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电气常识--如何选择和使用安全电源

发表时间:2017-10-25

今天,电源用户面对无数的选择,电源产品的众多性能和电源供应商的长的产品规范说明书,使选购电源成为令头痛的事情。可喜的现在有很多的工艺标准技术规范,可以帮助工程师选购可靠且安全的电源。

安全第一

电源设备需要提供隔离功能,从而保证电源设备的安全性,免受来自高压馈电线的危险,是最基本的也是常常容易被忽视的。电源设备的这种安全性是由电源变压器实现的,于是,为了使变压器能传送足够的电力就要求它必须具备相应的规模。

一台较大的变压器通常装备有散热器,这样可以获得良好的产品寿命。此外,在变压器的原边和副边线圈之间还要使用双重隔离,从而保证最大的安全性。

可靠性

人们常常单纯要求电源产品的寿命,其实,影响电源寿命的因素很多,如像平均负载率、振动和周围的环境温度等。其中,环境温度很重要,所以排放出由电源内部元件所产生的总热量非常关键。

因为电源设备制造商并不了解最终用户的使用条件,所以他们唯一能提供考的寿命性能是电源产品的平均故障间隔时间MIBF(MeanTimeBetweenFailure);电源的MTBF值,在任何情况下,都是由电源内部的电解电

容MTBF之值所决定的。当电源设备里排除掉电容的影响因素时,其计算的MTBF可能为10万小时或者更长一些。然而,电解电容的典型MTBF之值仅仅是3万小时。

因为一些电源设备制备制造商已开发出他们自己的电源MTBF计算方法,而且计算出的MTBF值是比较高的,所以用户最好使用在MIL-HDBK-217E方式中所定义的MTBF之值,同厂家给定的电源MTBF之值相比较,来正确判断产品的性能。因为MIL-HDBK-217E定义的计算MTBF方法是已经被证实的并且是广泛可以接受的,计算的MTBF值也是可核实的。

当评价电源产品的标称寿命时,电源是否运行在额定的满负载状况是评价电源的另一重要考虑因素。如果电源设备装有合适的散热器而且无热循环,在低于满负载的情况下且连续工作,电源就能有更长的寿命。综合考虑以上因素,建议选型工程师最好依靠MIL-HKBK-217E方法验证电源产品的MTBF之值,确保电源在合适的条件下工作,只要做到这一点,也不必再考虑电解电容的短寿命问题。

功率因数校正

电源的另一个关键性的性能要素是它的功率因素。教科书里定义的功率因数是加在负载上的电压和电流波形之间的相角余弦(若电压波形与电流波形的相角差为φ,则cosφ便是电源的功率因数)。当加在负载上的电压和电流波形相位一致时(即相角差φ=0),则功率因数cosφ=1是理想的情况;当加在负载上的电压和电流波形相角差为90°时(即φ=90°),则功率因数等于零(处于最小值);通常,电源的功率因数处于0到1之间,即0≤cosφ≤1,可用百分数表示。

加在负载上的电压和电流波形之间存在相位差导致的结果之一是供电效率降低,即产生所要求的电力需要输入更大的电力;导致的另外一个结果而且是更严重的后果,那就是电压和电流的波形差产生过多的高次谐波。大量的高次谐波反馈到主输入线(电网),造成电网被高次谐波污染成为恶性事故的隐患;同时,这种高次谐波也会扰乱控制系统里的敏感低压电路。
现有两种主要的功率因数校正PFC(PowerFactorCorrection)方法:第一种方法是在输入端使用简单的线圈;第二种方法是使用特殊的电子功率因数校正电路。利用线圈叫作“无源”PFC,利用该方法通常可获得到0.7~0.8的功率因数。利用第二种方法(也叫作“有源”PFC)则可产生最少量的高次谐波从而更有效地利用电网提供的电能。有源PFC可产生高于95%的功率因数,在大型电源里最为有用,因为产生的高次谐波是直接和负载电流成正比的。例如,在10A乃至更高负载电流的24Vdc电源里利用有源PFC方法是最适宜的。

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