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高频机的选择与应用
工频机与高频机的概念主要是对整流部分而言,工频机是可控整流,传统技术最好可做到12拍整流;而高频机的整流是二极管不控整流+IGBT的高频直流升压环节。对逆变器而言都是IGBT的SPWM高频逆变工作方式(除早期的可控硅逆变工作模式UPS,目前已经淘汰)。另外,工频机的输出变压器必不可少,由于其整流逆变等环节均为降压环节,因此在输出侧必须有升压变压器作为电压的调整。
工频感应加热设备与其它机种的主要区别
工频,既是指交流电网中电流电压的固有频率,世界上主要有二种,我国为50HZ,日美等国为60HZ。之所以称为工频感应加热设备(简称工频机),是因为该种机器是直接将输入的工频电能,通过调压和变流处理,便输出到能量变换器--感应圈上。在这里,工频机只对输入的电流、电压进行了调整和控制,至于频率则没有做任何改变。
工频机的工作原理决定了它的内部电路的组成。它主要由电能输入电路,调压整流电路、功率输出电路、控制电路、保护电路、滤波电路和提供工作条件的辅助电路等组成。
而除此之外的其它频率的感应加热设备,无论它称之为中频(1KHZ至20KHZ左右)、超音频(20KHZ至40KH左右)、高频(40KHZ至200KHZ左右)、超高频(200KHZ以上,可高达几十MHZ),甚至是其它的低频(50HZ至1KHZ左右)。它们所输出电流的频率,均需要经过变频处理才能得到。
它们的工作原理也决定了它们的内部电路的组成。主要包括电能输入电路、整流电路、滤波电路、变频电路(振荡电路、逆变电路)、功率输出电路、控制电路、保护电路和提供工作条件的辅助电路等。
由此可知,工频机的原理较为简单。虽然从原理上讲其它机种只是主要多了个变频电路,但从实际的电路结构上讲,则需要设计的更为精确、合理和巧妙。工频机一般是采用模拟电路,而其它机种则多是采用模拟电路和数字电路。
工频机虽然原理简单、结构简单,但是由于其工作频率极低,其内部的容性元件和感性元件的电容量和电感量均需要很大。对高频电流的趋肤效应、边缘效应的利用也极低。因此,它在成本、体积和效率上均不占有优势。所以工频机在实际应用中较少。
不过,正是因为工频机在工作时被其加热的工件,受趋肤效应和边缘效应的影响极少,使得它在对工件的透热方面效果最好。所以,它在大型冶炼以及大型工件的加热等方面占有相当的优势。
几种感应加热方式的差别与用途,可参阅本人的另二篇文章《感应加热技术与如何选好用好感应加热设备》和《感应加热技术与实际电路的设计》。
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24V直流电源 - 24V 直流电源的组成
一般24V直流电源的组成,其中包括四个组成部分,现将它们的作用分别加以说明。
一、电源变压器
电网提供的交流电一般为220V(或380V)。而各种电子设备所需要直流电压的幅值却各不相同。因此,常常需要将近电网电压先经过电源变压器,然后将变换以后的副边电压再去整流、滤波和稳压,最后得到所需要的直流电压幅值。
二、整流电路
整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流元件,将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。但是,这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分,距离理想的直流电压还差得很远。
三、滤波器
滤波器由电容、电感等储能元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉,使输出电压成为比较平滑的直流电压。但是,当电网电压或负载电流发生变化时,滤波器出直流电压的幅值也将随之而变化,在要求比较高的电子设备中,这种情况是不符合要求的。
四、稳压电路
稳压电路的作用是采取某些措施,使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。
24V直流电源 - 24直流电源工作原理
损耗> 直流电的传输损耗大,所以不适合长距离传输, 交流电的传输损耗小,所以适合长距离传输,
<使用>: 直流电电压稳定,无白躁声,故适於电子产品使用(例如电视机,收音机电脑等), 交流电要经过整流/开关电源等变成直流电才能供电子产品使用
<测量>: 12V交直流电的区别:
a)用数字万能表测量,分别用20V交流电压及20V直流电压档测量,结果会不一样,
b)简单测量法:用感应电笔(非普通用电笔)放在电线包皮外,12V交流电仍会有显示,12V直流无显示,
<安全>: 12V直流电比12V交流电对人体更安全, 天气坏/人心情坏(人体电阻降低)等情况时,12V交流电仍有可能会电死人,12V直流电在100%情况不会电死人,
<图型>: 直流电的图型(电压)是一条直线(可以说频率为0Hz),电压恒定(理想情况时), 交流电的电压图型是正弦曲线(波浪型)(理想情况时),电压周期性,在每一时刻都不一样,频率=50Hz(国内)或60Hz(国外),但肉眼看通电后的电灯泡没有感觉,
<公式>: 同是对一个电阻负载(灯泡)供电时,好似电流公式功率公式都相同无差别,对非电阻负载(电机等)供电时,参考以上两个回答(好像电流功率公式不一样,交流还要加上频率等变量),
<附加>: 如果想在电线进行数据传输(例如国外的家居大厦之智能控制系统),只有交流电适合, 直流电也有可能适合,但国内外基本上无对直流电此情况的研究(因为直流电的传输损耗故基本放弃此附加数据想法),
<峰值>: 根据电压图型,12V交直流电的瞬间峰值电压不一样,瞬间峰值电压(12V直)≡12V,瞬间峰值电压(12V交流)=√2×12V
<制作>:直流电制作简单多种方法,交流电制作复杂需专门机器,若为野外或战地无设备工具情况临时短时使用12V设备(例如通讯设备),要制作12V直流还可以采集1000个(大约数目未核实)番茄插上电极串连来临时短时使用,要无设备工具情况下制作12V交流电则无可能
另:汽车发动机好似是直接输出直流12V(或者24V)的,故有车时的野外或战时情况,12V直流设备易於使用(含仍可稍稍小部分改装从而使用台式电脑(CRT式显示器好似也可以小部分改装电源部分后使用) ),
另:在和平时代/城市地方,12V交流易於取得,12V直流电源较难取得(指高耗能中耗能设备)
在战时/野外地方,12V交流难取得(因需机器),12V直流相对而言,易於取得(例如太阳能充电/汽车/..)
<变压>:如果想分别对12V交直流电进行变压处理,使用的原理不一样, 对12V交流电:多数采用线圈变压器处理(包括电流感应器电压感应器(用於大厦总总电表使用)都是此原理),变压原理简单,变压设备复杂
在室内应用场合,雷击脉冲经配电系统衰减后才能到达UPS的输入端,由于电力箱变暴露在户外,存在被雷电直接击中的可能。如果系统防雷措施不够完善,耐雷击电压较低,UPS将直接承受雷击带来的电压与电流冲击,导致UPS损坏。
在三相四线制供电中,中线输岀点直接接地,称为零线。理论上零地电压为零伏。零地电压的产生是由于三相不平衡负荷产生的基波电流以及3次谐波和3N次谐波产生的高次谐波电流。当此电流在零线上流动时,它与零线电阻的乘积就是电流流过零线时的压降。零线上的压降就是所谓的零地电压。在网络机房运行中零地电压要求小于2V。超过此值,UPS内设置的零地电压监测电路就会起动,使UPS退出运行。
越来越依赖技术为我们提供安全感:相机、应急电话甚至安全照明都给人可靠的感觉,让我们明白,如果需要,可以随时使用它们。确保紧急情况下的可用性依赖于不出差错的电源,这相应意味着高品质的备用电池。但是,如何知道备用电池真的不出差错呢?
这个问题困扰着依赖电池提供应急电源的设备制造商。如何知道在最需要的时候,它能够发挥作用,这对于不间断电源(UPS)制造商尤其重要,因为UPS的唯一用途是在主电源发生故障时确保计算机系统或医疗设备的电力供应。在这些情况下,电力提供和在确定的时间与供给容差范围内供电是极其必要的。
大多数备用电池使用多个阀控铅酸蓄电池(VRLA)做成整体电池组。虽然称作“免维护”,但这项技术有众所周知的不足,其中的任何一个都可能造成电池低效甚至完全不起作用。
因此,弱、老化或其他“不健康”的电池构成这些系统的严重危险,需要定期维护检查它们的健康状态(SOH)与荷电状态(SOC)。不论这些维护多么频繁,在维护检查间隙仍有发生电池故障的风险。为了克服这种状况,一些公司正转向提供持续原位SOH和SOC监测的系统。
2 持续监测
持续监测似乎是个简单的解决办法,但在现实中面临经济上的难题。持续监测方案通常需要增加50%的电池成本,如果把安装和运行考虑在内,增加比例甚至高达70%。面对这么高的成本,在提示电池寿命终结的平均无故障时间(MTBF)之前定期更换电池,可能是更经济的做法。然而,和例行维护一样,这也充满不确定性,因为环境条件对电池的MTBF有很大影响。
制造商因而把目光转向低成本的持续监测系统,全面诊断电池在各个条件下的SOH和SOC。2007年3月,供应这类智能变送器的专业公司LEM与密封及排气式铅酸电池诊断和管理领域领先的权威机构RWTH亚琛大学合作,确立了先进的低成本电池监测管理的发展方向。
在其他制造商追逐更“时尚”的电池技术时,RWTH亚琛大学则已建立起技术中心并增强其力量,集中研究最为成熟和普遍销售的电池化学工艺。LEM-亚琛结成长期合作关系,共同研究VRLA富液和胶体电池的故障模式,开发包括SOH和SOC在内的下一代监测与分析系统。
通过这种合作和了解用户需要,LEM持续开发用于持续监测的“Sentinel”解决方案,终于研制出最新一代产品Sentinel III。Sentinel能够测量电池电压、内部温度和内部阻抗,其诊断测量水准可媲美高度复杂且昂贵的实验设备,但成本因素使其可用作持续监测方案。
为了开发Sentinel,如图1所示,LEM使用上述实验设备并选用众多的电池样品和品牌,进行广泛的研发。在这个项目中,Sentinel运用和复制了电化学阻抗频谱分析法。在解释高性价比的单芯片解决方案中如何复制这项先进技术之前,值得我们确切说明的是它实现的诊断水准以及如何保护基于电池的UPS的完整性。
图1用于评估监测装置的测试设置图1用于评估监测装置的测试设置
蓄电池使用环境温度问题
在高速铁路电力箱变使用的UPS所配蓄电池,为贫液式阀控密封铅酸蓄电池。阀控密封铅酸蓄电池允许使用环境温度范围为-15~45℃,蓄电池的建议使用温度为5~30℃。温度对蓄电池使用寿命的影响很大,温度升高将加速蓄电池内部水分的分解,在恒压充电时,高的室温环境,充电电流将增大,导致过充电。电池长期在超过标准温度下运行,则温度升高10℃,蓄电池的寿命约降低一半。在低温充电时,将产生氢气,使内压增高,电解液减少,蓄电池的使用寿命缩短。高速铁路使用的箱变运行环境温度在-20~55℃的环境内,夏季箱变内温度可达50℃~60℃。冬季箱变内温度在-20℃以下。在这种温度下,传统蓄电池会因为在低温下内阻增大,使电池不能进行正常的充放电。而在高温下造成蓄电池严重失水和膨胀变形,这些都影响了UPS所配阀控密封铅酸蓄电池的运行寿命。阀控密封铅酸蓄电池使用说明书指出,蓄电池的最佳使用环境温度为20℃~25℃,环境温度每升高10℃,电池的寿命就缩短一半。当温度增加时,会加速极板的腐蚀和失水,电池的容量下降,寿命随之缩短。另外环境温度的提高,会导致电池内部化学性增强,从而产生热能,又会反过来促使周围环境温度升高,这种恶性循环,会加速缩短电池的寿命。另外UPS输入电源谐波的存在也是电池老化的另一原因。
2 解决方案
由于UPS技术是一项实用技术,国内外各大电源公司、生产厂家以及科研院所都在对其进行研究。国外已经将许多先进技术应用到实际系统中,生产出了许多知名品牌的UPS。国内对UPS关键技术的研究,主要集中在少数知名院校,且大多数处在实验阶段,没能将它们应用到实际系统中去。从目前国内市场上看,国内生产厂商基本不能生产大型UPS,大型UPS市场几乎全部被国外公司占领。对于中小型UPS来说,虽然国内许多生产厂家都在对其进行研究,但其产品的可靠性和性能远远不如国外的同类产品。整个中小型UPS市场90%以上被国外公司占领,且没有针对野外运行环境开发的高铁电力箱变专用UPS。
根据以上对UPS各种故障原因分析,北京铁路局石家庄供电段于2013年在北京铁路局立项研制高铁电力箱变专用UPS。经过与合作方武汉申炜科技有限公司、厦门天力进岀口有限公司反复研究论证以及在现场运行试验过程中的反馈意见,在新UPS设计时,确定以下的技术方案。
(1) 通过器件的选材提高硬件的耐高、低温的能力,如辅助电源芯片选用军工级的,可以工作到-40℃。电阻采用陶瓷电阻,辅助电源采用比较大的裕量设计,平时正常功率为40W,新设计功率为80W,这样可以保证低温下工作的可靠性。采用风扇调速技术,在温度低的时候风扇转速降低,机器工作温度上升,自动提高转速加大风量。在高加速寿命试验(HALT)中存在低温不能启机的问题,通过排查解决了低温下辅助电源自动关机的原因,满足了-40℃启机。新设备内设置专门的温度控制单元,提高风扇带载能力,满足铁路的-40~60℃的运行环境。
(2) 电路板的三防处理
所有的电路板都进行防尘、防潮、防腐的环保三防处理。进风口加装防尘网,减少粉尘的进入,防止因凝露、粉尘造成电路板的短路故障。
(3)新UPS在设计时,电源输入测增设滤波电路,抑制输入电源的谐波电压峰值,减少因直流电压过高而引起的UPS自动关机故障,提高蓄电池的使用寿命。
(4)增大电路板及器件的设计裕量。选用如图5所示的铁硅磁芯的电感,解决铁粉芯电感老化问题。提高IGBT的带载容量选择,解决带冲击性负载或过载时IGBT损坏问题。加大电路板铜箔截面和间距,提高抗短路能力。
能使电路中形成恒定电流的装置,如干电池、蓄电池、直流发电机等,称为直流电源。在24V电压范围内又叫24V直流电源。24V直流稳压电源已经广泛应用于各行各业,农业领域也有应用,例如农业环境静电除尘,静电喷雾杀虫,农业物料静电喷涂包裹,农产品加工中的静电植绒、农业生物静电效应研究、静电杀菌、农业种子静电处理等等。
编辑摘要
目录124V直流电源
224V直流电源的组成
324直流电源工作原理
124V直流电源 224V直流电源的组成 324直流电源工作原理
24V直流电源 - 24V直流电源
直流电源有正负两个电极,正极的电势高,负极的电势低;当两个电极与电路连通后,直流电源能维持两个电极之间的恒定电势差,从而在外电路中形成由正极到负极的恒定电流。
要使直流电源两极间的电势差保持恒定必须使在外电路中由正极流到负极的正电荷,在电源内部逆着电场力的方向,由负极返回到正极去。这个过程不能靠静电力,只能靠某种与静电力方向相反的“非静电力”来实现。因此,电源就是一种提供非静电力的装置,通过非静电力做功,把非电能转化为正负电极之间的电势能。
24V直流电源的基本工作原理和应用
24V直流电源是将工频电网电能转变成特种形式的高压电源的一种电子仪器设备,24V直流电源按输出电压极性可分为正极性和负极性两种。
24V直流稳压电源已经广泛应用于各行各业,农业领域也有应用,例如农业环境静电除尘,静电喷雾杀虫,农业物料静电喷涂包裹,农产品加工中的静电植绒、农业生物静电效应研究、静电杀菌、农业种子静电处理等等。
随着农业科学技术的不断发展进步,农业科学研究和农业工程应用实践对高压静电电源的需求逐年增多,对其精度、性能、规格、品种、类型、体积、智能化操作等方面都提出了许多新的要求,现有的24V直流电源已经不能满足农业领域中的许多需要,研究和开发适合农业领域要求的多种新型48V直流稳压电源已经成为一种客观需求,而且其社会效益和经济效益都比较显著,市场前景比较光明。