2021年中級通信工程師動力與環(huán)境知識點集錦（三）：不間斷電源系統(tǒng)

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知識點1  直流供電系統(tǒng)組成及運行方式

目前，國內(nèi)外絕大部分通信設(shè)備需要直流供電。直流供電與交流供電相比，具有可靠性高、電壓平穩(wěn)和實現(xiàn)不間斷供電容易等優(yōu)點。因此，直流供電是通信電源的重要組成部分和研究對象。

通信局（站）的直流供電系統(tǒng)由交流配電屏、整流設(shè)備，蓄電池組，DC/DC變換器以及直流配電屏組成。如圖3-1所示。

圖3-1 通信局（站）直流供電系統(tǒng)組成

直流供電系統(tǒng)采用的供電方式為采用-48V全浮充供電方式。整流設(shè)備與蓄電池組通過與直流配電屏并聯(lián)向負載供電，以實現(xiàn)不間斷供電和穩(wěn)定供電的目的。

一、直流基礎(chǔ)電壓及供電方式

基礎(chǔ)電壓范圍內(nèi)的工作電壓有3種：浮充電壓、均衡電壓和終止電壓?；靖拍钊绫?-1所示。

表3-1 直流供電系統(tǒng)基礎(chǔ)電壓概念

二、直流供電系統(tǒng)的主要技術(shù)指標

直流基礎(chǔ)電源的主要技術(shù)指標有直流輸出電壓變動范圍、雜音電壓和直流供電回路全程最大允許壓降，如表3-2所示。

表3-2 直流供電系統(tǒng)的主要技術(shù)指標

知識點2  直流供電系統(tǒng)的主要設(shè)備

直流供電系統(tǒng)由交流配電屏、直流配電屏、整流設(shè)備和DC-DC變換器等設(shè)備組成。

一、交流配電屏

交流配電屏主要作為交流電源的接入和負荷的分配。輸入是低壓交流電，對各高頻開關(guān)整流器等進行供電的分配、通斷控制、監(jiān)測、告警和保護。

在大容量的通信用高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中，交流配電屏是其中的一個獨立機柜。在容量相對較小的組合式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)中，沒有單獨的交流配電屏，但必須由交流配電單元。

二、直流配電屏

直流配電屏 整流器與通信負載之間，主要用于直流電源的接入與負載的分配，即整流器、蓄電池組的接入和直流負載分路的分配。

直流配電是直流供電系統(tǒng)的樞紐，它負責匯接直流電源與對應的直流負載，通過簡單的操作完成直流電能的分配，輸出電壓的調(diào)整以及工作方式的轉(zhuǎn)換等。

三、整流設(shè)備

整流設(shè)備在直流供電系統(tǒng)中的作用是將輸入220V/380V的交流基礎(chǔ)電源整流變換成-48V 直流輸出，整流設(shè)備一方面通過直流配電屏與蓄電池組并聯(lián)后向負載供電；另一方面，整流器設(shè)備在直流并聯(lián)浮充系統(tǒng)中還負責對蓄電池組進行浮充充電和均衡充電。

高頻開關(guān)型整流器數(shù)量的配置，按n+1冗余方式確定整流器配置。其中n只主用，n≤10時，1只備用；n>10時，每10只備用1只。如需要7個整流器就需要配8個，需要13個整流器就需要配15個（2個備用）。

主用整流器的總?cè)萘堪簇摵呻娏骱碗姵氐木潆娏鳎?0小時率充電電流）之和確定。因為整流器一方面在給負載供電的同時還要給蓄電池進行充電。

四、DC-DC變換器

直流-直流變換器是一種將直流基礎(chǔ)電源轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌妷旱燃壍闹绷髯儞Q裝置。目前通信設(shè)備的直流基礎(chǔ)電源電壓規(guī)定為-48V，由于在通信系統(tǒng)中仍存在24V通信設(shè)備及±12V和±5V集成電路的工作電源，因此有必要將-48V基礎(chǔ)電源通過直流-直流變換器變換到相應電壓種類的直流電源，以供各種設(shè)備使用。

知識點3  高頻開關(guān)整流器

一、高頻開關(guān)整流器的特點

現(xiàn)代通信系統(tǒng)采用高頻開關(guān)電源供電已成為主流，與傳統(tǒng)的相控電源相比，它具有如下特點：

（1）重量輕，體積小。在相同功率條件下，體積和質(zhì)量比相控整流器減小很多。高頻開關(guān)整流器適宜于分散供電，可與通信設(shè)備和蓄電池同置一室。

（2）功率因素高。一般高頻開關(guān)整流器的功率因數(shù)大于0.92，而相控電源為0.65左右。在有功率因數(shù)校正電路時，功率因數(shù)接近1，因而對公共電網(wǎng)不會造成污染。

（3）噪聲低。當開關(guān)頻率在40kHz以上時，基本上無噪聲。

（4）效率高。節(jié)能，效率約在90%以上。

（5）模塊式結(jié)構(gòu)。模塊可熱備份冗余應用，可靠性高。

（6）智能化程度高。高頻開關(guān)整流器內(nèi)裝有監(jiān)控模塊，與計算機相結(jié)合組成智能化電源，便于集中監(jiān)控。

二、高頻開關(guān)整流器的工作過程

如圖3-2所示，高頻開關(guān)整流器的電路包含兩部分：主電路和控制與輔助電路。

圖3-2 高頻開關(guān)型整流器組成框圖

1．主電路，從交流電源輸入到直流電源輸出的全過程，主要完成功率轉(zhuǎn)換。

2．控制與輔助電路，為主電路變換器提供激勵信號，以控制主電路的工作，實現(xiàn)輸出穩(wěn)定或調(diào)整的目的，包括控制電路、檢測電路、保護動作電路以及輔助電源等。

三、高頻開關(guān)整流器的主要電路

1．濾波電路

高頻開關(guān)整流器一般由輸入濾波、整流濾波以及輸出濾波3個基本電路組成，如表3-3所示。

2．功率因素校正電路

在高頻開關(guān)整流器的內(nèi)部電路中，有一些整流和濾波電路，而這些整流和濾波電路是由電感和電容來組成的。從電網(wǎng)側(cè)來看，高頻開關(guān)整流器是一個非線性元件，在整個工作的過程中，就會產(chǎn)生無功功率，進而導致高頻開關(guān)整流器的功率因數(shù)比較低。

表3-3 濾波電路的組成及基本作用

功率因數(shù)較低的開關(guān)電源存在的主要問題：

（1）諧波電流污染電網(wǎng)，干擾其他用電設(shè)備；

（2）在輸出功率一定的條件下，輸入電流有效值較大；

（3）當功率因數(shù)很低時，中線內(nèi)的諧波電流很大。由于中線無過流保護裝置，則中線有可能因過熱而著火。

為解決上述問題，通信用高頻開關(guān)整流器必須采用功率因數(shù)校正電路，使整流器的輸入功率因數(shù)和輸入諧波電流符合我國通信行業(yè)標準的相關(guān)要求。即：功率因數(shù)校正電路主要用來提升開關(guān)電源的功率因數(shù)。在開關(guān)型電源中，功率因數(shù)校正的基本方法有：無源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正。如表3-4所示。

表3-4 功率因素校正電路基本方法對比

3．功率變換電路

功率變換電路是高頻開關(guān)整流器的核心電路。功率變換電路將大功率的高壓直流轉(zhuǎn)成低壓直流，這個過程是整流器最根本的任務。

功率變換電路的電流變換過程：高壓直流→高壓高頻交流→高頻降壓變壓器→低壓高頻交流→低壓直流的過程。

常見的功率變換電路有推挽式功率變換電路、全橋式電路和半橋式電路。3種功率變換電路的比較如表3-5所示。

表3-5  3種功率變換電路的比較

3種功率變換電路的基本工作原理類似，都是通過功率開關(guān)管的交替導通將輸入的直流電變換為高頻的交流電。

（1）推挽式功率變換電路的特點是電路簡單，但是易造成電路的不平衡狀態(tài)；

（2）全橋式功率變換電路的電路比較復雜，但是在工作的過程中，功率開關(guān)管能承受的較高電壓較低，可輸出較大的功率，缺點也是易造成電路的不平衡狀態(tài)；

（3）半橋式功率變換電路較全橋式簡單，該電路的抗不平衡能力最強，但只適于中等的輸出功率。

4．負荷均分電路

負載均分電路包括簡單負載均分電路、主從負載均分電路和自動平均均流電路。所有整流器輸出端都是相互并聯(lián)，輸出電壓相同，要達到功率均分實際要求每個整流器輸出的電流相同或按比例均分電流。負載均分電路優(yōu)缺點對比如表3-6所示。

表3-6 負載均分電路優(yōu)缺點對比