运维人员岗位培训电源理论直流供电系统.ppt

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1、第五章 直流供电系统 （讲师用PPT）,中国网通（集团）有限公司 2006年12月,中国网通运维人员岗位培训丛书动力专业,内部资料 注意保密,第五章 直流供电,直流供电系统,第二节 交流配电屏,第四节 直流配电屏,第三节 高频开关整流器,第一节 直流供电系统概述,第八节 太阳能供电系统,第七节 直流供电系统配置参考,第六节 直流-直流变换器,第五节 蓄电池,第五章 直流供电,直流供电系统,第二节 交流配电屏,第四节 直流配电屏,第三节 高频开关整流器,第一节 直流供电系统概述,第八节 太阳能供电系统,第七节 直流供电系统配置参考,第六节 直流-直流变换器,第五节 蓄电池,第一节 直流供电系统概

2、述,第一节 直流供电系统概述 直流供电系统是向通信局站提供直流（基础）电源的供电系统。直流供电系统一般由交流配电屏、整流器、直流配电屏、蓄电池组、直流-直流变换器（DC-DC）等设备及供电母线所组成。一些小型通信局站往往采用集开关整流单元、监控单元以及交、直流配电部分为一体的组合开关电源架。,第一节 直流供电系统概述,1.1直流基础电源 基础电源是指直接向通信设备供电，同时可对换流设备供电的直流电源和交流电源。通信局(站)的基础电源分交流基础电源和直流基础电源两大类。向各种通信设备和二次变换电源设备或装置提供直流电压的电源为直流基础电源。 -48V和-24V为直流基础电源，其中-48V为首选基

3、础电源，-24V为过渡电源(将逐步淘汰)。这种负型基础电压是指电源正馈电线接地，作为参考电位零伏，负馈电线装接熔断器后，与机架电源连接。,第一节 直流供电系统概述,直流基础电源的主要技术指标有直流输出电压变动范围、杂音电压和直流供电回路全程最大允许压降。 （1）直流输出电压变动范围：即通信设备输入端子处的正常工作电压的允许变动范围。一套直流供电系统通常为多种通信设备(如交换、传输、基站等)供电，其输出电压允许变动范围在所供通信设备的最高允许低压值和最低允许高压值之内。 （2）杂音电压：直流输出电压中含有的交流成分在通信回路中构成杂音，称为杂音电压。 （3）直流供电回路全程最大允许压降：是指从蓄

4、电池电压输出至通信设备输入端子处的全程直流供电回路最大允许电压降。,第一节 直流供电系统概述,1.2直流供电系统的运行方式 图1.1 通信局直流供电系统组成方框图,第一节 直流供电系统概述,图1.2 通信站直流供电系统方框图,第一节 直流供电系统概述,1.3直流供电系统的工作原理 在交流配电柜中，一般可接两路交流输入电源，两路交流电源可通过刀闸或自动切换开关进行手动或自动切换。交流配电柜通过输出空开将交流电送入整流柜中的交流分配单元，交流分配单元通过空气开关将交流电分配给整流模块。整流模块将输入的交流电转换为-48V直流电，其输出端与整流柜内的正、负母排相连，然后通过并机铜排与直流配电柜的正、

5、负母排互连，输入到直流配电柜的直流电通过熔断器供给负载。同时，蓄电池组通过熔断器接入直流配电屏，正常情况下，蓄电池处于并联浮充状态，当市电断电或整流模块故障时，整流模块停止工作，由蓄电池给设备供电，维持设备的正常工作。故障恢复后，整流模块重新给设备供电，并对蓄电池进行充电，补充消耗的电量。,第一节 直流供电系统概述,在直流系统中通常配有监控模块，监控模块监测交流配电、直流配电和整流模块的运行状态，并进行相应的控制。监控模块可以通过标准通信接口连接本地计算机，亦可通过Modem或其他传输资源连接到远程监控中心，实现电源系统的集中监控。,第五章 直流供电,直流供电系统,第二节 交流配电屏,第四节

6、直流配电屏,第三节 高频开关整流器,第一节 直流供电系统概述,第八节 太阳能供电系统,第七节 直流供电系统配置参考,第六节 直流-直流变换器,第五节 蓄电池,第二节 交流配电屏,第二节 交流配电屏 2.1交流配电屏的技术要求 用于电力室高频开关整流器及其他通信用电设备的交流配电屏，主要作用是接入交流电源和交流负荷的分配。其主要技术要求如下： （1）具有两路交流电源引入，能进行主、备用电源转换，对两路交流电源有自动转换要求的电路必须具有可靠的机械及电气连锁。 （2）输出负荷分路可根据不同用电设备的需求而定。 （3）对有照明分路的配电屏，应有保证交流照明分路和直流事故照明分路，并具有自动转换装置。

7、 （4）具有过压、欠压、缺相等告警功能以及过流、防雷等保护功能。 （5）交流屏应能够提供反应供电质量和交流屏自身工作状态的监测量，如三相电压、电流值，市电供电状态，主要分路输出状态等，并上送监控模块。,第二节 交流配电屏,2.2交流配电原理,图2.1 交流配电单元原理图,第二节 交流配电屏,2.3交流配电屏组成 交流配电屏通常由以下几个部分组成： 交流接入电路：交流接入一般通过空气开关或刀闸开关，交流接入开关的容量即为交流配电屏的容量。 整流器交流输入开关：交流配电单元分别为系统的每一个整流器提供一路交流输入，开关容量根据整流器容量确定。 交流辅助输出：电源系统的交流配电除了给整流器提供交流电

8、外，还配置了多种容量的交流输出接口，供机房内其他交流用电设备使用。 交流切换机构：有自动切换机构和手动切换机构。自动切换机构由机械电子双重互锁的接触器或ATS组成。,第二节 交流配电屏,交流采样电路：由变压器和整流器件组成的电路板，将交流电压、电流和频率等转换成监控电路可以处理的电信号。 交流切换控制电路：完成两路交流自动切换、过欠压保护、告警等功能。 交流监控电路：集散式监控中专门处理交流配电各种信息的微处理器电路，可以完成信号检测、处理、告警、显示以及与监控模块通信等功能。 C级与D级防雷器。,第五章 直流供电,直流供电系统,第二节 交流配电屏,第四节 直流配电屏,第三节 高频开关整流器,

9、第一节 直流供电系统概述,第八节 太阳能供电系统,第七节 直流供电系统配置参考,第六节 直流-直流变换器,第五节 蓄电池,第三节 高频开关整流器,第三节 高频开关整流器 整流器是直流供电系统的核心设备。高频开关整流器是20世纪90年代初开始在我国逐步使用的新一代整流设备，目前已基本取代传统相控整流器。高频开关整流器应用高频开关变换技术，主要采用MOSFET和IGBT等功率元件，具有高效率、高功率密度和智能化等优点。,第三节 高频开关整流器,3.1概述 3.1.1高频开关电源的分类 按照控制方式来分，可分为脉宽调制（PWM）开关电源，脉频调制（PFM）开关电源，混合调制开关电源。 按采用的开关技

10、术分，有硬开关和软开关。 按主电路结构分，有谐振型和非谐振型。 根据变换器电路的结构，又可分为单端反激变换器、单端正激变换器、推挽式变换器、半桥式变换器和全桥变换器。,第三节 高频开关整流器,3.1.2高频开关电源的特点 （1）重量轻，体积小。由于高频开关电源工作频率高，因此变压器等元件的体积可大大减小，重量也大大减轻。 （2）功率因数高。一般高频开关电源的功率因数大于0.92，在有功率因数校正电路时， 功率因数接近1，因而对公共电网不会造成污染。 （3）噪音低。无工频变压器及滤波电感的噪音。 （4）效率高。高频开关电源的效率约在 90 以上。 （5）模块式结构。由于高频开关电源为模块式结构，

11、因此可靠性高、扩容方便、易于维护。 （6）智能化程度高。高频开关电源采用计算机控制技术，便于实现集中监控。,第三节 高频开关整流器,3.1.3高频开关电源的基本构成及原理 高频开关整流器主要由主电路、控制电路和辅助电源三部分组成。如图3.1所示。,图3.1 开关电源基本电路原理框图,第三节 高频开关整流器,3.1.4. 高频开关整流器的主要技术要求 (1)额定输入电压与波动范围：单相220V时变动范围187-242V；三相380V时的允许变动范围323-418V。 (2)额定频率与范围：50Hz2Hz。 (3)直流输出电压可调节范围为43.257.6V，整流器的直流输出电压值在可调节范围内应具

12、有手动或由监控电路（系统监控单元）控制连续可调的功能。 (4)直流输出电压工作方式：整流器在稳压工作的基础上，应能与蓄电池并联以浮充、均充及蓄电池放电测试工作方式向通信设备供电（或应具有该方面的接口）。,第三节 高频开关整流器,(5) 遥测、遥信、遥控性能: 整流器应具有RS-232、RS-422/485 3种接口中的一种或其他形式的接口电路与监控电路连接，在监控电路控制下应符合以下要求。 遥测：输出电压、输出电流。 遥信：开/关机状态、工作状态（均充/浮充/测试、限流）、故障/正常状态。 遥控：开/关机状态转换、均充/浮充/测试工作状态转换。 (6)均分负载（并机工作）性能：整流器应能采用多

13、台同型号整流器并机工作。并机工作时整流器自主工作或受控于系统监控单元时应做到均分负载，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过直流输出电流额定值的5%。,第三节 高频开关整流器,(7)交流输入过、欠电压及缺相保护 整流器应能监视电网电压的变化，当交流输入电压值过高或过低时，为了保证整流器的安全工作，整流器应具备以下交流输入过、欠电压及缺相保护功能： 当电网电压过高时，整流器应具有过电压关机保护的功能，电网电压恢复正常后，应能自动恢复工作；过压保护电压的设定不应低于额定电压值的115%（单相应253V，三相应437V）； 当电网电压过低时，整流器应具有欠电压保护的功能，

14、电网电压恢复正常后，应能自动恢复工作；欠压保护电压的设定不应高于额定电压值的80%（单相应176V，三相应304V）； 三相电压输入时，电网出现缺相时整流器应具有缺相保护功能，电网恢复正常后，应能自动恢复工作。,(8)直流输出过、欠电压保护 当整流器的直流输出电压值达到过电压设定值时，应能自动告警与关机保护，故障排除后，应能人工恢复工作； 当整流器的直流输出电压值达到欠电压设定值时，应能自动告警，故障排除后，应能自动恢复工作。 (9)直流输出电流的限制性能 整流器应具有直流输出电流的限制性能，限制电流范围应在其额定值的105 %110 %。当整流器直流输出电流达到限流值时，整流器应进入限流工作

15、状态。 整流器的直流输出电流除限流性能外，还应有短路的自动保护性能。当故障排除后，整流器应能自动恢复工作。,第三节 高频开关整流器,(10)告警性能 有过压、过流、欠压、欠流、防雷等保护及本地和远地告警功能。整流器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。 (11)效率与功率因数 整流器在单机输出最大功率不小于1500W时，其效率应不小于90%，功率因数不小于0.92。整流器在单机输出最大功率小于1500W时，效率应不小于85%，功率因数应不小于0.95。 (12)杂音电压 衡重杂音2mV；峰-峰值杂音电压200mV；宽带杂音(有效值)：(3.4-150kHz)50mV，(0.

16、15-30MHz)20mV；离散杂音(有效值)：(3.4-150kHz)5mV，(150-200kHz)3mV，(200-500kHz)2mV，(0.5-30MHz)1 mV。,第三节 高频开关整流器,(13)稳压精度 不同交流输入电压与负载进行组合，各种情况下的直流输出电压与输出电压整定值的差值应不超过输出电压整定值的0.6%。 (14)开关机过冲幅度 由于开关机引起直流输出电压变化的最大峰值应不超过直流输出电压整定值的10%。 (15)启动冲击电流（浪涌电流） 由于启动引起的输入冲击电流应不大于额定输入电压条件下最大稳态输入电流峰值的150%。 (16)可靠性指标,第三节 高频开关整流器,

17、(17)绝缘电阻 试验电压为直流500V时，整流器主回路的交流部分和直流部分对地以及交流部分对直流部分的绝缘电阻均不低于2M。 (18)绝缘强度 交流电路对地、交流电路对直流电路应能承受50Hz、有效值为1500V的交流电压（漏电流30mA）或等效其峰值的2120V直流电压1min，且无击穿与飞弧现象。 直流电路对地应能承受50Hz、有效值为500V的交流电压（漏电流30mA）或等效其峰值的710V直流电压1min，且无击穿与飞弧现象。,第三节 高频开关整流器,第三节 高频开关整流器,3.2功率变换电路 高频开关电源功率转换电路有推挽式、全桥式、半桥式以及单端反激、单端正激、谐振式功率变换电路

18、等。本小节仅以全桥式功率变换电路和准谐振变换器为例进行介绍。,第三节 高频开关整流器,3.2.1全桥式功率转换电路,图3.2 全桥式功率转换电路及其波形,第三节 高频开关整流器,3.2.2准谐振变换器 在高频开关电源的变换电路中，功率开关管在有电压时被开通和在有电流时被关断的开关方式称为硬开关。功率开关管在零电压时被开通，在零电流时被并断的开关之式称为软开关。 PWM型开关方式属硬开关。它具有控制简单，稳态直流增益与负载无关等优点。缺点是开关损失随开关频率的提高而增加，故限制了开关频率进一步提高。谐振式开关方式属于软开关，可使开关电源在更高的频率下工作而开关损失很小。,第三节 高频开关整流器,

19、准谐振变换器是一种新型的谐振变换器，它是在PWM型开关变换器基础上适当地加上谐振电感和谐振电容而形成的。谐振电感、谐振电容和原来PWM型变换器中的开关组成了所谓 “谐振开关“。在这种变换器的运行中出现谐振状态的工作模式，从而可以改善开关的电压、电流波形，减小开关损失。由于运行中，工作在谐振状态的时间只占一个开关周期中的一部分，其余时间都是运行在非谐振状态中，所以称 “准谐振“变换器。,第三节 高频开关整流器,上述的所谓 “谐振开关“称为“准谐振开关“。准谐振变换器是一种PWM型和传统谐振型混合在一起的DC-DC变换器。它既有PWM型电路控制简单的优点，又有谐振型电路开关电压、电流波形是非强制的

20、，开关损失小的优点，因而在DC-DC变换器中得到广泛应用。 准谐振变换器又分为两种:一种是零电流开关 (Zero Current Switch一ZCS)式，另一种是零电压开关 (Zero Voltage Switch一ZVS)式。,第三节 高频开关整流器,1)零电流开关谐振技术。（ZCS-QRC）零电流式准谐振开关电源的原理如图3.3所示。,图3.3零电流式准谐振开关,第三节 高频开关整流器,2)零电压开关式准谐振技术。(ZVSQRC)零电压式准谐振开关电源的原理如图3.4所示。,图3.4 零电压式准谐振开关,第三节 高频开关整流器,3)零电压式多谐振开关技术。(ZVS-MRC)零电压式多谐振

21、开关电源原理如图3.5所示。,图3.5 零电压式多谐振开关电源原理图,第三节 高频开关整流器,3.3 滤波电路 高频开关电源的工作过程与线性稳压电源完全不同，对滤波也有特殊要求，一般由输入滤波、工频滤波以及输出滤波等三个基本电路组成。,第三节 高频开关整流器,3.4 控制电路 1、控制电路的功能 控制电路具备的基本功能有： 要有足够的电路增益。在输入电网电压以及负载电流允许的变化范围内，使稳压电源输出电压达到规定的精度(往往还包括温度漂移和时间漂移)。 获得规定的输出电压值以及调节范围。 实现输出电压的软启动。 实现输入电压的软启动。,第三节 高频开关整流器,负载发生过流或短路时应能限制稳压电

22、源的输出电流或切断电源输出，以对负载和稳压电源提供保护。 当稳压电源输出过压时，应能迅速切断电源输出，以对负载提供保护(对于某些用户设备还要求提供欠压或失压信号，以便计算机进行中断处理等)。 大多数场合下，要求控制电路实现输入和反馈输入之间绝缘(即稳压电源的输出端和交流电网输入端的隔离)。,第三节 高频开关整流器,远距离操作功能。稳压电源输出电压的调节可以在电源的面板上进行，也可以在用户操作方便的地方进行，而不管电源的位置在何处。 程序供电的功能。稳压电源输出电压的开和关，以及输出电流的限制，按规定次序接通和关断的操作，可由用户以小功率开关电平控制。 并联运行功能。为了扩大单个电源输出的容量，

23、以及提高直流电源系统的供电质量，便于用户操作和提高电源系统的可靠性，PWM型稳压电源应具有能参与并联运行的能力。 此外，还应有温度监视电路和限流、过载，失压等状态的告警和指示等等。,第三节 高频开关整流器,2、脉宽调制器 脉冲调制的方法分为两类，一类是驱动脉冲的频率固定，宽度与偏差大小成线性关系，称为脉冲宽度调制，简称脉宽调制（PWM）；另一类是驱动脉冲的宽度固定，即开关管每次持续导通的时间固定，脉冲频率与偏差大小成线性关系（即保证开关管在单位时间内导通的总时间适当），称为脉冲频率调制，简称脉频调制（PFM）。目前，在通信用高频开关电源中，PWM控制是主流。,第三节 高频开关整流器,最简单的集

24、成电路脉宽调制器的基本结构框图如图3.6所示。,图3.6 集成电路脉宽调制器基本结构框图,第三节 高频开关整流器,当锯齿波电压高于误差信号电压UC时，比较器输出为正（高电平），反之则为零，如图3.7所示。,图3.7 脉宽调制控制器的工作波形,第三节 高频开关整流器,振荡器的输出电压US同时送到触发器的CP输入端使触发器翻转。触发器的Q端和电压比较器输出分别加在A通道与门的两个输入端，而 端和电压比较器输出分别加在B通道与门的两个输入端。由于与门的功能是只有当所有输入端全为高电平时，输出才是高电平，触发器的Q端与 端又是互为非的关系，因而比较器输出的方波脉冲中的单数脉冲由A通道输出，双数脉冲由B

25、通道输出。 A、B两通道输出的脉冲，可直接驱动双端开关电源中的两只功率晶体管。若驱动单端开关电源，通道A、B输出端可并联起来输出，也可仅用其中一个输出去驱动功率晶体管。,第三节 高频开关整流器,调节作用原理：当开关稳压电源的输出减小时，反馈信号、误差信号也随着减小，比较器及A、B两通道输出的方波宽度相应增宽（即占空比增大），从而使开关稳压电源的输出电压回升，达到稳压的目的，其脉宽调制波形如图3.7所示。 图3.6框图中振荡器的固定频率是可编程的，改变振荡器外设的电阻RT和电容CT的数值，就可改变其固定频率的数值。所有集成电路脉宽调制控制器，除了都具有所示的基本结构外，一般还具有各自的一些特点，

26、如可调死区时间限制，过压、欠压保护，软启动等等。,第三节 高频开关整流器,3.5 驱动电路 驱动电路的作用是将控制电路的驱动脉冲放大到足以激励高压开关管，由于它所提供的脉冲幅度以及波形关系到晶体管的饱和压降、存储时间，开通和关断瞬间集电极电压电流上升下降速率等运行特性，从而直接影响其损耗和发热，因此，驱动电路被认为是决定PWM型开关电源优劣的要素之一。 驱动电路一般都具有隔离作用，常用变压器耦合方式来实现对高压功率开关器件的激励和输入级与输出级之间的隔离，同时还兼有在功率开关器件关断时，施加反向偏置加速器件关断的功能。,第三节 高频开关整流器,典型的驱动电路原理如图3.8所示。 在图中驱动变压

27、器的一次绕组的输入信号，就是控制电路的输出驱动信号，由变压器隔离处理后经整形电路整形后输出。,图3.8 驱动电路原理图,第三节 高频开关整流器,3.6 功率因数校正电路 l、功率因数校正电路的引入 在无功率因数校正的开关电源中，交流输入电压经整流后，直接加到滤波电容器两端。只有交流输入电压高于滤波电容两端电压时，滤波电容才开始充电，因此输入电流波形为宽度很窄的脉冲，这种电流的谐波分量很大，输入总谐波失真可高达100%-130%。因为只有基波电流与输入电压同相位，基波电流有效值 与电网电流有效值 之比较小，所以功率因数较低，通常只有0.6-0.7。,第三节 高频开关整流器,2、功率因数校正的原理

28、 在高频开关电源中，功率因数校正可采用无源功率因数校正和有源功率因数校正。 (1)无源功率因素校正的基本原理 采用无源功率因数校正法时，应在开关电源输入端加入电感量很大的低频电感，以便减小滤波电容充电电流的尖峰。这种校正方法比较简单，但是校正效果不很理想，通常经无源功率因数校正后，功率因数可达到0.85。此外，采用无源校正法时，功率因数校正电感的体积很大，增加了开关电源的体积，因此，目前这种方法很少采用。,第三节 高频开关整流器,(2)有源功率因数校正的基本原理 有源功率因数校正电路的原理框图如图3.9所示。,图3.9 有源功率因数校正电路的原理框图,第三节 高频开关整流器,有源功率因数校正电

29、路的原理框图如图3.9所示。它主要由桥式整流器、高频电感L、功率开关管VT、二极管VD、滤波电容C和控制器等部分组成。该电路实质上是一种升压变换器。控制器主要由基准电源、低通滤波器、误差放大器、乘法器、电流检测与变换电路、信号综合电路、锯齿波发生器、比较器和功率开关管驱动电路等部分组成。功率因数校正电路的输出电压经低通滤波器滤波后，加入误差放大器，与基准电压比较，二者之差经放大后，送入乘法器。为了使功率因数校正电路的输入电流为正弦波并且与电网电压同相位，市电电压经全波整流后，也加到乘法器。乘法器将输入电压信号与输出误差信号相乘后，送入信号综合电路。,第三节 高频开关整流器,电流取样电阻 两端电

30、压正比于功率因数校正电路的输入电流。 两端电压加到信号综合电路，与乘法器输出信号综合。信号综合电路输出的模拟信号与锯齿波发生器产生的锯齿波电压，经比较器C比较后，转换成脉宽调制 (PWM)信号，该信号经驱动电路放大后。控制功率开关管VT(MOSFET)导通或关断。MOSFET导通后，高频电感L中的电流 (也即功率因数校正电路输入电流)线性上升。当 的波形与整流后的市电电压波形相交时，通过控制器使MOSFET关断。此时，电感两端的自感电势使二极管VD导通，电感L通过VD对电容放电，电感中的电流 线性下降。当 下降到零后，控制电路使MOSFET再次导通，上述过程重复。,第三节 高频开关整流器,功率

31、因数校正电路输入电压和电流波形如图3.10所示。由图可以看出，功率因数校正电路输入电流平均值 的波形，始终跟随输入电压的波形，也就是说，输入电压与输入电流保持同相位，因此，功率因数接近于1。,图3.10 功率因数校正电路输入电压和电流波形,第三节 高频开关整流器,3.7负荷均分电路 高频开关电源系统由若干个高频开关整流器模块，安装在一个或几个整流机架上，以并联方式向负载供电。这就要求每台整流器能够平均地分担电源系统输出的总功率。负荷均分一般采取并联均流方式、主从均流方式、自动平均均流方式。,第三节 高频开关整流器,图3.11 自动平均均流系统连接图,第三节 高频开关整流器,图3.12 整流模块

32、均流电路原理图,整流模块内部均流电路原理图如图3.12所示。由图中看出在整流模块输出电路增加了均流电阻Ra、电流误差放大器及加法器。,第三节 高频开关整流器,3.8监控模块 3.8.1监控模块的主要功能 监控模块是高频开关电源系统中的智能装置，对开关电源系统的运行进行统一的管理。该模块通过内部通信接口，根据预定的工作程序，对开关整流模块、交、直流配电屏及电池的运行状态进行实时监视、控制和管理。一套开关电源系统有一个监控模块，可同时监控多个高频开关整流模块和配电装置。另外，通过RS232485外部接口纳入上一级监控管理系统，发送并接收相应的信息，执行监控系统的命令；同时，还具有完成对各种参数及运

33、行信息的存储，由维护人员在现场进行运行参数的调整，将系统的运行状态与参数进行实时的显示等功能。,第三节 高频开关整流器,系统的运行状态与参数进行实时的显示等功能。具体如下： （1）显示功能 监控模块可在其液晶显示屏上分屏显示系统各种运行信息，如交流输入电压、直流输出电压/电流，电池的均/浮充状态等。 （2）参数设置 可通过键盘和显示屏输入、修改电源系统的工作参数。这些参数将在以后电源系统的运行过程中，影响整个系统的工作，所以设置参数时，必须确保输入的参数值与实际情况一致，否则监控模块不能正确地监控电源系统。,第三节 高频开关整流器,（3）控制功能 监控模块根据系统的运行状态，对被监控对象发出相

34、应的动作指令，主要包括： 1.改变整流模块的限流点； 2.控制整流模块的开/关机状态和均/浮充状态； 3.电池欠压保护等； 上述操作监控模块可以根据采集到的数据自动控制外，具有控制权限的用户也可以通过键盘直接键入相应的动作命令。,第三节 高频开关整流器,（4）告警功能 监控模块可以根据采集到的数据，对系统交直流配电开关量、模拟量、电池运行状态进行监控，并综合相关信息处理进一步的告警。 5）历史记录 监控模块将电源系统运行过程中的一些重要状态和数据，根据时间或其它条件存储起来，以备查询。监控模块可提供五条的历史告警信息，每一条信息都包括告警类型、起始时间和结束时间，并保证掉电后不会消失。用户随时

35、可以在液晶显示屏上浏览。,第三节 高频开关整流器,（6）故障回叫 故障回叫是指系统发生紧急告警时，监控模块通过MODEM拨号，向监控后台发出告警信息，申请后台计算机立即处理该电源故障。 （7）电池自动管理 监控模块可根据用户设定的数据（如充电限流值、均/浮充转换电流值、二次下电电压值和电池保护电压值等）调整电池的充电方式、充电电流，并实施各种保护措施（如充电限流、浮充温度补偿、二次下电和电池保护等）。,第三节 高频开关整流器,（8）超级管理 超级管理功能是为系统管理员设置的，其中有系统密码重置、系统参数重置和设置序列号等功能。 系统密码重置是将系统操作密码重置为默认值，它是为丢失系统操作密码而

36、设的。 系统参数重置是将系统的设置参数重置为默认值，它是当系统设置发生混乱时，为恢复系统设置而设的。一般情况下请勿使用。,第三节 高频开关整流器,3.8.2监控模块的硬件原理框图 电源系统监控模块收集各基础监控单元的数据，显示在大屏幕点阵式液晶显示器上，并根据这些信息实行各种控制和管理功能。如果需要，监控模块还可通过多种通信方式连接监控后台。,第三节 高频开关整流器,图3.13 监控模块硬件原理框图,第五章 直流供电,直流供电系统,第二节 交流配电屏,第四节 直流配电屏,第三节 高频开关整流器,第一节 直流供电系统概述,第八节 太阳能供电系统,第七节 直流供电系统配置参考,第六节 直流-直流变

37、换器,第五节 蓄电池,第四节 直流配电屏,第四节 直流配电屏 4.1直流配电屏的技术要求 直流配电屏位于整流器与通信负载之间，主要用于整流器、蓄电池组的接入和直流负荷的分配。其主要技术要求如下： (1)同一种电压同型号的直流配电屏应能并联使用。 (2)可接入两组蓄电池。 (3)负荷分路及容量可根据系统实际需要确定。 (4)在低阻配电系统中，直流屏带额定负荷时，屏内放电回路电压 降500mV。 (5)具有过压、欠压、过流保护和低电压告警以及输出端浪涌吸收装置。 (6)对于蓄电池充放电回路以及主要输出分路应能够进行监测。 (7)小型通信局（站）所用的直流屏应具有分级供电和电池切断保护功能。,第四节

38、 直流配电屏,4.2直流配电原理 直流配电单元原理图见图4.1。 图4.1 直流配电单元工作原理图,第五章 直流供电,直流供电系统,第二节 交流配电屏,第四节 直流配电屏,第三节 高频开关整流器,第一节 直流供电系统概述,第八节 太阳能供电系统,第七节 直流供电系统配置参考,第六节 直流-直流变换器,第五节 蓄电池,第五节 蓄电池,第五节 蓄电池 5.1概述 5.1.1. 蓄电池在通信电源系统中的作用 蓄电池是良好的直流电源，它具有电压稳定、无脉动成分、使用方便可靠等特点。因此，在通信系统中得到了十分广泛的应用。蓄电池既可作为直流电源系统备用电源，又可作为起动动力电源，还可作为高压配电系统中的

39、直流操作及控制电源。,第五节 蓄电池, 荷电待用。蓄电池在通信电源中主要用于直流供电系统与交流不停电系统(UPS)，是其不可缺少的重要组成部分。蓄电池在系统中的作用主要作为储能设备，当外部交流供电突然中断时，蓄电池作为系统供电的后备保护，将担负起对全部负载供电的任务，从而保证了通信设备的正常工作。在直流供电系统中，蓄电池可提供1-20h或更长时间的不停电供电；在交流不停电系统(UPS)中，蓄电池可提供0.5-1h的不停电供电，以维持正常的通信。因此，蓄电池作为系统供电的最后一道保证，亦是维持正常通信的最后一道屏障。,第五节 蓄电池,平滑滤波。在直流供电系统中，整流器的输出电压仍存在着纹波及多种

40、谐波电压，由于蓄电池对低频谐波电流呈现极小内阻，仅为数十毫欧，而与之关联的负载内阻远大于电池内阻。所以蓄电池对整流器输出纹波电压具有旁路功能，即平滑滤波作用，能改善整流器的供电质量。,第五节 蓄电池,调节系统电压。目前，大多数通信设备工作电压范围较宽，勿需采用调压装置。20世纪80年代以前，在通信直流供电系统中采用电池组加尾电池的方式，起到交流电源中断后的直流电压调整作用，以保证在交流电源中断后,解决少数通信设备最低允许直流供电电压偏高的问题。 在动力设备中作起动电源。中小型油机发电机组均采用蓄电池作起动电源。,第五节 蓄电池,5.1.2蓄电池的分类 （1）按不同用途和外形结构分为： 固定型蓄

41、电池，它又分为开口式、封闭式、防酸隔爆式、消氢式等。 移动型蓄电池，它分为汽车用、火车用、摩托车用、船舶用、电瓶车用。 （）按极板结构分为：涂膏式（或涂浆式）、化成式（又称形成式）、半化成式（或半形成式）、玻璃丝管式（或叫管式）等。 （）按电解质的不同分为：铅酸蓄电池、碱性蓄电池。 （）按电解液的多少分为：富液式和贫液式。 目前广泛使用的富液式电池有防酸隔爆式和消氢密封式。 贫液式电池按其防止溢酸的原理，又分为超细玻璃纤维吸附式和胶体固酸式两种。,第五节 蓄电池,5.1.3蓄电池的基本概念 （1）充电与放电 充电是指蓄电池从其它直流电源中获得电能的过程。充电容量指对蓄电池充入的电量，以Ah计算

42、。 过充电是指对已充足的蓄电池继续充电，有强烈析气反应。 放电是指蓄电池供给外电路负载电流的过程。此时由化学能转变为电能。放电容量指蓄电池放出的电量，以Ah计算。 深放电是指放出额定容量的80%以上的放电。 浅放电是指放出额定容量的25%以下的放电。 过放电是指低于规定终止电压的放电。,第五节 蓄电池,（2）电动势E与端电压U 当外电路断开即没有电流通过电池时，在正、负极间的电位差，叫做电池的电动势。电动势是引起电池内外电路中产生电流的原动力。 蓄电池的电动势，主要与电解液的密度有关，可近似地以下列经验公式表示： E= 0.85+d 式中，d电解液密度（15时）； 0.85电动势常数。,第五节

43、 蓄电池,电路闭合时，电池两极的电位差叫做电池的电压，或叫端电压。蓄电池的端电压在充电和放电过程中，由于电流通过的方向不同，蓄电池内阻（r）上压降的方向也不同，因此端电压也不同。在放电时，端电压（U放）低于蓄电池的电动势（E）。充电时，端电压（U充）高于蓄电池的电动势（E）。可用下列公式表示： 充电时，U充= E + I充r 放电时，U放= EI放r 当公式中I =0时(即蓄电池开路)，则U=E。这就说明了蓄电池的电势与端电压的关系。,第五节 蓄电池,（3）蓄电池的容量 蓄电池的容量是指蓄电池储存电量的数量，通常以充足电后的蓄电池放电到规定终了电压时所能供应的电量。 当蓄电池采用一定电流连续放

44、电，电池容量C（单位：安时）用下式计算： 式中，I放为放电电流（A），t放为放电时间（h）。 当放电电流随时间变化时， 单位重量或单位体积的容量（Ah）称为比容量，单位为Ah/kg或Ah/L。,第五节 蓄电池,（4）蓄电池的效率 电量效率（安时效率） 输出电量与输入电量之比，叫做蓄电池的电量效率，也称为安时效率。 式中，C放和C充分别为放电和充电容量。 电能效率（瓦时效率） 输出电能与输入电能之比，叫做蓄电池的能量效率，也称为瓦时效率 式中，U放和U充分别为平均放电和充电电压。,第五节 蓄电池,（5）蓄电池的自放电率 蓄电池充电后在断路状态和指定的环境下搁置，由于电池的局部作用而造成电池容量消

45、耗，容量损失与搁置前的容量之比，叫蓄电池的自放电率。 式中，C1为搁置前放电容量（安时）。 C2为搁置后放电容量（安时）。 P为自放电率（%），即在指定的温度下，每若干昼夜的自放电率为多少。温度较高、电压较高时，因为局部作用所消耗的容量较快，所以自放电率百分数要大一些；在充电后搁置第一、第二昼夜的自放电率最大，以后逐渐减少。,第五节 蓄电池,5.2 铅酸蓄电池的基本原理 蓄电池是一种化学电源，它的构造可以是各式各样的，可是从原理上讲所有的电池都是由正极、负极、电解质、隔离物和容器组成的，其中正负两极的活性物质和电解质起电化反应，对电池产生电流起着主要作用，如图5.1所示。 图中1电解质 2负极

46、 3容器 4正极 5隔离物 6导线 7负荷 图5.1 电池构造示意图,第五节 蓄电池,在电极和电解液的接触面有电极电位产生，不同的两极活性物质产生不同的电极电位，有着较高电位的电极叫做正极，有着较低电位的电极叫做负极，这样在正负极之间产生了电位差，当外电路接通时，就有电流从正极经过外电路流向负极，再由负极经过内电路流向正极，电池向外电路输送电流的过程，就是电池的放电过程。,第五节 蓄电池,电池放电以后，用外来直流电源以适当的反向电流通入，可以使已形成的新化合物还原成为原来的活性物质，而电池又能放电，这种用反向电流使活性物质还原的过程就是电池的充电过程。,第五节 蓄电池,5.2.1电动势的产生

47、铅蓄电池的正极是二氧化铅 (PbO2)，负极是绒状铅 (Pb)，它们是两种不同的活性物质，故和稀硫酸 (H2S04)起化学作用的结果也不同。在未接通负载时，由于化学作用使正极板上缺少电子，负极板上却多余电子，如图5.2所示，两极间就产生了一定的电位差。,图5.2 铅蓄电池电动势的产生过程,第五节 蓄电池,5.2.2 放电过程的化学反应 当外电路接上负载 (比如灯泡)后，铅蓄电池在正、负极板间电位差 (电动势)的作用下，电流I从正极流出，经负载流向负极，也就是说，负极上的电子经负载进入正极，如图5.3所示。同时在蓄电池内部产生化学反应:,图5.3 铅蓄电池在放电时的化学反应,第五节 蓄电池,于是

48、，放电时总的化学反应为: 正极 硫酸 负极 正极 水 负极 PbO22H2SO4Pb PbSO42H2OPbSO4,放电,第五节 蓄电池,所以放电过程中，蓄电池内阻越来越大。Pb、PbO2、PbSO4三者体积比如下： Pb: PbO2: PbSO4=18:26:49=1:1.44:2.72 放电过程中极板由于体积增大而膨胀，深度放电可使极板损坏。,第五节 蓄电池,5.2.3充电过程的化学反应 充电是放电过程的逆过程，如图5.4所示。(a)充电时的化学反应(b)充电时的情况 图5.4 铅蓄电池在充电时的化学反应,(a)充电时的化学反应,(b)充电时的情况,第五节 蓄电池,于是,充电时总的化学反应

49、式为: 正极 水 负极 正极 硫酸 负极 PbSO42H2OPbSO4 PbO22H2SO4Pb 从充电反应式看出，当蓄电池充电后，两极上原来被消耗的活性物质复原了，同时电解液中的硫酸成分增加，水分减少。,充电,第五节 蓄电池,5.3 铅酸蓄电池的结构 5.3.1铅酸蓄电池的一般结构 蓄电池由正极板、负极板、隔离物、电解液、容器等组成。正、负极板、电解液是电池的主体。,第五节 蓄电池,1、极板和极板群 铅酸电池的极板群是由单片极板组成。单片极板是由板栅和活性物质构成。正极板的活性物质是二氧化铅（PbO2），负极板的活性物质是纯铅（Pb）。铅蓄电池的极板根据构造和活性物质化成方法的不同，可分为四类：