智能电源

智能电源（共11篇）

智能电源 篇1

0 引言

随着电力电子技术的迅速发展, 直流电源应用非常广泛, 小至家用电器的供电电源, 大至大型发电厂、水电厂、超高压变电站、无人值守变电站作为控制、信号、保护、自动重合闸操作、事故照明、直流油泵、, 各种直流操作机构的分合闸, 二次回路的仪表, 自动化装置的控制交流不停电电源等用电装置的直流供电电源。与此同时直流电源的好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能, 目前, 市场上各种直流电源的基本环节大致相同, 都包括交流电源、交流变压器 (有时可以不用) 、整流电路、滤波稳压电路等。针对以上概述, 我们设计了一套足够调压范围和带负载能力的直流稳压电源电路, 要求是输出电压连续可调;所选器件和电路必须达到在较宽范围内输出电压可调;输出电压应通过AD转换电路以及单片机自动控制电路实现了输出电压动态实时显示能够适应所带负载的启动性能。

1 系统方案

1.1 设计方案

1) 晶体管串联式直流稳压电路

电路框图如图1所示, 输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压, 取样电压与基准电压进行比较得到误差电压, 对调整管的工作状态进行调整, 从而使输出电压发生变化, 与由于供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反, 从而保证输出电压UO为恒定值 (稳压值) 。

2) 采用三端集成稳压器电路

如图2所示, 他采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成稳压器, 输出电压调整范围较宽, 设计一电压补偿电路可实现输出电压从0 V起连续可调, 因要求电路具有很强的带负载能力, 需设计一软启动电路以适应所带负载的启动性能。

3) 用单片机制作的可调直流稳压电源

该电路可通过AT89CS51单片机控制继电器改变电阻网络的阻值, 从而改变调压元件的外围参数, 使用软启动电路, 获得3~26 V, 驱动能力可达1.5A。其硬件电路主要包括变压器、整流滤波电路、压差控制电路、稳压及输出电压控制电路、电压电流采样电路、掉电前重要数据存储电路、单片机、键盘显示等几部分。

4) 整流电路的方案论证

桥式整流电路利用变压器的一个副边绕组和4个二极管, 使得在交流电源的正、负半周内, 整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。

5) 滤波电路的方案论证

利用电容两端电压不能突变的特性, 实现滤波。电容滤波电路简单, 负载直流电压较高, 纹波也较小, 但输出特性欠缺, 适用于负载电压较高, 负载变动不大的场合。

6) 数显电路方案论证

利用单片机对ADC0809的接口技术可实现对输入模拟量的动态实时显示。

1.2 具体电路

说明:如图3原理图中包含了采样电路, 基准电路, 比较放大电路, 调整电路以及过载电路;本基础电路的输出端 (可看作C3两端) 即可实现对电池等的充电功能, 通过调节滑动变阻器R5的阻值, 可实现对不同型号电池的充电功能;采用两个放大器, 两放大器输出电压大小相等、符号相反;在两放大器输出端分别加一个电阻, 保证最大输出电压;使用集成芯片DAC0832, ADC0809。

摘要：随着时代的发展, 数字电子技术已经普及到我们生活, 工作, 科研, 各个领域, 本文将介绍一种可调数显直流稳压电源, 本电源由模拟电源电路 (降压、整流、滤波、稳压电路) 、数模转换电路、控制电路、数显电路4部分组成。准确地说, 就是模拟电源提供各个芯片电源、数码管、放大器所需电压;显示电路用于显示电源输出电压的大小。同时分析了数字技术和模拟技术相互转换的概念。与传统的稳压电源相比具有操作方便, 电源稳定性高以及其输出电压大小采用数码显示的特点。

关键词：三端可调正稳压器LM317,单片机AT89S51,模数转换芯片

参考文献

[1]狄京等主编.电子工艺实习教程.中国矿业大学出版社.

[2]胡汉才编著.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社.

[3]康华光编著.电子技术基础 (模拟部分) .高等教育出版社.

[4]薛永毅, 王淑英, 何希才编著.新型电源电路应用实例.电子工业出版社.

智能电源 篇2

摘要：铁路智能电源屏在铁路正常运行中的重要性，本文重点分析电源屏的日常及集中维护，智能电源屏发生火灾的原因及防护措施。

关键词：智能电源屏，交流接触器，模块，火灾

ABSTRACT：Intelligent power screen rail at the rail of the importance of normal operation, This paper analyzed the power of the screen and focus on day-to-day maintenance, Intelligent power panel and the reasons for the fire protection measures.Key Words：Intelligent Power Screen，AC contactor，Module，Fire

铁路信号电源是给国家一级信号负荷供电的电源 , 直接关系着铁路行车安全 ,而铁路电源屏是信号设备的重要组成部分，是电气集中的供电设备，是完成电气集中连锁的基础和保证。它供信号机、轨道电路、电动转辙机、继电器及控制台表示灯等所需的各种交、直流电源。它一旦发生故障及火灾轻者是投入使用的车站部分设备停用，重者是全站设备瘫痪，影响行车安全；而电源屏故障的排除较为困难往往延误时间，影响较大。因此 , 如何维护及防止电源屏发生电气火灾 , 是相关生产厂家和使用单位都应特别重视的问题。现就如何解决好这一问题进行探讨。

1智能电源屏日常维护项目

1.系统的检查。电源屏正常工作时，两路交流输入电源指示灯亮，故障灯灭，前门内的蜂鸣器开关置于开，告警/消音开关置于告警位置。除保护灯和故障灯不亮外，所有电源模块指示灯亮，监控单元电源灯亮，无声音告警。

2.防雷器检查。查看防雷地线连接是否良好，C级防雷器颜色是否变色、变形、开裂，防雷空开是否正常工作，且处于闭合状态。C级防雷器的显示窗口应该是绿色，D级防雷器盒和输出防雷器盒面板上指示灯应为亮灯状态。

3.检查线缆连接。防雷和接地线缆、交流输出线缆应连接可靠，电缆无局部过热和老化现象，接地电阻应小于10欧姆。

4.查验实时数据。交流电压实时显示数据与实际电压误差不超过额定值的3%，直流电压实时显示数据与实际电压误差不超过额定值的2%，电流误差不超过额定值的5%。当电压偏低，超出额定值的5%该模块需要更换电容。

5.检查告警功能。发生故障必须告警对应声光告警指示正常。

6.检查通信功能。直流屏、交流屏各电源模块与监控单元通信正常，实时数据非反白显示，历史告警记录中没有通信中断告警记录。

2智能电源屏集中维护

根据智能电源屏实际运行需要利用“天窗”点，对电源屏各方面功能和器件进行检测试验（可每年一次）。

1.电源屏系统切换功能。可在2路电网正常的情况下断开1路电网的电源屏输入断路器，人为切换到2路电网，并在1路电网恢复供电后，切回1路，从而实验电源屏的切换功能。（应保证交流接触器正常工作，所有模块正常工作）

2.交流模块的相互装换，目的是检修模块的切换电路是否正常。根据模块的带载情况判断模块的工作状态（带载还是热备），把带载模块的输入开关断开，从而人为把负载切换到另一热模块，重新闭合断开模块的输入开关，使模块正常起动，工作稳定后可以重复刚才操作对另一模块进行切换测试。

3.直流模块（内部带闭塞，站联等24~60V连续可调电源）单独带载测试，以检验直流模块内部各闭塞支路输出是否正常。断开两个模块中任意一个的输入，用另一个模块单独带载，测量模块输出各路电源是否正常，电源屏是否正常报警；然后，恢复所关闭的模块，同样操作检测另一模块各路电源，确保两模块各路输出都正常。

4.检验模块运行数据。通过检测单元调出所有模块的运行数据，并做记录，尤其是交流稳压模块，以判断模块是否进一步维护。

5.检查系统接线节点状况。检查系统内各个模块的输入空开及各路电源的输出空开，确保无松动现象，线缆端子无老化现象。

3引发电源屏火灾的主要因素3、1交流接触器故障

交流接触器是铁路信号电源屏中的重要部件 ,由于种种原因 , 由交流接触器引发的事故占有很大的比例。

1．质量不高。因为铁路信号负荷是一级用电负荷 , 按国际规定应采用双电源自动切换系统供电 , 选用三相交流接触器作为自动切换器件。前些年的交流接触器由于其结构、工艺、材质都比较落后 , 不能适应运行中出现的特殊情况 , 故障率比较高 , 部分火灾的发生与其质量不高有直接关系。

2．控制回路接线不合理。个别电源屏产品在设计双电源切换回路时 , 采用了备用回路的接触器先合、工作回路的接触器后断的错误接线。这种接线将造成双电源切换时 , 2 路电源在电源屏中断时并联 , 并产生较大的环流(在2 路电源相位差较大时), 烧毁交流接触器 , 甚至造成 2 路电源保护开关同时跳闸 , 使信号供电完全中断的大事故。

3.低电压跳动。因为交流接触器的正常工作电压范围是额定电压的70 %～110 %, 当工作电压低于70 %时 , 交流接触器线圈的吸合力降低 , 严重时可能出现反复分合的跳动现象 , 造成接触器接点拉弧而损坏。

4.安装方式不符合要求。交流接触器垂直于地面安装在设备上 , 其接点容易积尘 , 闭合时接触点接触电阻加大 , 造成接触不良 , 使接触器接点打火发热而损坏。

5.双电源同时来电时 , 2 路电源的接触器同时闭合。在双电源供电系统中 , 采用交流接触器作切换元件 , 由于控制回路设计不合理 , 当出现双源同时来电时 , 使 2 个电源系统在电源屏内短接造成烧损交流接触器接点的事故。

3.2系统短路保护设置不全配电系统中 , 短路保护是由2 部分组成的 , 一部分设在主回路(输送电能的回路), 当主回路出现短路时 , 设在主回路的空气断路器跳闸 , 切除短路故障 , 对接在主回路中的导线和电器进行保护;另一部分设在辅助回路(控制、监测、计量、报警回路), 当辅助回路出现短路时 , 由设在辅助回路中的熔断器动作 , 切除短路故障 , 对接在辅助回路中的导线和电器进行保护。在现场运行的电源屏中 , 一些产品只设了主回路的短路保护 , 而在辅助回路中不设 , 因而 , 当辅助回路出现短路时 , 没有相对应的保护器件将

故障切除。另外 , 由于辅助回路的导线截面较小 , 短路电流不会很大 , 又不能使设在主回路中的断路器跳闸 , 致使短路故障得不到及时切除 , 造成辅助回路的导线起火和电器损坏。

3.3 使用非阻燃材料制作导线及电器元件

为了防止电气火灾的发生, 相关标准规定 , 低压电器产品的外壳应使用阻燃的材料制作 , 配电系统中应使用有阻燃性能的导线。老的电源屏有很多不满足这一要求 , 因而 , 一旦导线和电器出现过热 , 很快便能引发电器外壳和导线绝缘着火。

3.4 个别电器元件质量差

目前电源屏中还有个别电器元件是由一些不规范的小厂生产 , 质量不稳定 , 运行中易出现绝缘损坏 , 导致短路、温升过高等问题 , 也是引发电气火灾的重要原因。

4预防电源屏火灾的主要措施

4.1选用带有机械联锁装置的优质交流接触器带有机械联锁装置的交流接触器 , 就是在2 个同型号的交流接触器之间 , 装上 1 个机械的锁定装置 ,使2 个交流接触器在任何情况下不会同时闭合 , 始终保持在1 个闭合、1 个断开的状态 , 它是专门为2路电源切换设计的产品。选用这样的产品 , 就从根本上杜绝了由于 2 路电源的交流接触器同时闭合 , 所造成的接触器损坏和引发火灾的问题。

另外 , 为了防止交流接触器在低电压下出现跳动现象而使接点烧损 , 对交流接触器应设置低电压保护。即当电源的电压下降到80 %以下 , 并且 3～5min后仍不恢复时 , 就应自动切换到备用电源供电 , 让主电源退出工作。这样既保证了负荷始终由好电源供电 , 同时又使交流接触器不会损坏。

4.2完善铁路信号电源系统的短路保护功能。目前 , 在铁路信号电源屏中 , 对主回路的电路都设置了短路保护 , 一旦出现短路故障 , 能及时被切除。在由主回路引接的控制变压器回路、交流接触器线圈回路、电压表测量回路、信号指示灯报警回路等辅助回路中 , 也应设置全面的短路保护 , 一般采用装在端子板上的小型熔断器作为保护器件 , 其电流应小于导线长期允许电流的 80 %。这样在整个信号配电系统中 形成了全面的短路故障防范系统。整个信号配电系统的保护动作设定值应准确合理 , 上下级保护应有选择性的动作 , 在系统中任何一点短路 , 都应有相应的保护开关动作 , 以切除短路电流故障。

4.3选用优质的阻燃电器及导线。在进行铁路信号电源屏设计时 , 应选择由阻燃材料制作的导线和电器元件。这样即使出现电气短路 , 也不会产生明火 , 可将火灾的损坏降低到最小。另外 , 控制回路(辅助回路)的导线截面积不应完全按电流的大小来选择 , 应考虑到机械强度的要求 , 一般不应低于1平方毫米。

4.4对智能屏的各种电源模块设置温度保护。当模块内温度过高时应及时报警1 , 防止模块内发生火灾。

4.5电器元件和接线端子板的接线端子 , 应有防指触和防震动功能。

4.6出厂试验项目中 , 应设置短路保护试验项目。其目的是 : ①试验短路保护的完整性 , 在主回路和辅助回路任一点短路时 , 是否都会有相关的自动开关跳闸或熔断器熔断 , 能够及时准确地切除短路故障;②试验短路保护的选择性 , 每一次短路应该是离短路点最近的保护电路动作 , 如果短路保护配合不合理 , 应进一步调整。完成好上述工作 , 铁路信号电源屏的火灾事故将得到有效的防治 , 电源屏的安全运行将得到可靠的保证。

5结论

本文较有利的提出铁路电源屏在现代铁路运营中的重要性，关系着整个铁路系统在交通运输中正常运营的信誉，同时提出关于电源屏发生火灾主要原因以及改善措施，为铁路的正常运营提供保障。

参考文献：

1.《铁路电力设计规范实施指导与电力安全防护技术及系统故障应急处理典型案例评析手册》

2.《铁路信号智能电源屏》，作者：林瑜筠

智能电源 篇3

Power Integrations/Doug Bailey, Vice President of Marketing

近年来，电源供应器经历了一场重大变革。环保议题促使许多一般消费性产品提出更严格的待机电力(standby power)与效率要求，进而导致开放式架构应用及多数充电器和电源转接器纷纷从线性式技术转向交换式电源供应(switch mode power supplies, SMPS)设计。对制造商而言，交换式控制器IC的更高整合能力大幅简化电源电路，加上成本较低的磁性组件，使得交换式电源供应器成为更容易设计且经济的选择。然而电源供应设计必须将可能发生的故障现象列入考虑，例如：马达驱动系统可能故障熄火使得马达汲取过多的电流，而在静态负载时也可能发生故障，导致系统过载或短路，因此电源供应器的设计应能承受任何过载情况，而不造成自身故障、过热或起火燃烧。一个设计良好的电源供应器不仅能控制过载功率以维持其可靠性，甚至还能将损害限制在其负载范围内。

交换式电源供应器是一种电结构复杂的主动式电子系统，其单独零件完全符合零件公差的规范。电源供应器必须在任何一种高低公差组合的规格范范内操作，这些公差可能在电路故障的状况下产生作用，而这些相反公差的综合效应可能造成庞大的过载电流。对电源供应设计人员而言，管理这些零件公差并不简单，然而交换式电源供应控制器设计的一项新发展却能让这个工作更容易，并且节省零件成本。

图1即为传统离线式、非连续导通模式 (DCM) 的返驰式转换器电路图。

图1：典型的非连续导通模式(DCM)返驰式转换器

此一转换器采用Power Integrations生产的TOPSwitch-GX控制组件[1]，包含1个700V功率MOSFET、振荡器和使用者可设定的限流值。当组件在正常操作状态下，振荡器会在每个周期开始时让功率MOSFET导通，等到电流升到限流值或回授信号设定的负载周期结束时，MOSFET才会停止导通 (PWM控制)。一旦PWM控制器让MOSFET停止导通，变压器线圈两端的电压就会反转，使得输出二极管变为顺向偏压，电流也会通过次级线圈重新对输出电容充电，同时提供电力给负载。

转换器提供给负载的功率是与开关频率、变压器初级线圈电感、以及峰值初级电流的平方成正比，因此在设计变压器时，必须确保当开关频率和峰值初级电流都在规格允许的最小值时，变压器仍有足够的电感来提供所需电力。然而变压器本身也有公差，例如许多变压器的实际电感值可能与额定值相差达±12%，这表示两个变压器所能提供的电力最多会相差24%。峰值电流变异所造成的影响更大，这是因为转换器所能提供的电力与峰值电流的平方成正比。我们可证明这3个参数的变异若达12%，那么原本用来提供10W电力的交换式电源供应在极端负载条件下将能产生29.2W电力。详细计算资料请参阅文献 [2]。

图2：开关频率 (fSW) 和MOSFET峰值电流乘积的可能变异范围，这是根据组件规格表所列的容差计算而得

为了承受故障时可能出现的3倍过载需求，前述设计必须使用超出原设计规格的输出二极管、初级端箝位组件和变压器，但这会大幅增加其体积、重量和成本。相较之下，Power Integrations新开发的产品则能大幅改善这个情形。

Power Integrations在其新设计的交换式电源控制器里增加额外电路，并于组件出厂前的最后测试阶段进行调校，以便控制开关频率和最大电流平方乘积的最大值和最小值。这部份都列于组件数据表的一个新参数，称为功率系数 (I2f)，下图就是该参数可能造成的影响。

对于一颗不含I2f控制功能的PI组件，其开关频率和最大电流的变异情形如图2所示。

图2左下角是IP MIN平方与fSW MIN的乘积，代表零件公差让峰值初级电流和开关频率减为最小时，转换器所能提供的最大功率；右上角则是IP MAX平方与fSW MAX的乘积，代表零件公差让峰值初级电流和开关频率变为最大时，电源供应所能提供的最大过载功率。可以看出最大值和最小值之间相差达49%。

图3是针对含有I2f控制功能的组件所绘出的变异图。

根据TinySwitch-III组件规格表，其I2f参数的最小值比fSW和IP额定值 (目标值) 的乘积低1%，最大值则比该乘积高出1% [3]。

图3：fSW与IP变异值的乘积范围，这是根据组件规格表所列的容差计算而得

从图3可以发现，蓝线图与红线图的最大区别是它的左下角和右上角都不见了，这表示相较于采用不含I2f功能的组件 (红线)，具备I2f功能的组件 (蓝线) 会让变压器初级线圈的电感值减少9%，负载能够从电源取得的最大过载功率也会减少9%。这将为设计节省更多成本，因为它们只需使用规格较宽松的组件，就能承受最恶劣的过载现象。

仔细观察图3还可发现调校组件以满足I2f参数要求后，IP的公差似乎也变得较小。由于IP是一项平方因子，因此一旦将其变异减到最小，电源供应即可得到更靠近额定值的输出功率正常分布曲线。

参考文献2利用具有I2f控制功能的电源转换控制器设计出一个充电器，并且提供了该充电器的测试数据。这个控制器范例的零件都经过特别选择，确保其参数值都在公差范围的最大极限。参考文献2并以各种电压及负载测试此应用范例，结果显示其VI包络线无论任何情形下都会留在规格范围内。

功率系数带来的4项效益

总而言之，功率系数 (I2f) 提供电源供应设计人员4大好处:

只需较小的初级线圈电感，就能在最恶劣条件下提供全功率输出

减少负载在最恶劣条件下，能够从电源供应取得的过载电力

控制两个参数的乘积会比控制个别变异值更有效

严密控制输出VI曲线，确保量产时符合规格要求

智能通信直流电源系统 篇4

关键词：直流电源,选型,维护,智能通信

0 引言

通信电源系统是通信的中枢神经系统,具有不间断的技术特性并在通信中占有重要地位。随着计算机自动控制技术的飞速发展,在通信电源中广泛应用的直流电源也相应得到了技术改进与提高。从传统的低频相控硅整流到智能高频开关直流电源系统,其系统的智能性、可靠性、安全性得到很大的改善和提高,实现了真正意义上的“遥信、遥测、遥控”等功能,同时为工作人员提供了便利,提高了工作效率。现以我公司通信C局为例,对如何保证通信电源的安全可靠进行探讨。

1 通信电源供电系统组成及工作原理

1.1 电源系统的现状

通信C局为无人值守局,通信电源的具体设备有:低压配电柜、交直流混合配电柜、高频组合电源柜及柴油发电机组。通信电源的运行状况是通过光电转换器传入主局电力值班室的监控器,通过监控设备值班人员可以了解市电的运行状况。随着通信业务的不断发展,该局设备的不断增加,在工作过程中发现目前此电源系统存在着一些弊端,为了确保通信电源的正常运行,通信设备的正常运转,针对目前的状况进行了技术改进,通过改进为公司节约了能源。

通信C局现有的供电系统是由变电所引入2路市电到低压配电柜中,通过两级转换变为一路送入交直流混合配电柜中。配电柜中还有一路是柴油发电机供电,它与市电之间采用机械互锁供电方式,当市电停电时,由柴油发电机供给所有用电设备。这种供电方式存在着一些弊端:首先从变电所引入的2路市电没有起到2路的作用,供给负载设备时仍然是1路;其次,随着用电设备的不断增加,当市电停电时,迫使柴油发电机超负荷运转。因此给设备正常运转带来一定困难。为了保障设备的正常运转,同时为了节能降耗,对此供电系统进行了改进。首先是加装1台控制器,其次是进行通信设备用电与生活用电设备系统分离。

2路交流电源引入到低压配电柜后,通过加装1台控制器BA实现2路交流电源的自动切换。系统默认第一路交流电源为常用电源,第二路为备用电源。当一路市电停电时,通过控制器自动切换到另一路市电供电。当2路市电都停电时,采用柴油发电机供电。柴油发电机与市电之间采用机械互锁的供电方式,市电优先。这种方式使原有的2路市电真正起到了双路送电的作用。并且,使生活用电设备与通信设备用电系统分离,当市电全部停电时柴油发电机只供给通信设备用电负载,减轻了柴机发电机供电负载量。确保了通信设备的正常运转。原有配电系统见图1,改进后的系统图见2。

1.2 直流供电系统的组成及原理

由交流电源输入至交直流配电柜中,配电柜有多路分路输出,其中分路断路器将交流供电送往整流器设备,整流器整流后,输出一48V直流电压;并且在配电柜中接入2路电池组,送到配电柜直流配电单元的汇流排,经配电单元各分路将一48V电源分配给通信设备使用,如图3所示。

整流器设备采用智能高频开关组合电源,它采用软开关高频变换,计算机控制及通信技术所构成的智能型通信电源设备,由交流配电单元、整流器模块、直流配电单元、监控器等部分组成。我们使用的是DUM34Ⅱ型智能高频开关组合电源。

(1)整流器单元采用单片机进行实时控制、液晶显示、体积小、效率高、功率因数高、无可闻噪声、可靠性高。能自动完成给电池充电过程,同时给负载提供电源。在配置时采用自动均流,N+1冗余模块化设计,给扩容提供了便利。监控器采用工业级控制机对系统进行监控和管理,实时记录交流配电、直流配电、整流器、电池的各种信息。并且通过RS-485转RS-232接口实现远程集中监控。

(2)蓄电池单元。

保证交流停送电时,通信设备一48V电源的正常供电。它采用MSE-C系列密封固定型铅酸蓄电池。该蓄电池具有以下特点:不需补充水,不需检查比重、液面、不需均衡充电,高效率放电特性卓越。此蓄电池由单体2V组成的48V,500Ah并联输出,这样可以提高蓄电池供电的可靠性。

(3)监控单元。

监控单元是电源系统的控制管理核心。我们采用的DK06Ⅱ监控器记录和显示各类信息,将交直流配电单元和各整流器的运行情况进行监控,对非正常情况进行告警。其通过RS-485转RS-232接口经光电转换设备接入主局监控电源系统,实现遥测、遥信、遥控等功能。主局值班人员通过观察监控器中各种显示信息,随时了解设备工作状态。一旦有告警信息及时告知相关人员到现场处理解决。

2 设备选型应注意的几个问题

(1)高频开关。

高频开关是直流系统中的关键设备,在选型时应根据电池容量和负载容量,确定其额定工作电流,由于具有自动均流技术,设计通常采取N+1冗余结构,应按照最恶劣情况选择,充分考虑它的可靠性、安全性。

(2)蓄电池。

蓄电池是直流系统中的重要设备,在选型时通常应考虑2个主要参数,即系统容量和电压。容量应根据局站的实际直流负荷进行计算,依实际负载量为其额定容量的60%～70%为宜,这样既可使蓄电池保持一定的容量裕度,提高其运行可靠性,又可以避免蓄电池因放电电流过小而产生的过放电现象。电压则根据局站相关设备的电压等级进行确定,电池可以根据用户应用需求特性选择。

3 直流电源日常使用中应注意的问题

(1)蓄电池组的维护。

目前所采用的蓄电池为免维护电池。所谓的免维护并不是指不维护,而是指相对于传统的液态减性或酸性电池来讲,不需要定期检测电池电解质浓度比重,添加电解液或蒸馏水。但外因的工作状态对蓄电池的影响并没有改变,不正常工作状态对蓄电池造成的影响没有变,这部分的维护检修工作仍是非常重要的。如阀控胶体铅酸电池电解质是由气体二氧化硅及多种添加剂以胶体形式固定,在电池浮充、均充的充放电过程中,电解质浓度均匀,不存在酸分层及减少现象。但由于长期处于浮充状态,造成单节电池容量、电压不均,从而导致整个电池组电压、容量下降。因此,最好每隔一个月检查浮充电中电池总电压,半年对蓄电池的外观进行检查:电池的外壳、盖有无损伤及漏液、连接线端子有无污染生锈、电池组按照0.1C倍率进行活化一次;做好单节电池电压容量检测,也可以用电池内阻测试仪检测电池内阻。发现有问题的电池经活化不满足要求的应立即更换。如某大型局站直流系统改造,选的是德国Sonnenschein Drift A400 100Ah/12V免维护电池,由于人为免维护电池认为不需要维护,结果不到2年时间就因容量急剧下降而报废。

(2)确保电池在规定的温度范围内恒温运行。

目前使用的蓄电池主要是免维护密封式铅酸蓄电池,设计寿命是5～15年,设计寿命是在蓄电池生产厂家要求的环境下才能达到。影响蓄电池寿命的典型因素是环境温度,一般蓄电池生产厂家要求的环境温度是在15～25℃之间,随温度的升高蓄电池的放电能力有所提高,但都高不出30%,付出的代价却是蓄电池寿命的大大缩短,因为环境温度一旦超过25℃,只要温度每升高10℃,蓄电池的寿命就缩短一半。蓄电池寿命对环境温度非常敏感,比如Sonnenschein电池,要求电池的工作环境温度必须在15～25℃范围。当环境温度超过25℃时,每升高10℃,电池寿命要缩短一半,温度低于15℃时,同样会缩短电池寿命。再如MSE-C系列蓄电池是密封固定性铅酸蓄电池,蓄电池的许可使用温度在一15～45℃,推荐使用温度为5～30℃。这种蓄电池属阴极吸收式,比液式电池所产生的热量多、热容少、温度上升快、温度对他的寿命、性能有很大的影响。因此,建议在电池室安装空调。

(3)防止过充过放电。

虽然新型铅酸电池抗深度放电能力强,具有完善的防过充过放功能。但是,电池组的过充、过放对电池本身的寿命还是有很大的影响,应尽量避免。主要是因为蓄电池在过渡放电过程中,会导致电池内部大量的硫酸铅被吸收到电池的阴极表面,形成阴极的硫酸盐化。由于硫酸盐本身是一种绝缘体,将会导致电池的内阻越来越大,从而缩短电池寿命。

4 结束语

智能电源 篇5

20世纪80年代后期开始，随着我国铁路装备技术的迅速发展，重载、提速、扩能工程的实施，铁路信号设备相继引进和开发了许多先进技术，装备在运输繁忙的干线上。为适应铁道部电务维修体制改革、信号技术发展的需要，针对当时铁路信号电源设备制式单

一、元器件可靠性差、整体技术落后的局面，多家企业和研究院所相继于90年代后期开始论证、研制和开发了铁路信号智能化电源屏，自2000年第一套智能化电源屏通过了铁道部技术鉴定至今，已有6家单位的智能化电源屏通过了铁道部技术鉴定或技术审查，大约有5～6家通过了路局级的技术审查或鉴定，目前还有一些单位正在继续研制开发中，形成了激烈竞争的局面，促进了智能化电源技术的发展。

一、铁路信号智能化电源屏的现状

从2000年第一套铁路信号智能化电源屏在现场正式运行至今，已有近10家单位的智能化电源屏上道运行。2002年铁道部组织对原大、中、小站电源屏部颁标准进行了修订，编制并颁布了新的铁路信号电源屏的行业标准，但限于当时智能化电源屏的发展条件，没有单独针对铁路信号智能化电源屏制定技术标准，因此，目前智能化电源屏还没有一个统一的、确切的定义和可按照执行的、有针对性的设计规范和标准。设计、建设单位对产品技术和质量不好把握，在基本建设的招投标文件中往往根据某家产品的指标、性能特点来确定标准，造成投标企业为了满足招标文件的要求，盲目改变自己经过技术鉴定的产品的原理、功能、指标，致使各种参差不齐的技术和质量的信号电源产品上道使用。

因此，目前的局面是智能化电源屏制式种类繁多，工作原理各异，外形结构五花八门，高度尺寸不一，颜色眼花缭乱，故障事故频发，严重的造成延时、停车，甚至出现火灾险情，年事故率呈现逐年增长势头，为行车安全带来重大事故隐患。以重庆电务段2004年12月的统计的为例，自2000年开始，电务段先后安装智能化电源屏13站，分别由三个厂家提供，四年间各站电源屏均不同程度地发生故障，尤其是后2年，故障发生较频繁，仅2004年1月至12月一年间，智能化电源屏共发生故障13次，故障原因为：轨道模块坏3次；信号模块坏3次；24伏电源模块坏3次；微机模块坏2次；道岔表示坏1次；监测系统切换板坏1次。2005年1-9月全路电源屏的事故统计中，大多为各家的智能化电源屏，共发生48件事故，延时69.25小时，影响行车116列，严重影响了铁路正常运行。

目前智能化电源屏的组装、制造，主要集中在这10家左右的单位，特别是近几年，主要集

中在几家中小型的民营企业，应该肯定的是这几家民营企业引进了其它行业的先进理念、先进技术和产品，在推进铁路信号智能化电源系统的技术进步方面起到了重要作用，新产品不断推陈出新，使铁路信号电源技术发展较快。但是，不可否认的是，各自独立、互不交流、市场无序竞争、产品的技术和质量良莠不齐，其中有些企业确实具有一定的研制能力，但是在制造方面都不具备规范的生产实体，几乎全部关键模块都是搞委托加工，其产品质量完全取决于生产方的生产质量，特别是高频电力电子模块，多是委托其它行业的生产体，这些企业在其自己的行业可能实力较大，但信号电源模块多为特殊要求，小批量多品种，供货周期短，同时由于目前的铁路信号智能化电源处在技术更新比较大、更新速度比较快，信号电源种类繁多，涉及多个专业领域，产品技术服务需要专业人员等特点，一般的路外大型专业电源企业难以适应，在这种条件下生产的产品并不像人们所想象的高可靠，同时，5～6年后的售后服务也很难保障。

由于有近10家单位的智能化电源屏上道运行，有的实际运用已有五年，同时各家又在不断的完善、改进、提高，产品技术、质量都有了很大的进步，但仍存在着制式种类繁多，外形、结构、高度、尺寸不一，标准化、互换性差，在一个电务段里有多家产品在运行，日常维护和维修极为不便。由于故障率高、设备电路复杂、采用的技术大多不为现场使用的电务维护人员所熟悉等问题，有些用户流露出对原有电源屏的怀恋。

铁路信号智能化电源市场规模有限，一年的产值大约在2.5亿左右，分摊到10多家单位，平均每家也就在2500万元左右，由于市场竞争激烈，各家赢利能力都有限，影响产品技术创新的投入和生产规模化装备的投入，造成产品发展后劲不足。

二、铁路信号智能化电源屏的技术概况及发展方向

铁路信号智能化电源屏是为铁路信号设备供电的重要设备，是车站联锁、区间闭塞等系统可靠运行的心脏，电源系统发生故障，将导致整个系统瘫痪，其重要性非同一般。

我国从70年代后期开始实现车站电气集中联锁以来，信号电源屏一直作为重要信号设备，由铁道部指定专业厂家生产。电源屏的技术领域也仅涉及信号、电力两个专业，而随着智能化电源屏研制开发技术的需要，所涉及的专业技术涵盖了信号、电力、电子、网络、计算机、通信、电磁兼容等，从而智能化电源屏成为集成综合技术比较复杂的产品。开发研制这样的智能化信号电源系统，需要具备以上多方面的专业知识、技术能力和规范的生产装备。

铁路信号智能化电源屏是向铁路信号设备供电的重要设备，具有两个基础功能：

1）、基本供电功能：根据不同规模的铁路电气集中联锁站场、不同联锁方式、不同轨道电路制式、不同的区间自动闭塞方式等信号设备的供电要求，选配不同频率、不同容量、不同电压种类的交、直流电源单元，组合成各种车站电气集中联锁信号电源屏、驼峰编组场电源屏、区间闭塞电源屏、25周轨道电源屏等，或综合型信号电源屏，完成向各种信号设备供电的基本功能。

2）智能辅助管理功能：应用计算机和通信、网络技术，对供电系统各个环节、关键器件的运行参数、状态进行监测、管理、记录、通信、报警、分析等。

目前使用的铁路信号智能化电源屏基本都具备以上两种基础功能，由于采用了不同的技术、性能、结构设计，在满足不同信号设备供电要求方面，其技术、质量、可靠性等方面存在着很大差异，都有存在着改进和提高的地方。

在对智能化电源屏没有一个统一的确切的定义和可按照执行的设计规范和标准的情况下，从智能化电源屏生产厂家现有技术水平、能力以及铁路大多数用户的要求，智能化电源屏结构上电源单元模块化，满足现场要求电源屏占用面积小，备用方式灵活，故障时方便维修、快速更换器件等需要；监测方面，采用现代数字信息处理及通信技术，可向微机监测提供输入、输出电源的各种参数，同时满足自身在工作状态显示、非正常工作记录、统计，故障判断、分析、储存等方面的需要。在监测性能和功能方面，各个厂家对智能化理解的程度不同，采用的技术不同，有的采用单板计算机、有的采用工业控制计算机，功能、性能差异较大。目前对智能化电源屏的理解可用“模块化+监测”来概括，这也为大多数人所认同。在电源模块技术的采用上，有些厂家的产品全部或部分采用了高频电力电子技术，如PFC功率因数校正、大容量直流并联均流、交流并联均流（尚不完全成熟）、采用UPS电源等，满足信号设备的技术发展对供电新的技术指标的要求。

铁路信号智能化电源屏的配电系统功能单元可分为输入单元、模块单元、输出单元和智能监测单元：

（1）输入单元：两路输入电源的引入、转换，交流集中稳压、整流，输入电源的浪涌抑制、雷电防护等。

（2）模块单元：实现输出不同电压、容量、频率的交、直流电源，此部分是各家采用不同技术区别最大的地方，有的采用工频稳压（参数式稳压器或工频数字电压补偿型（微电脑补偿型）交流稳压器、工频隔离变压器）；有的采用高频电力电子技术的模块，同时也是模块化程度最高、最容易实现的部分。

（3）输出单元：实现将各种经过稳定的输出电压进行分配、保护、监督，输出电源的浪涌抑制、雷电防护等。

（4）智能监测单元：包括系统运行中的各种参数的实时采集、变换、处理、通信等，实现系统各种参数的监测、故障定位、报警、故障信息统计、储存等，同时可实现向微机监测提供电源运行参数的接口。

目前的智能化电源屏采用的系统技术可分为以下几种类型：

第一种、采用工频数字电压补偿型（微电脑补偿型）交流稳压电源或参数式稳压变压器、工频硅整流直流电源、工频50Hz铁磁分频器25Hz电源和电力电子高频直流开关电源、高频电子25Hz电源，根据生产单位技术能力、用户技术要求而组合电源系统，配备各种形式的工业控制计算机或单板计算机的智能数字型监测辅助功能。目前有2-3家采用的是这种系统集成技术。

第二种、采用电力电子高频交流稳压电源（高频隔离）、高频直流开关电源、高频电子25Hz电源，独立模块进行组合成电源系统，配备单板计算机的智能数字型监测辅助功能。目前有2-3家采用的是这种系统集成技术。

第三种、采用工频交流稳压（参数式或恒压变压器、微电脑补偿交流稳压器或工频变压器）、整流后，构成直流母线；分回路经DC/DC变换成直流电源，为各种直流信号设备供电；分回路经DC/AC逆变成各种交流电源，为各种交流信号设备供电，配备各种形式的工业控制计算机或单板计算机的智能数字型监测辅助功能。目前有2-3家采用的是这种系统集成技术。

第四种、高频化整流，构成直流母线；分回路经DC/DC变换成直流电源，为各种直流信号设备供电；分回路经DC/AC逆变成各种交流电源，为各种交流信号设备供电，配备各种形式的工业控制计算机或单板计算机的智能数字型监测辅助功能。目前有的厂家正在论证或研制中，尚没有经过现场实际验证。

前三种是目前的主流智能化电源屏，在现场运行的数量比较大，其它运行数量比较少或在研制中的其它智能化电源限于公开程度和掌握资料上，不十分了解，在此不做详细叙述。

下面对以上四种类型的铁路信号智能化电源屏的配电系统组成方式及其技术、性能、结构进行简要分析：

第一种类型，可根据用户要求和现有信号设备对电源技术指标的要求，可组成如下几种电源系统组成方式：

1）交流集中稳压+工频交流隔离+工频直流整流（全工频方式）电源系统组成方案见图1。

图1 该电源系统的工作方式是：两路电源一主一备输入，经交流接触器自动切换后，由一套交流集中稳压器（无触点工频数字电压补偿型交流稳压器或参数式稳压器）稳压后，经过工频交流变压器进行变压、隔离变换后向信号点灯、轨道电路、道岔表示等交流信号设备供电；经过工频交流变压器进行变压、隔离，在采用单相或三相桥式整流后变换为直流电源向继电器、直流电动转辙机等直流信号设备供电。交流集中稳压器故障后自动转为旁路，由电网直接供电。模块单元的备用方式可采用1+

1、N+1等备用方式，备用模块可手动或自动转换，此种备用方式可减少备用容量和数量。另外，还可采用将模块单元、输出单元做成主、备屏的备用方式，就像传统的电气集中电源屏的整屏备用方式一样，优点是一旦主屏发生严重的、短时难以恢复的事故，可以尽快转到备用屏，恢复向信号系统供电。

此种电源系统在结构上，输入单元中的两路电源转换、交流稳压器和模块单元的大部分可做成标准化的模块。

该电源系统的优点是：（a）电气原理基本采用传统的工频电磁型电气集中电源屏技术。电路简单，器件直观，现场电务维修人员对电气系统比较熟悉，维修方便。

（b）工频电磁器件，抗输入电源浪涌和抗输出负载的冲击性能比较好，负载适应性强，可耐受较大感性、容性负载的冲击。

（c）（d）工频电磁器件，不会产生高频电磁干扰，电磁兼容性好。工频器件可靠性高，寿命长。

该电源系统存在的问题是：

（e）采用一套集中稳压设备，故障后没有备用设备，直供后，失去了稳压功能，降低了供电质量。

（f）集中稳压设备采用工频稳压，对输入电源的干扰，例如高频闪变、尖峰等，防护性能差。

（g）交流电源模块不能并联输出，因此，两路输入电源转换时造成输出交流电源供电中断。

（h）铁磁分频器25Hz电源效率低，输入功率因数低，25Hz波形差，失真度大。变频器体积、重量大，不易模块化。

（i）直流电源采用工频变压器变压、隔离、单相或三相桥式整流，输出直流电压纹波系数大，交流输入侧谐波电流大，输入功率因数低，特别是大容量整流时，输入端谐波电流对电网的干扰大。

（j）备用模块或备用屏若采用冷备用方式，主用模块或主用屏故障报警后，操作人员需到现场手动操作切换至备用。

2）交流集中稳压+工频交流隔离+高频开关直流电源（工频+高频相结合）电源系统组成方案见图2。

图2 该电源系统的工作方式是：两路电源一主一备输入，经交流接触器自动切换后，由一套交流集中稳压器（无触点工频数字电压补偿型交流稳压器或参数式稳压器）稳压后，在分回路经过工频交流变压器进行变压、隔离后向信号点灯、轨道电路、道岔表示等交流信号设备供电；向区间自动闭塞、继电器、直流电动转辙机等直流信号设备供电的直流电源是从两路电源切换

后，经高频开关型直流电源并联均流输出。交流集中稳压器故障后自动转为旁路，由电网直接供电。模块单元的备用方式可采用1+

1、N+1等备用方式，备用模块可手动或自动转换。

此种电源系统在结构上，输入单元中的两路电源转换、交流稳压器和模块单元的大部分可做成标准化的模块。

该电源系统的优点是：

（a）交流电源基本采用传统的工频电磁型电源技术。工频电磁器件，抗输入电源浪涌和抗输出负载的冲击性能比较好，工频器件可靠性高，寿命长。

（b）交流部分电路简单，器件直观，现场电务维修人员对电气系统比较熟悉，维修方便。（c）高频开关型直流电源模块具有完善的输入、输出保护功能，输入设置过压保护；输出设置过压、欠压保护；输出电流被限制在一规定的限值，当过载甚至短路时，其输出电流都能被可靠限制，能可靠地抵抗输出短路故障。保护反映速度快、功能可靠，既保护电源本身不被损坏，又保护了负载设备不受过电压、过电流的冲击。（d）由于高频开关型直流电源采用储能续流技术，在两路输入电源转换时，可保证直流输出不间断供电，同时，输出稳压精度高（可达1%），纹波成分低（峰值电压小于200mV），满足新型信号设备，如ZPW-2000型自动闭塞系统对直流供电要求不间断、交流纹波成分低等新的技术指标要求。高频开关型直流电源，可设置PFC功率因数校正，功率因数在0.95以上，大大减少了输入谐波电流对电网的干扰。

（e）直流电源模块采用并联均流输出，N+1或N+M备用方式，模块故障后可自动退出，不影响系统正常工作。该电源系统存在的问题是：

（f）交流部分采用一套集中稳压设备，故障后没有备用设备，直供后，失去了稳压功能，降低了供电质量。

（k）交流电源模块不能并联输出，因此，两路输入电源转换时造成输出交流电源供电中断。

（l）25周电源可采用铁磁分频器，也可采用高频开关电子25Hz电源模块。但铁磁分频器效率低，输入功率因数低，25Hz波形差，失真度大。变频器体积、重量大，不易模块化。

（g）交流备用模块若采用冷备用方式，主用模块故障报警后，操作人员需到现场手动操作切换至备用。

3）交流分散稳压+高频开关直流电源（工频+高频相结合）电源系统组成方案见图3。

图3 该电源系统的工作方式是：两路电源一主一备输入，经交流接触器自动切换后，经过分散的工频交流稳压器（无触点工频数字电压补偿型交流稳压器或参数式稳压器）进行稳压、隔离变换后向信号点灯、轨道电路、道岔表示等交流信号设备供电；向区间自动闭塞、继电器、直流电动转辙机等直流信号设备供电的直流电源是从两路电源切换后，经高频开关型直流电源输出。模块单元的备用方式可采用1+

1、N+1等备用方式，交流备用模块可手动或自动转换。

此种电源系统在结构上，输入单元中的两路电源转换和模块单元的大部分可做成标准化的模块。

该电源系统的优点是：

(a)分散式交流稳压电源采用工频电磁型电源，如参数式稳压器或无触点工频数字电压补偿型交流稳压器。工频电磁器件，抗输入电源浪涌和抗输出负载的冲击性能比较好。

(b)直流电源采用高频开关型直流电源模块，并联均流输出。N+1或N+M备用方式，模块故障后可自动退出，不影响系统正常工作。

该电源系统存在的问题是：

(c)采用分散式交流稳压电源，数量多，同时故障点多。参数式稳压器由于存在着温升高，谐振电容寿命短，易爆等缺点，现已很少使用。目前大多采用无触点工频数字电压补偿型交流稳压器。

(d)交流电源模块不能并联输出，因此，两路输入电源转换时造成输出交流电源供电

中断。

(e)25周电源可采用铁磁分频器，也可采用高频开关电子25Hz电源模块。但铁磁分频器效率低，输入功率因数低，25Hz波形差，失真度大。变频器体积、重量大，不易模块化。(f)交流备用模块若采用冷备用方式，主用模块故障报警后，操作人员需到现场手动操作切换至备用。

第二种类型，电源系统组成方式：

4）高频交流稳压电源模块+高频直流开关电源+高频电子25Hz电源（高频化）电源系统组成方案见图4。

图4 该电源系统的工作方式是：两路电源一主一备输入，经交流接触器自动切换后，采用分散的高频开关交流稳压模块向信号点灯、轨道电路、道岔表示等交流信号设备供电；采用高频开关型直流电源向区间自动闭塞、继电器、直流电动转辙机等直流信号设备供电。模块单元的备用方式可采用1+

1、N+1等备用方式，交流备用模块自动切换。

此种电源系统在结构上，模块单元可做成标准化的模块。该电源系统的优点是：

(a)中小容量的交流电源采用高频开关型交流稳压模块，同高频开关直流电源模块一样，具有完善的输入、输出保护功能。

(b)高频交流开关电源，由于采用了功率因数校正、高压储能、高频脉宽调制和交流逆变等技术，所以具有输出电源电压稳压精度高，波形失真度小，频率稳定的高指标的输出电源质量，由于采用的是交-直-交的工作方式，因此对质量差的电网电源具有一定的净化作用；同时，由于采用功率因数校正，功率因数在0.95以上，大大减少了输入谐波电流对电网的干扰；采用储能续流技术，在两路输入电源转换时，可保证交流输出不间断供电；单位功率体积比大，所以做成同等容量的模块体积要小，模块化程度高。

(c)25周电源采用高频开关电子25Hz模块，同样具有以上优点，可保证两路输入电源转换时，轨道电路不会出现红光带。

(d)直流电源采用高频开关型直流电源模块，并联均流输出。N+1或N+M备用方式，模块故障后可自动退出，不影响系统正常工作。

该电源系统存在的问题是：

(e)高频开关型交流稳压模块，目前国内以中小容量的单相电源模块为主，技术相对成熟，质量基本能满足使用要求。但大容量交流电源，如三相交流转辙机电源，技术复杂，应用范围小，可靠性差，特别是成本很高。所以，目前几家的智能化电源屏，大容量交流电源，仍采用工频交流稳压电源，如采用无触点工频数字电压补偿型交流稳压器。

(f)高频开关型电源模块，由于采用大量的电力电子器件，对系统集成综合技术要求高，若综合防护技术差，就存在着诸如输入抗电网干扰能力差、抗负载冲击能力差、防雷性能低等，同时对电磁兼容要求高。

(g)目前的高频开关型交流电源模块不能并联输出，因此，在主、备模块转换时，输出交流电源仍不能做到不间断。

(h)高频开关型交、直流电源模块的使用寿命还有待进一步的验证、考验。

(i)高频开关型电源模块，电路复杂，维修需要专业技术人员进行，并需具备维修、测试、检验用的设备和仪器仪表。

第三种类型，电源系统组成方式：

5）工频整流构成DC400V母线+高频50、25Hz交流开关电源+高频直流开关电源（工频+高频）

电源系统组成方案见图5。

图5 该电源系统的工作方式是：两路电源一主一备输入，经交流接触器自动切换后，经过工频稳压器（如恒压变压器无触点工频数字电压补偿型交流稳压器）或工频整流变压器升压、整流构成DC400V直流母线，或两路电源同时各自升压、整流后，并联构成直流母线。直流母线可并接电容或电池储存电能。然后，经过高频DC/AC逆变为交流电源输出，DC/AC逆变模块可并联均流输出，向信号点灯、轨道电路、道岔表示等交流信号设备供电；经过高频DC/DC变换为各种直流电源输出，DC/DC电源模块可并联均流输出，向区间自动闭塞、继电器、直流电动转辙机等直流信号设备供电。模块单元采用热备N+1或N+M冗余备用方式。

此种电源系统在结构上，模块单元可做成标准化的模块。该电源系统的优点是：(a)采用直流母线储能，或两路电源同时整流并联工作，因此，在两路电源切换时，输出交、直流电源不间断；同时，所有输出交、直电源模块全部采用并联均流方式，不存在有接点的切换，因此，真正做到了在任何转换条件下的“零秒”切换。

(b)DC/AC逆变模块采用并联均流输出，可构成大容量交流电源输出，单、三相电源均能实现。

该电源系统存在的问题是：(c)由于输入端采用大容量工频稳压器或变压器升压、隔离、单相或三相桥式整流，滤波和高压储能，因此交流输入侧谐波电流大，输入功率因数低，输入端谐波电流对电网的干扰大，对电网造成较大污染。

(d)集中的直流母线出现故障会导致系统瘫痪。

(e)若采用两路电源同时供电的输入方式，当其中一路停电，由另外一路承担全部负荷，存在着质量较差的一路电源平时也参与工作，可能会干扰电源系统正常运行。另外，存在着每路输入电源过流防护值的设定问题，若按全部额定负荷设置，在两路电源同时工作时，设定值明显不合理。

(f)输出交、直流电源模块大量采用均流并联的高频电力电子模块，电磁兼容问题体现的比较突出，相互干扰造成技术指标不稳定，性能下降。

(g)目前交流逆变模块并联技术尚不成熟，据说在西方国家也是处于测试阶段，未到大规模应用的程度，国际上大型UPS并联先进技术也少见几例。目前，有些单位的智能化电源屏使用的交流逆变模块大多是国内小型企业自己开发的产品，技术先进性、产品可靠性、质量稳定性都不十分理想，在使用过程中出现过重大质量事故，严重影响行车安全。

第四种类型，电源系统组成方式：

6）高频整流构成DC400V母线+高频50、25Hz交流开关电源+高频直流开关电源（完全高频化）

电源系统组成方案见图6。

图6 该电源系统的工作方式是：两路电源一主一备输入，经交流接触器自动切换后，经过并联均流的高频整流器升压、整流构成DC400V直流母线。直流母线可并接电容或电池储存电能。然后，经过高频DC/AC逆变模块并联均流输出交流电源，向信号点灯、轨道电路、道岔表示等

交流信号设备供电；经过高频DC/DC变换为各种直流电源输出，模块并联均流输出，向区间自动闭塞、继电器、直流电动转辙机等直流信号设备供电。模块单元采用热备N+1或N+M冗余备用方式。

此种电源系统实现了真正意义上的全高频化，全模块化。该电源系统的优点是：（a）此电源系统综合了第二种类型和第三种类型高频电源部分的特点，系统输入整流采用高频电力电子整流单元，并联均流输出，构成直流母线。高频整流单元由于采用了功率因数校正，功率因数在0.95以上，大大减少了输入谐波电流对电网的干扰，电源系统输入阻抗几乎接近纯阻性，减少了对电网的干扰；另外，整流后的直流母线电源电压稳定，谐波成分少，为后面的DC/AC、DC/DC变换模块提供纯净的直流电源，保证交、直流电源模块输出纯净、稳定、可靠的电源。因此，此电源系统可以称的上是真正的“绿色”电源。

（b）在两路电源切换时，输出交、直流电源不间断；同时，所有输出交、直电源模块全部采用并联均流方式，因此，真正做到了在任何转换条件下的“零秒”切换。

（c）由于交、直电源模块全部采用并联均流方式，因此，可组成任意容量的单、三相输入、输出电源。同时，模块可设计成标准尺寸、标准容量系列的电源模块，便于规模化生产，同时也方便备件的储备、更换。

（d）交流供电全面采用逆变技术，输入电源不受单相/三相的限制，同时，即可输出单相交流电源，也可输出三相交流电源。

（e）模块功能齐全，具有完善的输入、输出保护功能，可实现“在线”设定、修改各项指标，真正实现“综合管理”、“智能供电”。

（f）（g）由于结构实现了全模块化，系统的满足“状态修”的要求。

按照综合UPS的方案设计系统，增加后备电池，可实现三路电源供电，为高速铁路或重要枢纽站提供更加先进、可靠的供电系统。

该电源系统存在的问题是：（h）由于全部采用高频电力电子技术，在目前的技术和生产规模等条件制约下，存在着交流并联技术不成熟、输入输出抗干扰能力差、防雷性能低等，同时对电磁兼容要求高。

（i）目前此系统尚处于论证、研制阶段，没有经过现场运行验证。

以上是对目前四种类型的铁路信号智能化电源屏的配电系统组成方式及其技术、性能、结构做的简要分析，可以看出，智能化电源屏在不断地从工频器件向高频电力电子器件发展，以

满足不断发展的信号系统对供电技术指标新的要求。第四种类型即全高频完全模块化结构的铁路信号智能化电源屏代表了这一发展趋势的系统组合方式，与前三种类型的智能化电源屏相比，在技术、性能、结构、绿色环保方面都有本质的提高，具备综合管理化、供电智能化、模块组合化、结构标准化四项技术标准，在各个方面具有明显的先进性，是符合铁路运输管理向智能化、信息化、网络化运输指挥系统发展方向的，满足高速、扩能、安全的发展目标。

三、铁路信号智能化电源屏技术发展与可靠性的兼顾

随着铁路运输指挥系统智能化、信息化、网络化的要求，铁路信号电源系统的应用范围逐渐向智能化铁路运输指挥系统中通信、信号、信息管理的综合集中供电系统方向发展。铁路信号电源的含义已不是传统概念的信号供电设备，因此，应给铁路信号智能化电源屏的功能和性质重新进行定义。

目前，铁路信号电源屏输出电源按照供电对象性质应分为三种：

● 信号表示设备供电

-----主要包括信号点灯、轨道电路、道岔表示等供电 ● 动力设备供电

----主要是道岔转辙机

● 信息设备供电

----主要包括信息的产生和传输设备，如计算机联锁机及执行设备，自动闭塞移频信息设备，以及DMIS、CTC、微机监测等。

信号表示供电的特点：受传输距离的限制，一般情况下是从室内高电压输出到现场设备终端再变换为低电压使用，因此，要求输出电压稳定、可调。信号点灯电源要求隔离、分束输出，轨道电路电源要求相位一致等。

任何经过变换的电源模块可靠性均远不及电网的可靠性，因此，对于动力供电，在有可靠和供电质量高的站场，转辙机电源可采用工频隔离输出方式，特别是三相交流转辙机，对电源电压的波动范围要求比较宽。

信息设备，由于大量采用CPU、大规模集成电路等电子器件，因此，供电电源应具有浪涌和尖峰抑制、可靠的雷电防护、稳定纯净等高质量的特点。

智能电源 篇6

你的车也许没机会享受在自己的加油站加油的特权了，但你的手机可以，并且还是智能的——想得到BELKIN智能电源适配器并不难，但对大多数消费者来说，是否能真的说服自己买下这种设备才是问题的关键。如果问我的个人意见，可以肯定的是BELKIN的产品都还不错，这款电源适配器也的确非常有新意，可为工作和生活带来便利，但500元的价格是否能打动你呢?

很少有厂商会真正在意用户在细节之处的体验，他们更多地将注意力放在如何劝说消费者购买自己的产品上，但贝尔金可能是个例外——在我的印象中，这个公司推出的产品都是那些看似不起眼，但的确能够让你在使用时感到非常惬意的小家伙。

BELKIN智能电源适配器

不知道多少人和我有着类似的习惯，将手机充电器放在计算机屏幕旁边，与计算机共用一个接线板，这样一来，对绝大多数时间不是在计算机面前就是在睡觉的我来说，很少会错过电话，并且接听的同时也不会耽误上网。但问题随之即来：接线板的接口够用吗?显示器、主机各自占用一个，台灯占用一个，音箱占用一个，好在我的接线板有5个接口，但家庭的其他成员想要充电，就只能去找别的地方了吧?

BELKIN智能电源适配器可以将消费者从上述尴尬境地解脱出来，事实上与其说它是电源适配器，倒不如说是移动设备加油站。这是因为无论从产品形态还是使用方式上来看，BELKIN智能电源适配器都与我们印象中的传统适配器相距甚远。

BELKIN智能电源适配器提供了4个USB接口，这也意味着它可以同时为4台设备充电。厂商在产品的包装中附送了应用最多的Mmi-USB和Micro-USB连线，插入连线之后，使用者可以将线缆的多余部分缠绕在智能电源适配器的中间，来让桌面显得更加整洁。

更为重要的是，之所以被称为智能电源适配器，是因为普通充电器即便是在没有连接被充电设备时也会消耗电能，而这款产品则自动在4小时后切断电源，以达到节能的目的——它非常适合在家庭或是企业的部门中应用。

不用怀疑这款产品会为你带来便利，我对它唯一的担忧在于：就目前的消费习惯来说，更多的消费者还是喜欢“添加”没有的设备，哪怕只是凑合使用，而很少有人乐意去花钱“改善”使用体验，这种消费理念和产品设计初衷上的差异恐怕是最难以改变的。

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关于智能电源屏电路的改进 篇7

关键词：智能电源屏,存在缺陷,修改电路,确保安全

1概述

2006年黎湛线自闭开通时, 区间2000A设备使用了北京鼎汉技术有限公司生产的智能电源屏, 型号为PZG D-8/380智能电源屏。在几年的运用中, 智能电源屏的输出电源KZ24/KF24经常性瞬间断电, 造成区间轨道电路经常性闪红轨情况, 直接影响运输效率与安全。据统计, 黎湛线共有15个车站使用了PZG D-8/380智能电源屏, 每年发生此类故障均超过20件之多, 为了解决该问题, 确保运输效率与安全, 我们深入现场进行了研究、试验并制定整改方案, 避免类似故障的再次发生。

2现场调研

2.1调阅相关故障信息

针对黎湛线区间智能电源屏电源瞬间断电造成的故障, 我们深入沿线各站对智能电源屏的监测机进行了大量的调阅分析工作, 其中发现以下几种不正常现象:

(1) 外电网波动现象异常:在某一路电源工作时其电压波动在上下限部位波动, 造成智能电源屏进行外电源却换且未转换到位时, 前工作电压有恢复正常, 电源屏却换电路又反过来却换回来原来的工作电源, 造成外电源进行了两次转换, 两次转换时间总和大于电源屏正常的转换时间, 引起智能电源屏输出电源瞬间断电。

(2) 经调阅发现:时常有外电网一路正常转换二路时仍有瞬间区间轨道电路闪红问题, 进一步调阅发现在外电网一路转换二路时区间KZ24、KF24电源有瞬间断电现象, 分析电路发现区间KZ24、KF24电源在外电网一路转完二路后, 起模块输入端仍要进行一次转换, 造成KZ24、KF24电源在经过转换两次后才能正常输出, 应该是两次的转换时间叠加后引起KZ24、KF24电源瞬间断电, 造成区间轨道电路闪红故障。

2.2现场观察

经现场观察发现智能电源屏外电网一二路电源转换时使用交流接触器进行互却时, 既有电路互锁同时也进行机械互锁, 这样在机械设备动作不灵活时会造成一二路电源转换时间延长, 影响电源屏的输出, 造成电源屏输出电源的瞬间断电现象, 致使区间轨道电路闪红及区间信号机瞬间灭灯故障。

2.3电路分析

到现场后, 针对智能电源屏输出电源瞬间掉电现象在电路上进行分析查找, 从中发现该智能电路上存在以下几种缺陷:

(1) 智能电源屏输出电源KZ24、KF24电源在外电网进行一二路电源转换时其输出电源要经过两层的转换才能达到条件, 这样就会造成转换时间过长, 影响电源的输出, 致使该电源有时会瞬间断电现场。

(2) 外电网一二路电源的连接方式为H型连接, 根据铁道部相关规定信号设备电源屏必须采用Y型连接的规定, 该智能电源屏的外电网一二路电源连接方式不符合规定, 在电源转换过程中若输出有一路电源瞬间断电就会造成另一路电源所承受的负载过大, 造成输出电源过低无法带动负载正常工作, 影响信号设备的正常使用。

(3) 经同厂家分析, 该智能电源屏输出电源KZ24/KF24的2475模块内部通信有堵塞问题, 若外电网两路瞬间断电或两路电路转换时, 2475模块通信出现堵塞而启动自保模式, 中断电源KZ24/KF24的输出;若外电网电源再次对2475模块进行冲击时模块又释放自保模式, 2475模块实现继续输出供电, 从而造成智能电源屏输出电源KZ24/KF24经常性瞬间断电, 造成区间轨道电路瞬间闪红光带故障。

3原因分析

为了彻底解决PZG D-8/380智能电源屏输出电源KZ24/KF24经常性瞬间断电问题, 经过我们在现场的大量调查研究, 综合各方面情况进行分析, 通过分析其原因有以下几种情况:

3.1一二路电源机械锁闭问题

两路外电网电源输入到智能电源屏时, 两路电源切换用的交流接触继电器的互锁方式为机械互锁和电路互锁两种;在外电网电源进行两路电源切换时, 由于机械互锁的切换极易造成机械卡阻, 这样两路电源的切换时间就会超过电源屏两路电源却换的规定时间0.15秒, 这样就会瞬间直接切断了两路外电网电源引起智能电源屏输出电源KZ24/KF24经常性瞬间断电, 造成区间轨道电路经常性闪红光带故障。所以说两路交流接触器的机械互锁方式也是造成智能电源屏输出电源瞬间断电的原因之一。

3.2电源模块通信堵塞问题

智能电源屏输出电源KZ24/KF24的2475模块通信有堵塞问题, 若外电网两路瞬间断电或两路电路转换时, 2475模块通信出现堵塞而启动自保模式, 中断电源KZ24/KF24的输出;若外电网电源再次对2475模块进行冲击时模块又释放自保模式, 2475模块实现继续输出供电, 从而造成智能电源屏输出电源KZ24/KF24经常性瞬间断电, 造成区间轨道电路瞬间闪红光带故障。所以说电源KZ24/KF24的2475模块存在通信堵塞问题也是造成智能电源屏输出电源瞬间断电的原因之一。

3.3一二级电源却换连接问题

根据铁路相关文件规定, 所有电源屏输入两路电源的切换系统必须采用星型系统连接, 而PZG D-8/380智能电源屏外电网输入的切换方式为H型系统连接。交流输入切换单元采用H型切换系统, 即外部输入为两路, 经过切换系统, 内部也用两路分别给模块供电 (现益湛线采用Y型切换系统, 即外部输入两路, 经过切换系统后内部只有一路供电) 。对H型系统, 若系统内部其中一路断电, 则一半模块停电, 对于大负载的信号设备而言就会造成各种电源电压的下降, 甚至带不起负载而造成信号设备无法正常运转。所以说电源屏输入两路电源的切换系统采用H型系统连接也是造成智能电源屏输出电源瞬间断电的原因之一。

3.4双级却换问题

经现场核实PZG D-8/380智能电源屏在外电网电源进行转换时, 输出电源KZ24/KF24必须经过两级的却换才能保证正常输出, 这样时有两级转换时间过长造成电源KZ24/KF24瞬间断电现象, 引起区间轨道电路闪红故障。

3.5外电网波动问题

经现场调阅监测数据及请求电力部门进行模拟试验, 可以肯定在外电网电源电压波动在上下限数值时, 智能电源屏时有进行一二路电源转换且转换不彻底 (不到位) 时会有回转现象, 这样就会造成电源屏输出电源瞬间断电现象, 可以说明外电网电源波动也是造成智能电源屏输出电源瞬间断电的原因之一。

4初定对策及现场试验

通过以上现场调研及原因分析, 结合厂家及电务段现状, 初步制定以下措施并在现场进行试验:

4.1初步对策

根据现场调研情况对智能电源屏输出电源瞬间断电原因进行分析, 得出由于以上几种原因造成的电源断电故障, 结合各种原因及现场实际需要, 初步制定以下措施进行试验:

(1) 对智能电源屏外电网电源一二路电源转换使用的交流接触器的机械互锁方式拆除, 只保留电路互锁方式, 这样可以避免因机械互锁造成的机械卡阻引起的电源断电问题。

(2) 由厂家对2475模块存在的通信堵塞问题进行技术攻关, 修改2475模块内部电路, 消除2475模块的通信堵塞问题。

(3) 由厂家根据铁道部标准Y型电路进行修改H型的电源切换电路, 确保一二路电源的却换顺畅。

(4) 根据各站配置2475模块数量的实际情况, 对部分车站的2475模块二级切换电路进行修改, 确保在外电网电源进行一二路转换时其所带负载满足要求, 杜绝因需要二级却换而造成的负载加大引起电源电压下降。

(5) 在2475模块二级却换输入后部增加U PS电源电路, 确保在外电网电源进行一二路却换时电源KZ24/KF24有电输出, 渡过因两级却换造成的瞬间断电问题。

4.2现场试验

根据以上调研、原因分析及初步对策, 在黎湛线的其中两个站进行了一年的试验, 通过试验取得了良好效果, 具体试验情况如下:

(1) 对飞凤坡站的智能电源屏进行了两路外电网连接方式由H型改为Y型, 同时把有通信堵塞问题的2475模块进行更换成改进后且不存在通信堵塞问题的2475模块, 再次对2475模块二级切换电路进行修改, 确保在外电网电源进行一二路转换时其所带负载满足要求, 杜绝因需要二级却换而造成的负载加大引起电源电压下降。

(2) 对吹塘站的智能电源屏外电网电源一二路电源转换使用的交流接触器的机械互锁方式拆除, 只保留电路互锁方式;同时在2475模块二级却换输入后部增加U PS电源电路。

通过以上试验, 得出以下结果:一是飞凤坡站原来每年均要发生2~3次的瞬间断电故障, 经过改变外电网的连接方式、更换2475模块及修改2475模块二级切换电路后, 全年均没有发生类似电源瞬间断电故障, 试验结果是有效的;二是吹塘站原来每年均有约3次的瞬间断电故障, 经过拆除交流接触器的机械互锁和在2475模块二级却换输入后部增加U PS电源电路后, 一年来均没有发生类似电源瞬间断电故障的发生, 试验结果也是有效的。

5最终措施及效果

经过现场的调研查找及原因分析, 得出发生智能电源屏瞬间断电的真实原因, 并采取初步方案在现场进行了长达一年的试验工作, 最终确定整改措施并决定在全线展开整治:

(1) 对全线15个站采取鼎汉智能电源屏的交流接触器的机械互锁进行拆除, 只保留电路互锁方式。

(2) 由厂家对全线15个站的2475模块进行更换, 采取经改进型的2475模块代替旧型的2475模块, 以解决2475模块的通信堵塞问题。

(3) 把全线15个站的外电网连接方式由H型修改为Y型电路, 确保一二路外电源却换的顺畅。

(4) 对其中10个站存在2475模块配置问题的二级切换电路进行修改, 确保在外电网电源进行一二路转换时其所带负载满足要求, 杜绝因需要二级却换而造成的负载加大引起电源电压下降。

(5) 对全线15个站的智能电源屏在2475模块二级却换输入后部增加U PS电源电路, 确保在外电网电源进行一二路却换时电源KZ24/KF24有电输出, 渡过因两级却换造成的瞬间断电问题。

以往每年黎湛线均要发生约20件的瞬间断电故障, 在经过以上整改措施后, 全线智能电源屏设备在历经半年的运行中没有再发生类似瞬间断电故障的发生, 整治效果是有效、良好的。

参考文献

[1]冯金洲, 沈培生.智能电源屏可靠性初探[J].铁道通信信号, 2005 (12) .

[2]沈斌.浅谈信号智能化电源屏的日常维护[J].上海铁道科技, 2008 (01) .

智能型双电源自动切换开关 篇8

随着社会的发展,时代的进步,人们对工业自动化、智能化、网络化程度要求的进一步提高,传统的普通型双电源自动切换开关,因其结构简单,功能单一,智能化程度不高,已越来越不能满足现代市场的需求了,目前市场上的普通型双电源自动切换开关,在功能上主要存在以下几方面缺陷[1]:

(1)控制系统不具备对不同使用场合、不同控制要求的供用电设备进行自动供电控制的功能。(2)功能模块化不够、工作柔性化差。(3)无缺相、失压、过压、短路、过载、超频保护等功能。(4)无通信功能,无法使控制器的运行可被远程操控。(5)采用继电器逻辑控制电路,元器件和电路的故障率高。(6)无智能化功能,不能满足智能网络需求。

表1是普通型产品于智能型产品的技术参数对比表。

从表1可以看出,普通型与智能型在功能上存在较大的差异,普通型产品的使用范围远不如智能型产品,因此,大力发展智能型双电源自动切换开关既是市场的需求,也是技术发展的必然趋势[2,3,4]。

2 智能型双电源自动切换开关的主要功能

1)测量与显示:集合了电量变送器、数显表、数据采集器等仪器的部分或全部功能。测量功能包括:两路三相相电压、频率。同时,检测转换开关的状态量(合闸、分闸、脱扣)等。采用LCD液晶大屏幕中文显示。完备的中文操作提示使操作更方便。

2)判断与控制:控制器对两路电的供电质量进行延时判断后,具有自动切换时间可调l~60 s,输出20 A无源触点,控制转换开关切换。转换开关可以是两个机械联锁的接触器,电动空开,也可以是专业的ATS(如SOCOMEC)。

3)通信功能:控制器同时具有RS232C、RS485串行通信接口,应用通信规约,借助于PC或数据采集系统上运行的软件,能提供一个简单实用的对工厂、电信、工业和民用建筑物双电源切换管理方案。实现双电源切换的“遥控、遥测、遥调、遥信”四遥功能。产品可远距离控制消防信号输出。

4)编程与设置:允许用户在现场或监控中心对其工作状态“自动/手动”、“一路优先供电、二路优先供电和无优先供电”、通信参数、转换需要的各种延时等参数进行更改设定。同时记忆在内部Flash存储器内,在系统掉电时也不会丢失。在现场或监控中心设定油机启动、报警输出等功能。

5)时钟功能:控制器具有实时时钟,并可进行校准。

6)优化的电源设计:控制器的供电电源可以外接直流供电(12~24 V),也可以不接;不接时,当两路A相电压都没有时,工作将失效。

7)数字化的参数整定:控制器的所有参数均采用数字化调整,摈弃常规采用电位器的模拟调整方法,简化了硬件电路,提高了整机的可靠性和稳定性,每个参数均可以单独调整,不会对其他参数造成影响。

8)双电源供电双分状态:系统负载于双分状态的时候,不论两组电源是否正常以及系统“手动”和“自动”的预置状态,系统都仍然保持双分状态。

9)产品保护功能:过负荷和短路保护;断相、断路保护;失压、欠压保护,保护精度高。

10)高性能单片机程序控制,采用模块化结构设计,具有极强的抗电磁干扰能力,适合在强电磁干扰的复杂环境中使用,无噪声运行。嵌入式安装方式,结构紧凑,安装方便。

3 智能型双电源自动切换开关的结构特点和工作原理

智能型自动转换开关主要由以下几部分组成:智能控制器、机械联锁传动机构、电动机、断路器、输入输出接线端子等组成。智能型自动转换开关及双电源开关控制器原理图见图1和图2。

工作原理:控制器对两路电压/电流同时进行检测,对高于额定值(可调)的电源电压/电流判为过电压/电流,对低于额定值(可调)的判为欠电压/电流。微机控制电路对上述检测结果进行逻辑判断,处理结果通过延时(可调)电路驱动相应的指令向电动操动机构发出分闸或合闸指令。

上述检测结果可在智能自动控制器面板LCD显示屏上显示出来,也可以同时通过485串口与计算机相连,采用软件控制,供用户查找原因,以便用户在最短时间里修复线路,使双电源供电恢复原状态。

硬件设计:智能型自动转换开关是由装置本体和智能自动控制器两大部分组成。开关本体由两台带有电动操动机构的断路器及附件(辅助报警触头等)、机械联锁机构、电器联锁、熔断器、接线端子等组成,所有零部件安装在一块金属板上。智能控制器由新型的单片机及输入输出、LCD显示、电源、485通信等诸多模块组成。

上述两者之间通过专用的航空插头接口和专用的长度不超2 m的屏蔽电缆相连接,组成智能控制系统,智能系统控制电源电压为220 V(50/60 Hz)或12/24 V直流电源。产品具有机械、电气双重连锁保护功能,为供电提供了安全可靠的保证。产品可完成三相三线、三相四线的双电源供电的自动切换。电气原理图如图1所示。MCU选择带4路10位A/D的89C591单片机,输入/输出用串行接口芯片74LS164/165,液晶模块用LCM 122×32,串行通信接口采用485芯片,控制器的实时时钟用DS1302芯片实现,内部Flash存储器为AT24C04,两路三相电压电流的采样采用隔离变压器完成。采样精度达1%。发电机启动信号为无源触点,消防信号为24 V DC/220 V AC/380 V AC。

软件设计:智能型自动转换开关系统软件分通信软件和单片机程序两部分。通信软件用VC++编写,采用结构化、模块化编程方法,由人机界面、数据库、通信等模块组成。单片机程序采用模块化编程方法,用Keil C编程完成。程序由测量与显示程序、小波变换滤波程序、判断与控制程序、按键设置程序、参数整定程序、通信控制程序、油机启动程序、看门狗保护程序等部分组成。

智能型自动转换开关采用单片机作为控制芯片,在工业环境中,不可避免地会遇到电源波动、电磁波辐射等干扰,如果单片机出现死机、程序跑飞等非正常情况就会造成控制器不工作或者误工作。因此,除了必须在电路上做抗干扰的措施以外,单片机型号的选取和一些软件措施也是必要的。经比较得知,P89C591的抗干扰能力较强,其硬件看门狗WDT也提高了系统抗干扰的能力。WDT由一个l4 bit计数器和看门狗定时器复位寄存器WDTRST组成。WDT在复位时是无效的。为了使能WDT,用户必须对WDTRST(位置0A6H)顺序写入01EH和0El H。当WDT使能,振荡器在运行的每个机器周期,将它加1,除复位(硬件复位或WDT溢出复位)外没有别的办法使WDT失效。当WDT溢出,在Rs T管脚输出一个高电平复位脉冲。这样,就可以保证万一程序跑飞或死机,单片机能马上复位,重新开始运行、监测两路电源状态。

4 结语

新一代智能型双电源自动切换开关具有传统普通型产品不可比拟的诸多优点:产品集数字化、智能化、网络化于一体,测量及控制过程实现自动化,减少人为操作失误,真正实现机电一体化的自动转换开关,具有电压检测、频率检测、通信接口、消防接口、电气机械互锁等功能,可实现自动、电动远程、紧急手动控制,确保主、备二路电源不会同时接通。结构紧凑、外形美观、操作安全可靠、体积小、安装方便、功能全、控制回路与装置通过专用电缆连接、电路先进,可广泛应用于电力、邮电、石油、煤炭、冶金、铁通、市政、智能大厦等行业及部门的电气装置、自动控制和调试系统,发展前景光明。

参考文献

[1]IEC60947-6-1:2005低压开关设备和控制设备:第6部分第1篇自动转换开关电器[S].

[2]GB/T14048.1-2006低压开关设备和控制设备第1部分:总则[S].

[3]GB/T14048.2-2006低压开关设备和控制设备第2部分:断路器[S].

智能化数字电源系统研究 篇9

1 智能化数字电源的电路设计

智能化数字电源的系统由电脑驱动器、PWM、显示器、DSP、键盘、接口电路这六部分组成。数字信号的处理器主要通过接口芯片把显示器和键盘连接起来。这样, 用户不但可以通过显示器来观察所使用的电源的参数, 还可以通过键盘的作用随时对电源参数进行修改。为了将配置更为简化一些, 也可以把数字控制的电源驱动器以及数字的信号处理器共同组成电源系统。再通过这样的处理后, 在经过整流的滤波之后, 交流电压变成+36~72v的直流输入到电压U1, 接到高频变压器初级绕组上。在经过两个变阻器分压之后, 分别接到数字的信号处理器模拟的输入端AN1和AN2。注意把初级绕组的另一端接到功率MOSFET。再连上一个限流电阻和电流检测电阻。偏置绕组部分的输出电压经过VD1、C1的整流滤波之后得到了+12v大小的直流偏压, 接到数字控制的电源驱动器的电源端。数字控制的电源驱动器输出的大小为3.3v的电压是由数字的信号处理器提供的。次级的整流滤波电路是由C2、L以及VD2构成的, VD3是一个续流二极管, UD是直流的输出电压。从数字的信号处理器输送出去的脉宽调制信号送到数字控制的电源驱动器的IN端。数字控制的电源驱动器极限的电流标志端接到数字的信号处理器的中断端, 极限的电流设定端接数字控制的电源驱动器的GMTR端点。最后, 把光耦的隔离放大器把输入级和输出级隔离开来。如果使用UCD7201, 那么就能够驱动两个外部功率MOSFET。另外, 还可以用UCD8620以及UCD9501构成电源系统。

2 智能化数字电源的技术亮点

智能化数字电源实现了数字技术和模拟技术的结合, 摒弃了电源的复杂性。数字电源便于在同步信号下实现并联应用, 充分利用扩展性和重复性优势, 实现负载均流, 简化滤波电路的设计。灵活的数字控制将电源组合成并联或者串联的模型, 进而组成虚拟电源。虽然各项性能都得到提高, 却没有增加系统的复杂性, 使用了少量的外围器件, 把砧板的面积进一步的缩小。数字电源在智能化方面存在的优势, 能够让输入电压以及负载点系统保证它们的功率以最优的效率进行转化。此外, 智能化的数字电源能够保证最优的转化效率。与模拟控制技术相比, 数字技术的优势还有在线编程、效率优化、控制算法、操作精确、系统管理的功能。而且数字电源相对模拟电源误差、误差影响、老化漂移、补偿等都更具有优势。可靠性相对较好, 无需调谐就可以获得稳定而且一致的控制参数。数字电源还可以使硬件平台重复应用, 可根据最终系统的独特要求来设计出不同的固件, 能够加快产品上市速度, 减少原器件的库存、开发成本以及风险。

3 智能化数字电源系统的应用

模拟电源在市场上的应用比较广泛, 但还存在许多该技术达不到的一些区域。因此智能化数字电源系统所要开发的市场, 便是模拟电源的这部分空白市场。以数字器件进行控制的电源, 我们可以对它的内部参数进行在线调整, 这也说明了电源动态的特点并不是不变的, 它能够伴随负载在一个比较大的范围内波动, 并不会丧失它所具备的性能。同时, 智能化数字电源所具有的通讯优势, 可以实现电源设备的远程控制, 这种控制方式也是多样性的, 能给设备的监测和运行带来许多便利和其他好处。现在, 智能化数字电源正逐步进入并占有传统的使用领域, 逐渐取代了模拟电源, 并且这种发展速度越来越快。

在这以前, 智能化数字电源的使用仅限于服务器、植入非停电电源的装置、通信产品、太阳能电池机与其功率调节器等一些比较简单的、基础的设备的部分产品中。然而最近, 在汽车、LED照明设备、产业设备, 甚至某些消费类的产品也都使用了智能化数字电源。相比模拟电源, 到底是什么因素迅速扩张了智能化数字电源的应用领域范围呢?

3.1 DSP的低价位吸人眼球

智能化数字电源应用领域得以迅速发展的最主要原因在于, 在智能化数字电源产品的制造过程中, 使用了单价大约只有1美元的电源控制IC。它的成本下降到1美元左右, 足以和模拟电源的控制IC相抗衡。这些IC在使用工作中的频率超过100MHz, 耗电量只是DSP就接近1W, 用于普通开关电源则有剩余。这是使用DSP的智能化数字电源, 只有当UPS等大于1KW的大型设备才运用的主要因素。不过, “DSP微控制器”, 即和通用控制器的价钱同样低廉的DSP, 把原本的几十美元的成本大幅降低到不足几美元, 基本解决了控制IC成本比较高的难题。

3.2 以高于100W、低于1MHz的电源为目标

智能化数字电源自身的DSP微控制器, 会耗费大约200mm W的电力。所以, 它不适用于输出功率比较小的一些电源。但在智能化数字电源的设计中, 综合电源相关的技术人员的专业意见, 我们必须考虑到由于DSP微控制器电力问题而产生的效率低下。所以, 在目前的水平下, 超过50W~100W的输出功率的电源是最适合的。在开关频率方面, 频率不超过1MHz的电源也是最佳的。智能化数字电源通过软件对电流和电压稳定性的控制, 主要是通过A-D转换器来监测其输出电流和输出电压。同时, 在智能化数字电源的使用当中, 以专用的逻辑电路硬件, 但不是DSP软件作为基点去进行PI控制等过程的演算时, 可以适应于开关频率大于1MHz的设备。

4 结语

智能化数字电源系统要完成从模拟电源完全向数字电源的过渡虽然需要很长时间, 但该技术的应用为电源设计的领域注射了生机与活力, 它具备相对较完善的电源管理功能, 高的性价比和集成度, 面向用户体验设计, 简单的外围电路等显而易见的优势, 为智能化数字电源系统的发展开辟了广阔的道路, 并为进一步优化设计打好了基础, 创造了条件。

摘要：当前, 开关电源正逐步迈进智能化与数字化, 而最新研发的智能数字电源系统以其精准的监控功能以其优良的特性逐步引起人们关注。数字电源拥有智能化的灵活性与适应性, 可以直接处理监控以及适应系统条件, 能同时满足各种复杂的电源要求。另外, 数字电源还可以远程诊断以保证系统工作的可靠性。本文介绍了数字化电源的技术, 分析了数字化电源的应用。

关键词：智能化,数字电源系统,应用

参考文献

[1]南国农.电化教育学 (第二版) [M].北京:高等教育出版社, 1985.

嵌入式本安智能电源的设计 篇10

关键词：煤矿,本安智能电源,嵌入式系统,ARM920T

0引言

随着我国煤矿机械化、自动化程度的提高, 本质安全 (简称本安) 型电气设备在井下监控、通信、信号、仪表和自动化系统中应用日益广泛, 这就需要为其提供本安供电电源。然而, 目前煤矿现场使用的本安电源驱动电流不大、输出状态无法自动调节, 限制了煤矿自动化设备的使用。为了解决这些问题, 笔者设计了一种嵌入式本安智能电源, 该电源能在符合本安性能要求的前提下输出大电流, 且时刻对输出状态进行监控并反馈给整流电路, 从而自动调节其输出状态, 满足了工作面自动化系统中不同电气设备的快速、实时供电需求。

1嵌入式本安智能电源的设计方案

该电源针对各电气设备不同的供电要求, 并联运行多个整流模块。其中体现智能的监控模块采用嵌入式系统[1] ( Embedded System) 的专用计算机系统, 实时地采集和分析所有的输出回路电流;它能使不同的负荷对应该电源内部不同的整流电路, 避免出现超负荷或者功率浪费的现象。该电源使用以S3C2440为核心的ARM9系列的ARM920T处理器, 利用ARM920T处理器的全功能电源管理控制器 (PMC) , 优化整个电源的功耗, 并支持普通、空闲、慢时钟及Standby工作模式, 提供不同的功耗等级及事件响应延迟时间。在空闲模式下, ARM920T处理器时钟禁用并等待下一次中断 (或主复位) ;慢时钟模式是复位后选择的模式, 在该模式下, 主振荡器及PLL关闭以降低功耗;Standby模式是慢时钟模式与空闲模式的结合, 它使ARM920T处理器能更快速响应唤醒事件, 并保持较低的功耗。

2嵌入式本安智能电源的设计

2.1 电源工作原理

该电源使用交流电输入, 在多路变压整流滤波之后, 经高速逻辑开关输出。ARM920T处理器根据检测回来的信号分析输出端电流使用的情况, 开关输出相应的控制信号, 实时快速地对电气设备进行供电。另外, 该电源利用ARM920T处理器外围的以太网控制器编写Socket程序对设备进行监测和控制。

2.2 电源硬件结构

该嵌入式智能电源主要由嵌入式系统、变压、整流、滤波模块组成, 如图1所示。

(1) 嵌入式系统

图2 为嵌入式系统结构图。嵌入式系统控制软件的设计主要为实现A/D转换、分析数据、处理数据等。其中A/D转换可用硬件电路或软件实现, 用软件实现可以简化硬件电路, 但可能影响处理速度, 要视情况而定。A/D转换后的数据, 经过分析、处理, 最后通过控制信号传递给整流单元。

嵌入式系统的ARM920T处理器中的控制器内嵌了实时操作系统RTOS (Nut/ OS) 和TCP/IP 协议, 可用其编写一个Socket 服务守候进程。当用户通过Internet远程访问电源控制器时, Socket服务守候进程通过100 M 网口接收网络连接信息并对它作出回应。在整个嵌入式系统中, 要不定时地监测和控制现场设备, 采用面向连接的Socket 编程模式完成客户机与电源控制器之间的通信。电源控制器和RS485 总线被控设备之间采用RS485 总线主/从式结构。当电源控制器启动后, 从FLASH存储器中读取事先下载好的命令表文件, 当用户不发送控制命令时, 嵌入式系统按一定的定时时间, 自动向下层控制模块发送循检指令, 由控制模块程序对命令进行解码, 提取出地址信息, 当命令中所含的地址信息与自己的地址相同时, 则解析命令并进行相应的处理, 同时反馈执行结果;否则, 抛弃接收到的命令。命令字符串是按事先约定好的固定格式发送和接收的。图3为电源网络控制器结构图。

(2) 整流模块

为了获得合适的直流电压, 需要全波整流模块将交流电转换为直流电压。图4所示的整流模块电路图中, 由于电气设备的数量和容量增多, 需要在整流模块之前加入缓上电控制电路, 防止负载的增加对其它设备的影响, 然后用DC/DC模块LM2674N将其它12 V电压转换成5 V电压。

3过压保护电路设计

为防止电路不正常时出现过压, 电路应具备过压保护功能, 因此在稳压限流电路后应接上过压保护电路, 如图5所示。

正常情况下, 本安电源输出12 V 电压, 此时稳压管Z1、晶体管Q3均截止, 12 V输出电压直接供给负载; 当输出大于12 V、小于12.7 V时, Z1导通, Q3因为得不到足够的发射级偏置电压而不导通, 因此, 电源输出电压也直接供给负载; 当输出超过12.7 V时, 稳压管Z1导通、Q3发射级导通, 形成12.7 V的过压保护。二级过压保护可以采用与图5相同的电路并联。

4结语

本文介绍的嵌入式本安智能电源在充分利用高级微处理器外设资源的基础上, 结合其内嵌的RTOS (Nut/OS) 和TCP/ IP 协议, 编制了一个Socket服务守候进程, 实时地采集和分析所有的输出回路电流, 并能够自动调节其输出状态, 满足了工作面自动化系统中不同电气设备的快速、实时供电需求。该电源具有高效稳定的特点。目前, 该电源正处于测试调试阶段, 通信软件功能还有待完善。

参考文献

[1]王彦瑜, 郭玉辉, 乔卫民, 等.基于ARM7内核和嵌入式系统的VME总线控制器的研制[J].核电子学与探测技术, 2005, 25 (5) .

智能电源 篇11

1 铁路信号智能电源屏结构及主要特点

铁路信号智能电源屏各种型号、生产厂商不同, 其结构及特点有所不同, 但主要结构和特点大同小异。这里以PDZ系列智能电源屏为例, 说明其主要结构及特点。

1.1 电源屏主要由以下几部分组成

1) 综合信号电源机柜:用于电源屏各模块、部件等的安装, 同时是实现按钮开关操作、维护测试的人机会话界面;

2) AFD稳压单元:用于外网供电电源的稳压。当外网电压在AC220/380V+15%~-20%范围内, 提供给各模块的工作电压为AC220±10V;

3) 输入、输出控制、隔离单元:用于信号各系统、设备所用电源的输入、输出控制、切换和隔离;

4) AC/AC电源模块:用于信号交流电源的稳压隔离控制输出, 输出的信号交流电源主要有信号机点灯电源、道岔表示电源、电码化电源、稳压备用、非稳压备用、表示灯电源 (AC24V) 、轨道电源等;

5) AC/DC电源模块:用于信号直流电源的变换、隔离和控制输出, 输出的信号直流电源主要有直流转辙机电源 (DC220V) 、继电器电源 (DC24V) 、闭塞电源 (DC24~60V) 等;

6) 微机监测单元:用于智能电源屏输入、输出电源电压、电流的监测, 对工作状态提供监测和报警, 当系统发生故障时, 有声光报警、故障定位, 故障信息中文显示等。

1.2 主要特点

PDZ系列电源具有综合化、模块化、智能化、网络化等特点, 特别是高频电源模块和监控模块运用了多种先进技术, 具有高可靠性、高效率、便于维护等优点。

1) 高度综合:一套电源系统全面集成了信号设备所需的全部电源;

2) 高度集成:25Hz电源模块容量大 (最大4k VA) 、体积小、设计紧凑, 可以在单机柜内配置8k VA的25Hz电源;

3) 智能监控:可实时监测系统的工作状态, 故障及时显示和告警, 并具有故障记忆功能;

4) 网络化:可远程监控和集中监测组网, 与信号集中监测设备实现无缝对接, 最终实现信号电源的无人值守;

5) 低噪音:高频开关电源技术;系统和模块全部采用自然冷却技术, 避免了工频噪音和风扇运转噪音;

6) 无污染:采用PFC技术, 避免了模块内部高次谐波对外电网的污染;采用EMI技术;电磁兼容性好;

7) 便于维护:所有电源模块接口均采用规一化设计, 根据需要灵活配置模块, 方便实现系统扩容, 交、直流配电方式可灵活选择, 模块可热插拔, 操作简单, 便于更换、维护。

2 影响运用的典型问题分析及整治措施

2.1 H型供电的问题

《铁路信号维护规则》第12.2.1条规定输入电源供电方式有一主一备和两路同时供电2种方式。在铁路信号智能电源屏道上使用初期, 采用主、副电源H型 (属两路同时供电) 供电方式。使用H型供电的智能电源屏, 正常供电情况下由主、副两路电源并列运行, 各带50%负载;当一路电源发生故障时, 自动切换至另一路电源100%供电;一旦故障电源恢复正常, 系统将自动恢复为各带50%负载的H型供电方式。其优点是供电电源负载均衡。由于H型电源屏电源逻辑关系的原因, 受电源质量的影响, 当供电任一路电源出现电压瞬间波动或设备主导电回路隐患等现象, 即会导致电源屏频繁切换, 造成输出电压异常, 影响信号设备使用, 干扰运输生产秩序。

为完善“H”型供电电路的不足, 提高电源系统的工作可靠性, 使智能电源屏的技术指标满足现行的技术标准, 需对电源屏供电方式进行改造。

改造工程实施较复杂, 已投入使用的铁路信号智能电源屏改造时对铁路运输的影响较大, 这里提供2种改造方案供参考。

方案1:在现使用电源屏上改造。该方案实施时按照新的改造配线图在现场使用的电源屏上改造, 投资小, 但改造过程时间长, 对铁路运输影响大、安全风险大。

方案2:工厂内按现有电源屏生产改造部分机笼, 在现场局部更换机笼。该方案改造操作简单, 用时短, 对铁路运输影响小、安全风险小。但是投资较大。

2.2 切换系统存在的问题

兰武线龙泉寺等站的电源屏采用W1、T2、T3模块供电如图1所示, 在使用中, 由于切换系统驱动板问题, 造成内部Ⅱ路断电, 使部分模块输出中断, 此时可通过W模块反拼输入开关旁路到内部另一路工作, 影响电源屏的稳定使用。

该问题应属电源屏内部电路设计缺陷。解决该问题的措施是将接在内部Ⅰ路、内部Ⅱ路电源上的W1模块交叉接后面的T模块如图2所示, 即使切换系统由于驱动板等问题出现内部一路电源故障, 主备互锁工作的两台T模块中仍有一台可以继续工作, 同时系统切换、模块切换时间需满足铁标要求, 避免因瞬间断电打灭信号的问题。原来的输入反拼开关保留作为设备维修开关。

2.3 监控子系统供电问题

智能电源屏为实现对系统输入、输出各支路数据、模块工作状态的采集、处理和传输, 并实时进行故障报警而设置监控子系统, 是智能电源屏智能性的一个重要体现。监测系统是独立于实际输出和功能系统外的一个辅助系统, 不会对电源屏的工作状态进行控制和干预, 监测系统的本身故障不会对系统输出及功能引起二次影响。

智能电源屏监控子系统工作电源取自本屏直流24V联锁控制电源如图3所示, 但外电网断电时, 监控子系统同时掉电, 无法继续记录外电网的供电情况, 不利于铁路信号部门查找供电电源断电的记录, 造成设备故障分析是拿不出数据证据。鉴于上述情况, 为充分发挥智能电源屏监控子系统的功能作用, 为保障在外电网断电的情况下, 能继续使监控子系统有工作电源, 提出了2种解决建议方案:

方案1:另外找电源为监控子系统提供工作电源。

方案2:在电源屏上增加具有储能的辅助24V电源模块如图4所示, 平常该辅助24V电源模块处在储能充电状态, 在两路电断电时为监控子系统补充供电, 其容量根据监控子系统功耗和用户的需求时间计算确定, 但一般不超过10min放电时间。

分析:方案1改造简单、方便, 但存在其他外部电源与信号电源供电时间不同步导致记录功能与电源屏工作时间不一致的问题。建议采用方案2。

以上是针对铁路信号智能电源屏运用中的典型问题及整治措施分析, 在实际运用中还存在其他问题, 需要技术人员继续在维护、使用中不断发现, 并就提高电源屏运用稳定提出针对性解决措施。

参考文献

[1]中国人民共和国铁道部.TB/T 1528.1-2002, 铁路信号电源屏[G].北京:中国铁道出版社, 2002.

[2]中国人民共和国铁道部.铁路信号维护规则[G].北京:中国铁道出版社, 2008.