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1、广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪1 前言电力控制系统是电力系统和电力设备可靠、高效运行的保证， 所以人们十分关注电力控制技术的发展。 经过长期不懈的努力， 电力控制技术日臻完善， 目前也达到十分先进可靠的程度。电力控制必须具备安全可靠的控制电源。在电力工程控制电源分为两类， 一类是直流电源，一类是交流电源。由于直流电源能独立于交流动力电源系统之外，不受交流电源系统事故的影响，具有安全可靠， 运行维护方便等特点， 从而得到广泛应用。特别是对于高电压和可靠性要求较高的电力设备，直流电源几乎是唯一可供选择的控制电源。属于直流电源的有蓄电池电源和交流整流电
2、源。鉴于直流电源在电力系统运行维护的重要性，本教材较为系统的讲述了直流电源的基本原理及发展现状， 并较详细的阐述了电力标准和国家标准所涉及的相关内容，并重点讲述了高频开关电源的重要参数的测试和校验。希望本教材能给读者在实际运用过程中，在排除故障时， 能有更多的帮助及参考意义，作为编者则感到莫大欣慰。 在编写的过程中由于时间仓促， 水平有限，书中难免有错误和不当之处，恳请读者指正。编写：王伟、谢春扬、谭杰、赵应龙校对：邓茜、杨海涛审核：王道龙广州拓威讯科技发展有限公司教材编写组二七年七月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -
3、- 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪2 目录第一章直流系统概述 , 3 1.1 直流控制电源1.2 直流控制电源的发展1.3 对直流控制电源的基本要求1.4 直流电源安全隐患与防范措施1.4.1 充电装置性能指标不合格1.4.2 蓄电池容量下降第二章直流系统充电装置的原理与发展方向, 6 21 直流系统充电装置分类22 高频开关电源工作原理221 高频开关电源的组成222 开关控制稳压原理23 充电装置的发展231 电力电子技术的发展232充电装
4、置的发展趋势第三章直流电源标准介绍 , 13 31 术语和定义32 充电装置技术要求第四章直流电源综合特性测试原理, 19 41 稳流精度、稳压精度及纹波系数测试原理42 直流电流电压输出误差试验43 限压特性、限流特性试验44 效率和功率因数试验45 高频开关电源模块均流不平衡度试验第五章 TOPWHIP GCD223 型直流电源综合特性测试仪介绍, 24 51 装置结构52 装置功能特点521 装置功能522 装置特点53 检测原理框图54 TOPWHIP GCD 系列改进产品的特点55 电源综合特性测试仪发展方向附录,29 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -
5、 - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪3 第一章直流系统概述1.1 直流控制电源发电厂和变电所中，为控制、信号、保护、自动装置以及某些执行机构供电的电源系统，通常称为控制电源，如系统直流电源，则称为直流控制电源。根据构成方式的不同，在发电厂和变电所中应用的有以下几种直流控制电源。1.1.1 蓄电池组构成的直流控制电源由蓄电池组、充电装置及直流屏等设备构成，应用于各种类型的发电厂和变电所中，是一种在各种正
6、常和事故情况下都能保持可靠供电的电源系统或者说是一种直流不停电电源系统。通常简称为直流控制电源系统或直流系统。1.1.2 电容储能式直流控制电源这是直流控制电源的一种。 正常运行时，它给电容量足够大的电容器组充电；当发生事故时， 电容器组向继电保护装置和断路器跳闸回路供电，保证继电保护装置可靠动作，断路器可靠跳闸。这是一种简易的直流控制电源。在我国 110KV 、35KV 、10KV终端变电站， 以及厂用 6KV配电系统在有些采用了蓄电池直流屏和硅整流电容储能直流屏作为操作、控制以及保护的电源。1.2 直流控制电源的发展1955 年以前，国内发电厂和变电所的建设规模较小，其直流控制电源系统，大
7、多采用 110V 、单母线和不带端电池的蓄电池组。1956 年以后，发电厂和变电所的建设规模增大。 这时，由于引进了当时苏联的设计技术，在所有新建和扩建的发电厂和变电所中，都采用了220V、带端电池的蓄电池组，并根据工程规模的大小，采用单母线或双母线接线。1984 年以后，随着欧美设计技术的引进，以及发电厂和变电所建设规模不断增大，在直流控制电源系统的应用上， 又开始普遍采用单母线接线和不带端电池的蓄电池组，对控制负荷，则推行采用110V电压。60 年代以前，国内设计的发电厂，热力系统多是母管制，采用主控制室方式。在容量较小的发电厂中，装设一组蓄电池组构成的直流控制电源系统；而在较大容量的发电
8、厂中， 则装设两组不等容量的蓄电池组。70 年代以后，单元制发电厂随着机组容量的增大而普名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪4 及。在单元制发电厂中，直流控制电源系统，按单元配置，70 年代到 80 年代初期，一般是一个单元配置一组220V蓄电池组构成的一套控制电源。 从 80 年代后期开始，对于 300600MW 大机组电厂，则每一单元
9、配置两套直流控制电源：一套 220V用一组蓄电池组构成，另一套110V用两组蓄电池组成。变电所一般装设一组蓄电池构成的直流控制电源；对于大型变电所， 特别是500kV变电所，则装设两组蓄电池组。另外，蓄电池的本身， 使用的材料和制作工艺也在不断的变化，使用的材料越来越重视对环境的友好； 以及容量都在变化， 容量做得越来越大； 直流电源的应用场合更加广泛，在电力系统的控制、保护、操作、信号回路中都有非常重要的用途；对蓄电池的维护方式也在不断的更新方法，有了高频开关电源控制， 充电速度更快，效率更高。1.3 对直流控制电源的基本要求在发电厂和变电所中，直流控制包括电气和热工系统的控制、信号、保护、
10、自动装置和某些执行机构， 这些都是保证发电厂和变电所正常、安全运行的极为重要的负荷。直流控制电源， 除为直流控制负荷供电外， 还为一些动力负荷供电， 例如合闸电流的电磁操作机构、 事故照明装置等。 特别是在火力发电厂中， 还要为汽机润滑油泵、发电机氢密封油泵及给水泵润滑油泵的直流电动机供电。这些动力负荷，都是保证汽轮发电机组安全起停所必需的，是非常重要的负荷。可见，直流控制电源系统兼有直流保安电源的功能，其工作的可靠性是极为重要的。蓄电池组构成的直流控制电源系统，有很高的可靠性， 整个蓄电池组的电池组故障造成停止供电可能性极小。因为故障，总是首先在个别电池中发生， 而且其发展过程缓慢，易及时发
11、现和消除，不致波及整个蓄电池组。这种情况，已为多年的、大量的蓄电池组的运行经验所证明。因此，就其可靠性而言，还没有其他电源装置可以替代。 但是， 要保证蓄电池组构成的直流控制电源系统能可靠地、不间断地供电， 蓄电池的正确使用和系统异常接地状况下的检测，就显得非常的重要。为了提高直流电源的可靠性， 电力工程直流电源应选择阀控式密封铅酸蓄电名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-G
12、CD223 直流电源综合特性测试仪5 池，每组蓄电池应有独立的供电范围；蓄电池组个数的选择应满足各种运行工程对直流母线电压的要求， 蓄电池应考虑放电设备； 充电装置可选择高频开关型或晶闸管型，应有冗余或备用，技术指标主要是满足蓄电池使用寿命需要; 直流电源监控装置要保证充电整流器的需要; 直流配电系统应简化接线， 辐射供电 ; 保护设备应选择直流断路器， 在满足过载保护可靠性的条件下，还能保证短路保护时的快速断开功能，必须具备可靠的级差配合。1.4 直流电源安全隐患与防范措施1.4.1 充电装置性能指标不合格充电装置在运行过程中 , 随着运行时间的推移 , 特别是投运 13年内, 设备的技术指
13、标会发生偏移 , 典型的后果是因充电机指标下降, 充电机的稳压精度、稳流精度及纹波系数超标, 蓄电池容量下降等现象. 同样因现场不具备相应的测试手段, 无法及时发现、调整 , 所造成的后果就是蓄电池提前失效或损坏, 直接威胁电网的安全运行 . 特别是对于广泛采用的阀控密封铅酸蓄电池, 虽具有不需加酸加水、 维护量小的优点 , 但对于充电设备的指标具有严格的要求, 如不满足要求则会发生干涸、热失控等故障, 很快失效报废 . 另外, 目前变电站多采用综合自动化技术, 蓄电池采用柜式安装 , 与自动化设备同装一室 , 充电机性能出现问题会造成蓄电池发热、溢酸等问题 , 严重者甚至发生爆炸 . 为了防
14、止直流系统因充电装置性能指标不合格带来严重后果，定期对充电装置的各项性能指标进行测试是必要的。 直流电源综合特性测试仪可以方便快速的测试出各充电装置的参数， 确保直流系统中的充电装置工作在健康状态，减小事故的发生率。1.4.2 蓄电池容量下降在电力直流系统中， 蓄电池作为备用电源在系统中起着极其重要的作用。平时蓄电池处于浮充电备用状态，由交流市电经整流设备变换成直流向负荷供电，而在交流电失去电或其他事故状态下，蓄电池是负荷的唯一能源供给者，一旦出现问题，供电系统将面临瘫痪。阀控式铅酸蓄电池俗称 “免维护”蓄电池，它的应用大大减少了开口式铅酸蓄电池繁琐复杂的维护工作，然而，其“免维护”的优点，正
15、是运行管理的缺点和难点。所谓“免维护”仅仅指无需加水、加酸、换液等维护，而日常维护仍是名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪6 必不可少的，开口式铅酸蓄电池运行检测维护方法已不再适用于阀控式铅酸蓄电池，这就对蓄电池测试维护设备提出了新的要求。阀控式铅酸蓄电池在使用中普遍采用长期浮充电方式工作，由于电池组中各电池内在性能的差异及使用环境的影响
16、，经过一段时间后，部分电池会因过充、欠充、活性物质脱落、栅板腐蚀、硫化等，造成容量下降或失效，从而严重影响了电池的使用，危及直流系统的安全运行。由于直流系统中电池数量众多， 而最容量最低的电池决定了整组蓄电池的容量，因此对蓄电池的维护工作相当重要，其中包括定期对蓄电池组充放电，找出不符合要求的蓄电池进行活化或更换， 在对每个蓄电池好坏进行测试时还可采用蓄电池容量（内阻）测试仪快速完成。直流系统中除了上述直流电源存在的安全隐患之外，直接接地与交直流断路器的互用也会给直流系统带来很大危害，目前对于直流系统接地故障的查找已经非常成熟，不需要采用类似拉回路的高风险操作手段即可方便快速的实现接地点的查找
17、；而关于交直流断路器互用的问题，相关规定已经明确指出需采用直流段路器的场合不能使用交流段路器。本章对直流系统中直流电源的分类、发展以及可能存在的危害进行了阐述，直流电源做为直流系统的核心部分，其可靠性决定了直流系统的可靠性，而充电装置做为一长期运行于直流系统的装置，如何保证其各项指标均在正常工作范围之内是本书讨论的重点。第二章直流系统充电装置的原理与发展方向2.1 直流系统充电装置分类无论是蓄电池组构成的直流控制电源还是电容储能式直流控制电源都离不开充电装置，在直流系统中承担对蓄电池组充电和/ 或浮充电任务的整流装置即为充电装置，充电装置根据其工作原理的不同可分类以下三类：高频开关电源模块型充
18、电装置高频开关电源即采用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变为另一名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪7 种形态的电源。相控型充电装置相控电源是指采用控制可控硅导通角实现整流稳压的电源。交流补偿型充电装置2.2高频开关电源工作原理2.2.1 高频开关电源的组成高频开关电源由主电路、控制电路、检测电路和辅助电源四部分组成。2.2.1.
19、1主电路从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：输入滤波器 ：其作用是将电网存在的杂波过滤， 同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。整流与滤波 ：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。逆变 ：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。输出整流与滤波 ：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。2.2.1.2控制电路控制电路一方面从输出端取样， 经与设定标准进行比较， 然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。2.2.1.3检测电
20、路检测电路除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表资料。2.2.1.4辅助电源提供所有单一电路的不同要求电源。2.2.2 开关控制稳压原理开关 K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源 E通过开关 K 和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关 K断开时，输入电源 E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的， 为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -
21、 第 7 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪8 有一套储能装置， 在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时， 向负载释放。图中，由电感L、电容 C和二极管 D组成的电路，就具有这种功能。电感L 用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L 中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管 D使负载电流连续不断， 所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示： EAB=TON/T*E 式中 TON 为开关每次接通的时间， T为开关通断的工作周期 （即开关接通时间T
22、ON和关断时间 TOFF 之和）。由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB 间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON 和 T的比例便能使输出电压 V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”（Time Ratio Control,缩写为 TRC ）。按 TRC 控制原理，有三种方式：脉冲宽度调制（ Pulse Width Modulation,缩写为 PWM ）开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。脉冲频率调制（ Pulse Frequency Modulation,缩写为 PFM ）导通
23、脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。混合调制导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。图 1 开关电源工作原理图2.3充电装置的发展2.3.1 电力电子技术的发展现代电源技术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制、 计算机（微处理名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪9 器）技术和电磁
24、技术的多学科边缘交叉技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用，是现代电力电子技术的具体应用。现代电力电子技术的发展方向， 是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、 逆变器时代和变频器时代， 并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率 MOSFET 和 IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。2.3.1.1 整流器技术的应用大功率的工业用电
25、由工频（50Hz ）交流发电机提供，但是大约20% 的电能是以直流形式消费的， 其中最典型的是电解 （有色金属和化工原料需要直流电解）、牵引（电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等）和直流传动（轧钢、造纸等）三大领域。 大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电，因此在六十年代和七十年代， 大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了- 股各地大办硅整流器厂的热潮，目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。2.3.1.2 逆变技术的应用七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。 变频调速的关键技术是将
26、直流电逆变为0100Hz的交流电。在七十年代到八十年代， 随着变频调速装置的普及， 大功率逆变用的晶闸管、 巨型功率晶体管（ GTR ）和门极可关断晶闸管（ GT0 ）成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出， 静止式无功功率动态补偿等。 这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。2.3.1.3 变频技术的应用进入八十年代， 大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。 将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET 的问世，导致了中小功率电源向高
27、频化发展，而后绝缘门极双极晶体管（IGBT）的出现，又为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪10 大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET 和 IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计，到1995 年底，功率 M0SFET 和 GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步，而用IGBT代替 GTR 在
28、电力电子领域已成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠， 而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。2.3.2充电装置的发展趋势在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源， 传统的电路非常庞大而笨重， 如果采用高顿开关电源技术，其体积和重量都会大幅度下降，而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。 在电动汽车和变频传动中， 更是离不开开关电源技术， 通过开关电源改变用电频率，从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术
29、，更是各种大功率开关电源（逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等）的核心技术。2.3.2.1 高频化理论分析和实践经验表明， 电气产品的变压器、 电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。 所以当我们把频率从工频50Hz提高到 20kHz，提高 400倍的话，用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5l0%。无论是逆变式整流焊机，还是通讯电源用的开关式整流器，都是基于这一原理。同样，传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造，成为“开关变换类电源”，其主要材料可以节约90%或更高，还可节电30% 或更多。由于功
30、率电子器件工作频率上限的逐步提高，促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化，带来显著节能、 节水、节约材料的经济效益，更可体现技术含量的价值。2.3.2.2 模块化模块化有两方面的含义， 其一是指功率器件的模块化， 其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块，含有一单元、两单元、六单元直至七单元，包括开关器件和与之反并联的续流二极管，实质上都属于“标准”功率模块（SPM ）。近年，有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -
31、- - 第 10 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪11 化”功率模块（ IPM），不但缩小了整机的体积，更方便了整机的设计制造。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的电应力 （表现为过电压、 过电流毛刺）。为了提高系统的可靠性，有些制造商开发了“用户专用”功率模块（ASPM ），它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中，使元器件之间不再有传统的引线连接，这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计，达到优化完美的境地。它类似于微
32、电子中的用户专用集成电路（ASIC）。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片，再把整个模块固定在相应的散热器上，就构成一台新型的开关电源装置。由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。 另外，大功率的开关电源， 由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑， 一般采用多个独立的模块单元并联工作， 采用均流技术，所有模块共同分担负载电流， 一旦其中某个模块失效， 其它模块再平均分担负载电流。这样，不但提高了功率容量， 在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求，而且通过增加相对整个
33、系统来说功率很小的冗余电源模块，极大的提高系统可靠性， 即使万一出现单模块故障， 也不会影响系统的正常工作， 而且为修复提供充分的时间。2.3.2.3 数字化在传统功率电子技术中， 控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是，现在数字式信号、数字电路显得越来越重要， 数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点: 便于计算机处理控制、 避免模拟信号的畸变失真、 减小杂散信号的干扰 （提高抗干扰能力）、便于软件包调试和遥感遥测遥调，也便于自诊断、容错等技术的植入。所以，在八、九十年代，对于各类电路和系统的设计来说，模拟技术还是有用的，
34、特别是 : 诸如印制版的布图、电磁兼容（ EMC ）问题以及功率因数修正（PFC ）等问题的解决，离不开模拟技术的知识，但是对于智能化的开关电源，需要用计算机控制时，数字化技术就离不开了。2.3.2.4 绿色化电源系统的绿色化有两层含义: 首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪12 而发电是造成环境
35、污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染; 其次这些电源不能（或少）对电网产生污染，国际电工委员会（IEC）对此制定了一系列标准，如 IEC555、IEC917、IECl000 等。事实上，许多功率电子节电设备，往往会变成对电网的污染源: 向电网注入严重的高次谐波电流， 使总功率因数下降， 使电网电压耦合许多毛刺尖峰，甚至出现缺角和畸变。 20 世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，有了多种修正功率因数的方法。这些为2l 世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现，现代电源技术将
36、在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下， 由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性，使器件性能对开关电源性能的影响减至最小，新型的电源电路拓扑和新型的控制技术，可使功率开关工作在零电压或零电流状态， 从而可大大的提高工作频率， 提高开关电源工作效率， 设计出性能优良的开关电源。总而言之，电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展，新技术的出现又会使许多应用产品更新换代，还会开拓更多更新的应用领域。 开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现，将标志着这些技术的成熟，实现高效率用电和高品质用电相结合。本章主要讲述了充电装置的分类及发展与展望，
37、并详细的介绍了高频开关电源的结构与工作原理。由于采用高频开关电源为核心技术的充电装置与其它类型充电装置相比有很大优势，开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋，因此，具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动，并将很快发展起来。直流电源综合特性测试仪也将主要是针对高频开关电源的测试。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪13
38、第三章直流电源标准介绍前两章对直流电源技术发展与直流电源原理进行了介绍，在直流系统中充电装置扮演着很重要的角色， 充电装置的技术指标能否还到要求与直流系统的长期稳定运行有着密切的关系，为此“中华人民共和国国家标准”中的“电力工程直流电源设备通用技术条件及安全要求”对充电装置的技术指标提出了明确的要求，在本章中将根据该类标准中对充电装置的技术指标要求进行详细介绍。本章中的内容部分引至“ GB/T 198262005” 。3.1 术语和定义3.1.1 直流电源设备（ DC power supply equipment）由充电装置、蓄电池、馈出回路、调压装置和相关的控制、测量、信号、保护、调节单元等
39、设备组成， 制造厂负责完成所有内部电气和机械的连接，用结构部件完整地组合在一起的一种组合体。3.1.2 充电装置 charging unit 承担对蓄电池组充电和 / 或浮充电任务的一种整流装置。3.1.3 充电 charge 充电装置用不同的工作方式对蓄电池补充容量的工作状态。3.1.4 恒流充电（稳流充电） constant-current charge 充电装置对蓄电池的充电电流在充电电压范围内维持在恒定值的工作状态。3.1.5 恒压充电（稳压充电） constant voltage charge 充电电压维持在恒定值的充电状态。3.1.6 浮充电 floating charge 以浮充
40、电压值对蓄电池进行的恒压充电。在正常运行时， 充电装置承担经常负载，同时向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电。3.1.7 均恒充电 equalizing charge 为补偿蓄电池组在使用过程中产生的电压不均匀现象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电。3.1.8 限流恒压充电 current content voltage charge 采用限制电流，继而维持电压在恒定值的充电状态。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 29 页 - - - - - - -
41、 - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪14 3.1.9 纹波系数 ripple factor 纹波有效值系数和纹波峰值系数统称为纹波系数。纹波系数是反应充电机性能好坏的重要指标， 纹波系数越小说明充电装置电能质量越高，反之说明充装置电能质量越差。3.1.10 纹波有效值系数 r.m.s-ripple factor 脉动量纹波含量的均方根值与直流分量的绝对值之比。纹波有效值系数反应出充电装置所含交流分量能量的大小。3.1.11 纹波峰值系数 peak-ripple factor 脉动量纹波峰谷间差值 （包括噪声） 与直流分量绝对值之比。 纹波峰值
42、系数反应出充电装置交流分量峰峰值大小。3.1.12 直流系统标称电压 direct nominal voltage 直流系统被指定的电压。例如220V系统，其电压可在一定范围内波动，但其标称电压是 220V。3.1.13 直流额定电流 direct rated current 用充电装置直流额定电流表示。3.2 充电装置技术要求3.2.1 充电电压及电流调节充电装置的充电电压及电流调节范围应符合表2 的规定。3.2.2 稳压精度、稳流精度及纹波系数充电装置在交流输入电压为 （85% 115% ）额定值及表 2 规定的范围内， 稳压精度、稳流精度及纹波系数的技术指标不应超过表1 的规定。3.2.
43、3 直流电流和直流电压的输出误差当充电装置输出的充电电流、充电电压通过数字式整定方式（如数字拔盘、数字键盘、通信接口等数字方式）进行整定时，应满足下列规定：（A） 充电电流 30A时，其整定误差不超过0.3A；（B） 充电电流 30A时，其整定误差不超过 1% ；（C ） 充电电压的整定误差不超过0.5% （直流系统标称电压为110V及以上）或 1% （直流系统标称电压为110V以下） 。3.2.4 限压特性和限流特性名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 29
44、 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪15 限压特性：充电装置在恒流充电状态下运行时，当输出直流电压超过限压整定值时，应能自动限制其输出电压的增加；限流特性： 充电装置在稳压状态下运行时， 当对蓄电池的充电电流超过电池的限流整定值时， 或者当输出直流电流超过充电装置的总限流整定值时，应能立即进入限流状态，自动限制其输出电流的增加。3.2.5 效率充电装置的效率就不低于表3 的要求。3.2.6 功率因数充电装置的功率因数应不低于表3 的要求。3.2.7 高频开关电源模块均流不平衡度多台同型号的高频开关电源模块并机工
45、作时，各模块应能按照比例均分负载，当各模块平均输出电流为50% 100% 的额定电流值时，其均流不平衡度应不超过 5% 。表 1 稳压精度、稳流精度及纹波系数充电装置类型稳压精度稳流精度纹波系数纹波有效值系数纹波峰值系数高频开关电源型0.5% 1% 0.5% 1% 相控型1% 2% 1% 2% 交流补偿型1% 2% 2% 4% 其它类型1% 2% 2% 4% 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展
46、有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪16 表 2 充电电压及电流调节范围直流系统标称电压 V 蓄电池类别恒流充电浮充电均衡充电电压调节范围充电电流调节范围电压调节范围负荷电流调节范围电压调节范围负荷电流调节范围110 或220 阀控式铅酸蓄电池(90%120%)Un(20100%)In (95%115%)Un (0100%)In (105%120%)Un (0100%)In 防酸式铅酸蓄电池(90%135%)Un (95%115%)Un (105%135%)Un 镉镍碱性蓄电池(90%135%)Un (95%115%)Un (105%135%)Un 48 阀控式铅酸蓄电
47、池36V60V 48V52V 48V52V 防酸式铅酸蓄电池40V72V 48V52V 48V72V 镉镍碱性蓄电池40V72V 48V52V 48V72V 24 阀控式铅酸蓄电池18V30V 24V26V 24V26V 防酸式铅酸蓄电池20V36V 24V26V 24V36V 镉镍碱性蓄电池20V36V 24V26V 24V36V 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-G
48、CD223 直流电源综合特性测试仪17 表 3 充电装置的效率及功率因数充电装置类型额定输出功率 /KW 效率/% 功率因数高频开关电源型单模块功率 1.5 85 0.90 单模块功率 1.5 90 0.92 相控型单相输入 15.4 60 0.6 三相输入 15.4 70 0.7 5.418（不含 5.4 ）75 0.7 1836（不含 18）80 0.7 大于 36 85 0.7 交流补偿型1.5 85 0.90 1.5 90 0.92 其他类型由企业产品标准规定由企业产品标准规定33 试验用仪器仪表要求一般使用的仪表精度应根据被测量的误差等级按表4 进行选择；表 4 测试仪表精度的选择误
49、差0.5% 0.5%1.5% 1.5 5% 75% 仪表精度0.1 级0.2 级0.5 级1.0 级数字仪表精度6 位半5 位半4 位半4 位半电工测量指示仪表在额定条件下使用时，其最大基本误差的百分数称为仪表精度等级 a 的百分数，即 a%= （Xm/Xm ）100% 。式中: Xm为最大绝对误差， Xm为仪表的基本量程：国家标准规定：电压表和电流表的精度等级分0.05 、0.1 、0.2 、0.3 、0.5、1.0 、1.5 、2.0 、2.5 、3.0、5.0 等十一级；功率表和无功功率表的精度等级分0.05 、0.1 、0.2 、0.3 、0.5、1.0 、1.5 、2.0 、2.5、
50、3.5 等十级；频率表的精度等级分0.05 、0.1 、0.15 、0.2 、0.3 、0.5 、1.0 、1.5 、2.0 、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 29 页 - - - - - - - - - 广州拓威讯科技发展有限公司TOPWHIP-GCD223 直流电源综合特性测试仪18 2.5 、5.0 等十一级。测量时，仪表全量程范围内的指示误差不得超过最大基本误差。本章从国家标准的角度出发，详细阐述了直流系统中充电装置需要达到的技术指标，其中包括：