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通信電源技術(shù)探討
摘 要 通信電源由直流供電系統(tǒng)，交流供電系統(tǒng)，接地系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)，防雷系統(tǒng)組成。電源的安全、可靠、是保證通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要條件。蓄電池組，高頻開關(guān)電源，UPS是通信電源的重要組成部分。
關(guān)鍵詞 蓄電池組；高頻開關(guān)電源；UPS
中圖分類號(hào)：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2013）18-0035-02
1 蓄電池組
1.1 蓄電池的結(jié)構(gòu)及工作原理
蓄電池通常是指鉛酸蓄電池，它是電池中的一種，屬于二次電池。它的工作原理是：充電時(shí)利用外部的電能，使內(nèi)部活性物質(zhì)再生，把電能存儲(chǔ)為化學(xué)能，需要放電時(shí)再次把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能輸出。
1.1.1 蓄電池的充電
蓄電池充電時(shí)，負(fù)極會(huì)析出氫氣，正極會(huì)析出氧氣。析出的氧氣到達(dá)負(fù)極，與負(fù)極起下述反應(yīng)。正極析氧，在正極充電量達(dá)到70%時(shí)就開始了。
充電過程2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
1.1.2 蓄電池的放電
蓄電池作為應(yīng)急備用能源，其價(jià)值和性能是通過放電來實(shí)現(xiàn)的，蓄電池放電過程中的化學(xué)反應(yīng)：
放電過程Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
1.2 蓄電池的維護(hù)
在維修過程中，應(yīng)經(jīng)常檢查蓄電池的外觀，極柱。若發(fā)現(xiàn)電池槽，蓋發(fā)生破裂，以及結(jié)合部滲漏電解液，極柱周圍出現(xiàn)爬酸現(xiàn)象要及時(shí)更換電池。2 V蓄電池在投入運(yùn)行后的前五年，12 V蓄電池在投入運(yùn)行后的前兩年，每年應(yīng)以實(shí)際負(fù)載進(jìn)行一次核對(duì)性放電試驗(yàn)，放出標(biāo)稱容量的30%-40%。2 V蓄電池在投入運(yùn)行后的第六年起，12 V蓄電池在投入運(yùn)行后的第三年起，每年應(yīng)進(jìn)行一次容量試驗(yàn)。
2 高頻開關(guān)電源
2.1 開關(guān)整流器監(jiān)控單元的原理
開關(guān)整流器監(jiān)控單元的單片機(jī)電路對(duì)電源參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。缺相檢測(cè)和網(wǎng)壓檢測(cè)電路對(duì)三相交流輸入進(jìn)行缺相檢測(cè)和電網(wǎng)電壓檢測(cè)，檢測(cè)到的缺相信號(hào)和電網(wǎng)電壓信號(hào)送給單片機(jī)電路進(jìn)行處理。單片機(jī)接受鍵盤指令，采用LCD顯示電源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制菜單。輔助電源提供開關(guān)整流器內(nèi)部控制電路所需要的各種電源。溫度檢測(cè)電路檢測(cè)主散熱器溫度，送給單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)主散熱器溫度，通過風(fēng)扇控制電路控制風(fēng)扇的工作狀態(tài)。
2.2 負(fù)荷均分的概念
一套高頻開關(guān)電源系統(tǒng)至少需要兩個(gè)高頻開關(guān)電源模塊并聯(lián)工作，大的系統(tǒng)甚至需要多達(dá)數(shù)十個(gè)電源模塊并聯(lián)工作，這就要求并聯(lián)工作的電源模塊能夠共同平均分擔(dān)負(fù)載電流，即均分負(fù)載電流。目前高頻開關(guān)電源均采用PWM型均流方式，是一種數(shù)字式調(diào)整均流方式，具有均流精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，抗干擾性較好，模塊控制數(shù)多的優(yōu)點(diǎn)。
2.3 負(fù)荷均分的原理
US為系統(tǒng)取樣電壓，Ur為系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓，兩者比較后產(chǎn)生誤差電壓UD，UD與三角波比較產(chǎn)生一個(gè)脈寬調(diào)制方波信號(hào)，其波寬受UD大小控制。這個(gè)方波信號(hào)送至每個(gè)整流模塊，通過模塊內(nèi)光耦，隔離，整形，放大后與模塊電流比較。這個(gè)比較信號(hào)再與模塊內(nèi)的預(yù)先設(shè)定參考電壓值相疊加，調(diào)整模塊的輸出電流，改變模塊的輸出電壓，使每個(gè)模塊的輸出電流相等。
3 UPS電源
不間斷供電電源系統(tǒng)（UPS）是能夠持續(xù)穩(wěn)定不間斷向負(fù)載供電的一類重要電源設(shè)備。從廣義上說UPS包括交流不間斷電源系統(tǒng)和直流不間斷電源系統(tǒng)。長(zhǎng)期以來，已習(xí)慣于把交流不間斷電源系統(tǒng)稱為UPS。
3.1 UPS原理
交流市電電源輸入由整流器轉(zhuǎn)換為直流電源。逆變器將此直流電源或來自電池的直流電源轉(zhuǎn)換為交流電提供給負(fù)載。市電中斷時(shí)，由電池通過逆變器給負(fù)載提供后備電源。市電電源還可通過靜態(tài)旁路向負(fù)載供電。需要對(duì)UPS維修保養(yǎng)時(shí)，可將負(fù)載切換到維修旁路供電，負(fù)載電源不中斷。
3.2 UPS幷機(jī)系統(tǒng)特點(diǎn)
并聯(lián)UPS軟件和硬件與單機(jī)模式完全一致。幷機(jī)系統(tǒng)的配置可通過參數(shù)設(shè)置軟件實(shí)現(xiàn)。幷機(jī)系統(tǒng)各單機(jī)的參數(shù)設(shè)置要求一致。幷機(jī)控制電纜形成閉環(huán)連接，為系統(tǒng)提供可靠性和冗余。雙母線控制電纜連接在兩個(gè)母線的任兩個(gè)UPS單機(jī)之間。智能幷機(jī)邏輯為用戶提供最大靈活性。例如，可按任意順序關(guān)閉或啟動(dòng)幷機(jī)系統(tǒng)中的各單機(jī)。可實(shí)現(xiàn)正常模式和旁路模式之間的無縫切換，并且可以自動(dòng)恢復(fù)。即過載消除后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到原來的運(yùn)行模式�？梢酝ㄟ^各單機(jī)的LCD查詢幷機(jī)系統(tǒng)的總負(fù)載量。
3.3 UPS單機(jī)并聯(lián)的要求
多個(gè)單機(jī)并聯(lián)組成的UPS系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)大的UPS系統(tǒng)。但是具有更高的系統(tǒng)可靠性。為了保證各單機(jī)使用度相同并符合相關(guān)配線規(guī)定，應(yīng)滿足以下要求。
1）所有單機(jī)必須容量相同并且并接到相同的旁路電源。
2）旁路電源和整流輸入電源必須接到相同的中線輸入端子。
3）如安裝漏電檢測(cè)儀器（RCD），必須正確設(shè)置并且安裝在共同的中線輸入端子前。或者該器件必須監(jiān)控系統(tǒng)的保護(hù)地電流。
4）所有的UPS單機(jī)的輸出連接到共同的輸出母線上。
3.4 UPS特殊工作模式
3.4.1 旁路模式
正常模式下，如遇逆變器故障，逆變器過載或手動(dòng)關(guān)閉逆變器，靜態(tài)開關(guān)將負(fù)載從逆變器側(cè)切換到旁路電源側(cè)。如此時(shí)逆變器相位與旁路相位不同步，靜態(tài)開關(guān)將負(fù)載從逆變器輸出切換到旁路電源輸出，但會(huì)出現(xiàn)負(fù)載電源短時(shí)中斷。該功能可避免不同步交流電源的并聯(lián)引起大環(huán)流。負(fù)載電源中斷時(shí)間可設(shè)置，通常小于3/4周期。例如：頻率50 Hz時(shí)，中斷時(shí)間小于15 ms：頻率60 Hz時(shí)，中斷時(shí)間小于12.5 ms。
3.4.2 并聯(lián)冗余模式
為提高系統(tǒng)容量或可靠性，或既提高系統(tǒng)容量又提高可靠性，可將數(shù)個(gè)UPS單機(jī)設(shè)置為直接并聯(lián)，由各UPS單機(jī)內(nèi)的幷機(jī)控制邏輯保證所有單機(jī)自動(dòng)均分負(fù)載。幷機(jī)系統(tǒng)最多可由4個(gè)單機(jī)并聯(lián)組成。
3.4.3 頻率變換器模式
UPS可設(shè)置為頻率變換器模式。提供50 Hz或60 Hz的穩(wěn)定輸出頻率。輸入頻率范圍40 Hz-70 Hz。該模式下，靜態(tài)旁路無效，電池為可選。根據(jù)是否需要以電池模式運(yùn)行來確定是否選用電池。
3.4.4 自動(dòng)開機(jī)模式
UPS提供自動(dòng)開機(jī)功能，即市電停電時(shí)間過長(zhǎng)，電池放電至終止電壓導(dǎo)致逆變器關(guān)機(jī)后，如市電恢復(fù)，經(jīng)過延時(shí)后，UPS會(huì)自動(dòng)開機(jī)。該功能及自動(dòng)開機(jī)延時(shí)的時(shí)間可由調(diào)試工程師設(shè)置。
3.4.5 電池模式
由電池經(jīng)過電池升壓電路通過逆變器給負(fù)載提供后備電源的運(yùn)行模式為電池模式。市電停電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入電池模式運(yùn)行。負(fù)載電源不中斷。此后市電恢復(fù)時(shí)，系統(tǒng)又自動(dòng)切換回正常模式，無需任何人工干預(yù)，并且負(fù)載電源不中斷。
3.5 UPS高級(jí)功能
UPS提供電池維護(hù)測(cè)試功能。電池定期自動(dòng)放電，每次放電量為電池額定容量的20%，實(shí)際負(fù)載必須超過UPS標(biāo)稱容量的20%。如果低于20%，則無法執(zhí)行自動(dòng)放電維護(hù)。自動(dòng)放電間隔時(shí)間30天-360天可以自行設(shè)置。電池自檢可禁止。
在線式UPS中，無論市電是否正常，都由逆變器供電，所以市電故障瞬間，UPS的輸出不會(huì)間斷。另外由于在線式UPS加有輸入EMC濾波器和輸出濾波器，所以來自電網(wǎng)的干擾能得到很大的衰減。
參考文獻(xiàn)
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