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直流电源与交流电源等传统电能质量传递的弊端
当今的电子设备大多运行在高度精确且经过调节的直流电上。但是,它们首先依赖交流电,主要来自公共电网或其他来源,然后将其转换为直流电。公共电网通常被称为主电源。这些来源通常会引入错误和中断,给设备电源带来挑战,本文将着眼于传统电源技术的弊端。

当今的电子设备大多运行在高度精确且经过调节的直流电上。但是,它们首先依赖交流电,主要来自公共电网或其他来源,然后将其转换为直流电。公共电网通常被称为主电源。这些来源通常会引入错误和中断,给设备电源带来挑战,本文将着眼于传统电源技术的弊端。

传统技术在防止可能引入或由设备本身的设计引起的错误方面存在不足。在本文中,我们还将考虑使用固态电源的更准确、更可靠的新方法。检测和诊断电网引入错误方面的更高准确性和可靠性使被测设备能够符合设备自身的设计规范以及行业标准。

使用可编程电源 (PPS) 可以可靠、准确地提供所需形式(电压、电流、频率)的电源。同样,PPS 可以引入、检测、测量和记录可能影响性能的错误。开发中的设备 (EUD)。需要不同形式的交流和/或直流电源,包括电压、频率和电流。然而,在使用中,它主要依赖于公共电网,用于开发的工具也是如此。

整改问题

机械电动发电机传统上用于转换电压和频率,但这样做会经常引入影响正在开发的设备 (EUD) 性能的错误。此外,军用设备往往有定制的电压和频率需求,这反过来也意味着对开发中使用的电源有特殊要求。使用传统方法来提供此类定制需求将更加困难。

机械电动发电机也有尺寸、重量和功率 (SWaP) 的缺点,现在大部分被固态设备取代。除了可编程以满足各种要求外,PPS 还可以配备内置仪器。这使得他们可以在监控输入和输出的同时从提供给 EUD 的交流电源引入已知错误。

今天对 PPS 的期望首先是稳定且可调的电压和频率转换,其形式为干净的输出,可防止任何电网引入的错误。其次,他们必须能够准确测量(并可能记录)来自电网和 EUD 电源的输入和输出。第三,它们必须能够引入电压和频率的变化以及诸如下降和下降之类的误差。当然也需要测量效果的能力。

最后,实际上整个过程的目的,他们必须能够帮助开发人员找到此类错误的来源并纠正它们。成功的开发取决于干净的交流电源以及引入已知错误和观察结果的能力。而要实现这一点,设计精良、功能强大且可靠的可编程电源是必不可少的。为支持此类测试和验证,国际电工委员会 (IEC) 发布了一套可纳入 PPS 的交流故障检测、测试和合规性标准。这些标准描述如下。

交流故障保护的 IEC 测试标准

IEC 61000-4-11 是测试对电压变化(如骤降、跌落、骤降和中断)的抗扰度(或敏感性)的标准。这些是主电源中最常见的干扰形式。此类故障被认为是主电源质量不佳的最常见原因,IEC 61000-4-11 提供了一套全面的测试(见图 1)。

直流电源与交流电源等传统电能质量传递的弊端

IEC 61000-4-14 旨在检测主电源电压中的干扰影响,通常被称为“基本测试标准”。随机变化的重负载,如电弧炉、轧机或负载变化的大型电机,通常会导致电压波动。波动会导致电压下降,直到电源可以补偿为止。一个常见的症状是照明系统中的瞬态闪烁。

IEC 61000-4-28 解决了设备对其交流电源频率变化的抗扰度。它也被认为是“基本测试标准”,并指定了为帮助满足通用标准而指定的基本测试。由于交流电源的频率通常为 50Hz 至 60Hz,因此计算它们对设备的影响相当简单。但是,不应低估它们可能导致的问题。

PPS 需要涵盖的第四个标准是飞机电力特性标准,MIL-STF-704 修订版 F。虽然它是美国的军用标准,但 MIL-STF-704 已被周围许多国家采用世界包括中国。目前吉事励解决了所有这些问题。

提供清洁能源

如上所述,传统上使用电动发电机来转换频率和可变变压器以改变电压。接下来,如果需要,整流器用于产生直流电。但固态设计正在获得动力。一些可编程电源是基于变压器的,而另一些则是无变压器的,因此能够包括附加功能。目标是将电网系统的电源转换为稳定、清洁的电源。如果电网系统中存在噪声或电压或频率波动,电源将从交流整流为直流,并重建为具有稳压和低噪声输出的交流或直流形式。

电动发电机方法的问题在于它们的输出取决于电网,并且它们在 SWaP 方面存在问题。电机和变压器使它们体积大、体积大、噪音大。而且它们很昂贵,需要定期维护。此外,输出变压器只能针对电压进行调整,因此使用交流频率作为时序参考的控制系统可能会进入错误状态。它们还可能与由更准确的直流定时源控制的系统中的其他元件不同步。

交流电机根据频率增加和降低转速,这会影响其负载处理能力。而且,如果电力负载需要同时调整频率和电压,使用旋转方法将需要 MG 组和一个额外的可变变压器,增加了 SWaP 和维护问题。固态频率和电压解决方案正在取代过时的电动发电机转换方法。

固态转换通过使用绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 消除了变压器。IGBT 首先将交流电转换为直流电,然后再将其转换为交流电。这种方法使交流输出与手头项目所需的电压和频率相匹配。有时,如果需要可变电压,在 PPS 中会使用可变输出变压器。

例如,支持多种产品系列的固态设计方法,该公司的AS2000适用于认证局。此外,AS2000将应用于家电、电子、医疗器械、照明等多个行业的生产和研发。AS2000系列是大功率可编程交流电源,可提供THD±0.5%和高达2000kVA的功率。

它非常适合模拟不同地区的电压和频率条件,具有可编程功能,可轻松模拟单个或连续输出变化(图 2)。这些和其他可选功能使其适用于研发设计验证、质量保证和生产检查。固态方法最近变得更加经济,因此它的许多优势现在触手可及。没有移动部件可改善 SWaP、降低维护成本、降低温度和电气噪声,并提高整体效率。

具有输出变压器有其优点和缺点,这可以作为 PPS 的一个选项。没有输出变压器设计的 PPS 可以提供更宽的频率范围和更多的电力线干扰测试功能(例如瞬态测试或直流偏移测试等)。但是,如果测试单元出现故障或反向电流返回电源,则输出上没有电流隔离可能会导致设备损坏。包含输出变压器的 PPS 设计在感性负载方面更加稳健,而没有输出变压器的 PPS 设计更符合瞬态测试、更宽频率应用或谐波测试的需求。然而,PPS 的最大优势在于其编程能力。

设置可编程电源

可以使用上述 IEC 测试标准设置可编程电源。设置完成后,PPS 可以测试、记录、诊断和认证正在开发的设备,以及对该设备及其设计的电源进行测试和故障分析。目标是确保它在现场运行可靠且无故障。为此,PPS 本身必须经过 IEC 认证,并且能够(最好是内置)按照 IEC 标准进行设置和测试。在本例中,AS2000 支持需要电流隔离保护的应用。

AS2000 系列旨在模拟不同地区的电压和频率条件,可涵盖家用电器、电机、医疗设备、照明和 EMC 实验室的应用。在任何 PPS 中都应包含的功能包括 STEP 和 RAMP 可编程功能,以模拟单个或连续输出变化。三相独立调节、可选的遥感和可选的相角调节都提供了方便的控制来模拟不同类型的线路干扰和掉线。

这些功能专为研发设计验证、质量保证和生产检查的测试应用而设计。AS2000 系列具有标准 RS-232/RS-485/RS-422 接口卡以及以太网接口,便于设置、编程和远程控制。多功能性是另一个优点:输出范围从 5 到 520 VL-L,可提供自定义电压以及 50Hz 和 60Hz 的设定频率以及 45Hz 到 500Hz 的可定制频率。

总之,在大多数情况下,您设备设计和测试的电源来自电网。电网并不总是提供稳定和清洁的交流电源。因此,确保电源清洁、可靠且不会引入错误非常重要。遵循交流故障保护的 IEC 测试标准。使用传统电动发电机和可变变压器进行频率和电压转换时,请确保输出干净。

将传统方法与固态可编程电源方法进行比较以获得最佳结果。换句话说,请考虑性能、成本和长期要求,以确定最适合设计的方法。与传统方法相比,使用固态 IGBT 的可编程电源可以提供更准确、更可靠的交流电源。

时间:2021.11.11 来源:吉事励 阅读:5353
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