时，交流优先工作。交流输入也是为两部分电路提供能量供给，第一部分是供给AC/DC转换电路，隔离变换产生直流输出；第二部分供给充电器，为蓄电组进行充电。当交流输入故障或失电时，由电池组通过DC/DC变换器，为直流输出提供能量。当交流输入恢复时，无间隙的再次切换到由交流供电的工作模式。

该方案的优先级及无间隙切换是通过优先级控制电路来实现的。当优先级控制电路检测到AC/DC输出电压正常时，使DC/DC转换器的输出电压稍低于AC/DC转换器的输出电压（通常设置为低0.7V），从而保证了AC/DC转换器优先为后级负载供电，也就保证了交流输入的优先等级为最高。当交流输入故障或失电时，AC/DC转换器的输出电压就会下降，当其输出电压低于额定输出电压0.7V时，优先级控制电路将会使DC/DC转换器的输出电压上升到额定输出电压接续输出。当交流输入恢复时，优先级控制电路检测到AC/DC转换器输出电压输出正常时，会延时将DC/DC转换器的输出电压调低到原来的电压，因为有了延时的调整，所以只要两转换器的输出电压调节适当，蓄电组供电切换到交流输入供时，输出电压不会出现波动。

该方案相对方案1，交流输入时的变换效率有较大的提高。因此时，交流输入到直流输出只有一个AC/DC变换器环节。该方案也实现了输出与各输入之间的电气隔离。但该方案有一个小的缺点是：输出电压虽然也比较稳定，但由于优先关系控制电路的作用，当交流输入掉电，转换到直流输入供电时，会出现输出电压的瞬时小幅度下跌。该波动可以通过调节优先权控制电路的响应关系，将波动宽度调到较小，还可以进一步通过直流输出端增加储能电路，来减小波动的时间宽度。

3. 直流不间断电源方案3

直流不间断电源方案3的电路结构如图3所示。其大体由四部分组成，即AC/DC转换

器、充电器、优先级控制电路和电子转换开关。其工作原理如下：当交流输入和直流输入均

具备的情况下，交流优先工作，其中一路经AC/DC转换器隔离降压形成直流输出；另一路经充电器为蓄电池组进行充电。当交流输入回路失电或故障时，优先控制回路检测相应掉电或

故障信号，使电子转换开关快速开通，将电池接入到输出回路，由电池为后级设备直接供电。当交流输入恢复时，再切换到交流供电工作模式。

该方案的最大优点是结构简单，成本低。但该电路有三个缺点：第一：输出电压波动较大，当直流输入或蓄电池组供电时，输出电压即直流输入或蓄电组的电压。随着放电时间的加长，输出电压会逐渐降低，输出电压也逐渐降低。第二：直流输入（或电池组输入）与直流输出没有进行电气隔离。第三：直流输入端电池组的配备必须与直流输出电压相当，否则不能使用。

该方案还具有一个最大特点是，直流供电回路的效率是非常高的，直流输入回路只是一个电子转换开关和二极管。无DC/DC转换的功率损失。大大提高了直流输入或蓄电组的利用率。该方案交流输入供电时的变换效率也较高，这是方案二是相同的。

直流电源篇6

中图分类号TN91 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）99-0222-02

1通信站双电源直流供电的必要性

电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行而产生。同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。目前，它更是电网调度自动化、网络运营市场化和管理现代化的基础，是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段，是电力系统的重要基础设施。

通信电源是通信系统必不可少的重要组成部分，其设计目标和核心是安全、可靠、高效、不间断地向通信设备提供能源，满足并保证整个通信网的正常运行。在通信行业，人们通常把电源比喻为通信系统的“心脏”。

电力通信电源系统的基本技术要求是可靠性和稳定性。通信设备发生故障影响面交小，是局部性的，但是如果通信电源系统发生故障，通信系统将全部中断。市电要求有双路或多路输入，交流和直流互为备用。通信设备对电源系统技术要求是：防雷措施完善，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。

近年来，电力电源设备故障造成的通信系统事故时有发生，严重的影响到电力生产安全。影响系统可靠供电的因素众多，诸如小动物危害、雷电破坏等外部因素，也有机房温度、空气湿度，布线连接、设备运行状况等内部因素。为了增加电力通信电源供电的可靠性，采取双路电源直流供电方式供电成为一种行之有效的可靠方式。“国家电网十八项反事故措施”中明确规定：直接影响电网安全稳定运行的同一条线路的两套继电保护和同一系统的两套安全自动装置应配置两套独立的通信设备，并分别由两套独立的通信电源供电，两套通信设备和通信电源在物理上应完全隔离。

2双电源直流供电方式的切换

2.1常见双电源配置方式

目前电力系统常见双电源配置方案主要有两种。其中直流电源设备配置均为两套，蓄电池组配置方式有两种情况：1）每套电源带2组蓄电池；2）每套电源带1组蓄电池。实际应用中，上述后一类方式较为常见。在这种运行方式下，为实现两路电源互为备用，通常在接线配置需要加装联络开关。

2.2双电源配置供电方式存在的问题

目前大部分通信设备都支持双路输入供电方式。通常的安装方式也都是按照双路输入供电方式安装接线。对于一般的通信站点，规程、规范未强调两路电源系统间必需实现物理隔离，因此不存在问题。但对于传输重要保护信息的通信站，由于存在通信设备内部的双路供电合路装置，重严格意义上来说，按此种方式供电，不满足两路电源系统之间的物理隔离。因此，对于通信设备双重化已经配置到位的通信站，应当按照一套通信设备只接一路电源的方式供电，能完全满足物理隔离的要求。但同时存在另一个问题，并非所有通信站的所有设备都是双重配置的，这样对于那些未配置双重设备的系统而言，仅有一路电源供电，可靠性不高。同时有不少老旧设备不支持双路输入供电功能，使用中只能接入一路电源，无法实现双电源供电。是否存在一种合适的解决方案：在两套电源系统之间装设联络装置，实现同时为双电源输入设备和单电源输入设备同时提供两路直流电源供电。

2.3通信电源智能切换解决方案

采用双电源直流切换柜是一个有效的解决方式。双电源切换柜接收两路直流输入，经过多路分路馈出。系统原理如图1所示，两路输入可以随时同时接入而不会形成充放电回路。两路输入经断路器后建立两段母线，每个分路输出均各自从两路母线，经分路断路器和隔离保护二极管后再汇合输出。

2.4双路直流切换柜的功能特点

1）监控装置实时监测两路直流输入的电压和电流值，在它们超出设定范围时给出告警；2）监控装置实时监视两路直流输入断路器和馈出分路断路器的状态，在它们分闸时给出告警（馈出分路断路器分闸告警可屏蔽）；3）通讯口、模拟量通道、开关量通道采用隔离技术，微处理器得到精心呵护，符合高等级抗扰度国际标准，系统工作稳定可靠；4）监控装置具有数字电位器功能，方便用户现场进行参数校准。

5）监控装置具有RS232接口和RS485接口，可随意选CDT、RTU、MODBUS、IEC103四种通讯规约与上位机通讯。

3 双电源直流供电的监控

3.1通信电源监控的意义

通信电源系统是通信系统的心脏，在局、站中具有不可比拟的地位。为提高劳动生产率、实现机房无人值守，供电网络的监测和早期的预警就显得尤为重要，这也决定了通信电源监控系统必须是实时性、准确性、快速响应性都很高的大型分布式网络系统。它必须具有“三遥”的基本功能，数据的存储及处理（包括各种报表）、告警的查询分析和统计等功能也必不可少。

通信电源集中监控技术在通信电源的应用，标志着通信电源的维护和管理从人工看守式的维护管理模式向计算机集中监控和管理模式转换，其目的：

1）与通信技术发展相适应，提高对通信电源设备的维护管理水平；2）提高通信电源供电质量，使供电系统有更高的可靠性和经济性；3）充分发挥计算机技术优势，使电源设备管理向自动化、智能化方向发展；4）实现通信电源设备少人、无人值守；5）提高维护效率，降低维护成本。

3.2通信电源监控的组成

基本的 触摸式智能直流配电监控系统由监控装置（监控系统主机） 和综合监测单元（监控系统从机） 组成，它们之间通过内部 RS485 总线连接 ，满足用户开放式组屏的习惯需求。也可以通过扩展多始综合监测单元， 支路电流检测单元等产品，以构成功能更强的一体化智能直流监控系统。系统结构框图如图所示。

3.3监控系统主要功能特点

智能直流配电监控系统应采用标准的网络机柜结构，使配电系统能很好的融合到机房环境中， 提升配电系统档次， 改变配电系统形状与众不同， 需要隐蔽放置的现状。能精确地测量配电系统各项参数， 包括进线电压、 进线电流、 开关状态等电源参数， 具备全面的电源管理功能， 将配电系统完全纳入机房监控系统，监测各支路的状态， 并能通过远程通信， 能实现机房的集中监控。 多项监测参数和各报警信息均可同时显示于同一监控画面中，为管理人员全面而快速地了解各运行参数提供便利。

4结论

重要通信站点按照双路直流电源供电方式配置运行，是技术与规范要求的必然结果。在符合规范的前提下，采取双电源直流切换技术，可同时兼顾各类不同站点、设备对电源系统的要求。进一步提高电源系统运行的稳定性、可靠性。通信直流电源监控系统的应用将极大的改善通信站电源系统运行质量，提升维护、管理的便利性、可靠性。

参考文献

[1]徐文杰.直流远供电源在通信系统的应用[J].电源世界，2013（2）：53-55.

直流电源篇7

关键词：直流系统 交流不间断电源系统 充电器 逆变器

中图分类号：TG457.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（b）-0107-02

核电厂的直流系统作为断路器的分闸、合闸回路，继电保护装置的操作、控制、信号和保护回路的工作电源，是核电厂厂用电系统最重要组成部分。220 V交流不间断电源（UPS）系统是核电厂计算机、通信系统以及安全保护设备必需的一种不间断、高可靠的电源。直流系统和UPS系统对保证核反应堆的安全运行有着至关重要的作用，为了满足单一故障准则，核安全级的直流和交流不间断电源系统需要冗余配置。并且电气上隔离，实体上分隔。

1 直流和UPS系统的运行

1.1 直流系统的运行方式

在核电厂中，直流系统按电压可以分为24 V、48 V、110 V和220 V四种等级，其中某些系统为核安全级，必须按照RCC-E标准进行设计制造和试验。

核电工程的直流系统接线通常采用单母线分段形式，包括两台充电器和一组蓄电池，母联开关将母线分为A和B两段，A段母线上连接有一台充电器、一组蓄电池和蓄电池试验回路；B段母线连接有另一台充电器、微机绝缘监测仪以及馈线回路。正常运行时，由B段母线上的充电器向直流负荷供电，同时向蓄电池组浮充电，该充电器能提供最大持续负荷电流，同时维持蓄电池组端电压不变。当运行的该台充电器发生故障时，就地手动切换到A段母线上的充电器，切换期间由蓄电池组为负荷进行供电，为了提高供电的可靠性，两台充电器允许并联运行，中间不设机械闭锁。直流系统进线电源取自不同的380 V母线段。

蓄电池组工作在浮充电状态时，它仅需提供瞬时尖峰负荷。一旦充电器或其交流电源故障，蓄电池组能够向本系统全部直流负荷供电至少1 h。如果1 h后还未恢复充电器供电，则系统有可能失电。

蓄电池试验回路系统与直流系统相配套，用于检验安装在厂区内的铅酸蓄电池是否处于良好的工作状态。当直流系统停用时，即可进行蓄电池10 h容量放电试验以及1 h核对性放电试验。放电电流可以在放电试验小车上进行调节。

1.2 交流不间断电源（UPS）系统的运行方式

220 V交流不间断电源（UPS）系统结构图如右图所示，其主要有以下几种工作模式：正常工作模式，电池工作模式，旁路工作模式和充电器工作模式。（如图1）

正常工作模式下，由交流线路通过AC-DC整流电路、逆变器，向负载供电。交流线路欠压或失电时，由蓄电池通过逆变器向负载供电。如果逆变器过载或者失效，静态开关断开逆变器通路，同时将负载与旁路回路接通。当负载恢复正常，或者系统恢复供电条件时，系统会自动从旁路工作模式切换回正常工作模式。逆变器自动跟踪旁路电源的频率并与旁路电源同步，当旁路电源超出正常范围50Hz±6%时，逆变器放弃跟踪，转为自动调整输出频率为50 Hz。以上的相互切换，是靠控制静态开关EA&EN来实现的。静态开关切换时间不大于1 ms。以上的工作模式切换是调试的重要内容，是保证对重要负荷不间断电源供给的重要一环。

2 直流系统的组成结构和功能

直流系统设备主要包括蓄电池、充电器、直流配电柜以及接地故障探测仪等。

2.1 蓄电池

目前，核电厂直流系统广泛使用铅酸蓄电池，铅酸蓄电池由二氧化铅（PbO2）的正极板、铅（Pb）的负极板和密度为1.2～ 1.4 g/cm3的稀硫酸（H2SO4）电解液构成。单个蓄电池的均衡充电电压为2.30 V，浮充电电压为2.23 V，事故放电终止电压为 1.87 V。

蓄电池初次使用前必须进行初充电。初充电可恒流充电或恒压充电。蓄电池10 h容量放电试验和1 h核对性放电试验结束后，必须进行补充电。此外为了使全列蓄电池的电解液密度、电压均衡一致，还需进行均衡充电。

对蓄电池的充放电试验和容量测试试验，应根据厂家提供的操作说明书和相应的规范来进行。

2.2 充电器

直流系统充电器的整流模块为三相桥式全控整流电路，包含电力二极管和可控硅。功率半导体用快速动作高分断能力的熔断器保护。充电器装有限流保护，防止充电器过热及部件损坏。为满足对蓄电池的充电要求，充电器还应具有稳压、均流、限流以及输出电压可调等特性。

2.3 直流配电柜

核电厂直流配电柜常采用抽屉柜。共有三路进线，其中两路由充电器供电，一路由蓄电池组供电，正常运行时只有一台充电器向配电柜供电，同时经直流母线向蓄电池组浮充电。当充电器或其380 V交流电源故障时，则由蓄电池组向配电柜供电。

蓄电池进线、充电器进出线断路器均配有延时动作的电磁脱扣器，以使短路保护具有选择性。

2.4 接地故障探测仪

直流系统接地故障探测器可连续地监测系统绝缘完整性，它能够测出母线电压，各分支回路的正极、负极对地的电压值和绝缘电阻值，发生故障时，可以指示故障极性及报警。

调试试验时，应分别在母线和各分支回路出线端中接一滑线电阻器（35～80 kΩ），调节滑线电阻器，当其电阻值低于设定电阻值时，探测器上的红灯亮并发出报警，同时液晶显示屏上显示发生接地故障的支路数和接地电阻值，同时通过DCS向主控室发出报警信号。

3 交流不间断电源（UPS）系统的组成结构和功能

UPS系统包括逆变器、整流器、静态开关、手动旁路开关、隔离变、调压变和交流配电屏等。

3.1 逆变器

UPS系统使用的逆变器单元主要由以下元件组成：逆变器、静态开关EA&EN、三位手动旁路开关和旁路变压器。其中的逆变功能模块由IGBT组成的电压型单相全桥逆变电路完成，使用SPWM控制技术使输出得到品质优良的正弦波。逆变器调试时，需要测量输出波形并计算谐波总畸变（THD）以判断是否达到性能要求。

3.2 整流器

380 V三相交流电通过隔离变和LC滤波后，输入整流器转化为直流电，再输送给逆变器，由于在蓄电池回路加装逆止二极管，整流器正常工作时，不对蓄电池进行充电，这样能保证对逆变器负荷的能量供给。对于直接由直流系统供电的逆变系统，则没有整流器设备。

3.3 静态开关

静态开关是实现逆变器输出和旁路回路切换的装置，当UPS的输出故障或负载异常时，逆变器的输出可自动的切换到旁路市电，切换也可以是手动完成，手动切换同样无中断供电。

4 结语

核电厂直流和UPS电源系统包含子系统很多，供电负荷也多。由于部分系统涉及到核安全，因此结构复杂，运行方式灵活。在这些系统试验调试前，要做好充分的准备，熟练掌握系统的设备、组成结构、功能和运行特性以及相关试验内容和方法，才能确保调试工作顺利进行。

参考文献

[1] GFD（OPzS）系列固定型防酸式铅酸蓄电池使用说明书[S].

[2] DL/T 5044-2004发电厂直流系统设计技术规范[S].

[3] 陈天翔，王寅仲，海世杰.电气试验[M]，中国电力出版社，2008.

直流电源篇8

关键词:DEH系统直流电源改造

数字电液调节系统(DEH)主要控制汽轮机的转速和功率,完成从汽轮机挂闸、暖机、冲转、同期并网、带初始负荷至额定负荷以及正常运行时的整个控制过程,还要完成在汽轮机挂闸前所需做全部的静态试验和正常运行前的动态试验。同时监视、计算汽轮机的相关参数,实现各种保护及参数监视功能。DEH系统相当于汽轮机的“神经中枢单元”,其自身功能的完善与性能的稳定,对机组的安全、经济运行至关重要。

DEH控制系统要可靠、精确的完成以上所有全部功能,其系统电磁阀的正确动作与否有一个关键性问题,而电磁阀的正确动作与否与电磁阀的工作电源有很大的关系,因此对电源的可靠性有很大的要求。2008年,电气人员在处理“DEH直流电源故障”光字牌误时,因直流电源双路切换装置后接线端松脱而引起汽轮机组跳闸事故,曾有多次因电磁阀短路而引起电源中断造成的汽轮机组跳闸事故。因此对应对DEH系统电磁阀的供电电源方式进行更改。

一、改造前的状况

黔北发电总厂300MW机组DEH系统的电磁阀电源是直流220V电源,是两路电源冗余供电方式,所有的电磁阀共用这两路电源冗余输出后的电源,如图(1)所示:正常运行中若需对某个电磁进行检修而需断电时,必须将两路直流电源都断开才能完全的断电,否则消缺工作就不能进行,给机组正常运行带安全隐患。

但在机组运行过程中又不允许将两路直流电源都断开,因为机组运行中6、7、8、9YV电磁阀为带电状态,6YV电磁阀和7 YV电磁阀、6YV电磁阀和9YV电磁阀、8YV电磁阀和7 YV电磁阀、8YV电磁阀和9 YV电磁阀不能同时失电,一但同时失电,就会造成机组跳闸。这给维护工作带来很大的不便,若电源有接地或电源出线端子松动以及短路时,都会使电源中断而引跳机事故。

二、改后的情况及其效果

针对以上情况,对黔北发电总厂300MW机组DEH系统直流电源进行改造:将原直流电源供电方式为双路电源冗余供电方式,改为两路电源分别提供电源并在中间增加联络开关,如图(2)所示:所有电磁阀共用这两路电源,所有电磁阀分为两路直流电源分别供给,6YV电磁阀、8YV电磁阀为一路电源供电,7YV电磁阀、9YV电磁阀为另一路电源供电,其余电磁阀由于机组正常时为失电态,电源中断对这些电磁阀没有影响,所以对这些电磁阀平均分配由这两路电源提供。

机组正常运行中,若其中一路电源中断,将该路电源的空开(K1或K2)断开,再合上联络开关,在电源故障期间都不会使另一路电源提供的电磁阀失电,待电源处理好后再恢复原状,在机组正常运行状况下维护工作就方便、安全多了,且不会有很大的安全问题。还有在机组正常运行中,某个电磁阀发生故障需断该路直流电源进行处理时,也不会引起汽轮机组的安全、稳定运行。

三、结束语

由于我厂DEH系统直流供电方式的不合理,至从将直流电源改造后,我厂300MW机组不再因电源问题而发生跳机事故,从而提高了汽轮机组安全、经济、可靠的运行。通过这两年对机组的运行观察看,我厂对DEH系统直流电源更改方案是正确的,对于两路供电且为多台相同及相相似设备供电时,如DCS系统的DPU和操作员站,建议不采用两路电源切换装置,采用分别供电的方式。因此对其它电厂两路电源供电方式有一定的借鉴作用。

直流电源篇9

【关键词】 煤矿 直流设备 试验 控制技术

随着电力行业的迅速发展和新能源发电的技术限制，使得电力行业对于煤炭的依赖程度不断提高。煤矿井下工作环境中含有大量瓦斯、煤尘等可燃性气体和混合物，电气设备短路、过载等故障可能直接导致井下安全生产事故，所以对井下电气设备的可靠性和安全性要求较高。矿用架线机车、蓄电池机车作为井下运输工具，车辆的稳定运行对于井下安全生产和避免安全隐患具有也十分重要的意义。

一、整流技术

变流电路用于实现电能（交流（AC）和直流（DC））之间的变换，属于电能转换过程常用的电路。根据电能输入输出形式不同，变流电路可以分为AC-DC转换、AC-AC转换、DC-DC转换和DC-AC转换。本文涉及的变流电路为AC-DC，即整流电路，其目的是将交流电转变成直流电，为煤矿直流设备控制装置试验提供电源。传统的整流装置大部分采用二极管不可控整流技术或晶闸管相控整流技术，这类技术控制过程简单、效率较高，但功率因数较低，且输入电流的谐波含量比较高，对电网具有不良的影响。本文选用四个绝缘栅双极型晶体管（IGBT）两两串联Q1、Q2及Q3、Q4串联后并联组成桥式整流单元（如图1所示），并设计RCD缓冲电路避免瞬态操作电压对IGBT管的冲击，降低IGBT的开关损耗，保护整流单元安全、可靠运行，在IGBT关断过程中，电容C通过二极管充电，吸收关断过程产生的du/dt，在IGBT开通后，电容C两端的电压通过电阻R放电。

图1桥式整流电路原理图

二、控制单元设计

煤矿直流设备控制装置试验电源控制单元用于实现电源的控制和保护，主要由操作面板、处理器、IGBT驱动单元、显示单元、电压和电流检测单元等组成，其中操作面板用于控制指令的输入；处理器是整个控制系统的核心，用于实现数据的计算、处理、实验过程控制和输出电压调节；IGBT驱动单元用于驱动IGBT可靠导通和关断；显示单元用于显示电源的电压、电流、状态等信息；电压和电流检测单元用于检测电源的电压、电流信号，并将信号进行隔离放大处理后发送给处理器。

2.1 电压反馈电路

煤矿直流设备控制装置试验用电源需要稳定、准确的电压输出，并且要根据不同型号产品的需求调节电压幅值，所以需要设计可靠的电压反馈电路，处理器计算反馈值与需求值之间的偏差，然后对输出电压进行动态调节，保证试验电压的准确性。由于电源输出电压最高可达600V，所以不能从端口直接获得电压信号，设计由大功率电阻分压后得到处理器AD可以接收的电压信号。为了保证电路的稳定性，在电路中加入一个高输入阻抗的电压跟随器来获取电压信号。电压反馈电路如图2所示，图中C5作用是滤除信号中的杂质，

图2 电压反馈电路

稳点电路输入电压，减小信号漂移，通常选取高频无感电容。电阻R5、R6起到分压作用，电压反馈电路测量电压等于电阻R6两端电压，其电压值为总电压的R6/R5+R6。稳压二极管D5和电容C6起到保护作用，防止运放输入电平高于其供电电压。

2.2 电流检测电路

煤矿直流设备控制装置过载试验是在额定电流的1.6倍、3倍和5倍条件下进行，试验过程对电流值具有明确要求，所以试验电源应该具有稳定、可靠的电流检测电路。为了降低主电路对电流信号的干扰，提高电流检测的精度，选用基于霍尔效应电流传感器采集母线电流。CS600E2型电流传感器原边额定输入电流600A，原边测量电流范围0～±1000A，响应时间小于等于5μs，工作电源为±15V，传感器输出电压范围0-4V。传感器输出信号经过隔离和LM324组成的电压跟随其处理后发送给处理器的AD转换引脚，电路检测电路原理图如图3所示。

图3 电流检测电路

2.3 温度保护电路

直流电源内的整流开关管和变压器在工作过程中产生的热量会导致工作环境温度升高，影响控制系统的稳定性，此次除了采取常规散热措施外，还需要设计温度保护电路对电源的温度进行控制和动态调节。温度控制电路工作过程：电源上电后温度保护电路开始工作，当温度值高于设定值时，热敏电阻阻值变大，这时在运放M的同相输入端电压高于0V，信号经过放大后输出到N，使得运放的同相输入端电压高于反相端，运放输出+5V的电压驱动场效应管导通，热电制冷器开始工作降低系统温度，当温度达到正常温度时场效应管截止，热电制冷器停止工作。

同时，系统设置有温度采集电路，处理器对高精度温度传感器的信号进行计算处理，并发送给显示屏进行系统温度实时显示。

三、结论

矿用直流架线电机、矿用蓄电池车辆是我国中小煤矿井下主要的运输设备之一，其安全性直接关系到煤矿安全生产工作能否顺利开展，本文设计的煤矿直流设备控制装置试验电源满足国家标准要求，符合矿用直流设备控制装置检验需求，具有输出稳定、安全可靠等特点。

参 考 文 献

[1] 贾德利.IGBT逆变电源的设汁与应用[M]，哈尔滨工业大学出版社，2012.

直流电源篇10

北京工商大学计算机与信息工程学院 付 扬

【摘要】设计一种多路输出的直流稳压电源。通过对220V电网电压进行降压、整流、滤波，并以三端可调和固定输出的集成稳压器稳压，得到多路电压输出。设计中依据Multisim仿真，通过不断调试修改电路参数，取得了理想的设计效果。该电源可以满足多种工作电压系统的需求，并在实际中得到很好地使用，具有很强的实用价值。

【关键词】Multisim仿真;稳压电源;多路输出

1.引言

在电子电路和电子设备中常常需要各种不同电压的直流电源，但有些电源只有某一固定电压输出，或有些电源体积偏大，给一些便携式电子产品及小型的电子系统使用带来不变，基于此本设计研究一种多输出便于携带的直流稳压电源，它将电网交流电变为各种需要的直流稳压电源。

为保证设计实现，电路基于Multisim仿真进行设计。Multisim是美国国家仪器公司推出的原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，它具有较为详细的电路分析功能，可以设计、测试和演示各种电子电路。

2.设计任务及方案

设计多路输出直流稳压电源，即输出±（1.25V～20V）任意可调电压;输出±12V电压;输出±5V电压。

设计的直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如图1所示。其各部分主要完成的作用是：电源变压器将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2;整流电路将交流电压u2变为脉动的直流电压u3;滤波电路将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4;稳压电路清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压uo的稳定。

图1 直流稳压电源框图

3.单元电路设计

3.1 变压器降压和整流电路

220V交流电首先要降压，以得到合适的电压值，其降压和整流电路如图2所示。根据设计任务，需要降压电路具有2路输出，电源变压器可选一次输入220VAC，二次输出2个绕组均为20V，其A点仿真波形如图3所示，图中两条曲线分别为输入交流电压波形和降压后的波形，A点相位与输入相同，B点相位与输入相反。

图2 降压和桥式全波整流电路

图3 输入波形和A点降压波形

利用整流二极管的单向导电性，将降压后双向变化的交流电变成单向脉动的直流电，常用的整流电路有单相半波整流电路与单相桥式整流电路两种，本设计采用单相桥式整流电路，其仿真结果如图4所示，图中上面曲线为C点整流波形，下面曲线为D点整流波形。

图4 整流电路仿真波形

设变压器副边电压为：

（1）

整流输出电压平均值Uo：

（2）

由于每个周期内，D1、D4串联与D2、D3串联各轮流导通半周，所以每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半，二极管截止时，每个二极管承受的最高反向电压就是变压器次级交流电压u2的最大值。

3.2 滤波

整流输出的直流电压脉动分量比较大，为减小脉动，在整流电路之后加上滤波电路。本设计采用电容滤波，电容在高频时容抗小，和负载并联，从而达到减小纹波的目的，电容滤波电路如图5所示。

图5 整流滤波电路

若滤波电路负载开路，则输出电压为。接入负载后，其输出电压取决于时间常数RLC，RLC 越大，Uo越高，脉动越小，同时负载电流的平均值越大，整流管导电时间越短，二极管 iD的峰值电流越大，当时，工程上常取：

（3）

仿真波形如图6所示，滤波后输出电压的脉动程度大大减少，而且输出电压平均值U0提高了，上面曲线是C点波形，此时C为10μF电容，下面近乎直线是D点波形，C为4700μF电容滤波波形。

图6 10μF和4700μF电容滤波波形

3.3 稳压电路

稳压电路采用三端集成稳压器，三端集成稳压器只有三个引脚，即输入端、输出端、公共端。输出电压固定的三端集成稳压器有正输出（LM78××）和负输出（LM79××）两个系列，以上各型号中的××表示输出固定电压值，一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8种。输出电压可调的三端集成稳压器有LM317、LM117（输出正电压），LM337、LM137（输出负电压），其最大输入电压40V，输出电压范围为⒈25～37V。

4.整体电路设计实现

整体电路设计如图7所示，输出±可调电压由LM317和LM337的E、F输出，其通过调节滑动变阻器RW，输出电压可调，其输出电压计算公式：

（4）

LM7812和LM7912输出G、H分别为±12V，LM7805和LM7905输出M、N分别为±5V，其正电压E、G、M点输出仿真如图8所示，负正电压F、H、N点输出仿真如图9所示，由仿真可见，实现了预期的设计。

图7 多路输出稳压电源电路

图8 分别为E、G、M点输出电压

图9 分别为F、H、N点输出电压

5.结论

基于multisim的实现了直流稳压电源的降压、整流、滤波和稳压设计，实现了多种稳压输出，其设计调试方便，达到理想设计。该设计已经使用到我们电子技能实训的各种电子系统中，使用方便，效果很好。

参考文献

[1]卞文献，何秋阳.Multisim10仿真软件在《模拟电子技术》理论课教学中的应用[J].电子世界，2012.13：162-163.

[2]雷跃，谭永红.用Multisim10提升电子技术实验教学水平[J].实验室研究与探索，2009（4）：24-27.