高频开关电源系统原理及维护

2012-11-07 10:53:19来源: 互联网

我厂350MW超临界供热机组的直流电源高频开关电源模块、蓄电池等设备组成,智能高频开关电源系统具有体积小、重量轻、效率高、纹波系数小、动态响应快、控制精度高、模块可叠加输出、N+1冗余等特点,而在发电厂、变电站逐步取代了传统的硅整流型直流操作电源得到了广泛的使用。但调试期间,我厂#2机组的直流电源模块两次发生了充电电流波动的缺陷,原因为#2机组高频开关电源模块近邻热风口,温度高引起调节特性变化。直流系统设备维护的好坏,不仅关系到智能高频开关电源系统的可靠性和寿命,而且直接涉及到机组的控制和保护系统能否正常运行。可见,维护和使用好智能高频开关电源系统是非常重要的。

  2 高频开关电源的结构和工作原理:

  2.1高频开关电源的结构

  2.1.1主电路

  2.1.1.1输入滤波器:其作用是将电网存在的杂波过滤,同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

  2.1.1.2整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电,以供下一级变换。

  2.1.1.3逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分,频率越高,体积、重量与输出功率之比越小。

  2.1.1.4输出整流与滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。

  

  2.1.2控制电路

  控制电路一方面从输出端取样,经与设定标准进行比较,然后去控制逆变器,改变其频率或脉宽,达到输出稳定,另一方面,根据测试电路提供的资料,经保护电路鉴别,提供控制电路对整机进行各种保护措施。

  2.1.3检测电路

  除了提供保护电路中正在运行中各种参数外,还提供各种显示仪表资料。

  2.1.4辅助电源

  提供所有单一电路的不同要求电源。

  2.2开关控制稳压原理

  开关控制电路如图2,开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开,在开关K接通时,输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL,在整个开关接通期间,电源E向负载提供能量;当开关K断开时,输入电源E便中断了能量的提供。可见,输入电源向负载提供能量是断续的,为使负载能得到连续的能量提供,开关稳压电源必须要有一套储能装置,在开

  

  关接通时将一部份能量储存起来,在开关断开时,向负载释放。图中,由电感L、电容C2和二极管D组成的电路,就具有这种功能。电感L用以储存能量,在开关断开时,储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载,使负载得到连续而稳定的能量,因二极管D使负载电流连续不断,所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示:

  EAB=TON/T*E

  式中TON为开关每次接通的时间,T为开关通断的工作周期(即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和)。

  由式可知,改变开关接通时间和工作周期的比例,AB间电压的平均值也随之改变,因此,随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比,这种方法称为“时间比率控制”(Time Ratio Control,缩写为TRC)。

  我厂采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,缩写为PWM)的方式即开关周期恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

  我厂350MW机组高频电源共有11个模块,设有9个工作模块,2个备用模块。并联运行的高频电源模块具有均流功能及均流接口,在并机应用时使用,并联工作的整流模块采用硬件低差自主均流技术,使整流模块的输出实现负荷均担,具有很高的均流精度。完全支持热插拔的结构设计,使整流模块在不需要切断电源的情况下,可以自由插拔更换,维护更换特别方便。而且采用统一的高频开关整流模块,具有良好的可互换性。

高频开关直流设备基本要求及注意事项#e#

  3 高频开关直流设备的基本要求及注意事项

  由高频开关电源的控制原理可知,智能高频开关电源系统设备,其智能化程度高,电池采用免维护蓄电池,虽然给我们带来了许多便利,但在使用过程中要注意以下几个方面,以确保使用安全。

  高频开关电源系统在环境温度-5~+40℃能正常工作,温度超过规定值,电子元件的特性将发生变化,因此冬季不得开启空调运行。局部温度升高,将导致调节特性变化。表现为充电电流晃动。

  高频开关要求室内清洁、少尘,否则,灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。因此应做好直流开关室的封堵工作,保持室内清洁。

  蓄电池对温度要求较高,标准使用温度为25℃,建议温度范围+15~+30℃。若温度太低,会使蓄电池容量下降,温度每下降1℃,其容量下降1%;蓄电池放电容量会随温度升高而增加,使用寿命降低,如果在高温下长期使用,温度每增高10℃,电池寿命约降低一半。

  高频开关电源系统中设置的参数必须控制在规定指标内,在使用中不能随意改变。

  蓄电池不论是在浮充工作状态还是在放电测试状态,应保证电压、电流符合规定要求。电压或电流过高可能会造成电池的热失控或失水,电压或电流过小会造成电池亏电,这都会影响电池的使用寿命,尤其是前者的影响更大。

  在任何情况下都应防止电池短路或深度放电,因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深循环寿命越短。在容量试验或放电检修中,通常放电达到容量的30%~50%就可以了。

  蓄电池应避免大电流充放电,否则会造成电池极板膨胀变形,使得极板活性物质脱落,电池内阻增大并且温度升高,严重时将造成容量下降,寿命提前终止。

  4 维护管理

  当智能高频开关电源系统出现故障时,应先查明原因,分清是负载部分还是电源系统,是主机还是电池组。虽说开关电源系统主机有故障自检功能,但它对面而不对点,更换配件很方便,但要维修故障点,仍须做大量的分析、检测工作。如果自检部分发生故障,显示的故障内容也可能有误。

  4.1高频开关电源部分

  高频开关电源在正常使用情况下,主机的维护工作量很少,主要是防尘和定期除尘。我厂直流小室近邻磨煤机附近,空气中的灰粒较多,灰尘将在机内(主要在整流模块内)沉积,当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常,并发生不准确告警,另外大量灰尘也会造成器件散热不好。一般每季度都应彻底清洁一次,同时在除尘时检查各连接件和插接件有无松动和接触不良的情况。

  定期核实智能高频开关电源系统的参数有无变化,防止人为或无意中改变所设置的参数。

  每半年应对智能高频开关电源系统的运行方式进行实验检查,以防止均充状态与浮充状态不能及时转换而造成对蓄电池的损坏。

  检查主机设备是否正常,保证直流母线经常保持合格的电压和电池的放电容量;

  对主机出现击穿、熔断保险或烧毁器件的故障,一定要查明原因并排除故障后才能重新启动,否则会造成更严重的故障。

  4.2免维护蓄电池部分

  因整流器对瞬时脉冲干扰不能消除,整流后的电压仍存在干扰脉冲。蓄电池除有存储直流电能的功能外,其等效容量的大小与蓄电池容量大小成正比。因此,维护检修蓄电池的工作是非常重要的,虽说蓄电池组目前都采用了免维护电池,但这只是免除了以往的测比重、配制电解液、添加蒸馏水的工作。

  蓄电池工作在浮充状态,至少每年进行一次放电。放电前应先对电池组进行均衡充电,以达到整组蓄电池性能的均衡。放电过程中如有一只达到放电终止电压时,应停止放电,继续放电须先排除落后电池后再放。

  核对性放电不是追求放出容量的多少,目的是发现和处理落后电池,通过对落后电池的处理再作核对性放电试验,这样可防止出现反极性蓄电池。

  蓄电池日常维护还需经常检查的项目有:清洁并检测端电压、温度;连接处有无松动腐蚀现象,检测连接条压降;外观是否完好,有无鼓肚变形和渗漏现象;极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出;当发现电压反极性、压降大、压差大和酸雾泄漏的电池时,应及时处理,对不能恢复的蓄电池要及时更换;不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起,否则可能会对整组蓄电池带来不利影响。对寿命已到的电池组要及时更换,以免影响到电源系统和设备主机。

  5 结束语

  再好的设备都有寿命期,也会出现各类故障,但维护工作做得好可以延长寿命并减少故障的发生,不能因为高智能、免维护而忽略了本应进行的正常维护工作,预防在任何时候都是安全运行的重要保障。

关键字:高频  开关电源  系统原理

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/1107/article_17530.html
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