开关电源的应用及发展（精选12篇）
开关电源的应用及发展 第1篇
随着现代电力技术的不断发展, 电力网络的规模越来越大, 复杂程度也越来越高, 为了确保电力系统的稳定性, 需要装设各种安全自动装置。备用电源自动投入装置就是其中最常见的一种, 该装置动作的正确可靠与否将直接影响到火力发电厂和生产装置区变电所供电的可靠性。
备用电源自动投入装置是当工作电源因故障断开以后, 能够自动而迅速地将备用电源投入工作或将用户切换到备用电源上去, 从而使用户不致于被停电的一种装置, 简称“BZT装置”。
2 备用电源自动投入装置的发展
同继电保护装置一样, BZT装置经历了从电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型到微机型的发展历程。电磁型BZT装置主要由低电压继电器、时间继电器、中间继电器、开关辅助接点等组成, 接线简单, 维护方便, 容易掌握, 一定范围内能够满足控制要求, 因而在20世纪80年代得到了广泛的应用。但是, 电磁型BZT装置也有着明显的缺点:设备体积大, 寿命短, 动作速度慢, 功能少, 程序不可调。20世纪80年代中期到90年代初期, 出现了整流型和晶体管型BZT装置, 具有体积小、功率消耗小和防震性能好的优点, 但功能与电磁型BZT装置基本相同。集成电路型BZT装置作为向微机型BZT装置过渡的产品, 还没有来得及大面积推广应用, 就被性能更为优越的微机型BZT装置所取代。
3 备用电源自动投入装置的应用
3.1 电磁型BZT装置
电磁型BZT装置的应用比较普遍, 均采用带时限的低电压起动方式。对电磁型BZT装置, 有以下基本要求:
(1) 工作电源电压, 除了因手动断开或进线开关保护动作而消失外, 在其他原因造成电压消失时, BZT装置都应动作;
(2) 应保证在工作电源断开后, 备用电源有足够高的电压时, 才投入备用电源;
(3) 应保证BZT装置延时动作, 并且只动作一次;
(4) 当发生PT断线时, BZT装置的起动元件不应动作;
(5) 若BZT装置投入稳定性故障, 必要时应该使投入断路器的保护加速动作。
使用电磁型BZT装置时, 除了因为电气元件, 如电压继电器和时间继电器等的不稳定性会影响到正常电源和备用电源之间的切换之外, 还存在以下问题:
(1) 切换时间长:时间继电器的整定时间t要求躲过工作电源进线开关的动作时限t1, 以避免工作电源进线保护动作时, 备用电源投入故障母线段;同时, 还应该比工作电源母线段引出线短路保护的最长动作时间大一个时限阶段t2。一般情况下, t1=0.7~0.9 s, t2=0.5~0.7 s, 电磁型BZT装置的动作时间t=t1+t2=1.2~1.6 s;
(2) 冲击电流大:切换时间长导致电动机电源电压严重下降, 当备用电源投入时, 电动机自启动成功与否、自启动时间等都将受到较大的限制, 同时, 由于电动机的转速严重下降, 自启动过程中将会给电源母线带来非常大的冲击电流;
(3) 自投可靠性差:工作电源母线失电后, 异步电动机将惰行。对单台电动机而言, 电源切断后电动机的定子电流变为零, 转子电流逐渐衰减, 转子转速也将从额定值逐渐降低, 转子电流磁场将在定子绕组中感应反向电势, 形成反馈电压;对多台异步电动机而言, 由于各电动机的容量、负载等情况不同, 在惰行过程中, 一部分电动机将继续保持异步电动机的特征, 而另一部分将呈现异步发电机的特征, 此时的母线电压即为众多异步电动机的合成反馈电压, 俗称“残压”。通常, 电动机总容量越大, 残压的频率和幅值衰减的速度越慢。由于电磁型BZT装置没有检测母线的残压, 也没有检测备用电源和母线残压之间的差压, 所以备用电源能否成功自投具有一定的不确定性。当备用电源和母线残压之间的相位差超过20°时, 在备用电源进线开关的合闸过程中将形成很大的冲击电流, 可能会导致后加速保护动作, 造成自投不成功。
3.2 整流型和晶体管型BZT装置
整流型和晶体管型BZT装置的功能与电磁型BZT装置相比, 没有得到明显的改进, 实际使用过程中仍然存在上述问题。后来由于各种原因, 整流型和晶体管型BZT装置并没有得到广泛应用。
3.3 集成电路型BZT装置
作为过渡产品, 集成电路型BZT装置具备了微机型BZT装置的某些功能, 但是, 由于集成电路型BZT装置采用整流、积分等模拟方法来“计算”备用电源和母线残压之间的相位差和频差, 在动态条件下, 其“计算”速度和精度与微机型BZT装置相比均有一定的差距。随着微处理技术的迅猛发展, 集成电路型BZT装置被微机型BZT装置取代。
3.4 微机型BZT装置
现行工程设计中, BZT装置均采用微机型。微机型BZT装置有如下特点和优点:
(1) 装置直观简便:外部接线少, 占据空间小, 可以在线查看全部输入量、保护整定值、预设值、瞬时采样数据和事故分析记录, 显示屏能实时显示相关运行数据;
(2) 可靠性高:采用了先进的电磁兼容 (EMC) 技术、新型抗电磁和尖脉冲干扰器件以及MPC器件, 软件上采用了冗余、容错、数字滤波等技术;
(3) 精度高, 免校验:精度均可由软件调整, 全数字化处理和接点信号系统;
(4) 智能化程度高, 自适应能力强:通过面板或软件可设置和修改PT、CT的变比、保护整定值、定值越限触发等参数, 保护功能均设有软压板, 可根据现场需要设置投退, 出口继电器均为可编程输出;
(5) 综合功能强:具有串行通信功能, 可进行远方监控, 也可以脱离网络独立完成各项功能, 任一装置发生故障均不会影响到其他设备, 从而保证了整个系统的高可靠性。
4 火力发电厂厂用电的切换
4.1 厂用电切换对锅炉燃烧的影响
锅炉是一个多输入多输出、非线性的动态对象, 诸多调节量和被调量之间存在着一定的耦合通道。若厂用电备用电源切换时间过长, 会导致锅炉辅机设备的电动机转速明显降低, 例如当磨煤机和给粉机的转速下降到一定的程度时, 风粉比就不能维持锅炉的正常燃烧, 可能会引起热工保护动作, 导致停炉、停机, 严重情况下, 甚至可能造成锅炉爆炸事故。
4.2 影响厂用电切换的主要因素
影响火力发电厂厂用电切换的主要因素包括开关条件、系统结构、运行方式、故障性质、切换方式和切换装置。
目前, 少油开关逐渐被真空开关所代替, 大大缩短了切换时间, 对快速切换的实现起到了决定性作用;系统结构和运行方式取决于电气主接线, 厂用电切换只能在既定的情况下进行, 不可能按照厂用电切换的需要来改变系统结构和运行方式;故障的发生往往是不可预见的, 所以其性质不可预测。可见, 只有通过对切换方式和切换装置的优化选择来解决传统备用电源自动投入过程中出现的问题。
4.3 厂用电的切换方式
(1) 按照起动原因分类, 厂用电切换可分为如下3种方式:
1) 正常切换:由运行人员手动操作起动, 常用于发电厂机组的开、停车过程;
2) 非正常切换:用于工作电源母线非正常电压下降或失电, 以及人为误操作或工作电源进线开关误动作而导致的工作电源被切除;
3) 事故切换:由BZT装置保护出口起动, 用于事故情况下的工作电源电压下降或失电。
(2) 按照开关的动作顺序分类 (动作顺序以工作电源切向备用电源为例) , 厂用电切换可分为如下3种方式:
1) 并联切换:先合上备用电源, 再跳开工作电源, 多用于正常切换。并联切换又可分为并联自动和并联非自动两种方式, 并联自动方式指由切换装置先合上备用电源, 经短时并联后, 再跳开工作电源;并联半自动方式指快切装置仅完成备用电源的合闸, 工作电源的跳闸由运行人员完成。并联切换过程中, 母线不会断电;
2) 串联切换:先跳开工作电源, 确认工作电源进线开关跳开后, 再合上备用电源, 多用于事故切换。串联切换过程中, 母线的断电时间约为备用电源进线开关的合闸时间;
3) 同时切换:介于并联切换和串联切换之间, 先跳开工作电源, 经短延时后再合上备用电源, 短延时的目的是保证工作电源先断开、备用电源后合上, 这种方式可用于正常切换、非正常切换和事故切换。同时切换过程中, 母线的断电时间大于0而小于备用电源进线开关的合闸时间。
(3) 按照切换的速度或合闸的条件分类, 厂用电切换可分为如下4种方式:
1) 快速切换:当工作电源发生故障, 进线开关跳闸后, 母线残压的频率和幅值将逐渐衰减, 以极坐标形式绘出的母线残压相量变化轨迹如图1所示, 图中Vd为母线残压, VS为备用电源电压, △U为备用电源电压与母线残压间的差压。
假定正常运行时工作电源与备用电源同相, 其电压相量端点为A, 则母线失电后残压相量端点将沿残压曲线由A向B方向移动。所谓的“快速切换”就是切换装置能在安全合闸区域AB段合上备用电源, 则既能保证电动机安全, 又不使电动机转速下降得太多。在实际工程应用中, 是否能实现快速切换, 主要取决于工作电源与备用电源间的固有初始相位差△Φ0、切换装置起动的方式 (如保护起动等) 、固有合闸时间以及厂用电母线当时的负载情况 (相位差变化速度△Φ/△t或频差△f) 等因素。例如, 假定B点的相位差不大于60°, 初始相位差为10° (备用电源电压超前) , 在固有合闸时间内平均频差为1 Hz, 固有合闸时间为100 ms, 则合闸时的相位差约46°;或者反过来讲, 只要切换装置起动时工作电源和备用电源的相位差小于24°, 则备用电源合上时, 相位差小于60°;相同条件下, 若初始相差大于24°, 或合闸时间大于140 ms, 则无法保证合闸瞬间相位差小于60°。当AB段不能实现快切时, 母线残压和备用电源之间的相位差将继续增大, 切换装置将自动转入同期捕捉切换;
2) 同期捕捉切换:图1中, 过B点后BC段为不安全区域, 不允许切换。在C点以后的CD段实现的切换以前通常称为“延时切换”或“短延时切换”。由于不同的运行工况下频率或相位差的变化速度相差很大, 因此用固定延时的办法很不可靠, 现在已不再采用。利用微机型快速切换装置的功能, 实时跟踪频差和相位差变化, 实现CD段的切换, 特别是捕捉母线残压与备用电源的第一次相位重合点, 以便实现合闸, 这就是“同期捕捉切换”。实际工程应用时, 可以做到在过零点附近很小的范围内合闸, 如±5°。以图1为例, 同期捕捉切换时母线电压为65%~70%的额定电压, 电动机转速不致下降得很大, 通常能够顺利的自启动。另外, 由于两电压同相, 备用电源合上时冲击电流比较小, 不会对电气设备及系统造成危害;
3) 残压切换:当母线电压衰减到20%~40%的额定电压后实现的切换通常称为“残压切换”。残压切换虽能保证电动机安全, 但由于母线失电时间过长, 电动机自启动成功与否以及自启动时间等都将受到较大限制。如图1所示, 母线残压衰减到40%的时间约为1 s, 衰减到20%的时间约为1.4 s;
4) 长延时切换:当备用电源的容量不能承担厂用电全部用电负荷, 或者不能满足残压切换情况下电动机的自启动需要时, 机组停车过程中的正常切换只能考虑长延时切换。
5 结语
工作电源失电情况下, 为了确保火力发电厂能够迅速恢复正常运行或安全停炉停机, 确保装置的生产连续性, 应该选用可靠的备用电源自动投入装置。工程设计中, 火力发电厂应优先选用微机型厂用电快速切换装置, 生产装置区变电所应选用微机型BZT装置。随着微处理技术的继续发展, 备用电源自动投入装置将进一步向计算机化、网络化和智能化的方向发展, 保护、控制、测量和数据通讯将趋于一体化。
参考文献
[1]中国航空工业规划设计研究院编.工业与民用配电设计手册.第3版.中国电力出版社, 2005
[2]能源部西北电力设计院编.电力工程电气设计手册.水利电力出版社, 1991
浅谈电源产业及电源技术的发展趋势 第2篇
电力电子技术的发展带动了电源技术的发展，而电源技术的发展有效地促进了电源产业的发展。迄今为止电源制造业已成为非常重要的基础产业，并广泛应用于各个部门，其发展趋势为：继续朝高频、高效、高密度化、低压、大电流化和多元化发展。而封装结构、外形尺寸日趋国际标准化，以适应全球一体化市场的要求，进而使电源产业进入国际市场。电力电子技术已发展成为一门完整的、自成体系的高科技科学，而电源技术又属于电力电子技术的范畴。电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。信息技术（IT）的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了电源技术的发展，两者相辅相成才有了现今蓬勃发展的信息产业和电源产业。从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，而电源技术和产业对提高一个国家劳动生产率的水平，即提高一个国家单位能耗的产出水平，具有举足轻重的作用。而在这个方面我国与世界先进国家的差距很大，作为一个电源工作者，应该不仅只局限于完成当前的本职工作，还必须通过各种信息渠道及时搜索和掌握电源技术最新发展方向与电源相关的元器件、原材料的最新发展动态，及时吸取国内外先进的薄膜工艺、厚膜工艺、集成化工艺等等，只有这样才能设计出世界上一流的电源产品。
一、急速向多元化技术发展
电源是实现电能变换和功率传递的主要设备，是一种技术含量高、知识面宽，更新换代快的产品。此产品现今已广泛应用到农业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、航运、国防、教育、文化等领域。在当前信息时代，上述各行各业都在迅猛异常地发展，发展的同时又对电源产业提出了更多更高的要求。如节能、节电、节材、缩体、减重、防止污染、改善环境、可靠、安全等。这就迫使电源工作者在电源研发过程中不断探索，寻求各种相关技术，做出合格电源产品，以满足各行各业的要求，从而又无形地带动了相关技术的高速发展。而正由于这些技术的高速发展又推动了电源产业的发展。当前电源产业占主导地位的产品门类有：各种线性类稳压电源；通信用AC－DC开关电源；DC－DC开关电源；交流变频调速电源；电解电镀电源；高频逆变式整流焊接电源；中频感应加热电源；电力操作电源；正弦波逆变电源；大功率高频高压直流稳压电源；绿色照明电源；化学电源；UPS电源；可靠高效低污染的光伏逆变电源；风光互补型电源等。而与电源相关的技术有：高频变换技术；功率转换技术；数字化控制技术；全谐振高频软开关变换技术；同步整流技术；高度智能化技术；诸多的电磁兼容相关技术；各种形式的功率因数校正技术；各种保护技术；并联均流控制技术；脉宽调制技术；各种变频调速技术；各种智能监测技术；各种智能化充电技术；微机控制技术；各种集成化技术；网络技术；各种形式的驱动技术和先进的工艺技术。
二、性能价格比是赢得市场占有率的永恒主题
产品价格、各种性能指标、品牌效应及使用寿命一直是广大用户最关心的问题。纵观国内外几家知名电源厂商及世界顶级电源供应商都面对同样的压力，价格之争、性能比拼、产品的精益求精以至艺术化、人性化都在时时地竞争着，特别是在当前信息时代，由于信息网络给客户带来网上定货采购的可能，使产品价格变得日趋公开，迫使每个电源供应商都在力求降低成本的一系列措施，尽量提高性价比，尽最大努力赢得市场占有率。
（一）用户最关注的性能指标
1．电气性能指标
除特种电源外，一般线性类和开关类电源均有数十项指标，但常提及的指标有：输出电压精度、电网调整率、负载调整率、温度系数、输出纹波及噪声、输入反射纹波电流、输入
共模噪声电流、保护性能及效率等。上述指标必须用合格的测试设备标准的测试方法。
2．可靠性、安全性与质量
质量是企业的生命线，纵观改革开放以来，我国企业的发展史，无不说明质量在企业的兴衰中起着举足轻重的作用，尤其在我国进入WTO后，电源设备必将进入国际市场，而这个市场已经是超越区域融贯全球的一体化市场，大家必须遵从国际贸易协定的共同准则，必须加快融入全球一体化的步伐。企业必须接受安全、质量体系等种种标准化规范的论证。当今的电源企业决不能把质量狭义地理解为企业的产品质量，而应广义地理解为企业的全面质量。因此企业应做到按照ISO9000标准进行质量认证，明确自己企业的质量目标和质量方针，对全员进行质量教育，把产品质量贯穿于设计和生产的全过程。生产出技术先进、质量保证的优质产品，供应国内外市场。切记，一定要做好产品的售后服务。另外一定要明确，产品的安全标志是中国生产商进入国际市场的重要通行证之一，所以加入WTO后，我国的电源生产商必须增加对国际UL认证的了解和认识，必须按照程序，按照标准，踏踏实实地做好这些工作，使自己的产品取得UL认证，融入国际市场，目前UL是全球最大的安全认定机构，按双方协议委托中国北京、上海、广州几家研究所和实验室进行此项工作。
3．关注EMC设计水平
电源设计人员应知道，电磁兼容是专门研究在有限空间、时间以及频谱资源条件下，各种电气、电子设备可以共存而不引起性能降低的专门学科。这门科学是伴随着无线电电子学中高频、特高频的应用的发展而发展起来的。电磁兼容其实质含义有：一方面是设备或系统产生的电磁骚扰，不应对周围设备造成不能承受的干扰，也不应对周围环境造成不能承受的“污染”；另一方面是设备或系统对来自周围环境中的电磁干扰应具有足够的抗御能力。要做到这些，相当困难，设计者必须通过学习和大量的实践，深刻认识电磁兼容的标准和产生干扰的途径等，采取有效措施，加大EMC设计。如：加电网滤波器，采取无源补偿新方案，有效地抑制传导干扰；加各种屏蔽措施，抑制辐射干扰；加RC吸收网络在电路的适当部位吸收开关尖峰，利用各种软开关技术，切实保证电源开关器件零电压下导通，零电流下关断，以减小过高的电流、电压梯度所带来的严重电磁干扰。合理设计印制板，合理的地线布局等都会减小电磁干扰，总之，当前电磁兼容技术发展很快，用户对电磁兼容的要求也会愈来愈高，值得电源供应商加倍注意。
4．齐全的保护功能
目前，电源中所使用的功率器件价格较贵，其控制电路也比较复杂，另外电源负载一般都是大量的集成化程度很高的器件，而这些器件一般耐受电、热、冲击能力较差。电源的保护应兼顾本身和负载的安全。目前保护的种类很多，如：极性保护、程序保护、过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护，这些保护为一般常用的几种。由于当前电源的种类很多，用途也极为广泛，所以对保护的要求各有侧重，按要求而定。因为电源中加了保护电路后，势必增加器件，反过来又会影响系统的可靠性，为此要求保护电路本身的可靠性一定要高，以提高整个系统的可靠性，进而提高电源本身的MTBF，这就要求保护的逻辑严密，电路简单，元件最少，除此而外还要考虑所保护的电路本身出现故障的维修度，确保电源的正常工作和高可靠性。
（二）降低成本的主要途径
1．采用先进的产品设计管理模式，尽力缩短产品研发周期。
2．加强全员质量意识，把产品质量贯穿于设计和生产的全过程，力争产品一次合格率100%，确保合同履行率100%与顾客满意度100%。
3．电源产品的性能以满足用户工作要求为宜，不必过分地追求高指标并合理地选择元器件、原材料，尽可能地降低成本。
4．重视人才资源管理，走以人为本之路。不但要培养、尊重和爱护人才，还要合理的安排
和使用，有效地发挥其作用，绝不浪费人才资源。
5．以最大的信息量和信誉度加大市场占有率和资金回收率。
三、高频、高效、低压化、标准化是开关电源主要发展趋势
（一）在封装结构上正朝着薄型，甚至超薄型方向发展
以前标准模块的高度是0.5英寸，最近这个高度已下降到0.375英寸，一般客户要求薄型封装尺寸为7.5mm（0.295英寸）、8.5mm（0.335英寸）和10mm（0.394英寸）。外形尺寸趋于国际标准化尺寸，多为1/
8、1/
4、1/
2、3/4和全砖式结构，输出端子相互兼容的设计日趋明显。模块内部控制电路倾向于采用数字控制方式，非隔离式DC－DC变换器比隔离式增长速度快，分布式电源比集中式电源发展快。
（二）低电压化
半导体工艺等级在未来十年将从0.18微米向50纳米工艺迈进，芯片所需最低电压最终将变为0.6V，但输出电流将朝着大电流方向发展。据市场调查得知，随着半导体工艺的发展，未来用户所需电源电压有下降的趋势，估计不久将来1V及1V以下的电源需求量将有明显增加，市场占有率会占一定比率。
（三）高效化
应用各种软开关技术，包括无源无损软开关技术、有源软开关技术，如ZVS/ZCS谐振、准谐振；恒频零开关技术；零电压、零电流转换技术及目前同步整流用MOSFET代替整流二极管都能大大地提高模块在低输出电压时的效率，而效率的提高使得敞开式无散热器的电源模块有了实现的可能。这类模块是当今世界模块潮流，必将得到广泛应用。随着器件性能的改变，电源效率即将达到92%（5V）、90%（3.3V）、87.5%（2V）。
（四）大电流、高密度化
1991年高功率密度定义为每立方英寸输出功率为25W，以后逐年增加，1994年为每立方英寸36W、1999年为每立方英寸52W、2001年每立方英寸为96W。现在每立方英寸达数百瓦的程度。在全球范围内，高功率密度直流转换模块市场以每年16.8%的增长速度向前发展。输出电流将增长到半砖80A、1/4砖50A，目前日本TDK公司推出新一代分布式隔离型DC－DC转换器，其参数为1/4砖：输入电压42～58V、输出电压12V、输出电流27A、效率为95%，功率密度已达每立方英寸236W；1/8砖：输入电压42～58V、输出电压12V、输出电流13．5A、效率为95%，功率密度已达每立方英寸214W。
（五）高频化
为了缩小开关电源的体积，提高电源的功率密度并改善其动态响应，小功率DC－DC变换器的开关频率已将现在的200～500kHz提高到1MHz以上，但高频化又会产生新的问题，如开关损耗以及无源元件的损耗增大，高频寄生参数以及高频电磁干扰增大等。
四、一流电源产品离不开先进的元器件及先进的工艺
（一）功率器件的发展是电源技术发展的基础
功率MOSFET是目前最快速度的功率器件。目前较先进的水平为：电压可达1200V，电流可达60A，频率可达2M Hz，导通电阻可达约0.1Ω。提高器件耐压，同时减小其导通电阻仍是今后MOSFET的主要研究方向。
绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的电力电子器件，它的控制极为绝缘栅控场效应晶体管，输出极为PNP双极功率晶体管，因而具有两者的优点，克服了两者的缺点。目前耐压可达6.5kV，电流可达1.2kA，今后的主攻方向仍是扩大
容量，减小内阻，以减小导通损耗。这里提及的是，由于IGBT经常工作在高频、高压、大电流状态下，又由于电源作为系统的前级，易受电网波动、雷击影响，容易损坏；，故IGBT的可靠性直接影响电源的可靠性，所以在选择IGBT时，除作降额考虑外，对IGBT的保护设计也极为重要。
IGCT是GTO的更新换代产品，它主要是通过分布集成门极驱动，浅层发射极等技术。器件的开关速度有一定提高，同时减少了门极驱动的功率，方便了应用，而IGCT的发展趋势仍然是高电压、大容量。
（二）变压器与磁性元件
随着电力电子技术的发展和成熟，人们逐渐认识到磁性元件不仅是电源中的功能元件，同时其体积、重量、损耗在整机中也占相当比例。据统计，磁件的重量一般是变换器总重量的30%～40%，体积占总体积的20%～30%，对于高频工作，模块化设计的电源，磁件体积、重量所占的比例还会更高。另外，磁件还是影响电源输出动态性能和输出纹波的一个重要因素。因此，要提高电源的功率密度、效率和输出品质，就应对减小磁件体积、重量及损耗的相关技术进行深入研究，并立足于应用，以满足电源发展的需要。
对于低、中频电源，建议采用R型变压器，其特点是：损耗低、体积小、无噪声、抗干扰能力强。目前发展状况是单相功率范围已扩展到1VA～100kVA，三相功率范围已扩展到315kVA。未来主攻的方向是设法克服应用中冲击电流比较大的缺点（即变压器次级开路，初级加额定电压时的瞬间，初级所形成的冲击电流）。
对于高频变压器，主要用于各种形式的开关电源，频率为20～500kHz，功率可做到数十千瓦。所用材料主要是非晶、微晶、超微晶、软磁铁氧体材料，当变压器工作频率大于700kHz时，变压器中的涡流损耗急剧增加，约占总损耗的80%，为减小其损耗，必须在功率铁氧体材料中加纳米添加剂，从而出现了用纳米晶软磁合金和纳米晶磁材制成的各种变压器。当前比较好的有日本TDK公司、FDK公司所提供的高频磁芯和德国VAC公司所推出的超微晶磁材，这种磁材具有非常高的初始导磁率，一般高达几万，而材料所使用的频率均为300kHz～1MHz，中心频率为500kHz。目前磁性材料最高工作频率可达1.5MHz，这就是我国研制的MnZn铁氧体TP5A材料。以上这些材料所制成的变压器有贴片变压器、印制焊接式变压器、变压器模块、各种形式的分体式变压器、插入式变压器，PCB平面变压器及多层线路板平面变压器。而平面多层变压器，目前已能提供功率从5W～25kW，频率为50kHz到2MHz的一系列PM产品，预计最近几年来电源变压器需求旺盛，已成为发展迅速的热门产品，而电子变压器未来发展的目标是轻量、高效、高密度化，电源变压器发展的目标是表面安装、高功率和高压化。
（三）磁集成技术的发展和应用
不间断电源在我国的应用和发展 第3篇
关键词：不间断电源；应用；电力系统；发展
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）15-0091-02
随着经济的发展，计算机技术被广泛地应用于各行各业，而不间断电源也是在这种环境被应用进来的。不间断电源的主要优势是在电网不正常运转或是在发生故障时，仍然能够为负载提供不间断的高性能电源。正因为这种优势，其应用也越来越广泛。当然，我国不间断电源的发展离不开国家行业政策的支持，所以了解行业发展动态具有必要意义。
1 不间断电源的行业定义
不间断电源，又作UPS（Uninterruptible Power Supply），指的是能够提供持续、稳定、不间断电能供应的电力电子设备。主要的组成部分是逆变器、整流器，以电池为主要的储能装置，不仅能够为用户提供备用电源以防止重要设备因电能中断而遭受损失，并且可改善电能质量，使设备免受高低电压、突波、杂讯、频率不稳及电磁的干扰，满足用户对电能质量的需求。
2 不间断电源的基本原理和分类
前述已经提到了UPS的主要构成，对于一般的UPS结构，除了整流器和逆变器之外，还有升压部分，控制部分、充电部分以及电池部分。UPS的基本工作原理如图1所示。
UPS电源还搭载了微处理器，它可以将输入、输出、电池、坏境等数据进行相关的运算，并且控制整流器、逆变器以及静态开关等装置，对外部的指令进行响应。而整流和充电单元的主要功能是整流控制信号和及时充电的作用，电池组和直流的总线是并联运行的，所以整流器可以对电池完成充电。当然，电池电压如果比浮充电压更低时，整流器处在恒流模式，微处理器就要对充电电流反馈和用户设置的电池容量进行计算分析。
应用UPS的目的就是能够为一些装置提供稳定的电源，这也就是我们划分UPS种类的依据之一。按照逆变器的工作方式来分UPS分为后备式（或称离线式OFFLINE）和在线式（ONLINE）两种。后备式UPS的逆变器在UPS正常工作时处于后备状态，只有在市电异常时才起到逆变作用，而在线式UPS的逆变器无论在市电模式还是电池模式一直都在工作状态。后备式UPS功率比较小、价格便宜，主要用在对电源质量不高的地方，比如个人电脑；在线式UPS输出的电源精度高，价格也比较高，主要用在对电源质量要求较高的场合，比如机房。
按照UPS的后备时间UPS可以分为标准机和长延时机。标准机后备时间比较短，一般只有几分钟，长延时机可以根据需要配置电池延长UPS的后备工作时间。
按照UPS外形结构UPS可以分为塔式UPS、机架式UPS、以及含机柜的模块化UPS。
按照UPS对市电的相数要求可以分为单相机和三相机。三相机功率比较大，一般都在10 kVA以上。
按照供电渠道的不同将UPS划分为以下几种工作模式，即：市电模式、电池模式、旁路模式、维护模式。
市电模式：市电正常时UPS的正常工作模式。
电池模式：市电异常时UPS的正常工作模式。
旁路模式：UPS异常的供电模式。
维护模式：UPS出现故障，需要不断电进行UPS维修时的供电模式。
3 不间断电源在我国的发展现状
在使用电池的时代之前，UPS不间断电源曾经使用飞轮和内燃机为负载提供电能供应，这种不间断电源被称为飞轮式或旋转式不间断电源。飞轮式UPS不间断电源由整流器、直流电动机、飞轮、柴油机（或汽油机）及发电机等组成。在电网供电的情况下，由整流器提供的直流电驱动电动机带动飞轮旋转，并且带发电机为负载供电。由于飞轮的惯性作用，发电机转速可以保持均衡，此时UPS不间断电源起过滤电网干扰的作用。当电网断电后，飞轮继续带动发电机的转子旋转，同时启动柴油机带动发电机发电，替代原有电网为负载供电。由于飞轮式UPS不间断电源使用内燃机提供电力，会产生较大的噪音，同时体积也较大，因此被用于应急情况和一些自然状况恶劣的场合，通常情况下，不间断电源会使用蓄电池来提供电力。
随着电子技术和信息技术的应用和发展，不间断电源随之产生并得到了不断的发展，自1984第一台UPS从香港进到中国，UPS在我国的应用和发展经历了30多年，UPS也不断地从国外进口到国内生产，进而出口外销。
在技术上，不间断电源随着电子技术和信息技术的发展也不断地提高，UPS从最初的后备式电源发展到在线式不间断电源，从最初的低频机发展到后来的高频机，从开始的单机运行，发展到第二代双机热备份。第三代的n+x并联冗余，到目前发展到无线并机技术的应用，以及利用网络实现远程的检测与操控。从功率大小来看，从最初的500 VA发展到1 100 kVA。目前模块化UPS也得到了广泛的应用，可实现在线维护，不断电进行UPS维护，确保在UPS发生故障的情况下用户的设备可以正常运行。UPS随着贴片技术和DSP技术的应用，在结构上不断地得到发展UPS从最初的分立元件，发展到后来的集成块，CPU的应用，从体积上不断减小，从重量上也不断地减轻，从而节省了生产成本、运输成本以及使用成本。从用户群体看，早期的用户主要是银行、邮电、证券税务等部门，后来发展到政府、企业、事业等单位，以及个人用户等等。
3.1 不间断电源的行业发展坏境分析
3.1.1 不间断电源行业政策发展分析
因为不间断电源的巨大发展潜力，国家为不间断电源的发展制定了许多相关的政策，制定了《电力需求管理办法》，主要是泛指通过价格、行政等手段，帮助电力用户提高电力资源利用效率，改进用电方式，实现科学用电、节约用电、有序用电所开展的相关活动。而《农村电网改造升级项目管理办法》明确对农村的电路改造升级提出了相关的政策，并且针对运行农网设施局部或整体就地或异地建设、增容、更换设备等做出了相关的规定。
国家发改委办公厅关于当前推进高技术服务发展有关工作作了工作重点指示，主要包括四个方面：
①信息服务，发展面向市场的高性能计算和云计算服务和下一代互联网应用服务、促进软件服务化发展和引导数字文化产业创新发展。
②生物技术服务。
③研发设计服务。
④技术创新服务。
后来又相继出台了一些规定，这些政策非常有利于行业的发展，也为行业的发展奠定了基础。从专利的申请人分布情况来看，艾默生、科华恒盛和易事特分别以17.6%，14.3%和12.0%位于前三位，APC以11.3%的份额位列第四。
3.1.2 不间断电源行业技术环境分析
我国的UPS专利申请状况从1994～2014年大致可以分为三个阶段：1994～1998年为缓慢发展阶段，1999～2006年较为快速的发展阶段，2006～2014年为爆发式增长阶段，2014年，我国UPS相关专利申请数量达到三百余项。专利申请的分布情况如图2所示。
从图2中可以看出，虽然我国的UPS技术发展空间还很大，但是因为行业政策的鼓励，我国本土的UPS技术实力越来越强，与世界500强公司的差距逐渐变小。从我国UPS相关专利申请人技术分布情况来看，H02J，I3-02是各家企业争夺的焦点，艾默生在H02J和I3-02两方面的专利均较多，科华恒盛的专利主要集中分布在I3-02方面。
3.2 不间断电源行业发展状况分析
2014年，我国UPS销售总额约为89亿元，同比增长3.1%，具体数据见表2，增速较上年进一步放缓，受大数据对ICT行业的影响，4G建设的需求以及宽带中国项目的刺激，我国信息设备用UPS电源的需求将快速增长，根据相关推算，2015年我国UPS市场规模有望突破100亿元。
4 UPS的最新发展动态
随着计算机网络的快速发展，对未来我国的UPS行业的发展指明了方向，这也是新形势下UPS行业发展的最大动力，其最新的动态有以下几点。
4.1 智能化和网络化
将RS232接口、RS485接口，SNMP卡和MODEM等应用于UPS，使得系统具有了非常优秀的性能。可以对一些相关的模拟量进行实时的监控，而且可以通过相关的数据库来进行自我诊断，自动判断UPS是否存在故障，如果存在故障则根据相关的需求进行自我保护。将UPS和计算机控制技术集成到一起，这样就实现了对于UPS的远程管理和控制，这也是未来无间断电源的发展方向。
4.2 数字化
以前的UPS的主要控制方式是模拟控制的方法，所以其局限性也非常明显，主要有：
①因为电路的结构比较复杂，所以元器件很多，其差异性造成了电源无法完全一致。
②如果想改变原来的控制方法，只能通过修改硬件控制板，这样不但周期长而且工作量很大。
③硬件电路的固化导致了更加先进的控制方法很难在这样的电路上实现。
但是要想发展高档的微处理器就必须使其实现先进算法和智能算法。正因为这些弊端的存在，也就为高速、更加廉价的数字化处理器的发展提出了要求。数字化的控制方式的优势在于能够避免模拟信号的畸变、失真等现象，也便于调试和自我诊断，正因为这些优势，在线UPS也是未来发展的重要趋势。
4.3 绿色化
传统的UPS电源存在一定的谐波干扰和污染，对于其稳定性和可靠性以及环境的伤害还是很大的。所以，绿色无污染的UPS是未来发展的方向，其提出可以加强抗电磁干扰能力，有助于降低辐射干扰，最重要的是可以大大提高对电能的利用率。
4.4 并联冗余技术
如何提高UPS电源的可靠性和稳定性一直是需要解决的难题，而传统的UPS只是依靠单台电源来实现相关的功能，这并不能达到很高的可靠性，而新型的解决方法就是冗余式并机方式，其优势性能在近年的应用当中逐渐凸显出来，主要表现在：
①可以根据需求调节电源的总体容量。
②这种系统本身具有相当高的稳定性。
③由于系统有多台电源构成，所以其维修和更换更加便捷。
4.5 高频化
传统的UPS电源存在动态响应能力差，变压器和电感的音频噪声高等缺点，这就催生了高频电源的发展，高频电源不仅可以使得笨重的隔离变压器变得不必要，减小了装置本身的体积和重量，而且可以减小甚至是消除电感的音频噪声。
5 结 语
计算机网络技术以及通信技术等相关技术的发展为UPS行业的发展提出了更高的要求，同时也为其提出了技术保障。UPS电源的发展也可以促进、推动其它产业的发展，因此，研究更高档的UPS电源在未来具有巨大的潜力。
参考文献：
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[2] 王清，雷升印.UPS技术现状及发展动态[J].山西电子技术，2007，（1）.
[3] 罗佳迅.UPS不间断电源的原理简介[J].科技视界，2014，（15）.
开关电源的应用及发展 第4篇
关键词：UPS电源,发展方向,数字化
UPS是一种不间断的供电装置或电源, 自带电能储存功能。UPS由逆变器、电源保护设备等组件组成, 主要应用于电脑设备、网络系统等需要不间断供电的设备。现实生活中有很多场所、很多设备需可靠、稳定的供电服务, UPS作为一种新型电源, 应用了半导体、综合性的自动控制、微处理器等技术, 既实现了节能减排又保证了各种场合对供电的的高质量要求, 故其应用前景十分良好。
一、UPS电源技术说明
UPS是由蓄电池、逆变器、整流器、逆变器和交流静态开关组成的独立电源, 其质量与可靠性均十分优秀。UPS电源技术包括电源变换、电源冗余、蓄电池发展等技术。市电经过整流器变为直流电流对蓄电池浮充电, 又同时经过逆变器输出高质量的交流电源作为重要负载, 使其不受市电电压及频率的干扰。当市电断供后, 电源第一时间切换至蓄电池组, 由蓄电池继续供电。近几年, 为满足人们对UPS性能的高要求, UPS电源技术又取得了一些新的发展, 如网络智能化UPS、全数字化UPS等。
二、UPS电源技术的应用现状以及发展
1、应用现状。
1.认可度高。利用UPS电源来提高供电系统的实用性, 已得到业界广泛认可, UPS电源的市场也已经逐步趋向成熟。同时, 用户对借助UPS电源来提高供电质量的方法已经有了足够的重视。2.衡量标准变化。目前, 市场上各种规格的UPS基本上可以满足供电要求, 性能这一电源衡量标准已经不再是衡量UPS电源的主要指标。3.安全和可靠性有待提高。安全性与可靠性是当前UPS电源需要继续完善的方面, 供电系统出现故障是难以避免的, 只能尽可能的降低故障率。4.故障修复缓慢。UPS电源供电系统在发生故障之后, 常因系统太过复杂、供应商反应速度慢、备用配件储备不组、维修技术人员的水平和工作经验少、故障原因查找分析困难等而使得故障得不到及时修复, 甚至还有些故障无法找到引发故障的原因。5.欠缺专业维护人员。据统计, 在UPS电源故障总数数据中, 有一半以上是由于配电系统其它环节存在操作不当、安装不当的问题。因此, 要在提高设备质量以及提高技术的同时, 重视技术人员的专业化培训。
2、发展趋势。
近些年, 人们对UPS电源性能的要求越来越高, 促使UPS电源技术不断改进和完善, 进而衍生出了许多全新的UPS电源产品, 这些电源产品融合了当前电力领域最新的科技成果和技术理念, 使得UPS电源的各方面性能获得大幅提升。具体来讲, 目前UPS电源技术的发展趋势主要为高频化、全数字化、网络智能化、绿色化等。
三、UPS电源的分类
1、在线式UPS电源。
在在线式UPS电源中, 逆变器同时与市电和负载并联, 可以起到后备电源的功效, 同时还能给蓄电池充电。当使用市电时, 负载所需全部电能均由市电直接供应, 逆变器不会对电能进行任何形式的转换处理;一旦市电断供, 由逆变器继续为负载供电。这种UPS电源具有以下优点:构造简单、便于使用、易于检修、运行高效、费用低廉、工作可靠, 可以满足一些特定条件下的负载使用要求, 尤其是一些使用分布式供电的计算机装置。这类UPS电源的缺点也很明显, 如稳压性能较差, 动态响应比较慢, 对于电源谐波等内外干扰的抵抗能力较差。
2、后备式UPS电源。
即逆变器仅简单的并联连接在市电和负载之间作为备用的电源。这种UPS电源可以在市电完全正常的时候直接供电, 逆变器不会做任何的电能变换, 蓄电池则由独立的充电器来供电;当市电不正常的时候, 负载则完全的由逆变器来提供电能。这种被动后备式UPS的优点在于结构简单、价格低廉, 可以运用在某一些非重要的环境, 比如家用电脑等。在市电断电的时候, 继电器会将逆变器切换到负载, 但切换时间比较长, 一般需要几毫秒左右, 所以在比较重要的电脑设备上不建议选择被动后备式UPS电源。
3、双变换UPS电源。
双变换UPS电源的逆变器串联在交流与负载之间, 电源可以通过逆变器连续不断地向负载供电。双变换UPS电源的工作方式为:在市电正常的时候, 市电通过整流器和逆变器向负载供电;而在市电不正常的时候, 蓄电池经过逆变器向负载供电。双变换UPS是UPS中的主流电源产品, 具有性能好、电压稳定、频率稳定、功能强等特性可以实现热备份连接以及并联冗余联结的功能, 但其缺点在于在容量少于10k VA以下时, 整机效率将变低, 约为正常时的85%左右。
四、总结
随着电子器件电子设备的发展, UPS电源逐步向效率高、更可靠且小型化发展, 而UPS电源高频化、网络智能化、全数字化、绿色化等技术的出现, 不仅仅提供了可靠的网络电源管理, 同时也为节能环保提供了一种绝佳的解决方法。
参考文献
[1]邹秀荣.浅谈UPS电源及其维护[J].科学大众, 2014 (3)
[2]张宏宇.UPS电源技术发展趋势及应用[J].中国新技术新产品, 2011 (14)
开关电源的应用及发展 第5篇
摘 要：本文主要介绍了中压成套开关设备在电力系统中的主要作用，重点论述了现阶段中压成套开关设备的发展现状。随着高新技术的、合成材料的研发以及电力装机容量的不断扩大，电力系统对中压成套设备也有了新的研究方向和更高的要求。中压成套设备也向着小型化、智能化、模块化的方向发展，强调运行的安全性和稳定性，同时本文也总结了国内外主要中压成套开关设备生产企业的主要技术特点，在此基础上阐述了中压成套开关设备的发展趋势。
关键词：电力系统；发展现状；技术特点；发展趋势；
中压成套开关设备在电力系统输配电领域是一种涉及面广泛的基础电力设备，它作为电网系统中重要的组成部分，承担着电网向用户进行输配电的任务。随着近几年我国电力机组装机容量的递增，尤其是风光等新能源行业的快速发展。与之配套的配电设施的建设也正在逐步跟进。所以从2009年开始，国家电网公司就开始了“智能电网”计划的实施，再加上智能电网的建设发展迅猛，电力设备的智能化也就理所当然的成为了电力行业发展下去的重要影响因素，在电力系统中比较重要的组成部分—中压成套开关设备也必须沿着智能化、模块化、集成一体化的方向发展。
1中压成套开关设备的在电力系统中作用
中压成套开关设备在电力系统中的主要功能是负责完成电能控制、保护、转换和分配，它应用广泛，尤其在生产加工、冶金等耗电量大的企业中不可或缺，可以说凡是使用电气设备的地方都必须配备此类开关设备。中压成套设备的发展是依托于材料工业、设备加工工艺和制造、基础设施建设等行业发展的基础之上。所以中压成套开关设备的制造技术水平也反映了一个国家的工业制造水平。国内外中压成套开关设备发展现状 2.1国内中压成套开关设备
我国电力行业的基础薄弱，在中压成套电力设备的技术研发上一直处于比较落后的状态，绝大部分是从国外引进的，电力制造业的本身在核心技术的研发上缺乏自主性，研发人员的能力有限，这就导致所生产的产品在技术参数上和性能上和国外的产品相比较出现了基本相同或者是相近的情况，虽然我国生产的产品和国外有着很大的相似性，但是在质量上和可靠的程度上却有着一定的差距。因此相关技术的开发和产业的升级是目前我国中压成套开关行业迫切需要解决的，也只有这样才能在技术上和国外的先进企业逐渐的缩小差距，在现阶段我国内电力设备生产厂家也在努力改进生产工艺和技术，以提高产品质量来满足用户的需求，培养专业人才，生产出运行可靠、性能优良的产品。下文主要介绍了国内中压电气设备厂家的产品特点。
2.11泰开电气集团有限公司
泰开KYN61-40.5铠装型移开式户内交流金属封闭设备在国内同行业产品中比较有代表性，该款设备主要是使用在40.5kV的三相电流、50Hz的电力系统当中，它的作用主要就是起到了对线路的保护、控制和对集电线路的检测。设备如下图所示：
该中压成套设备主要有四部分组成：出线柜、电容柜、母联开关柜、35kV电压互感器柜组成。本套中压开关设备的技术特点是实现了关门操作，主要体现在在开关内的断路器、接地开关等关闭等所有的运行过程都是在高压的环境下实现的；开关设备的各功能小室均采用金属隔离板封闭，并且设有压力释放通道；用于柜体连接的母线所用的材料全部是对热绝缘的材料，同时采用了环氧涂敷的手段进行了绝缘处理，对电极的形状做到了有效的优化，既缩小了设备的占地面积，要做到了柜体结合紧凑的要求。
该套设备整体性能较好，但是在细节技术上也有一些瑕疵，在停送电或者检修开关过程中，由于制作工艺不够精细，致使小车开关易出现卡涩现象，不利于对该设备的操作。同时，该设备采取的是散件组装形式，缺乏核心技术，后期维护困难，这都是今后此类中压设备需要进行技术创新和工艺改善的地方。2.12西安高压电器研究所有限责任公司
XGN46-40.5型箱式气体绝缘金属封闭开关设备是西安高压电器研究所有限责任公司（简称西高所公司）研制开发的。它的主要特点是以SF6气体作为一次主电路的绝缘介质，一些高压元件采用新的绝缘连接方式，密封壳体结构模块化。因此，该产品不受污污秽、潮湿、海拔高度等外界环境因素影响；结构紧凑；真空灭弧，电寿命高；可靠性高，维护工作量小；可配置传统的二次或数字式控制和保护单元，实现远距离监视、遥控；有多种主接线方案。产品具有如下技术优势：
（1）高压主电路的气体绝缘技术和插接技术：对主电路电场进行了优化，以低压力SF6气体作绝缘介质；开发了内锥、外锥插接式电缆终端头，插接式固体绝缘母线，采用硅橡胶绝缘的十字连接套、端头T型连接套，插接式电压互感器和避雷器。
（2）密封技术：采用高寿命、高可靠性的动密封；结构简单、可靠的静密封。（3）开断技术：开发出专用灭弧室。
（4）现代化数字技术与软件技术：控制和保护单元具有保护、控制、测量、通信、监测、故障录波和时间记录等功能。
2.2国外中压成套开关设备
国外发达国家电气设备制造业起步早，积累的经验丰富并且做工精细化，同时注重产品质量及工艺，因此在国际市场上竞争优势明显，产品有较高的市场占有率。国外企业注重新产品、新技术的研发，每年投入在研发方面的经费在预算中占有很大比例，同时注重对专业技术人才的培养，打造出技术过硬的专业团队来对产品进行研发、测试。对于售后服务做的也非常到位，经常对客户进行回访以了解内设备的运行状况，并做到及时处理设备出现的问题。这都是我们国内企业需要学习的地方。下面简要介绍几家国外中压设备生产领域比较有代表性的企业所生产产品的技术特点。
2.21阿海珐公司
阿海珐输配电在国际上是处于领先地位的公司，其在苏州成立的两家分公司是专门为中国提供中压电气开关设备的，以下是笔者对其公司生产的中压真空断路器相关技术特点进行 的分析，设备如图1所示。
图1：HVX系列中压真空断路器
该设备主要是用于专门用于户内的、和空气绝缘开关的配套设备一起工作的断路器，它在发电、配电、冶炼、石油化工这些企业中应用的是比较广泛的，设备的外形较小、操作简单、结构紧凑，这些都是此套设备显著的优点。本文所介绍的这套设备运行的额定电压是12KV，电流是630A-4000A，它有着单轴单弹簧机构的优点，同时有全固封及组装式两种极柱，和很多开关柜都能够相匹配，能够保证电力系统运行的稳定。
2.22西门子公司
西门子输配电公司所生产的中压成套设备在国内外电力设备市场的占有率也是相当高的。它推出的环网柜有两种：一种为8DJ型，另一种为8DH型。8DJ型为紧凑型，8DH型为扩展型，前者体积小，而后者组合灵活，扩展方便。产品经受了极端恶劣环境条件的考验，这是由于柜内充SF6气体，一次封装，终生密封，不受环境影响（如污物、潮气及小动物、化学物质等）。8DJ20型紧凑型环网柜具有如下特点：（1）柜体内最多可有5个馈线单元。（2）三相共箱，金属封闭。
（3）气密的不锈钢气箱用激光焊接工艺，电气连接套管和机械连接件均为焊接。（4）三工位负荷开关具有切负荷和快速接地功能。（5）外锥套管用于电缆连接。
（6）在环网柜馈线单元中采用带螺栓（M16）的电缆接头。
（7）在变压器馈线单元中采用插入式电缆头，并装有高压HRC熔断器。
8DJ型环网柜中高压开关元件为三工位SF6负荷开关和高压熔断器。而8DH型环网柜中高压开关元件为三工位SF6负荷开关和3AH型真空断路器。中压成套开关设备的发展趋势
随着国民经济的快速发展，电力发展尤其是电网建设仍然在相当时期内会滞后于电力需求，而且电网结构越来越复杂，系统负荷越来越大，电力用户的需求也产生一定的变化，这也是中压成套开关设备发展的必然趋势，主要表现在以下几方面：
（1）智能化
目前传统的中压成套开关设备大多属于非智能化设备，技术含量不高，远远达不到配套智能化电网的要求。因此在相当长的一段时期内国内外的电气设备制造企业都会将中压设备的智能化研发当作重中之重，目的是为了适应市场的需要，尽早占领市场份额，使企业效益最大化。
（2）小型化
通过对产品的优化设计，选用小型化元件，通过使用元件和功能的复合集成，应用光电传感等新技术，使产品结构紧凑、占地面积小、易于运输等优点集中，来满足用户小型化的要求。
（3）环保
目前，环境保护已成为整个社会广泛关注的问题。因此，积极发展环保类产品，尽量减少有毒有害气体和不可回收材料的应用，开发和利用洁净环保材料和环保设备是中压成套开关设备向环保发展的趋势。参考文献
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开关电源的应用及发展 第6篇
关键词：电源系统；智能BIT；故障诊断率
中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 12-0000-01
一、概述
（一）飞机电源系统的组成及作用
众所周知飞机电源的组成包括主电源、应急电源和二次电源及辅助电源组成。而其中主电源是由航空发动机传动的发电机、电源控制保护设备等构成，其最重要的作用是在飞行中供电。也就是说当航空发动机不工作的时候，主电源是不工作的。而当飞机主电源出现故障的时候，应急电源则起到应急作用。
鉴于机载用电设备的重要性，我们在电压调整精度、频率调整精度、交流电压波形正弦度、电压浪涌和尖峰等方面都有一定的技术标准。
（二）智能BIT
BIT是Built-in-test的缩写，发展于上世纪70年代初，也就是我们所说的机内测试。它是指系统和设备依靠自身的程序和相关的电源对系统自身进行的检测和监控，并根据相关的检测和监控结果对相關的故障进一步进行检测和隔离。它由检测技术、信号处理技术、故障识别和判断技术及预测及故障处理技术四部分组成。
智能BIT作为一门独立的重要的学科，它在飞机电源系统中的运用经历了四个阶段，作为第一代、第二代及第三代BIT技术都或多或少的存在着一定的缺陷。而上世纪90年代初开始设计参禅的第四代BIT技术具有规范化、数字化、综合化、自动化等特征，同时它还具有信息存储的功能，因此我称之为智能BIT技术。
如果BIT技术没有被广泛的运用到飞机电源系统中，那我们将花费很多不必要的时间和经历来排查故障。根据相关的数据统计，我们在没有BIT技术的条件下，我们需要查找飞机电源系统故障的时间要占据整个排故时间的70%，而其中50%左右的设备拆卸是没有必要的，这严重的影响了飞机电源系统的维修及维护，尤其是在经济高速发展的现代化社会，已严重的脱离了相关要求。所以说BIT技术作为改善系统测试和诊断能力的重要途径，它在提高维修率和保障系统的完好性发挥了重要的作用，目前被广泛的运用于机载电源系统中，但随着多电飞机的飞速发展，飞机电源系统整体性能的提升对BIT提出了更高的要求。
二、BIT技术的发展现状及存在的问题
目前我国BIT技术相对与国外先进水平来说还具有一定的差距，尤其是BIT在系统自身的检测和故障诊断及隔离方面存在着诊断能力差、虚警率高等问题，在系统检测过程中对故障的判断途径及依据相对单一，在不考虑其他单元对被检测单元影响及关联下采用“非此即彼”的简单决策方法来进行故障诊断。尤其是不能识别间歇故障的缺陷严重阻碍了BIT技术的发挥。而我们称之为智能BIT的第四代BIT技术它将信息化、系统化、电子技术等进行有机结合，在设计时将其分级设计成系统级、分系统级、模块级、甚至更加细化到元器件级来进行系统测试和故障排查。相对之前的第一代、第二代、第三代BIT技术，作为第四代的智能BIT技术需要综合考虑到更多的环境因素及系统自身的历史动态信息并运用专家系统等人工智能技术来提高BIT技术对被测试系统和设备的特性变化，从而提高故障诊断的准确性。甚至于智能BIT能有效的对被检测系统或设备进行连续、全面的跟踪监控和分析，从而避免“非此即彼”的简单决策方法而导致的虚警率。
三、飞机电源系统智能BIT的解决方案
智能BIT主要由智能设计、智能检测、智能诊断、智能决策四个方面组成。这四个组成部分起着相铺相成的作用，其中智能BIT的智能诊断组成部分是提高BIT检测性能、降低虚警率的关键所在。
（一）将BIT电路与人工智能相结合
BIT的计算能力越大，那么它对空间、重量及计算要求将有着更大的需求，而相对与增加硬件模块这一措施来说，最可行的方法则是将智能BIT的技术和方法集成到BIT的设计中去，利用不断更新的人工智能集成电路芯片来降低智能BIT的资源要求。目前国外的研究也多是采用此种方法，即通过在LRU或者现场可更换模块中采用一种包含专业处理器和存储器的特定BIT电路加上各种智能软件来实现智能BIT的检测和诊断等。
（二）综合运用集中式和分层分布式专家系统进行故障诊断
常规的BIT技术在进行系统故障检测和诊断时经常采用“非此即彼”的简单决策方法，从而导致了较高的虚警率。而智能化程度越高的智能BIT则是更多的采用分层集成式的组织结构。因此为了提高智能BIT的诊断率我们应该根据不同系统的格子布局来综合运用集中式和分层分布式的检测系统来消除此类虚警率。
（三）增强智能BIT的信息来源
常规BIT在进行系统故障检测和诊断时通常是根据单一的BIT的内部检测信息进行故障诊断。但在实际检测过程中温度、载体等外部信息都有可能影响到诊断结果。因此我们在运用智能BIT进行飞机电源系统的检测和故障诊断时要充分运用智能软件，综合考虑相关的外部信息例如温度、载体等其他系统的状态信息来进行诊断，以确保故障诊断结果的正确性。
（四）充分利用相关的历史维修数据
常规的BIT在进行系统故障检测和诊断时未考虑过相关的历史维修数据，因此它不能识别间歇性故障，这也是造成向警率高的一个重要原因。而我们在飞机电源系统中运用智能BIT时则要充分利用相关的历史维修数据来识别被测单元的虚警和间歇性故障。甚至于我们要对相关的历史数据进行综合分析来进一步准确无误的确定该单元的实际故障问题，从而提高智能BIT的故障诊断率和准确性。
四、结论
跟国际先进水平相比，我国智能BIT在飞机电源系统中的运用方面还是具有一定的差距，因此我们要取长补短，更加重视智能BIT在飞机电源系统中的运用，使得我国的航空和军事事业能的到进一步的发展。
参考文献：
[1]石尚斌，周天健.电网络与设备的计算机故障诊断[M].北京：航空工业出版社，1989.
开关电源的应用及发展 第7篇
1 常用数字控制技术
常用的开关电源数字控制技术主要有两种。
1.1 单片机外接A-D转换芯片
利用单片机外接A-D转换芯片对电器进行采样, 再分析采样结果得出相应的数据并进行运算和调节, 利用结果数据转换成D-A后传输到PWM芯片内, 同时通过单片机间接的实现开关电源控制。 这种方法是当前使用较为广泛的数字技术, 成本也相对较低, 对单片机的要求不是很高; 其缺点是控制电路比较复杂, 电子元件较多, 工作时由于数字命令要经过多个元件, 反应时间较长, 影响电器的动态运行性能。 虽然有的单片机集成PWM输出, 但由于电源开关向高频化发展, 而一般的单片机频率有限, PWM输出频率与单片机振动频率不符, 使得开关控制有时不能精准到位。
1.2 高性能数字DSP芯片
高性能数字芯片的实际应用也较为广泛, 比如常见的DSP可实现电源的直接控制, 其主要工作原理是利用数字芯片进行信号采样与A-D转换和PWM输出工作, 由于输出PWM的功率不足, 不能驱动开关, 就需要增加一个驱动芯片来实现开关的驱动。 这种方法能有效简化控制电路的设计, 减少电路芯片数量, 使控制命令传输速度加快。 并且高性能芯片因为拥有高效的采样速度和运算速度, 能快速完成电路中各种复杂的控制算法, 及时实现电器的电源开关控制。 DSP芯片结构比较复杂, 生产成本较高, DSP控制技术也比较复杂, 操作起来很麻烦, 在实际使用中考虑到生产效益, 这类芯片使用的比较少, 虽然目前也有开关电源控制使用了DSP技术, 但仅仅局限于在高科技以及对电源控制性能要求比较高的领域。
通过分析以上两种实际运用的数字控制技术可以发现, 我国的开关电源在实现数字化方面还存在许多问题, 这些问题的存在严重制约了高科技产品的发展, 寻找一种新的开关电源控制技术迫在眉睫。
2 一种新颖的电源控制技术
在开关电源的数字控制中, A-D转换器的速度与操作精度成反比。 在实际运用中, 要保证开关电源具有较高精确度, 则A-D转换器势必要有高精度的采样结果, 那么A-D的采样时间就要大大延长, 必定会影响电源启动的时间。 并且除了模拟控制的相位延迟之外, A-D转换时间的延长在一定程度上会造成相位滞后, 这就使得回路的响应时间延长。 如果在电源控制回路中利用PI调节的方法使控制回路的相应能力加强, 就必须占用数字芯片较大的空间, 由于采样信号的离散, 信号连续不断, 每两次采样的时间间隔不能精确确定, 就会使得电源控制精准度时常发生变化。 要实现精准控制, 就必须知道两次采样的具体时间并且将其设定为一个定量, 且每次采样的时间不能相隔太长, 采样频率要达到一定的高度。 作为控制开关中的数字芯片, 在每次A-D转换结束后, 相应的数据会输入到计算机中, 通过计算机的精确计算再反馈到回路控制中。 如果采样频率达到一定高度, 这种方法耗费的时间和资源相对较多, 并且对数字芯片的质量和要求也比较高, 使得芯片的成本增加。 目前专门设计用于数字控制中的高性能数字芯片较少, 即便使用也常用于高科技领域, 而且DSP芯片也非电源控制专用芯片, 这就使得芯片的再利用没有很高的价值。
数字芯片和电源技术的快速发展, 催生出了一种新型的电源控制处理器, 这种新型的处理器和数字芯片的中央处理器不同。 控制处理器是由高速A-D转换器、数字PID补偿器和数字PWM输出三部分构成, 中央处理器作为管理电路应用在电源控制上。
这种新型控制处理器最重要的部分是A-D转换器、PID补偿器、 数字PWM输出, 而外部存储器记录了数字控制的转换过程, 实现高速的A-D转换主要是利用CMOS延迟时间, td的延长影响输入电压VDD, 而VDD又和传输延迟时间成反比关系, 也即VDD越大, 延迟时间越短。
输入电压CMOS的电压VDD作为采样电压输入点, 信号的传输延迟受到采样时间td和电压VDD影响。 通过第3/4 采样周期采样高电压消失, 并且记录q1~q8的输出, 将结果输送到编码器完成A-D转换。
由以上分析可得出结论: VDD越大, td越小, 因此控制时间大大缩短。
采用新技术的A-D转换器大大将低了转换时间, 并且可以实现兆赫级的转换速度。 高速的采样频率能使DPWM信号的更新加快, 使控制器不断更新PWM信号来稳压, 避免了传统ADC采样以有限的频率进行采样、以降低开关频率为代价来提高稳压精度的问题。 DPWM时钟对控制电路进行加频后可以使频率达到200 MHz, 这种高分辨率使DPWM控制信号强度达到5 ns, 开关频率能达到1 MHz。 新型数字控制器大大提高了控制的灵活性, 并且芯片是专门为电源设计开关, 降低了成本, 调试起来更方便, 实用性更强。
目前这种新型控制处理芯片还比较少, Si8250 是其中一款, 它采用的是双处理器方法, 电源开关的通信和管理都由专用的系统管理器完成, 使用一个6 位采样频率为10 MHz的A-D转换器, 能在非常短的时间里完成一次PWM输出信号的更新, 更好的达到电源稳压的效果。
3 结束语
和传统的模拟控制对比, 数字控制有着十分明显的优势, 但是尽管目前大多数数字芯片能满足电源开关的需求, 而能达到要求的芯片往往在成本上花费较高, 不利于大量使用, 因此目前我国数字技术在电源开关中的应用不是很成熟。 如果本文所述新型电源控制芯片能尽快实现批量生产, 则数字控制在电源开关控制领域的运用将会更为广泛。
摘要：介绍了现代电源控制的数字化发展趋势, 结合数字芯片的结构特点, 通过分析目前常用的两种数字技术控制电源的手段, 指出其优势及缺点, 并且介绍了一种新的电源控制数字技术, 分析其优势以及未来的发展趋势。
关键词：数字技术,开关电源控制,应用与发展
参考文献
[1]尹相卿, 白林绪, 申利飞, 等.数字控制技术在本质安全型开关电源中的应用[J].工矿自动化, 2010 (10) .
开关电源电磁干扰的抑制措施及应用 第8篇
由于开关电源的电磁干扰EMI信号输出既能有很宽的频率范围, 又具有一定的幅度, 经传导和辐射后会污染电磁环境, 对通信设备和电子产品造成干扰。因此, 如何进行电磁兼容性设计, 有效地抑制开关电源的电磁干扰, 对保证电子系统的正常稳定运行具有重要意义。
2 开关电源的电磁干扰
2.1 开关电源的工作原理
直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。功率转换部分是开关电源的核心, 主要由开关三极管和高频变压器组成。它首先将工频交流电整流为直流电, 然后经过开关管的控制变为高频, 最后经过整流滤波电路输出, 得到稳定的直流电压 (其原理图及等效原理框图如图1所示) 。
2.2 电磁干扰EMI的特点
作为工作于开关状态的能量转换装置, 开关电源的电压、电流变化率很高, 产生的干扰强度较大, 干扰源主要集中在开关管、输出二极管和高频变压器等。同时, 杂散电容会将电网的噪声传导到电子系统的电源而对电子线路的工作产生干扰。相对于数字电路干扰源的位置较为清楚, 开关频率不高 (从几十千赫和数兆赫兹) , 主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;PCB走线因需采用手工调整, 具有随意性, 这更增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。
3 电磁兼容性EMC设计
电磁兼容性EMC设计包括两层含义, 一是设备在工作中产生的电磁辐射必须限制在一定水平内, 二是设备本身要有一定的抗干扰能力。
形成电磁干扰的三要素是干扰源、耦合通道、敏感体。因而, 抑制电磁干扰即进行电磁兼容性EMC设计首先应该抑制干扰源, 直接消除干扰原因;其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射, 切断电磁干扰的传播途径;第三是提高受扰设备的抗扰能力, 减低其对噪声的敏感度。
应用实例:丹东华通测控有限公司生产的PDM系列智能电力综合监控仪表如:三相综合电力监控仪820系列仪表的开关电源部分就是采取切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道, 运用了屏蔽、滤波、接地等技术来提高电力仪表的抗扰能力。
3.1 采用屏蔽技术
由于功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗, 为了散热需要安装散热器或直接安装在电源底板上, 这样易产生共模干扰, 通过采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片, 并把屏蔽片接到直流地上, 从而割断了射频干扰向输入电网传播的途径。
3.2 做到安全接地
为降低接地阻抗, 消除分布电容的影响而采用单点接地法, 利用一个导电平面作为参考地, 需要接地的各部分就近接到该参考地上。低频电路采用单点并联接地, 高频电路采用多点接地, 并把电源地、信号地和屏蔽地接到公共的地线上。与印刷线路板以外的信号相连时, 采用屏蔽电缆, 并对于高频和数字信号屏蔽电缆两端都接地。
3.3 滤波
在电源输入端接上滤波器, 即可抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰, 又可抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。
3.4 PCB布线时所采取的措施
布线开关电源中包含有高频信号, PCB上任何印制线都可起到天线的作用, 噪声通过引线向外发射, 因此布线时, 将所有通过高频交流的电流印制线设计得尽可能短而宽, 根据印制线路经电流的大小, 尽量加粗电源线宽度, 减少环路电阻。
在每个集成电路的电源, 地之间都要加一个去耦电容。一方面可提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能;另一方面旁路掉该器件的高频噪声。
将所有连接到印制线和其他电源线的元器件放置得很近, 主要信号线集中在PCB板中心, 同时电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开。屏蔽线上放置多个接地过孔, 元器件与板保持水平且紧靠板。
3.5 元器件选用
尽量不选用比实际需要的速度更快的元件, 在布局上, 把模拟信号部分, 高速数字电路部分, 噪声源部分这三部分合理地分开, 使相互间的信号耦合为最小。输入器件与输出器件尽量远离, 元件的引脚长度尽可能短, 以减小元件分布电感的影响。
3.6 进行EMC测试
在测试仪器方面, 我们选用了以雷击浪涌发生器、高频噪声抗扰度发生器、群脉冲发生器、静电发生器等为核心的自动检测系统, 依据EMC标准规定的极限值作为判定依据, 通过进行EMC测试可以消除绝大部分的电磁干扰, 能指导产品如何改进设计、抑制EMI发射, 从而进一步提高产品的可靠度。
现PDM系列智能电力综合监控仪表能适用多种复杂环境及恶劣场所, 应用在诸永高速公路、北京德胜科技大厦项目等多个工程项目中。
4 结论
抑制开关电源电磁干扰的措施还有很多, 在设计开关电源时应综合考虑各种因素, 尽可能抑制开关电源产生的各种噪音, 并通过提高开关电源的电磁兼容性来保证电子系统的正常稳定运行。
参考文献
[1]张松春, 赵秀芬, 竺子芳, 杨世宗.电子控制设备抗干扰技术及其应用[M].北京机械工业出版社, 1999.
[2]滕旭, 胡志昂.电子系统抗干扰实用技术[M].北京国防工业出版社, 2004.
智能化开关柜的发展与应用 第9篇
随着配电自动化的发展,传感技术、光纤、微电子技术、计算机技术及信息技术被广泛应用于配电网络底层的金属封闭开关柜,因此对开关柜的智能化提出了更高的要求不仅具有检测、监控、保护、通信、远程网络监测等功能,而且能实现感知、记忆、自诊断、自修复等智能化操作。
1 智能化开关柜简介
智能化开关柜是在计算机技术、传感器技术、数据处理技术等基础上发展起来的新型电器产品。它的发展大致可以分为以下三个阶段。
(1)初级智能型微机保护、个别在线监测功能及通信。
(2)基本智能型电子传感器(电量变化)的应用,控制、操作集成化(设备层),电动操作,在线监测,通信。
(3)智能型全面在线监测、统一架构的系统平台及三层网络集成的通信模式,即变电站层与上级调度中心通信,网络层设备间的信息集成和点对点通信,间隔层设备内部各种LED的集成。
为此,开关柜的智能化应从以下三个方面考虑。
(1)开关作为供用电设备(变压器、电机、馈电线等)的基本控制与保护电器,无论控制、保护对象处于何种工作状态均能可靠工作。
(2)应加强对开关柜工作状态的监控(主要是非电量测试),以提高其工作可靠性。
(3)智能开关柜是电网运行自动化、工厂自动化(FA)、过程控制自动化(PA)、智能大厦等自动化系统的组成基础(硬件平台),应保证这些系统的安全、可靠、经济运行。
2 智能化开关柜的特点
与传统开关柜相比,智能化开关柜具有以下特点。
(1)外形结构。
①体积小型化。功能的集成和大规模集成电路的采用使智能化产品小型化。
②结构模块化、标准化。通过“以软带硬”和灵活的模块组合方式可大大提高智能化开关柜的适应性。根据控制对象的不同,开关柜分成线路、变压器、电容器、母联、电机等单元,各单元监测、保护的对象不同,但硬件形式完全相同并可互换,再配以不同的软件即可构成不同功能的测控单元,从而减少了备品备件。
③设计简单、维护方便。一台具有计量、控制、保护、通信等功能的智能化单元安装于开关柜上时,仅需少量电缆即可完成布线工作,且各功能均可通过软件实现,简化了维护和校验工作。
(2)感知能力、思维能力(决策能力)和行为能力(执行能力)。
①灵敏、准确地感知并获取周围信息的能力。智能化开关柜利用传感器和微电子技术对开关柜运行中的电参量、开关量、非开关量、机械特性、气体压力、温升、开断电流及动作次数进行自动检测,不仅可提高监测速度与准确性,而且可以与上位机进行通信,实现远程控制。
②处理获取信息的能力及对处理结果的判断能力。要实现开关柜的智能化,就要将检测、采集到的各种信号与额定值进行比较,若超出允许误差则发警报或自动关闭,同时以人机界面方式显示正常运行状态时的各种参数与状态,并以通信方式与上位机进行数据交换,随时响应上位机下发的控制命令,驱动执行单元完成对开关柜的操作,实现开关柜的在线检测与远程的集中控制。
③对处理结果的再生信息的实施及有效操作能力。智能化开关柜多采用电动操作装置,与微机型综合保护测控装置配合能实现对开关设备的各种操作。该装置主要由手车电动进出车、电动解/联锁和电动操作接地开关开合3个单元组成。手车电动进出车和电动解/联锁单元主要由手车、步进电机及其驱动器、永磁直流电机、进出车及解/联锁机构、传感器等组成,其中永磁直流电机控制进出车机构实现电动进出手车,步进电机及其驱动器控制解/联锁机构实现电动解/联锁。
3 智能化开关柜在现阶段的应用
为了实现各种规模的供配电系统一体化综合监控、管理,用电管理的无人值守或少人值守,我国很多变、配电站都致力于开关柜的智能化应用。一方面,为了节约成本,通过更换元件和改造线路等使传统开关柜满足有限的智能化要求;另一方面,在新建项目中,将智能化开关柜作为一种标准配置进行推广。下面介绍一种在采油作业中普遍使用的抽油机智能开关柜。
抽油机智能开关柜的智能控制系统主要由内部多功能智能表、智能控制器、电机综合保护器、GPRS远程控制模块和外部传感器、油田局域网和客户端等组成。柜体采用严格的防水设计和宽温电路设计,能经受各种恶劣自然条件考验;其内部硬件采用高集成度的核心模块,集数据采集、存储、传输于一体,既提升了硬件工作流程的稳定性,也最大程度减小了柜体体积。其中多功能智能表测控的数据涵盖完备的冲程、冲次、回压、温度等生产数据和电流、电压、功率、功率因数等电能数据,根据实时测量的抽油机数据,可以完全掌握油井工作的真实状况,最大限度提升产量。智能控制器根据现场传感器采集的数据自动控制抽油机的工作机制和调整功率因数,还可针对油井异常状态,提供丰富、精细的专业诊断和分析。例如,对油井工作中常见的停电、停机、曲柄销脱离、回压异常、缺相及电流异常、油井抽空、抽油杆断脱、三相电流不平衡、皮带断落等均能进行诊断,并及时提供专业的报警信息,最大限度帮助油井维护人员分析油井出现的异常情况。电机综合保护器能避免抽油机电机发生短路、堵转、过载、欠载、缺相/不平衡、接地/漏电、过/欠压及外部故障,并具有测量、操作控制、诊断保护、报警输出、模拟量输出及通信等功能。GPRS远程控制模块配置接人油田局域网功能的GPRS SIM卡,并通过客户端所配置的工具软件为模块设置好服务器所在油田局域网的IP地址后,安装在客户端上的软件将自动完成开关柜内硬件设备的数据采集和调度任务,大大降低了劳动强度,避免了频繁的人工巡井和经常性的停井测试,此外还具有专业报表输出、打印功能。图1为抽油机智能开关柜示意图。
4 结束语
开关电源的应用及发展 第10篇
1 飞机电源系统机内自检测技术 (Built-in-test, BIT) 的意义
在飞机电源系统中应用机内测试技术, 能够及时的识别诊断机内故障, 并且对故障进行处理, 这样就能够减少设备的修复时间, 进一步提高系统的故障间隔时间, 这就极大地提高了系统的性能, 从而提高其可用性。另一方面, 减少设备的修复时间, 可以减少设备的维护修理费用。也就是说在飞机电源系统中的应用BIT技术, 可以有效保障飞机设备的运行, 增强了飞机飞行中的可靠性和稳定性, 增强了使用飞机的安全性, 使得飞机电源系统机内自检测技术是非常重要的, 发展飞机电源系统机内自检测技术是非常有必要的。那么什么是飞机电源系统机内自检测技术呢?机内测试 (Built-in-test, BIT) 指的是系统恶化设备依靠自身所具备的的电路和程序, 检测和监控对自身的仪器设备, 并对仪器设备所产生的故障进行诊断、隔离以及检测, 具备这种故障检测功能的设备就叫做机内测试设备, 也就是BIT (Built-in-test) 。其实在很久之前国内外在就已经很重视BIT技术的重要应用, 并针对该技术的特点制定了相应的使用规范, 本世纪七八十年代, 美国国防部相继颁发了《设备或系统的BIT、外部测试、故障隔离和测试性要求的验证与评价》与《电子系统及设备测试性大纲》, 我国国防科委会也开展了对BIT技术的探究, 并颁发了《装备测试性大纲》以及《故障模式影响及危害性分析程序》等规范, 随着技术的不断进步与发展, BIT技术现已逐步成为系统设计的一个极为重要的组成, 对先进机械的安全使用具有重要意义。
2 简要介绍飞机电源BIT的四个重要的组成部分
2.1 飞机电源系统的检测技术
利用飞机电源系统的检测技术可以及时对飞机的温度、电压、电流、频率以及转速等重要信号和参数进行采集和测量, 反映出电源系统的运行状态。所以说优化和简化检测方法, 提高检测精度是飞机电源系统检测技术的发展方向。要想有效的提高检测精度, 一般是通过提高信号变换精度或是提高A/D转换精度, 这两种方法都能够提高检测精度, 但是如果在飞机电源中采取了片内带A/D转换器的微处理器的话, 不但可以提高精度标准, 也能更好的节省硬件。
2.2 飞机电源系统的信号处理技术
利用飞机电源系统的信号处理技术, 可以将上述通过飞机电源系统的检测技术采集到的所有数据信息和参数, 进行综合的处理和整集, 并且将信号进行变换, 从其中选出最能反映设备状态的信息, 对其除去噪声, 从而提取出最有利用价值的信息。
2.3 飞机电源系统的故障识别和诊断技术
利用飞机电源系统的故障识别和诊断技术, 能够对飞机电源系统的故障进行诊断和排除, 通过分析和整集通过上两种技术得到的有用信息, 对现阶段所掌握的关于设备的资料和信息进行进一步审核, 对导致故障的原因进行分析和确定, 并对其制定有相关的故障解决措施。
2.4 飞机电源系统的故障的处理技术
利用飞机电源系统的故障的处理技术, 可以对上述已经识别出的故障进行综合分析, 从而预测识别出故障的发展趋势, 预计出仪器的剩余使用时长, 进而采取有针对性的科学的合理的处理方法, 通常所用的方式主要有降级运行、余度供电以及跳闸保护等, 此外, 还可以设置一些预警信号对相关负责人员进行提醒和警示, 保障机电源系统的稳定性, 从而进一步保障飞机飞行的安全性。
3 对我国飞机电源系统BIT技术的发展建议
目前我国现有的大多数国产飞机, 一般是采用低压直流电源, 但也有少数飞机采用的是CSCF交流电或VSCF交流电, 这些飞机其自身并不具备自主检测功能, 都是采用模拟电路的方式来完成调压保护功能, 这使得我国航空事业有些落后于其他国家, 并且成为我国航空事业的进一步发展的阻碍, 所以说, 加快对机电源系统自检测技术的深入探究迫在眉睫。针对我国航空事业的现状, 最好在我国飞机电源设计阶段采用BIT技术, 牢固树立可测试性设计、可靠性等方面的标准, 从而保证设计的综合化、安全化以及标准化, 保证我国航空事业的稳定发展。
对我国飞机电源系统BIT技术的发展建议建议一:
高度重视飞机电源系统的数字和物理仿真研究工作。我国现今的的数字仿真技术虽然已经取得了较大的进步和发展, 全系统仿真软件现在也已经研发出来了, 但是, 电源系统的数字和物理仿真研究工作仍存在, 较大的完善空间, 必须在使用仿真技术的基础之上, 进一步开展对闭环系统中的故障仿真的研究, 从而获取更为全面的节点特征信息, 健全故障字典中的缺失内容, 减少冗余检测点和检测电路, 保障BIT技术的稳定性和可靠性。
对我国飞机电源系统BIT技术的发展建议建议二:
对故障识别和判断技术方法的深入分析。在BIT技术中处于核心地位的故障的识别和判断技术是非常重要的, 因为飞机的电源系统是综合了数字电路和模拟电路两方面的混合体, 而且其中还有调压器的闭环控制, 一旦故障产生, 对其的诊断是极为复杂和麻烦的, 因此BIT技术采用了核心软件微处理器。有的飞机电源BIT中可以采用故障字典的故障诊断方式, 通过一些较为模糊的观点对系统的运行状态进行整体的判定, 这种方式的选用不仅有效提高了对故障的诊断效率, 而且还可以采用分散测试的方式, 进而更好地降低字典编写的工作量。
4 结束语
飞机电源系统机内自检测技术 (Built-in-test, BIT) 是飞机安全飞行的重要保证。文章通过对BIT的四个重要组成部分, 也就是飞机电源系统的检测技术、飞机电源系统的信号处理技术、飞机电源系统的故障识别和诊断技术、以及飞机电源系统的故障的处理技术的简要介绍, 并对其中的核心技术故障诊断技术的论详细述, 为我国飞机电源BIT的进一步发展提出了一些建议, 并提出了新的发展方向。希望可以更好地完善飞机电源系统机内自检测技术, 推动我国航空事业的发展。
摘要：现今人们出行对交通工具的选择性是很广泛的, 但是去路途较远的地方, 最方便快捷的选择是乘飞机, 因为其速度是最快的, 省时省力。但是所有的交通工具都存在一定的危险性, 特别是前段时间的马航失联, 更是将人们的注意力汇集到了飞机的安全性上, 而飞机电源系统机内自检测技术 (Built-in-test, BIT) 则是飞机安全飞行的重要保证。飞机电源重要的组成部分 (BIT) 主要有四个重要的组成部分, 也就是飞机电源系统的检测技术、飞机电源系统的信号处理技术、飞机电源系统的故障识别和诊断技术、以及飞机电源系统的故障的处理技术, 文章通过对飞机电源BIT的这四个重要的组成部分进行简要的介绍, 并对其中的核心技术——故障诊断技术进行详细的论述, 进而为我国飞机电源BIT的进一步发展提出了一些建议, 并提出了新的发展方向。
关键词：意义,组成部分,发展建议
参考文献
[1]陈伟.基于多电飞机的先进供电技术研究[J].飞机设计, 2006 (4) .
开关电源的应用及发展 第11篇
【关键词】阻塞滤波器；双线圈；旁路开关；防跳
引言
我厂阻塞滤波器是由电容器、电抗器、电阻器以及MOV非线性电阻构成的一次设备。其中MOV非线性电阻是用于过电压保护，电容器和电抗器经过串并联构成高阶的带通、带阻滤波器，电阻器是用于提高滤波器的阻尼。阻塞滤波器分相安装在主变高压侧的中性点处。正常运行的时候，静态阻塞滤波器是对工频呈现低阻抗状态，但是对特定的次同步频率呈现高阻抗状态，可以有效阻塞次同步得电流，减小次同步电流对发电机的影响。此外阻塞滤波器装设了旁路开关，当阻塞滤波器一次设备出现异常时，旁路开关闭合，阻塞滤波器退出运行。
1.改造背景
按照国标《GBT14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程》第6.6.1条之规定：220kV及以上电压的断路器应具有双跳闸线圈。对合闸线圈无要求。由于阻塞滤波器运行方式的特殊性，其保护动作后要求对旁路开关进行合闸以确保阻塞滤波器一次设备不损坏。在阻塞滤波器旁路开关的二次操作回路中发现合、分闸线圈分别各有一套。因此需要在阻塞滤波器旁路开关中新增一套完整的合闸回路（合闸为阻塞滤波器设备退出运行），包括旁路开关本体控制箱及保护相关的出口回路。
2.改造前阻塞滤波器旁路开关控制原理
1）阻塞滤波器保护装置的构成及配置的保护功能
阻塞滤波器保护配置为双重化，配置完全相同的A、B两套保护屏，每套保护中有阻塞滤波器差动、引线零序差动保护、阻塞滤波器0-3阶电抗器保护、阻塞滤波器0-3阶电容器保护、阻塞滤波器0-3阶MOV保护、阻塞滤波器电容器不平衡、熔丝保护、失谐保护。保护装置主要采用了美国GE 公司生产的UR系列保护装置和PACRx3i可编程控制器构成。
2）阻塞滤波器保护装置的出口方式
阻塞滤波器出口方式共有2种，分别为合阻塞滤波器旁路开关和跳机。其中阻塞滤波器差动、0阶MOV一段时限过流保护、0-3阶电抗器过流保护、0-3阶电容器过流保护、0-3阶MOV过流保护、电容器不平衡、熔丝保护、失谐保护出口方式为合对应相的阻塞滤波器旁路开关。电缆差动保护、阻塞滤波器两相旁路、旁路开关失灵保护、0阶MOV二段段时限过流保护出口方式为动作于跳机。
3）阻塞滤波器旁路开关回路中存在的问题
当阻塞滤波器某相发生电气设备故障，需要将阻塞滤波器故障相退出运行，就要求合上该故障相旁路开关。此时如果旁路开关的合闸回路或合闸线圈有问题，则旁路开关无法合闸，使阻塞滤波器一次设备无法退出带故障运行的状态，将造成电气设备的严重损坏，机组后备保护动作跳机、甚至可能危及系统的安全。所以需要对旁路开关的合闸回路进行改造，以保证开关合闸的可靠性。
3.双合闸线圈二次回路的设计与改造
托克托发电公司阻塞滤波器旁路开关合闸方式有四种：DCS远方操作合闸、就地端子箱及机构箱就地合闸、阻塞滤波器保护A屏保护动作合闸、阻塞滤波器保护B屏保护动作合闸。
阻塞滤波器保护A屏、阻塞滤波器保护B屏都通过接口屏对旁路开关发出合闸命令，且合闸回路只有一套。旁路开关的合闸回路或合闸线圈有问题，则旁路开关无法合闸，无法将阻塞滤波器一次故障设备隔离，将造成电气设备的严重损坏。
改造后新增一套合闸线圈，按照国标《GBT14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程》第4.2.21条之规定：对于100MW及以上容量的发电机变压器组装设数字式保护时，除非电量保护外，应双重化配置。当断路器具有两组跳闸线圈时，两套保护宜分别动作于断路器的一组跳闸线圈。因此设计由阻塞滤波器保护B屏单独启动新增的合闸线圈，本次改造需要增加一套独立的直流电源，原阻塞滤波器保护A屏的出口回路不变。
通过这个改造后阻塞滤波器旁路开关有两套完整的合闸线圈，防止了在电气设备故障合旁路开关时，由于旁路开关单套合闸线圈故障拒合，而造成阻塞滤波器一次设备损坏或危及电网安全事故的发生，大大提高开关合闸回路的可靠性，提高了阻塞滤波器设备运行的安全性。
4.旁路开关防跳回路的改造
阻塞滤波器工程中所使用的旁路开关，其就地控制箱内所设计的防跳回路为跳优先，即在合闸指令保持的情况下保护跳闸，则防跳回路启动，使开关保持在分闸状态。而托克托发电公司阻塞滤波器的运行方式为旁路开关断开时，一次设备投入运行，旁路开关合闸后，设备退出运行；因此当分闸指令回路存在问题，指令长发时，若此时阻塞滤波器设备出现故障，保护动作要求旁路开关合闸时，旁路开关会先合闸，再次分闸并保持在分闸状态。使阻塞滤波器一次设备无法隔离，进而扩大事故范围。
因此阻塞滤波器旁路开关的控制回路应改为合闸优先，即防跳回路应为：分闸指令保持的情况下，保护动作启动合闸回路，此时防跳回路启动，保证开关保持在合闸状态并将分闸指令隔离。
按照合优先的原则对阻塞滤波器旁路开关控制回路进行改造，要求当分合闸命令同时出现时，开关必须保持在合闸状态。该要求也同样适用于新增的合闸回路中。由于新增的合闸回路接线未通过接口屏（防跳继电器位于接口屏内），直接接至旁路开关机构箱，所以新增合闸回路在二次回路中没有防跳措施，为防止由于新增合闸回路的原因导致开关出现跳跃现象，因此需在旁路开关机构箱内采取防跳措施，即在其机构箱内加装防跳继电器，取消接口屏的防跳继电器回路，当分合闸指令同时出现时，开关保持在合位。
5.阻塞滤波器旁路开关双线圈改造工作展望
我厂阻塞滤波器旁路开关双线圈改造虽然完善了单合闸线圈上的不足，但是由于本次改造的局限性，回路中还存在一些不足之处需要后续进行完善，托克托发电公司阻塞滤波器旁路开关是六氟化硫断路器，电机储能方式是合后储能，储能电机电源与阻塞滤波器保护A屏合闸线圈直流电源共用一路，未单独接引，如果一合闸线圈电源断开后，单独由新增合闸线圈存在的情况下，阻塞滤波器保护B屏保护动作合旁路开关后，会有旁路开关未储能报警发生，在日后工作中需增加独立的储能电源；另外阻塞滤波器旁路开关的六氟化硫压力低节点没有备用节点，当六氟化硫压力低时需要闭锁旁路开关分、合闸回路，因此本次改造中是增加了扩展继电器进行扩展，当继电器电源失去或者继电器故障，将无法闭锁旁路开关，增加了回路中的危险点，以后工作中需联系断路器厂家增加六氟化硫压力低节点进行回路闭锁。
6.阻塞滤波器双合闸线圈改造后的意义
通过对旁路开关双合闸线圈的改造，有效防止了在电气设备故障合旁路开关时，由于旁路开关单套合闸线圈故障拒合造成阻塞滤波器一次设备损坏或危及电网安全的事故，大大提高开关合闸回路的可靠性，提高了阻塞滤波器设备运行的安全性。目前我厂已完成八台机组的阻塞滤波器旁路开关双合闸线圈改造工作，并进行了相关传动试验等检验工作，二次回路及出口方式配置正确，动作可靠.
现代电力电子及电源技术的发展 第12篇
1、现代电力电子技术的发展
1.1 现代电力电子技术的发展历程
电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科技的发展, 电力电子技术和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关, 已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。
现代电力电子技术的发展经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代, 各种电力电子器件不断更新, 也促进了电力电子技术在许多新领域的应用。具体的发展历程是:
第一, 整流器时代。大功率的工业用电由工频 (50Hz) 交流发电机提供, 但是大约有20%的电能是以直流形式消费的, 其中最典型的是电解、牵引和直流传动这三大领域。在这个阶段, 大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得到了很大发展。
第二, 逆变器时代。二十世纪七十年代, 由于微机的发展, 使电力电子装置得以进一步朝智能化的方向发展。随着电力电子电路的发展和完善, 由晶闸管组成的多种不同类型的电力电子装置不断出现。大功率逆变用的晶闸管、门极可关断晶闸管和巨型功率晶体管是当时电力电子器件的主角。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变, 但工作频率较低, 仅局限在中低频范围内。
第三, 变频器时代。八十年代大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展, 为现代电力电子技术的发展奠定了基础。集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合, 产生了一批全新的全控型功率器件。MOSFET和IGBT的相继问世, 是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。新型器件的发展不仅使交流电机性能更加完善可靠, 而且使现代电子技术不断向高频化发展, 为用电设备的高效节能, 实现小型轻量化, 机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
1.2 现代电力电子技术的发展趋势
在当代的知识社会中强调技术创新, 我国政府和企业也不断加大创新意识, 将创新视为企业工作的主导内容。电力电子技术是一项生命力旺盛的技术, 与多种学科相互渗透, 因而建立电气工业的技术创新机制, 发展先进的电力电子技术, 对于优化产业结构、推动新型电气工业升级和带动我国工业领域的技术创新具有重要作用。
二十世纪90年代电力电子器件的研究和开发, 已进入高频化, 标准模块化, 集成化和智能时代。以目前的形势来看, 电力电子技术主要发展趋势将仍是是高频化和智能化。高频化和变频技术的发展, 将使机电设备向高频化方向发展, 提高响应速度, 实现最佳工作效率, 并能实现无噪音且兼具全新的功能和用途。而智能化的进展, 会促进信息处理与功率处理的合一, 促进电子技术的发展。
2、现代电源技术的发展
2.1 现代电源技术概述
现代电源技术是应用电力电子半导体器件, 综合自动控制、计算机技术和电磁技术的多学科边缘交又技术, 是现代电力电子技术的具体应用, 它的应用范围广泛, 特别是它综合了多种学科的先进的知识, 能为高新技术的发展提供有力的支撑。
电源的种类按照不同的分类标准来看, 主要有以下几种:按输入-输出分为AC-AC、AC-C、DC-C、DC-C;按工作状态分为线性电源、开关电源、二极管稳压电源;按同负载连接稳压方式分为串联型稳压电源、并联型稳压电源。在各种电源中开关电源以其体积小、效率高、环路PWM控制、输出短路和过载保护等特性已占领了电源市场, 在电力电子技术的应用及各种电源系统中, 开关电源技术均处于核心地位。电源设备用以实现电能变换和功率传递, 是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。
2.2 电源技术的发展趋势
随着电力电子技术的不断发展, 电力电子器件的不断更新升级, 现代电源技术势必会得到不断的发展, 其发展的主要趋势是:
首先, 技术的模块化、智能化。电源技术模块化有两方面的含义, 其一是指功率器件的模块化, 其二是指电源单元的模块化。新型电源将其各种模块集成在一起, 使开关电源的体积进一步缩小, 提高了器件的稳定性和系统的可靠性。输出稳压电路模块化, 使电源在实际应用中更加灵活、方便、智能。
其次, 技术的多元化, 数字化。现代电子技术是一门综合性技术学科, 电源技术的发展与相关技术的发展是相互促进的。与电源相关的技术有高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、高度智能化技术、电磁兼容技术等, 为了不断进行技术创新, 电源技术要了解相关行业的技术水平和动态, 及时更新知识技能。
最后, 技术的绿色化。在工业化进程中, 环境友好越来越受到全社会的关注。因此电源技术的低能耗、低污染、高效率已成为发展的必然趋势。使新的电源技术能够节约能源消耗, 减少对环境的污染, 同时提高用电效率, 避免能源浪费。20世纪末, 各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生, 能够修正功率因数, 为2 l世纪批量生产各种绿色电源产品奠定了基础。
3、结语
电力电子及电源技术的应用广泛, 涉及到国民经济的各个工业部门。需要注意的是, 虽然我国电力电子及电源技术不断创新, 电力电子器件、电路和装置制造技术不断发展, 但与国外发达国家相比, 仍有较大的差距。因此我们要发展和创新我国电力电子及电源技术, 学习国外先进技术, 积极进行自主创新, 从交叉学科的相互渗透中创新, 使我国电力电子技术及器件制造技术实现长远发展, 实现高效率和高品质用电相结合, 推动我国工业化进程的进步。
参考文献
[1]高艳青.现代电力电子及电源技术的发展趋势.电脑及电信, 2007.1.
