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1、开关电源培训教材,2016年5月,2,交流电基本知识,3,单相交流电,单相交流电压（相电压）是相线与零线（中性线）之间的电压，通常用有效值表达。,4,三相交流电,5,线电压是相线与相线之间(火线之间)的电压.线电压的量值是相电压的 倍,即 U=220V Ul=380V线电压超前相电压30(uab比ua，类推)。三相电压彼此相差120。接线应相序正确；市电与油机发电机、UPS的逆变输出与旁路通道必须相序一致。,三相交流电（续）,6,三相电压相量图,7,TN系统：TN-S系统（三相五线制）通信局站用 TN-C系统（三相四线制）TN-C-S系统通信局站用TT系统通信局站无专用变压器等情况下用IT系统
2、,低压交流配电系统的接地型式,8,TN-S系统（三相五线制）,N为中性线即工作零线（简称零线，接了地的中性线称为零线），用于流过三相不平衡电流，N线不准重复接地；PE为为保护零线即保护地线，专门用于保护接地（设备机壳接地）。布线时N线与PE线必须彼此绝缘、严格分开，不得混用。变压器中性点直接接地的接地电阻值，在变压器容量不超过100kVA时，不宜大于 10；当变压器容量超过100kVA时，不宜大于4。,9,相线：U相（A相）黄色、V相（B相）绿色、W相（C相）红色；零线（N）：黑色；保护地线（PE）：黄、绿双色。,TN-S系统中电源线颜色的规定,10,TN-C系统（三相四线制）,在整个交流配电
3、系统中，工作零线N与保护地线PE合为一体构成PEN线。这时电气设备的金属外壳必须接到PEN线上，进行接零保护。为了防止因保护线断线而造成危害，在距离接地点超过50m时，PEN线可以重复接地。,11,TN-C-S系统,整个低压交流配电系统的前部分为三相四线制（TN-C系统），其零线（N）和保护地线（PE）是合一的PEN线；后部分则采用三相五线制（TN-S系统），其零线（N）和保护地线（PE）分开，并且不允许再合并或者混用。当电力变压器在通信局（站）外且相距大于50m时，三相四线制的中性线（PEN线）在通信局房入口处应做重复接地。,12,通信局（站）的直流供电系统，由整流器、蓄电池组、直流配电屏和
4、相关的馈电线路组成。直流供电系统向各种通信设备和逆变器等提供不间断直流电源。,直流供电系统,13,通信用不间断直流电源供电系统,通信局（站）广泛使用的通信用高频开关电源设备，由交流配电部分、整流器、直流配电部分和控制器（监控模块）组成，它连同蓄电池组和接地装置，构成不间断直流电源供电系统。,14,组合式开关电源设备（外观举例）,15,开关电源中的交流配电原理图（举例）,交流配电部分输入220/380V交流电，对交流电源进行分配、通断控制、检测、告警和保护，并装设浪涌保护器（SPD）进行防雷保护。,16,断路器（自动空气开关）既起开关作用，又起过流与短路保护作用当负载电流过大或短路时，断路器自动
5、跳闸，切断供电；故障排除后，需人工合闸。熔断器起过流与短路保护作用当负载电流过大或短路时，熔芯熔断，切断供电；故障排除后，换上同规格的熔芯恢复供电。交流熔断器的额定电流值，应不大于最大负载电流的2倍（照明回路按实际负荷配置）。熔断器的温升应低于80。,断路器与熔断器,17,交流配电部分除了主电路外，还有交流检测单元，用于检测输入交流三相电压、线电流、防雷器状态等，并与控制器（监控模块）通信。,交流检测单元,18,对单相负载供电时对三相负载供电时 以上两式中，U为相电压，Ul为线电压，它们均应取电网电压的下限值；S为视在功率，单位为VA（伏安）。视在功率（S）用下式计算 P为有功功率，单位为W（
6、瓦），当有多个负载时，P=P1+P2+P3+Pn；Q为无功功率，单位为Var（乏），当有多个负载时Q=Q1+Q2+Q3+Qn。,交流导线中的电流（I）计算,19,如果已知功率因数PF，则视在功率注意，视在功率不能直接相加。当有多个负载时，必须把每个负载的视在功率都分解出其有功功率和无功功率，然后所有有功功率相加得出总的有功功率P，所有无功功率的代数和为总的无功功率Q，再用前式求出总的视在功率S。,交流导线中的电流计算（续1）,20,每个整流模块需要供给的有功功率为每个整流模块需要供给的视在功率为POmax是每个整流模块的最大直流输出功率，等于整流模块的输出电压上限值乘以输出电流限流值（额定电流
7、的105%110%）；是整流模块的效率；PF是整流模块的功率因数。,交流导线中的电流计算（续2）,21,交流导线的截面积按发热条件来选择。已知导线需要通过的最大电流（有效值）I，可按2A4A/mm2来选取多股铜芯绝缘导线的线芯截面积。线芯标称截面积（mm2）系列为：1、1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240等。机房内的交流导线应采用阻燃型电缆。零线应采用与相线相等截面的导线。通信电源用阻燃软电缆有ZA-RV型和ZA-RVV型，前者为铜芯阻燃聚氯乙烯绝缘软电缆，后者是铜芯阻燃聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套软电缆。,交流导线的选择,22,电源线接
8、入设备，必须采用铜鼻子连接牢固。导线及连接头的温度，不应超过70。若铝线与铜材料相连接，则必须使用铜铝过渡接头，以免铜、铝接触处由于电腐蚀作用产生较大的接触电阻，导致通电时连接处发热，甚至产生火灾。,交流电源线接入设备,23,整流器把交流电变成所需直流电。现在一般都采用高频开关整流器。高频开关整流器为模块化结构，整流模块并联输出，输出电压自动稳定，各整流模块通过均流电路实现输出电流自动均衡。在开关电源系统中，整流模块的输出电压由控制器（监控模块）控制。,整流器,24,开关电源中的直流配电基本原理,直流配电部分连接整流器的输出端、蓄电池组和负载，构成整流器与蓄电池组并联向负载（通信设备等）供电的
9、浮充供电系统，并对直流供电进行分配、控制、检测、告警和保护。,图为-48V系统,25,交流电正常时，整流器供给全部负载电流，并对蓄电池组进行补充充电，使蓄电池组保持电量充足，此时蓄电池组仅起平滑滤波作用；当交流电源中断、整流器停止工作时，蓄电池组放电供给负载电流，使直流电源不中断；当交流供电恢复、整流器投入工作时，又由整流器供给全部负载电流，同时它以稳压限流的工作方式对蓄电池组进行恒压限流充电。然后自动转为正常浮充状态。,浮充供电原理,26,直流配电部分的各输出分路经断路器或熔断器为负载供电。常用的断路器（空开）规格及容量系列为163A/1P、80100A/1P断路器：1、3、6、10、16、
10、20、25、32、40、50、63、80、100A；熔断器规格及容量系列1160A（NT00系列）熔断器：4、6、10、16、20、25、32、35、40、50、63、80、100、125、160A；125400A（NT2）熔断器：125、160、200、224、250、300、315、355、400A；315630A（NT3）熔断器：315、355、400、425、500、630A。各输出分路的直流熔断器额定电流值，应不大于最大负载电流的2倍。各专业机房熔断器的额定电流值应不大于最大负载电流的1.5倍。,直流配电部分中的断路器与熔断器,27,直流配电部分除了主电路外，还有直流检测单元，用于检
11、测输出直流电压、负载电流、蓄电池组电流、蓄电池支路熔断器状态、各输出分路熔断器或断路器状态（是否熔断或跳闸）等，并与控制器（监控模块）通信。,直流检测单元,28,直流馈电线的截面积，一般按允许电压降来选择：S导体截面积（mm2）；I流过导线的最大电流（A）；L导线长度（m）；U导线上的允许压降（V）；导体的电导率（m/mm2）,铜为57,铝为34，是电阻率的倒数。直流电源母线的颜色，应正极为红色，负极为蓝色。,直流导线截面积的选择,29,直流放电回路（即从蓄电池组两端到通信设备受电两端）的全程压降，48V电源应3.2V（一般取3V），24V电源应2.6V（新建宽电压范围供电系统）；直流配电屏内
12、放电回路（即开关电源系统内从连接蓄电池组的两端到各直流输出分路两端）电压降应500mV。应先将允许全程压降减去0.5V，再适当分配蓄电池组至开关电源的导线允许压降（以不超过0.5V为宜）和开关电源输出端至通信设备受电端的导线允许压降，然后计算确定相应直流导线的截面积。,直流压降允许值,30,各段电源、线路压降分配经验值,X 一般在11.5V左右。,31,它与开关电源系统中的交流检测单元、直流检测单元和转接单元等组成本机监控系统，对开关电源系统及蓄电池组进行检测、控制和故障告警。具有检测、控制、参数设置、电池管理、显示系统运行状态及故障内容、记录历史故障等功能。可通过RS485（或RS422）接
13、口用微机近端监控，通过RS232接口和调制解调器等实现微机远程集中监控，对开关电源进行遥测、遥信、遥控和遥调，使开关电源可以少人或无人值守。,控制器（监控模块）,32,通信电源接地按照功能，可分为工作接地（直流电源的正极或负极接地称为直流工作接地、交流电源中性线接地称为交流工作接地）、保护接地和防雷接地。-48V或-24V电源系统，电源正端必须可靠接地；+24V电源系统，电源负端必须可靠接地。此即直流工作接地。电源设备的金属外壳必须可靠地保护接地。接地电阻应不大于规定值（基站10）。,接地,33,高频开关整流器组成框图,34,高频开关电源（简称开关电源）是指功率晶体管工作在高频开关状态的直流稳
14、压电源，其开关频率在20kHz以上。按控制方式分类，可分为脉宽调制（PWM）、脉频调制（PFM）和混合调制（即脉宽和脉频同时改变），通信用开关电源一般采用脉宽调制。按功率开关电路的结构形式分类，可分为非隔离型（主电路中无高频变压器）、隔离型（主电路中有高频变压器）以及具有软开关特性的谐振型等类型。,高频开关电源电路概述,35,开关电源中在高频（20kHz以上）条件下工作的功率二极管，不能采用普通硅整流二极管，而必须采用快恢复二极管、超快恢复二极管或肖特基二极管等开关速度快的功率开关二极管。高频开关电源中的功率开关晶体管，主要采用 VMOS场效应晶体管（VMOSFET）和绝缘栅双极晶体管（IGB
15、T或称IGT）。,开关电源中的功率电子器件,36,非隔离型开关电源又称非隔离型直流变换器，有降压（Buck）式、升压（Boost）式和反相（Buck-Boost 即降压升压）式等三种基本电路结构。非隔离型开关电源的基本特征是：用功率开关晶体管把输入直流电压变成脉冲电压（直流斩波），再通过储能电感、续流二极管和输出滤波电容等元件的作用，在输出端得到所需平滑直流电压，输入与输出之间没有隔离变压器。,非隔离型开关电源,37,隔离型开关电源又称隔离型直流变换器，按其电路结构的不同，可分为单端反激式、单端正激式、推挽式、全桥式和半桥式。基本工作过程是：输入直流电压，先通过功率开关管的通断把直流电压逆变为
16、占空比可调的高频交变方波电压加在变压器初级绕组上，然后经过变压器变压、高频整流和滤波，输出所需直流电压。在这类开关电源中均有高频变压器，可以实现输出侧与输入侧之间的电气隔离。,隔离型开关电源,38,脉宽调制（PWM）控制电路是开关电源的重要组成部分，其作用是产生PWM信号，向功率开关管或它的的驱动电路提供前后沿陡峭、占空比可变、工作频率不变的矩形脉冲列。通常分为电压型控制器和电流型控制器两类，电流型控制又分为峰值电流模式控制和平均电流模式控制。,集成PWM控制器,39,对PWM控制电路的基本要求是：满足开关电源输出电压稳定度及动态品质的要求；与主回路配合，使开关电源具有规定的输出电压值及其调节
17、范围；能实现开关电源的软启动；能实现开关电源的过流、过压保护。,集成PWM控制器（续1）,40,电压型PWM集成控制器只有电压反馈控制，可以满足开关电源稳定输出电压等要求。电流型PWM集成控制器不仅有电压反馈控制，还增加了电感电流反馈控制，控制电路为双环控制，具有电压外环和电流内环，从而使开关电源系统具有快速的瞬态响应及高度的稳定性，有很高的稳压精度，可实现逐周限流，并具有良好的并联运行能力。,集成PWM控制器（续2）,41,据YD/T7312002通信用高频开关整流器：直流输出电压可调节范围：43.257.6V。均分负载性能：在单机50%100%额定输出电流范围内，其均分负载的不平衡值应不超
18、过直流输出电流额定值的5%。计算方法：1=（K1-K）100%2=（K2-K）100%n=（Kn-K）100%式中 K1=I1/IH,K1=I1/IH,Kn=In/IH,K=I/nIH I1、I2In 为各台被测整流器的输出电流 IH 为各台被测整流器的额定输出电流 I 为n台被测整流器的输出电流总和 nIH 为n台被测整流器的额定输出电流总和,通信用高频开关整流器使用性能要求,42,交流输入过、欠电压及缺相保护：当电网电压过高时，整流器应能过压关机保护，过压保护点不应低于额定值的115%(253/437V)；当电网电压过低时，整流器应能欠压保护，欠压保护点不应高于额定值的80%(176/30
19、4V)。电网电压恢复正常后，应能自动恢复工作。直流输出过、欠电压保护：直流输出过压时,应能自动告警与关机保护；故障排除后，应能人工恢复工作。直流输出欠压时,应能自动告警；故障排除后，应能自动恢复工作。输出限流性能：限流范围应为额定值的105%110%,通信用高频开关整流器使用性能要求（续1）,43,熔断器或断路器保护性能：整流器主电路应设熔断器或断路器保护。告警性能：在各种保护性能动作的同时，应能自动发出相应的可见告警信号。软启动时间：一般为310s。,通信用高频开关整流器使用性能要求（续2）,44,计算所需开关电源总输出电流IOUT 方法一：IOUT=Ifz+0.2C10 式中 Ifz为所需
20、最大负载电流（A）；C10为蓄电池额定容量（Ah）。方法二：IOUT=（Ifz+0.1C10）/(0.70.8)式中 0.70.8是考虑系统安全运行的裕量系数。,开关电源系统配置,45,选择整流器规格，计算所需整流模块数量NNIOUT/IZ 式中 IZ为整流模块的额定输出电流（A）；N取整数。按N+1原则配置整流模块数量 当求得的N10时，配置整流模块数为N+1；当求得的N10时，每10个模块加配1个。,开关电源系统配置（续）,46,通信局（站）的防雷装置包括外部防雷装置和内部防雷装置。外部防雷装置由接闪器（包括避雷针、避雷带、避雷网以及用作接闪的金属屋面和金属构件等）、引下线和接地装置组成，
21、主要用于直击雷的防护。内部防雷装置由等电位连接系统、接地系统、屏蔽系统、浪涌保护器等组成，主要用于减小和防止雷电流产生的电磁危害。移动通信基站必须采取系统的综合防雷措施，包括：直击雷防护、联合接地、站内等电位连接、馈线接地分流、雷电过电压保护等。防雷措施应符合YD50982005中的要求。,移动通信基站的防雷保护措施,47,高频开关电源设备必须有防雷保护装置，在进行进网检验时，应能承受模拟雷击电压波形为10/700s、幅值为5KV的冲击5次，承受雷击电流波形为8/20s、幅值为20KA的冲击5次，每次冲击间隔时间不小于1分钟。在承受以上雷电冲击后，设备应能正常工作。,对通信开关电源的防雷保护要
22、求,关键器件好坏的判断,如何判断重要器件的好坏？l防雷器件（压敏电阻）的好坏判断：看该器件上的窗口，正常为绿色，损坏后窗口变红。l空开的好坏判断：通常空开故障是由于过流或短路造成，此时只需注意观察空开的开关是否处于on与off之间，如在之间将开关先打off再打到on，通常该故障可排除，如还不行空开损坏。l交流接触器的好坏判断：可通过静态下测量其线包电阻（132欧？）或用手按一下交流接触器的主触点，看有没有弹性，没有说明交流接触器坏；如有弹性，可测量线包电压（如220VDC？），如有电压而交流接触器不吸合则接触器坏。l熔丝的好坏判断：主要通过测量其输入端与输出端电压是否一致，若不一致，熔丝坏。,
23、对于交流采样板、交流控制板通过测量输入及输出可判断其好坏.对于直流控制和直流转接板可通过出现的对应现象来判断.,常见板件的好坏判断,更换板件及器件的注意事项,1、更换交流输入空开，更换防雷器单元或防雷盒，更换交流接触器等交流板件应交流停电，确保板件和机柜无危险高压存在。2、更换交流接触器前要将各信号线对应接触器的接口标号标记清楚。3、对于接口较多较复杂的板件，更换前要对各接口做标记，防止换板后，插错接口。4、如果监控模块在换板过程中不关闭，将会造成监控模块误告警或可能存在的误控制。5、更换某些板件，如插拔接插件顺序不正确，将会造成误下电，监控模块检测错误并引起电池管理不正常（如深度限流等误控制
24、）。,交流配电的常见故障,交流接触器不吸合 市电控制板坏 防雷器损坏 误告警 指示灯坏,直流配电的常见故障,母排电压、电池电流、负载电流、熔丝通断检测不准 误告警 直流接触器误动作 输出过压或欠压 一停电即发生电池保护,监控模块常见故障,不工作监控单元直流供电电缆、开关、保险接触不良或损坏，监控单元内二次电源板损坏。工作但无显示液晶显示屏损坏或电缆连接不良。系统通信全部中断通信接口板损坏或监控单元主板损坏。软调/控制/管理功能丧失CPU板损坏、软件因强干扰跑飞。错误告警外界干扰影响系统通信，软件跑飞。,整流模块常见故障,不工作模块本身故障、无交流输入。工作但无输出模块输出熔断器损坏，模块电压偏低。严重不均流模块均流电路损坏，模块输出电压差异太大。模块故障告警模块发生硬件故障。模块通信中断模块内部监控CPU板损坏，模块地址设置错误。模块过压保护单个模块过压。,55,谢谢,敬请批评指正！,
