第五章第五章直流供电系统直流供电系统（讲师用（讲师用PPT）中国网通（集团）有限公司2006年12月中国网通运维人员岗位培训丛书动力专业内部资料注意保密第五章第五章直流供电直流供电直流供电系统直流供电系统第二节第二节交流配电屏交流配电屏第四节第四节直流配电屏直流配电屏第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述第八节第八节太阳能供电系统太阳能供电系统第七节第七节直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考第六节第六节直流直流-直流变换器直流变换器第五节第五节蓄电池蓄电池第五章第五章直流供电直流供电直流供电系统直流供电系统第二节第二节交流配电屏交流配电屏第四节第四节直流配电屏直流配电屏第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述第八节第八节太阳能供电系统太阳能供电系统第七节第七节直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考第六节第六节直流直流-直流变换器直流变换器第五节第五节蓄电池蓄电池第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述直流供电系统是向通信局站提供直流（基础）电源的供电系统。直直流供电系统是向通信局站提供直流（基础）电源的供电系统。直流供电系统一般由流供电系统一般由交流配电屏、整流器、直流配电屏、蓄电池组、直流交流配电屏、整流器、直流配电屏、蓄电池组、直流-直流变换器（直流变换器（DC-DC）等设备及供电母线等设备及供电母线所组成。一些小型通信局站往所组成。一些小型通信局站往往采用集开关整流单元、监控单元以及交、直流配电部分为一体的组合往采用集开关整流单元、监控单元以及交、直流配电部分为一体的组合开关电源架。开关电源架。第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述1.11.1直流基础电源直流基础电源 基础电源是指直接向通信设备供电，同时可对换流设备供电的直流基础电源是指直接向通信设备供电，同时可对换流设备供电的直流电源和交流电源。通信局电源和交流电源。通信局( (站站) )的的基础电源分交流基础电源和直流基础电基础电源分交流基础电源和直流基础电源两大类源两大类。向各种通信设备和二次变换电源设备或装置提供直流电压的。向各种通信设备和二次变换电源设备或装置提供直流电压的电源为直流基础电源。电源为直流基础电源。 -48 -48V V和和-24-24V V为直流基础电源，其中为直流基础电源，其中-48-48V V为首选基础电源，为首选基础电源，-24-24V V为过为过渡电源渡电源( (将逐步淘汰将逐步淘汰) )。这种负型基础电压是指电源。这种负型基础电压是指电源正馈电线接地正馈电线接地，作为，作为参考电位零伏，负馈电线装接熔断器后，与机架电源连接。参考电位零伏，负馈电线装接熔断器后，与机架电源连接。 第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述直流基础电源的主要技术指标有直流输出电压变动范围、杂音电压直流基础电源的主要技术指标有直流输出电压变动范围、杂音电压和直流供电回路全程最大允许压降。和直流供电回路全程最大允许压降。（1）直流输出电压变动范围：即通信设备输入端子处的正常工作电）直流输出电压变动范围：即通信设备输入端子处的正常工作电压的允许变动范围。一套直流供电系统通常为多种通信设备压的允许变动范围。一套直流供电系统通常为多种通信设备(如交换、传如交换、传输、基站等输、基站等)供电，其输出电压允许变动范围在所供通信设备的最高允许供电，其输出电压允许变动范围在所供通信设备的最高允许低压值和最低允许高压值之内。低压值和最低允许高压值之内。（2）杂音电压：直流输出电压中含有的交流成分在通信回路中构成）杂音电压：直流输出电压中含有的交流成分在通信回路中构成杂音，称为杂音电压。杂音，称为杂音电压。（3）直流供电回路全程最大允许压降：是指从蓄电池电压输出至通）直流供电回路全程最大允许压降：是指从蓄电池电压输出至通信设备输入端子处的全程直流供电回路最大允许电压降。信设备输入端子处的全程直流供电回路最大允许电压降。第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述1.2直流供电系统的运行方式直流供电系统的运行方式图1.1 通信局直流供电系统组成方框图第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述图1.2 通信站直流供电系统方框图第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述1.31.3直流供电系统的工作原理直流供电系统的工作原理 在交流配电柜中，一般可接两路交流输入电源，两路交流电源可通在交流配电柜中，一般可接两路交流输入电源，两路交流电源可通过刀闸或自动切换开关进行手动或自动切换。交流配电柜通过输出空开过刀闸或自动切换开关进行手动或自动切换。交流配电柜通过输出空开将交流电送入整流柜中的交流分配单元，交流分配单元通过空气开关将将交流电送入整流柜中的交流分配单元，交流分配单元通过空气开关将交流电分配给整流模块。整流模块将输入的交流电转换为交流电分配给整流模块。整流模块将输入的交流电转换为-48-48V V直流电，直流电，其输出端与整流柜内的正、负母排相连，然后通过并机铜排与直流配电其输出端与整流柜内的正、负母排相连，然后通过并机铜排与直流配电柜的正、负母排互连，输入到直流配电柜的直流电通过熔断器供给负载。柜的正、负母排互连，输入到直流配电柜的直流电通过熔断器供给负载。同时，蓄电池组通过熔断器接入直流配电屏，正常情况下，蓄电池处于同时，蓄电池组通过熔断器接入直流配电屏，正常情况下，蓄电池处于并联浮充状态，并联浮充状态，当市电断电或整流模块故障时，整流模块停止工作，由当市电断电或整流模块故障时，整流模块停止工作，由蓄电池给设备供电，维持设备的正常工作。故障恢复后，整流模块重新蓄电池给设备供电，维持设备的正常工作。故障恢复后，整流模块重新给设备供电，并对蓄电池进行充电，补充消耗的电量。给设备供电，并对蓄电池进行充电，补充消耗的电量。第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述在直流系统中通常配有监控模块，监控模块监测交流配电、直流配在直流系统中通常配有监控模块，监控模块监测交流配电、直流配电和整流模块的运行状态，并进行相应的控制。监控模块可以通过标准电和整流模块的运行状态，并进行相应的控制。监控模块可以通过标准通信接口连接本地计算机，亦可通过通信接口连接本地计算机，亦可通过Modem或其他传输资源连接到远程或其他传输资源连接到远程监控中心，实现电源系统的集中监控。监控中心，实现电源系统的集中监控。第五章第五章直流供电直流供电直流供电系统直流供电系统第二节第二节交流配电屏交流配电屏第四节第四节直流配电屏直流配电屏第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述第八节第八节太阳能供电系统太阳能供电系统第七节第七节直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考第六节第六节直流直流-直流变换器直流变换器第五节第五节蓄电池蓄电池第二节第二节交流配电屏交流配电屏第二节第二节 交流配电屏交流配电屏2.12.1交流配电屏的技术要求交流配电屏的技术要求 用于电力室高频开关整流器及其他通信用电设备的交流配电屏，主用于电力室高频开关整流器及其他通信用电设备的交流配电屏，主要作用是接入交流电源和交流负荷的分配。其主要技术要求如下：要作用是接入交流电源和交流负荷的分配。其主要技术要求如下： （1 1）具有两路交流电源引入，能进行主、备用电源转换，对两路交）具有两路交流电源引入，能进行主、备用电源转换，对两路交流电源有自动转换要求的电路必须具有可靠的机械及电气连锁。流电源有自动转换要求的电路必须具有可靠的机械及电气连锁。 （2 2）输出负荷分路可根据不同用电设备的需求而定。）输出负荷分路可根据不同用电设备的需求而定。 （3 3）对有照明分路的配电屏，应有保证交流照明分路和直流事故照）对有照明分路的配电屏，应有保证交流照明分路和直流事故照明分路，并具有自动转换装置。明分路，并具有自动转换装置。 （4 4）具有过压、欠压、缺相等告警功能以及过流、防雷等保护功能。）具有过压、欠压、缺相等告警功能以及过流、防雷等保护功能。 （5 5）交流屏应能够提供反应供电质量和交流屏自身工作状态的监测）交流屏应能够提供反应供电质量和交流屏自身工作状态的监测量，如三相电压、电流值，市电供电状态，主要分路输出状态等，并上量，如三相电压、电流值，市电供电状态，主要分路输出状态等，并上送监控模块。送监控模块。 第二节第二节交流配电屏交流配电屏2.22.2交流配电原理交流配电原理图2.1 交流配电单元原理图第二节第二节交流配电屏交流配电屏2.32.3交流配电屏组成交流配电屏组成 交流配电屏通常由以下几个部分组成：交流配电屏通常由以下几个部分组成： 交流接入电路：交流接入一般通过空气开关或刀闸开关，交流接入交流接入电路：交流接入一般通过空气开关或刀闸开关，交流接入开关的容量即为交流配电屏的容量。开关的容量即为交流配电屏的容量。 整流器交流输入开关：交流配电单元分别为系统的每一个整流器提整流器交流输入开关：交流配电单元分别为系统的每一个整流器提供一路交流输入，开关容量根据整流器容量确定。供一路交流输入，开关容量根据整流器容量确定。 交流辅助输出：电源系统的交流配电除了给整流器提供交流电外，交流辅助输出：电源系统的交流配电除了给整流器提供交流电外，还配置了多种容量的交流输出接口，供机房内其他交流用电设备使用。还配置了多种容量的交流输出接口，供机房内其他交流用电设备使用。 交流切换机构：有自动切换机构和手动切换机构。自动切换机构由交流切换机构：有自动切换机构和手动切换机构。自动切换机构由机械电子双重互锁的接触器或机械电子双重互锁的接触器或ATSATS组成。组成。第二节第二节 交流配电屏交流配电屏 交流采样电路：由变压器和整流器件组成的电路板，将交流电压、交流采样电路：由变压器和整流器件组成的电路板，将交流电压、电流和频率等转换成监控电路可以处理的电信号。电流和频率等转换成监控电路可以处理的电信号。 交流切换控制电路：完成两路交流自动切换、过欠压保护、告警等交流切换控制电路：完成两路交流自动切换、过欠压保护、告警等功能。功能。 交流监控电路：集散式监控中专门处理交流配电各种信息的微处理交流监控电路：集散式监控中专门处理交流配电各种信息的微处理器电路，可以完成信号检测、处理、告警、显示以及与监控模块通信等器电路，可以完成信号检测、处理、告警、显示以及与监控模块通信等功能。功能。 C C级与级与D D级防雷器。级防雷器。 第五章第五章直流供电直流供电直流供电系统直流供电系统第二节第二节交流配电屏交流配电屏第四节第四节直流配电屏直流配电屏第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述第八节第八节太阳能供电系统太阳能供电系统第七节第七节直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考第六节第六节直流直流-直流变换器直流变换器第五节第五节蓄电池蓄电池第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器整整流流器器是是直直流流供供电电系系统统的的核核心心设设备备。高高频频开开关关整整流流器器是是2020世世纪纪9090年年代代初初开开始始在在我我国国逐逐步步使使用用的的新新一一代代整整流流设设备备，目目前前已已基基本本取取代代传传统统相相控控整整流流器器。高高频频开开关关整整流流器器应应用用高高频频开开关关变变换换技技术术，主主要要采采用用MOSFETMOSFET和和IGBTIGBT等功率元件，具有高效率、高功率密度和智能化等优点。等功率元件，具有高效率、高功率密度和智能化等优点。第三节第三节 高频开关整流器高频开关整流器3.13.1概述概述3.1.13.1.1高频开关电源的分类高频开关电源的分类 按照控制方式来分，可分为按照控制方式来分，可分为脉宽调制（脉宽调制（PWMPWM）开关电源，脉频调制开关电源，脉频调制（PFMPFM）开关电源，混合调制开关电源开关电源，混合调制开关电源。 按采用的开关技术分，有按采用的开关技术分，有硬开关硬开关和和软开关软开关。 按主电路结构分，有按主电路结构分，有谐振型谐振型和和非谐振型非谐振型。 根据变换器电路的结构，又可分为根据变换器电路的结构，又可分为单端反激变换器、单端正激变换单端反激变换器、单端正激变换器、推挽式变换器、半桥式变换器器、推挽式变换器、半桥式变换器和和全桥变换器全桥变换器。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器3.1.23.1.2高频开关电源的特点高频开关电源的特点 （1 1）重量轻，体积小。）重量轻，体积小。由于高频开关电源工作频率高，因此变压器由于高频开关电源工作频率高，因此变压器等元件的体积可大大减小，重量也大大减轻。等元件的体积可大大减小，重量也大大减轻。 （2 2）功率因数高。）功率因数高。一般高频开关电源的功率因数大于一般高频开关电源的功率因数大于0.920.92，在有功，在有功率因数校正电路时，率因数校正电路时， 功率因数接近功率因数接近1 1，因而对公共电网不会造成污染。，因而对公共电网不会造成污染。 （3 3）噪音低。）噪音低。无工频变压器及滤波电感的噪音。无工频变压器及滤波电感的噪音。 （4 4）效率高。）效率高。高频开关电源的效率约在高频开关电源的效率约在 90 90 以上。以上。 （5 5）模块式结构。）模块式结构。由于高频开关电源为模块式结构，因此可靠性高、由于高频开关电源为模块式结构，因此可靠性高、扩容方便、易于维护。扩容方便、易于维护。 （6 6）智能化程度高。）智能化程度高。高频开关电源采用计算机控制技术，便于实现高频开关电源采用计算机控制技术，便于实现集中监控。集中监控。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器3.1.33.1.3高频开关电源的基本构成及原理高频开关电源的基本构成及原理 高频开关整流器主要由高频开关整流器主要由主电路、控制电路和辅助电源主电路、控制电路和辅助电源三部分组成。三部分组成。如图如图3.13.1所示。所示。图图3.1 3.1 开关电源基本电路原理框图开关电源基本电路原理框图第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器3.1.4. 3.1.4. 高频开关整流器的主要技术要求高频开关整流器的主要技术要求(1)额定输入电压与波动范围：单相额定输入电压与波动范围：单相220V时变动范围时变动范围187-242V；三三相相380V时的允许变动范围时的允许变动范围323-418V。(2)额定频率与范围：额定频率与范围：50Hz2Hz。(3)直流输出电压可调节范围为直流输出电压可调节范围为43.257.6V，整流器的直流输出电整流器的直流输出电压值在可调节范围内应具有手动或由监控电路（系统监控单元）控制连压值在可调节范围内应具有手动或由监控电路（系统监控单元）控制连续可调的功能。续可调的功能。(4)直流输出电压工作方式：整流器在稳压工作的基础上，应能与蓄直流输出电压工作方式：整流器在稳压工作的基础上，应能与蓄电池并联以浮充、均充及蓄电池放电测试工作方式向通信设备供电（或电池并联以浮充、均充及蓄电池放电测试工作方式向通信设备供电（或应具有该方面的接口）。应具有该方面的接口）。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 (5) (5) 遥测、遥信、遥控性能遥测、遥信、遥控性能: : 整流器应具有整流器应具有RS-232RS-232、RS-422/485 3RS-422/485 3种接口中的一种或其他形式的接口电路与监控电路连接，在监控电路控种接口中的一种或其他形式的接口电路与监控电路连接，在监控电路控制下应符合以下要求。制下应符合以下要求。 遥测：输出电压、输出电流。遥测：输出电压、输出电流。 遥信：开遥信：开/ /关机状态、工作状态（均充关机状态、工作状态（均充/ /浮充浮充/ /测试、限流）、故障测试、限流）、故障/ /正常状态。正常状态。 遥控：开遥控：开/ /关机状态转换、均充关机状态转换、均充/ /浮充浮充/ /测试工作状态转换。测试工作状态转换。 (6)(6)均分负载（并机工作）性能：整流器应能采用多台同型号整流器均分负载（并机工作）性能：整流器应能采用多台同型号整流器并机工作。并机工作时整流器自主工作或受控于系统监控单元时应做到并机工作。并机工作时整流器自主工作或受控于系统监控单元时应做到均分负载，在单机均分负载，在单机50%50%100%100%额定输出电流范围内其均分负载的不平衡值额定输出电流范围内其均分负载的不平衡值应不超过直流输出电流额定值的应不超过直流输出电流额定值的5%5%。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 (7)(7)交流输入过、欠电压及缺相保护交流输入过、欠电压及缺相保护 整流器应能监视电网电压的变化，当交流输入电压值过高或过低时，整流器应能监视电网电压的变化，当交流输入电压值过高或过低时，为了保证整流器的安全工作，整流器应具备以下交流输入过、欠电压及为了保证整流器的安全工作，整流器应具备以下交流输入过、欠电压及缺相保护功能：缺相保护功能： 当电网电压过高时，整流器应具有过电压关机保护的功能，电网电当电网电压过高时，整流器应具有过电压关机保护的功能，电网电压恢复正常后，应能自动恢复工作；过压保护电压的设定不应低于额定压恢复正常后，应能自动恢复工作；过压保护电压的设定不应低于额定电压值的电压值的115%115%（单相应（单相应253253V V，三相应三相应437437V V）；）； 当电网电压过低时，整流器应具有欠电压保护的功能，电网电压恢当电网电压过低时，整流器应具有欠电压保护的功能，电网电压恢复正常后，应能自动恢复工作；欠压保护电压的设定不应高于额定电压复正常后，应能自动恢复工作；欠压保护电压的设定不应高于额定电压值的值的80%80%（单相应（单相应176176V V，三相应三相应304304V V）；）； 三相电压输入时，电网出现缺相时整流器应具有缺相保护功能，电三相电压输入时，电网出现缺相时整流器应具有缺相保护功能，电网恢复正常后，应能自动恢复工作。网恢复正常后，应能自动恢复工作。 (8)(8)直流输出过、欠电压保护直流输出过、欠电压保护 当整流器的直流输出电压值达到过电压设定值时，应能自动告警与当整流器的直流输出电压值达到过电压设定值时，应能自动告警与关机保护，故障排除后，应能人工恢复工作；关机保护，故障排除后，应能人工恢复工作；当整流器的直流输出电压值达到欠电压设定值时，应能自动告警，故障当整流器的直流输出电压值达到欠电压设定值时，应能自动告警，故障排除后，应能自动恢复工作。排除后，应能自动恢复工作。 (9)(9)直流输出电流的限制性能直流输出电流的限制性能 整流器应具有直流输出电流的限制性能，限制电流范围应在其额定整流器应具有直流输出电流的限制性能，限制电流范围应在其额定值的值的105 %105 %110 %110 %。当整流器直流输出电流达到限流值时，整流器应进。当整流器直流输出电流达到限流值时，整流器应进入限流工作状态。入限流工作状态。 整流器的直流输出电流除限流性能外，还应有短路的自动保护性能。整流器的直流输出电流除限流性能外，还应有短路的自动保护性能。当故障排除后，整流器应能自动恢复工作。当故障排除后，整流器应能自动恢复工作。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 (10)(10)告警性能告警性能 有过压、过流、欠压、欠流、防雷等保护及本地和远地告警功能。整流器在有过压、过流、欠压、欠流、防雷等保护及本地和远地告警功能。整流器在各种保护性能动作的同时，应能自动发出相应的可见告警信号。各种保护性能动作的同时，应能自动发出相应的可见告警信号。 (11)(11)效率与功率因数效率与功率因数 整流器在单机输出最大功率不小于整流器在单机输出最大功率不小于15001500W W时，其效率应不小于时，其效率应不小于90%90%，功率因数，功率因数不小于不小于0.920.92。整流器在单机输出最大功率小于。整流器在单机输出最大功率小于15001500W W时，效率应不小于时，效率应不小于85%85%，功率，功率因数应不小于因数应不小于0.950.95。 (12)(12)杂音电压杂音电压 衡重杂音衡重杂音2 2mVmV；峰峰- -峰值杂音电压峰值杂音电压200200mVmV；宽带杂音宽带杂音( (有效值有效值) )：(3.4-(3.4-150150kHz)50mVkHz)50mV，(0.15-30MHz)20mV(0.15-30MHz)20mV；离散杂音离散杂音( (有效值有效值) )：(3.4-150(3.4-150kHz)5mVkHz)5mV，(150-200kHz)3mV(150-200kHz)3mV，(200-500kHz)2mV(200-500kHz)2mV，(0.5-30MHz)1 mV(0.5-30MHz)1 mV。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 (13)(13)稳压精度稳压精度 不同交流输入电压与负载进行组合，各种情况下的直流输出电压与输出电压不同交流输入电压与负载进行组合，各种情况下的直流输出电压与输出电压整定值的差值应不超过输出电压整定值的整定值的差值应不超过输出电压整定值的0.6%0.6%。 (14)(14)开关机过冲幅度开关机过冲幅度 由于开关机引起直流输出电压变化的最大峰值应不超过直流输出电压整定值由于开关机引起直流输出电压变化的最大峰值应不超过直流输出电压整定值的的10%10%。 (15)(15)启动冲击电流（浪涌电流）启动冲击电流（浪涌电流） 由于启动引起的输入冲击电流应不大于额定输入电压条件下最大稳态输入电由于启动引起的输入冲击电流应不大于额定输入电压条件下最大稳态输入电流峰值的流峰值的150%150%。 (16)(16)可靠性指标可靠性指标第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 (17)(17)绝缘电阻绝缘电阻 试验电压为直流试验电压为直流500500V V时，整流器主回路的交流部分和直流部分对地时，整流器主回路的交流部分和直流部分对地以及交流部分对直流部分的绝缘电阻均不低于以及交流部分对直流部分的绝缘电阻均不低于2 2MM。 (18)(18)绝缘强度绝缘强度 交流电路对地、交流电路对直流电路应能承受交流电路对地、交流电路对直流电路应能承受5050HzHz、有效值为有效值为15001500V V的交流电压（漏电流的交流电压（漏电流3030mAmA）或等效其峰值的或等效其峰值的21202120V V直流电压直流电压1 1minmin，且无且无击穿与飞弧现象。击穿与飞弧现象。 直流电路对地应能承受直流电路对地应能承受5050HzHz、有效值为有效值为500500V V的交流电压（漏电流的交流电压（漏电流3030mAmA）或等效其峰值的或等效其峰值的710710V V直流电压直流电压1 1minmin，且无击穿与飞弧现象。且无击穿与飞弧现象。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器3.23.2功率变换电路功率变换电路 高频开关电源功率转换电路有高频开关电源功率转换电路有推挽式、全桥式、半桥式推挽式、全桥式、半桥式以及以及单端反单端反激、单端正激、谐振式功率变换电路激、单端正激、谐振式功率变换电路等。本小节仅以全桥式功率变换电等。本小节仅以全桥式功率变换电路和准谐振变换器为例进行介绍。路和准谐振变换器为例进行介绍。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器3.2.13.2.1全桥式功率转换电路全桥式功率转换电路图3.2 全桥式功率转换电路及其波形 第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器3.2.23.2.2准谐振变换器准谐振变换器 在高频开关电源的变换电路中，功率开关管在有电压时被开通和在在高频开关电源的变换电路中，功率开关管在有电压时被开通和在有电流时被关断的开关方式称为有电流时被关断的开关方式称为硬开关硬开关。功率开关管在零电压时被开通，。功率开关管在零电压时被开通，在零电流时被并断的开关之式称为在零电流时被并断的开关之式称为软开关软开关。 PWMPWM型开关方式属硬开关。它具有控制简单，稳态直流增益与负载无型开关方式属硬开关。它具有控制简单，稳态直流增益与负载无关等优点。缺点是开关损失随开关频率的提高而增加，故限制了开关频关等优点。缺点是开关损失随开关频率的提高而增加，故限制了开关频率进一步提高。谐振式开关方式属于软开关，可使开关电源在更高的频率进一步提高。谐振式开关方式属于软开关，可使开关电源在更高的频率下工作而开关损失很小。率下工作而开关损失很小。 第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 准准谐谐振振变变换换器器是是一一种种新新型型的的谐谐振振变变换换器器，它它是是在在PWMPWM型型开开关关变变换换器器基基础础上上适适当当地地加加上上谐谐振振电电感感和和谐谐振振电电容容而而形形成成的的。谐谐振振电电感感、谐谐振振电电容容和和原原来来PWMPWM型型变变换换器器中中的的开开关关组组成成了了所所谓谓 谐谐振振开开关关 。在在这这种种变变换换器器的的运运行行中中出出现现谐谐振振状状态态的的工工作作模模式式，从从而而可可以以改改善善开开关关的的电电压压、电电流流波波形形，减减小小开开关关损损失失。由由于于运运行行中中，工工作作在在谐谐振振状状态态的的时时间间只只占占一一个个开开关关周周期期中中的的一一部部分分，其其余余时时间间都都是是运运行行在在非非谐谐振振状状态态中中，所所以以称称 准准谐谐振振 变变换换器。器。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 上述的所谓上述的所谓 谐振开关谐振开关 称为称为 准谐振开关准谐振开关 。准谐振变换器是一种。准谐振变换器是一种PWMPWM型和传统谐振型混合在一起的型和传统谐振型混合在一起的DC-DCDC-DC变换器。它既有变换器。它既有PWMPWM型电路控制简单型电路控制简单的优点，又有谐振型电路开关电压、电流波形是非强制的，开关损失小的优点，又有谐振型电路开关电压、电流波形是非强制的，开关损失小的优点，因而在的优点，因而在DC-DCDC-DC变换器中得到广泛应用。变换器中得到广泛应用。 准谐振变换器又分为两种准谐振变换器又分为两种: :一种是一种是零电流开关零电流开关 ( (Zero Current SwitchZero Current Switch一一ZCS)ZCS)式，另一种是式，另一种是零电压开关零电压开关 ( (Zero Voltage SwitchZero Voltage Switch一一ZVS)ZVS)式。式。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 1) 1)零电流开关谐振技术。（零电流开关谐振技术。（ZCS-QRCZCS-QRC）零电流式准谐振开关电源的原零电流式准谐振开关电源的原理如图理如图3.33.3所示。所示。图3.3零电流式准谐振开关第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 2)2)零电压开关式准谐振技术。零电压开关式准谐振技术。( (ZVSZVSQRC)QRC)零电压式准谐振开关电源零电压式准谐振开关电源的原理如图的原理如图3.43.4所示。所示。图3.4 零电压式准谐振开关第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 3)3)零零电电压压式式多多谐谐振振开开关关技技术术。( (ZVS-MRC)ZVS-MRC)零零电电压压式式多多谐谐振振开开关关电电源源原原理如图理如图3.53.5所示。所示。 图3.5 零电压式多谐振开关电源原理图第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器3.3 3.3 滤波电路滤波电路 高频开关电源的工作过程与线性稳压电源完全不同，对高频开关电源的工作过程与线性稳压电源完全不同，对滤波也有特殊要求，一般由滤波也有特殊要求，一般由输入滤波、工频滤波以及输出滤输入滤波、工频滤波以及输出滤波波等三个基本电路组成。等三个基本电路组成。 第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 远距离操作功能。稳压电源输出电压的调节可以在电源的面板上进远距离操作功能。稳压电源输出电压的调节可以在电源的面板上进行，也可以在用户操作方便的地方进行，而不管电源的位置在何处。行，也可以在用户操作方便的地方进行，而不管电源的位置在何处。 程序供电的功能。稳压电源输出电压的开和关，以及输出电流的限程序供电的功能。稳压电源输出电压的开和关，以及输出电流的限制，按规定次序接通和关断的操作，可由用户以小功率开关电平控制。制，按规定次序接通和关断的操作，可由用户以小功率开关电平控制。 并联运行功能。为了扩大单个电源输出的容量，以及提高直流电源并联运行功能。为了扩大单个电源输出的容量，以及提高直流电源系统的供电质量，便于用户操作和提高电源系统的可靠性，系统的供电质量，便于用户操作和提高电源系统的可靠性，PWMPWM型稳压电型稳压电源应具有能参与并联运行的能力。源应具有能参与并联运行的能力。 此外，还应有温度监视电路和限流、过载，失压等状态的告警和指此外，还应有温度监视电路和限流、过载，失压等状态的告警和指示等等。示等等。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器2 2、脉宽调制器、脉宽调制器 脉冲调制的方法分为两类，一类是脉冲调制的方法分为两类，一类是驱动脉冲的频率固定，宽度与偏驱动脉冲的频率固定，宽度与偏差大小成线性关系，称为脉冲宽度调制，简称脉宽调制（差大小成线性关系，称为脉冲宽度调制，简称脉宽调制（PWMPWM）；另一类另一类是驱动脉冲的宽度固定，即开关管每次持续导通的时间固定，脉冲频率是驱动脉冲的宽度固定，即开关管每次持续导通的时间固定，脉冲频率与偏差大小成线性关系（即保证开关管在单位时间内导通的总时间适当）与偏差大小成线性关系（即保证开关管在单位时间内导通的总时间适当），称为脉冲频率调制，简称脉频调制（，称为脉冲频率调制，简称脉频调制（PFMPFM）。）。目前，在通信用高频开关目前，在通信用高频开关电源中，电源中，PWMPWM控制是主流。控制是主流。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 最简单的集成电路脉宽调制器的基本结构框图如图最简单的集成电路脉宽调制器的基本结构框图如图3.63.6所示。所示。图3.6 集成电路脉宽调制器基本结构框图第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 当锯齿波电压高于误差信号电压当锯齿波电压高于误差信号电压U UC C时，比较器输出为正（高电平），时，比较器输出为正（高电平），反之则为零，如图反之则为零，如图3.73.7所示。所示。图3.7 脉宽调制控制器的工作波形第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 振荡器的输出电压振荡器的输出电压U US S同时送到触发器的同时送到触发器的CPCP输入端使触发器翻转。触输入端使触发器翻转。触发器的发器的Q Q端和电压比较器输出分别加在端和电压比较器输出分别加在A A通道与门的两个输入端，而通道与门的两个输入端，而 端端和电压比较器输出分别加在和电压比较器输出分别加在B B通道与门的两个输入端。由于与门的功能是通道与门的两个输入端。由于与门的功能是只有当所有输入端全为高电平时，输出才是高电平，触发器的只有当所有输入端全为高电平时，输出才是高电平，触发器的Q Q端与端与 端又是互为非的关系，因而比较器输出的方波脉冲中的单数脉冲由端又是互为非的关系，因而比较器输出的方波脉冲中的单数脉冲由A A通道通道输出，双数脉冲由输出，双数脉冲由B B通道输出。通道输出。 A A、B B两通道输出的脉冲，可直接驱动双端开关电源中的两只功率晶两通道输出的脉冲，可直接驱动双端开关电源中的两只功率晶体管。若驱动单端开关电源，通道体管。若驱动单端开关电源，通道A A、B B输出端可并联起来输出，也可仅输出端可并联起来输出，也可仅用其中一个输出去驱动功率晶体管。用其中一个输出去驱动功率晶体管。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 调节作用原理：当开关稳压电源的输出减小时，反馈信号、误差信调节作用原理：当开关稳压电源的输出减小时，反馈信号、误差信号也随着减小，比较器及号也随着减小，比较器及A A、B B两通道输出的方波宽度相应增宽（即占空两通道输出的方波宽度相应增宽（即占空比增大），从而使开关稳压电源的输出电压回升，达到稳压的目的，其比增大），从而使开关稳压电源的输出电压回升，达到稳压的目的，其脉宽调制波形如图脉宽调制波形如图3.73.7所示。所示。 图图3.63.6框图中振荡器的固定频率是可编程的，改变振荡器外设的电阻框图中振荡器的固定频率是可编程的，改变振荡器外设的电阻R RT T和电容和电容C CT T的数值，就可改变其固定频率的数值。所有集成电路脉宽调制的数值，就可改变其固定频率的数值。所有集成电路脉宽调制控制器，除了都具有所示的基本结构外，一般还具有各自的一些特点，控制器，除了都具有所示的基本结构外，一般还具有各自的一些特点，如可调死区时间限制，过压、欠压保护，软启动等等。如可调死区时间限制，过压、欠压保护，软启动等等。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器3.5 3.5 驱动电路驱动电路 驱动电路的作用是将控制电路的驱动脉冲放大到足以激励高压开关管，驱动电路的作用是将控制电路的驱动脉冲放大到足以激励高压开关管，由于它所提供的脉冲幅度以及波形关系到晶体管的饱和压降、存储时间，开由于它所提供的脉冲幅度以及波形关系到晶体管的饱和压降、存储时间，开通和关断瞬间集电极电压电流上升下降速率等运行特性，从而直接影响其损通和关断瞬间集电极电压电流上升下降速率等运行特性，从而直接影响其损耗和发热，因此，驱动电路被认为是决定耗和发热，因此，驱动电路被认为是决定PWMPWM型开关电源优劣的要素之一。型开关电源优劣的要素之一。 驱动电路一般都具有隔离作用，常用变压器耦合方式来实现对高压功率驱动电路一般都具有隔离作用，常用变压器耦合方式来实现对高压功率开关器件的激励和输入级与输出级之间的隔离，同时还兼有在功率开关器件开关器件的激励和输入级与输出级之间的隔离，同时还兼有在功率开关器件关断时，施加反向偏置加速器件关断的功能。关断时，施加反向偏置加速器件关断的功能。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 典型的驱动电路原理如图典型的驱动电路原理如图3.83.8所示。所示。在图中驱动变压器的一次绕组的输入信号，就是控制电路的输出驱在图中驱动变压器的一次绕组的输入信号，就是控制电路的输出驱动信号，由变压器隔离处理后经整形电路整形后输出。动信号，由变压器隔离处理后经整形电路整形后输出。 图3.8 驱动电路原理图第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器3.6 3.6 功率因数校正电路功率因数校正电路l l、功率因数校正电路的引入功率因数校正电路的引入 在无功率因数校正的开关电源中，交流输入电压经整流后，直接加在无功率因数校正的开关电源中，交流输入电压经整流后，直接加到滤波电容器两端。只有交流输入电压高于滤波电容两端电压时，滤波到滤波电容器两端。只有交流输入电压高于滤波电容两端电压时，滤波电容才开始充电，因此输入电流波形为宽度很窄的脉冲，这种电流的谐电容才开始充电，因此输入电流波形为宽度很窄的脉冲，这种电流的谐波分量很大，输入总谐波失真可高达波分量很大，输入总谐波失真可高达100%-130%100%-130%。因为只有基波电流与输。因为只有基波电流与输入电压同相位，基波电流有效值入电压同相位，基波电流有效值 与电网电流有效值与电网电流有效值 之比较小，所以之比较小，所以功率因数较低，通常只有功率因数较低，通常只有0.6-0.70.6-0.7。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器2 2、功率因数校正的原理、功率因数校正的原理 在高频开关电源中，功率因数校正可采用在高频开关电源中，功率因数校正可采用无源功率因数校正无源功率因数校正和和有源有源功率因数校正功率因数校正。 (1) (1)无源功率因素校正的基本原理无源功率因素校正的基本原理 采用无源功率因数校正法时，应在开关电源输入端加入电感量很大采用无源功率因数校正法时，应在开关电源输入端加入电感量很大的低频电感，以便减小滤波电容充电电流的尖峰。这种校正方法比较简的低频电感，以便减小滤波电容充电电流的尖峰。这种校正方法比较简单，但是校正效果不很理想，通常经无源功率因数校正后，功率因数可单，但是校正效果不很理想，通常经无源功率因数校正后，功率因数可达到达到0.850.85。此外，采用无源校正法时，功率因数校正电感的体。此外，采用无源校正法时，功率因数校正电感的体积很大，积很大，增加了开关电源的体积，因此，目前这种方法很少采用。增加了开关电源的体积，因此，目前这种方法很少采用。 第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器(2)(2)有源功率因数校正的基本原理有源功率因数校正的基本原理 有源功率因数校正电路的原理框图如图有源功率因数校正电路的原理框图如图3.93.9所示。所示。图3.9 有源功率因数校正电路的原理框图第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器有有源源功功率率因因数数校校正正电电路路的的原原理理框框图图如如图图3.9所所示示。它它主主要要由由桥桥式式整整流流器器、高高频频电电感感L L、功功率率开开关关管管VTVT、二二极极管管VDVD、滤滤波波电电容容C C和和控控制制器器等等部部分分组组成成。该该电电路路实实质质上上是是一一种种升升压压变变换换器器。控控制制器器主主要要由由基基准准电电源源、低低通通滤滤波波器器、误误差差放放大大器器、乘乘法法器器、电电流流检检测测与与变变换换电电路路、信信号号综综合合电电路路、锯锯齿齿波波发发生生器器、比比较较器器和和功功率率开开关关管管驱驱动动电电路路等等部部分分组组成成。功功率率因因数数校校正正电电路路的的输输出出电电压压经经低低通通滤滤波波器器滤滤波波后后，加加入入误误差差放放大大器器，与与基基准准电电压压比比较较，二二者者之之差差经经放放大大后后，送送入入乘乘法法器器。为为了了使使功功率率因因数数校校正正电电路路的的输输入入电电流流为为正正弦弦波波并并且且与与电电网网电电压压同同相相位位，市市电电电电压压经经全全波波整整流流后后，也也加加到到乘乘法法器器。乘乘法法器器将将输输入入电电压压信信号号与与输输出出误误差差信信号号相相乘乘后后，送送入入信信号号综合电路。综合电路。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 电流取样电阻电流取样电阻 两端电压正比于功率因数校正电路的输入电流。两端电压正比于功率因数校正电路的输入电流。 两端电压加到信号综合电路，与乘法器输出信号综合。信号综合电路输两端电压加到信号综合电路，与乘法器输出信号综合。信号综合电路输出的模拟信号与锯齿波发生器产生的锯齿波电压，经比较器出的模拟信号与锯齿波发生器产生的锯齿波电压，经比较器C C比较后，转比较后，转换成脉宽调制换成脉宽调制 ( (PWM)PWM)信号，该信号经驱动电路放大后。控制功率开关管信号，该信号经驱动电路放大后。控制功率开关管VT(MOSFET)VT(MOSFET)导通或关断。导通或关断。MOSFETMOSFET导通后，高频电感导通后，高频电感L L中的电流中的电流 ( (也即功也即功率因数校正电路输入电流率因数校正电路输入电流) )线性上升。当线性上升。当 的波形与整流后的市电电压波的波形与整流后的市电电压波形相交时，通过控制器使形相交时，通过控制器使MOSFETMOSFET关断。此时，电感两端的自感电势使二关断。此时，电感两端的自感电势使二极管极管VDVD导通，电感导通，电感L L通过通过VDVD对电容放电，电感中的电流对电容放电，电感中的电流 线性下降。当线性下降。当 下降到零后，控制电路使下降到零后，控制电路使MOSFETMOSFET再次导通，上述过程重复。再次导通，上述过程重复。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 功功率率因因数数校校正正电电路路输输入入电电压压和和电电流流波波形形如如图图3.103.10所所示示。由由图图可可以以看看出出，功功率率因因数数校校正正电电路路输输入入电电流流平平均均值值 的的波波形形，始始终终跟跟随随输输入入电电压压的的波波形形，也也就就是是说说，输输入入电电压压与与输输入入电电流流保保持持同同相相位位，因因此此，功功率率因因数数接接近于近于1 1。图3.10 功率因数校正电路输入电压和电流波形第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器3.73.7负荷均分电路负荷均分电路 高频开关电源系统由若干个高频开关整流器模块，安装在一个或几高频开关电源系统由若干个高频开关整流器模块，安装在一个或几个整流机架上，以并联方式向负载供电。这就要求每台整流器能够平均个整流机架上，以并联方式向负载供电。这就要求每台整流器能够平均地分担电源系统输出的总功率。负荷均分一般采取地分担电源系统输出的总功率。负荷均分一般采取并联均流方式、主从并联均流方式、主从均流方式、自动平均均流方式均流方式、自动平均均流方式。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器图3.11 自动平均均流系统连接图第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器图3.12 整流模块均流电路原理图整流模块内部均流电路原理图如图整流模块内部均流电路原理图如图3.123.12所示。由图中看出在整流模块所示。由图中看出在整流模块输出电路增加了均流电阻输出电路增加了均流电阻R Ra a、电流误差放大器及加法器。、电流误差放大器及加法器。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器3.83.8监控模块监控模块3.8.13.8.1监控模块的主要功能监控模块的主要功能 监控模块是高频开关电源系统中的智能装置，对开关电源系统的运监控模块是高频开关电源系统中的智能装置，对开关电源系统的运行进行统一的管理。该模块通过内部通信接口，根据预定的工作程序，行进行统一的管理。该模块通过内部通信接口，根据预定的工作程序，对开关整流模块、交、直流配电屏及电池的运行状态进行实时监视、控对开关整流模块、交、直流配电屏及电池的运行状态进行实时监视、控制和管理。一套开关电源系统有一个监控模块，可同时监控多个高频开制和管理。一套开关电源系统有一个监控模块，可同时监控多个高频开关整流模块和配电装置。另外，通过关整流模块和配电装置。另外，通过RS232RS232485485外部接口纳入上一级监外部接口纳入上一级监控管理系统，发送并接收相应的信息，执行监控系统的命令；同时，还控管理系统，发送并接收相应的信息，执行监控系统的命令；同时，还具有完成对各种参数及运行信息的存储，由维护人员在现场进行运行参具有完成对各种参数及运行信息的存储，由维护人员在现场进行运行参数的调整，将系统的运行状态与参数进行实时的显示等功能。数的调整，将系统的运行状态与参数进行实时的显示等功能。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 系统的运行状态与参数进行实时的显示等功能。具体如下：系统的运行状态与参数进行实时的显示等功能。具体如下： （1 1）显示功能）显示功能 监控模块可在其液晶显示屏上分屏显示系统各种运行信息，如交流监控模块可在其液晶显示屏上分屏显示系统各种运行信息，如交流输入电压、直流输出电压输入电压、直流输出电压/ /电流，电池的均电流，电池的均/ /浮充状态等。浮充状态等。 （2 2）参数设置）参数设置 可通过键盘和显示屏输入、修改电源系统的工作参数。这些参数将可通过键盘和显示屏输入、修改电源系统的工作参数。这些参数将在以后电源系统的运行过程中，影响整个系统的工作，所以设置参数时，在以后电源系统的运行过程中，影响整个系统的工作，所以设置参数时，必须确保输入的参数值与实际情况一致，否则监控模块不能正确地监控必须确保输入的参数值与实际情况一致，否则监控模块不能正确地监控电源系统。电源系统。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 （3 3）控制功能）控制功能 监控模块根据系统的运行状态，对被监控对象发出相应的动作指令，监控模块根据系统的运行状态，对被监控对象发出相应的动作指令，主要包括：主要包括： 1. 1.改变整流模块的限流点；改变整流模块的限流点； 2. 2.控制整流模块的开控制整流模块的开/ /关机状态和均关机状态和均/ /浮充状态；浮充状态； 3. 3.电池欠压保护等；电池欠压保护等； 上述操作监控模块可以根据采集到的数据自动控制外，具有控制权上述操作监控模块可以根据采集到的数据自动控制外，具有控制权限的用户也可以通过键盘直接键入相应的动作命令。限的用户也可以通过键盘直接键入相应的动作命令。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 （4 4）告警功能）告警功能 监控模块可以根据采集到的数据，对系统交直流配电开关量、模拟监控模块可以根据采集到的数据，对系统交直流配电开关量、模拟量、电池运行状态进行监控，并综合相关信息处理进一步的告警。量、电池运行状态进行监控，并综合相关信息处理进一步的告警。 5 5）历史记录）历史记录 监控模块将电源系统运行过程中的一些重要状态和数据，根据时间监控模块将电源系统运行过程中的一些重要状态和数据，根据时间或其它条件存储起来，以备查询。监控模块可提供五条的历史告警信息，或其它条件存储起来，以备查询。监控模块可提供五条的历史告警信息，每一条信息都包括告警类型、起始时间和结束时间，并保证掉电后不会每一条信息都包括告警类型、起始时间和结束时间，并保证掉电后不会消失。用户随时可以在液晶显示屏上浏览。消失。用户随时可以在液晶显示屏上浏览。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器 （6 6）故障回叫）故障回叫 故障回叫是指系统发生紧急告警时，监控模块通过故障回叫是指系统发生紧急告警时，监控模块通过MODEMMODEM拨号，向监拨号，向监控后台发出告警信息，申请后台计算机立即处理该电源故障。控后台发出告警信息，申请后台计算机立即处理该电源故障。 （7 7）电池自动管理）电池自动管理 监控模块可根据用户设定的数据（如充电限流值、均监控模块可根据用户设定的数据（如充电限流值、均/ /浮充转换电流浮充转换电流值、二次下电电压值和电池保护电压值等）调整电池的充电方式、充电值、二次下电电压值和电池保护电压值等）调整电池的充电方式、充电电流，并实施各种保护措施（如充电限流、浮充温度补偿、二次下电和电流，并实施各种保护措施（如充电限流、浮充温度补偿、二次下电和电池保护等）。电池保护等）。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器（8 8）超级管理）超级管理 超级管理功能是为系统管理员设置的，其中有系统密码重置、系统超级管理功能是为系统管理员设置的，其中有系统密码重置、系统参数重置和设置序列号等功能。参数重置和设置序列号等功能。 系统密码重置是将系统操作密码重置为默认值，它是为丢失系统操系统密码重置是将系统操作密码重置为默认值，它是为丢失系统操作密码而设的。作密码而设的。 系统参数重置是将系统的设置参数重置为默认值，它是当系统设置系统参数重置是将系统的设置参数重置为默认值，它是当系统设置发生混乱时，为恢复系统设置而设的。一般情况下请勿使用。发生混乱时，为恢复系统设置而设的。一般情况下请勿使用。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器3.8.23.8.2监控模块的硬件原理框图监控模块的硬件原理框图 电源系统监控模块收集各基础监控单元的数据，显示在大屏幕点阵电源系统监控模块收集各基础监控单元的数据，显示在大屏幕点阵式液晶显示器上，并根据这些信息实行各种控制和管理功能。如果需要，式液晶显示器上，并根据这些信息实行各种控制和管理功能。如果需要，监控模块还可通过多种通信方式连接监控后台。监控模块还可通过多种通信方式连接监控后台。第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器图3.13 监控模块硬件原理框图第五章第五章直流供电直流供电直流供电系统直流供电系统第二节第二节交流配电屏交流配电屏第四节第四节直流配电屏直流配电屏第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述第八节第八节太阳能供电系统太阳能供电系统第七节第七节直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考第六节第六节直流直流-直流变换器直流变换器第五节第五节蓄电池蓄电池第四节第四节 直流配电屏直流配电屏第四节第四节 直流配电屏直流配电屏4.14.1直流配电屏的技术要求直流配电屏的技术要求 直流配电屏位于整流器与通信负载之间，主要用于整流器、蓄电池直流配电屏位于整流器与通信负载之间，主要用于整流器、蓄电池组的接入和直流负荷的分配。其主要技术要求如下：组的接入和直流负荷的分配。其主要技术要求如下： (1) (1)同一种电压同型号的直流配电屏应能并联使用。同一种电压同型号的直流配电屏应能并联使用。 (2) (2)可接入两组蓄电池。可接入两组蓄电池。 (3) (3)负荷分路及容量可根据系统实际需要确定。负荷分路及容量可根据系统实际需要确定。 (4) (4)在低阻配电系统中，直流屏带额定负荷时，屏内放电回路电压在低阻配电系统中，直流屏带额定负荷时，屏内放电回路电压 降降500500mVmV。 (5) (5)具有过压、欠压、过流保护和低电压告警以及输出端浪涌吸收装具有过压、欠压、过流保护和低电压告警以及输出端浪涌吸收装置。置。 (6) (6)对于蓄电池充放电回路以及主要输出分路应能够进行监测。对于蓄电池充放电回路以及主要输出分路应能够进行监测。 (7) (7)小型通信局（站）所用的直流屏应具有分级供电和电池切断保护小型通信局（站）所用的直流屏应具有分级供电和电池切断保护功能。功能。第四节第四节 直流配电屏直流配电屏4.24.2直流配电原理直流配电原理直流配电单元原理图见图直流配电单元原理图见图4.14.1。 图4.1 直流配电单元工作原理图第五章第五章直流供电直流供电直流供电系统直流供电系统第二节第二节交流配电屏交流配电屏第四节第四节直流配电屏直流配电屏第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述第八节第八节太阳能供电系统太阳能供电系统第七节第七节直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考第六节第六节直流直流-直流变换器直流变换器第五节第五节蓄电池蓄电池第五节第五节 蓄电池蓄电池第五节第五节 蓄电池蓄电池5.15.1概述概述5.1.1. 5.1.1. 蓄电池在通信电源系统中的作用蓄电池在通信电源系统中的作用 蓄电池是良好的直流电源，它具有蓄电池是良好的直流电源，它具有电压稳定、无脉动成分、使用方电压稳定、无脉动成分、使用方便可靠便可靠等特点。因此，在通信系统中得到了十分广泛的应用。蓄电池既等特点。因此，在通信系统中得到了十分广泛的应用。蓄电池既可作为直流电源系统备用电源，又可作为起动动力电源，还可作为高压可作为直流电源系统备用电源，又可作为起动动力电源，还可作为高压配电系统中的直流操作及控制电源。配电系统中的直流操作及控制电源。 第五节第五节 蓄电池蓄电池 荷电待用。荷电待用。蓄电池在通信电源中主要用于直流供电系统与交流不蓄电池在通信电源中主要用于直流供电系统与交流不停电系统停电系统( (UPS)UPS)，是其不可缺少的重要组成部分。蓄电池在系统中的作用是其不可缺少的重要组成部分。蓄电池在系统中的作用主要作为储能设备，当外部交流供电突然中断时，蓄电池作为系统供电主要作为储能设备，当外部交流供电突然中断时，蓄电池作为系统供电的后备保护，将担负起对全部负载供电的任务，从而保证了通信设备的的后备保护，将担负起对全部负载供电的任务，从而保证了通信设备的正常工作。在直流供电系统中，蓄电池可提供正常工作。在直流供电系统中，蓄电池可提供1-201-20h h或更长时间的不停电或更长时间的不停电供电；在交流不停电系统供电；在交流不停电系统( (UPS)UPS)中，蓄电池可提供中，蓄电池可提供0.5-10.5-1h h的不停电供电，的不停电供电，以维持正常的通信。因此，蓄电池作为系统供电的最后一道保证，亦是以维持正常的通信。因此，蓄电池作为系统供电的最后一道保证，亦是维持正常通信的最后一道屏障。维持正常通信的最后一道屏障。第五节第五节 蓄电池蓄电池平滑滤波。平滑滤波。在直流供电系统中，整流器的输出电压仍存在着纹波在直流供电系统中，整流器的输出电压仍存在着纹波及多种谐波电压，由于蓄电池对低频谐波电流呈现极小内阻，仅为数十及多种谐波电压，由于蓄电池对低频谐波电流呈现极小内阻，仅为数十毫欧，而与之关联的负载内阻远大于电池内阻。所以蓄电池对整流器输毫欧，而与之关联的负载内阻远大于电池内阻。所以蓄电池对整流器输出纹波电压具有旁路功能，即平滑滤波作用，能改善整流器的供电质量。出纹波电压具有旁路功能，即平滑滤波作用，能改善整流器的供电质量。第五节第五节 蓄电池蓄电池 调节系统电压调节系统电压。目前，大多数通信设备工作电压范围较宽，勿需。目前，大多数通信设备工作电压范围较宽，勿需采用调压装置。采用调压装置。2020世纪世纪8080年代以前，在通信直流供电系统中采用电池组年代以前，在通信直流供电系统中采用电池组加尾电池的方式，起到交流电源中断后的直流电压调整作用，以保证在加尾电池的方式，起到交流电源中断后的直流电压调整作用，以保证在交流电源中断后交流电源中断后, ,解决少数通信设备最低允许直流供电电压偏高的问题。解决少数通信设备最低允许直流供电电压偏高的问题。 在动力设备中作起动电源。在动力设备中作起动电源。中小型油机发电机组均采用蓄电池作中小型油机发电机组均采用蓄电池作起动电源。起动电源。第五节第五节 蓄电池蓄电池5.1.25.1.2蓄电池的分类蓄电池的分类 （1 1）按不同用途和外形结构分为：）按不同用途和外形结构分为：固定型蓄电池，它又分为开口式、封闭式、防酸隔爆式、消氢式等。固定型蓄电池，它又分为开口式、封闭式、防酸隔爆式、消氢式等。移动型蓄电池，它分为汽车用、火车用、摩托车用、船舶用、电瓶车用。移动型蓄电池，它分为汽车用、火车用、摩托车用、船舶用、电瓶车用。 （）按极板结构分为：涂膏式（或涂浆式）、化成式（又称形成式）（）按极板结构分为：涂膏式（或涂浆式）、化成式（又称形成式）、半化成式（或半形成式）、玻璃丝管式（或叫管式）等。、半化成式（或半形成式）、玻璃丝管式（或叫管式）等。 （）按电解质的不同分为：铅酸蓄电池、碱性蓄电池。（）按电解质的不同分为：铅酸蓄电池、碱性蓄电池。 （）按电解液的多少分为：富液式和贫液式。（）按电解液的多少分为：富液式和贫液式。 目前广泛使用的富液式电池有防酸隔爆式和消氢密封式。目前广泛使用的富液式电池有防酸隔爆式和消氢密封式。 贫液式电池按其防止溢酸的原理，又分为超细玻璃纤维吸附式和胶体贫液式电池按其防止溢酸的原理，又分为超细玻璃纤维吸附式和胶体固酸式两种。固酸式两种。第五节第五节 蓄电池蓄电池5.1.35.1.3蓄电池的基本概念蓄电池的基本概念 （1 1）充电与放电）充电与放电 充电充电是指蓄电池从其它直流电源中获得电能的过程。充电容量指对是指蓄电池从其它直流电源中获得电能的过程。充电容量指对蓄电池充入的电量，以蓄电池充入的电量，以AhAh计算。计算。 过充电过充电是指对已充足的蓄电池继续充电，有强烈析气反应。是指对已充足的蓄电池继续充电，有强烈析气反应。 放电放电是指蓄电池供给外电路负载电流的过程。此时由化学能转变为是指蓄电池供给外电路负载电流的过程。此时由化学能转变为电能。放电容量指蓄电池放出的电量，以电能。放电容量指蓄电池放出的电量，以AhAh计算。计算。 深放电深放电是指放出额定容量的是指放出额定容量的80%80%以上的放电。以上的放电。 浅放电浅放电是指放出额定容量的是指放出额定容量的25%25%以下的放电。以下的放电。 过放电过放电是指低于规定终止电压的放电。是指低于规定终止电压的放电。第五节第五节 蓄电池蓄电池（2 2）电动势）电动势E E与端电压与端电压U U 当外电路断开即没有电流通过电池时，在正、负极间的电位差，叫当外电路断开即没有电流通过电池时，在正、负极间的电位差，叫做电池的电动势。电动势是引起电池内外电路中产生电流的原动力。做电池的电动势。电动势是引起电池内外电路中产生电流的原动力。蓄电池的电动势，主要与电解液的密度有关，可近似地以下列经验公式蓄电池的电动势，主要与电解液的密度有关，可近似地以下列经验公式表示：表示： E= 0.85+dE= 0.85+d 式中，式中，d d电解液密度（电解液密度（1515时）；时）； 0.850.85电动势常数。电动势常数。 第五节第五节 蓄电池蓄电池 电路闭合时，电池两极的电位差叫做电池的电压，或叫端电压。蓄电路闭合时，电池两极的电位差叫做电池的电压，或叫端电压。蓄电池的端电压在充电和放电过程中，由于电流通过的方向不同，蓄电池电池的端电压在充电和放电过程中，由于电流通过的方向不同，蓄电池内阻（内阻（r r）上压降的方向也不同，因此端电压也不同。在放电时，端电压上压降的方向也不同，因此端电压也不同。在放电时，端电压（U U放放）低于蓄电池的电动势（）低于蓄电池的电动势（E E）。）。充电时，端电压（充电时，端电压（U U充充）高于蓄电池）高于蓄电池的电动势（的电动势（E E）。）。可用下列公式表示：可用下列公式表示： 充电时，充电时，U U充充= = E + IE + I充充r r 放电时，放电时，U U放放= = E EI I放放r r 当公式中当公式中I =0I =0时时( (即蓄电池开路即蓄电池开路) )，则，则U=EU=E。这就说明了蓄电池的电势这就说明了蓄电池的电势与端电压的关系。与端电压的关系。第五节第五节 蓄电池蓄电池（3 3）蓄电池的容量）蓄电池的容量 蓄电池的容量是指蓄电池储存电量的数量，通常以充足电后的蓄电蓄电池的容量是指蓄电池储存电量的数量，通常以充足电后的蓄电池放电到规定终了电压时所能供应的电量。池放电到规定终了电压时所能供应的电量。当蓄电池采用一定电流连续放电，电池容量当蓄电池采用一定电流连续放电，电池容量C C（单位：安时）用下式计算：单位：安时）用下式计算： 式中，式中，I I放放为放电电流（为放电电流（A A），），t t放放为放电时间（为放电时间（h h）。）。 当放电电流随时间变化时，当放电电流随时间变化时， 单位重量或单位体积的容量（单位重量或单位体积的容量（AhAh）称为比容量，单位为称为比容量，单位为Ah/kgAh/kg或或Ah/LAh/L。第五节第五节 蓄电池蓄电池（4 4）蓄电池的效率）蓄电池的效率 电量效率（安时效率）电量效率（安时效率） 输出电量与输入电量之比，叫做蓄电池的电量效率，也称为安时效输出电量与输入电量之比，叫做蓄电池的电量效率，也称为安时效率。率。式中，式中，C C放放和和C C充充分别为放电和充电容量。分别为放电和充电容量。 电能效率（瓦时效率）电能效率（瓦时效率） 输出电能与输入电能之比，叫做蓄电池的能量效率，也称为瓦时效输出电能与输入电能之比，叫做蓄电池的能量效率，也称为瓦时效率率 式中，式中，U U放放和和U U充充分别为平均放电和充电电压。分别为平均放电和充电电压。第五节第五节 蓄电池蓄电池（5 5）蓄电池的自放电率）蓄电池的自放电率 蓄电池充电后在断路状态和指定的环境下搁置，由于电池的局部作蓄电池充电后在断路状态和指定的环境下搁置，由于电池的局部作用而造成电池容量消耗，容量损失与搁置前的容量之比，叫蓄电池的自用而造成电池容量消耗，容量损失与搁置前的容量之比，叫蓄电池的自放电率。放电率。式中，式中，C1C1为搁置前放电容量（安时）。为搁置前放电容量（安时）。 C2C2为搁置后放电容量（安时）。为搁置后放电容量（安时）。 P P为自放电率（为自放电率（% %），即在指定的温度下，每若干昼夜的自放电率为），即在指定的温度下，每若干昼夜的自放电率为多少。温度较高、电压较高时，因为局部作用所消耗的容量较快，所以多少。温度较高、电压较高时，因为局部作用所消耗的容量较快，所以自放电率百分数要大一些；在充电后搁置第一、第二昼夜的自放电率最自放电率百分数要大一些；在充电后搁置第一、第二昼夜的自放电率最大，以后逐渐减少。大，以后逐渐减少。第五节第五节 蓄电池蓄电池5.2 5.2 铅酸蓄电池的基本原理铅酸蓄电池的基本原理 蓄电池是一种化学电源，它的构造可以是各式各样的，可是从原理蓄电池是一种化学电源，它的构造可以是各式各样的，可是从原理上讲所有的电池都是由上讲所有的电池都是由正极、负极、电解质、隔离物正极、负极、电解质、隔离物和和容器容器组成的，其组成的，其中正负两极的活性物质和电解质起电化反应，对电池产生电流起着主要中正负两极的活性物质和电解质起电化反应，对电池产生电流起着主要作用，如图作用，如图5.15.1所示。所示。 图中1电解质 2负极 3容器 4正极 5隔离物 6导线 7负荷 图5.1 电池构造示意图第五节第五节 蓄电池蓄电池 在电极和电解液的接触面有电极电位产生，不同的两极活性物质产在电极和电解液的接触面有电极电位产生，不同的两极活性物质产生不同的电极电位，有着较高电位的电极叫做正极，有着较低电位的电生不同的电极电位，有着较高电位的电极叫做正极，有着较低电位的电极叫做负极，这样在正负极之间产生了电位差，当外电路接通时，就有极叫做负极，这样在正负极之间产生了电位差，当外电路接通时，就有电流从正极经过外电路流向负极，再由负极经过内电路流向正极，电池电流从正极经过外电路流向负极，再由负极经过内电路流向正极，电池向外电路输送电流的过程，就是电池的放电过程。向外电路输送电流的过程，就是电池的放电过程。第五节第五节 蓄电池蓄电池电池放电以后，用外来直流电源以适当的反向电流通入，可以使已电池放电以后，用外来直流电源以适当的反向电流通入，可以使已形成的新化合物还原成为原来的活性物质，而电池又能放电，这种用反形成的新化合物还原成为原来的活性物质，而电池又能放电，这种用反向电流使活性物质还原的过程就是电池的充电过程。向电流使活性物质还原的过程就是电池的充电过程。第五节第五节 蓄电池蓄电池5.2.15.2.1电动势的产生电动势的产生 铅蓄电池的正极是二氧化铅铅蓄电池的正极是二氧化铅 ( (PbOPbO2 2) )，负极是绒状铅负极是绒状铅 ( (PbPb) )，它们是它们是两种不同的活性物质，故和稀硫酸两种不同的活性物质，故和稀硫酸 ( (H H2 2S0S04 4) )起化学作用的结果也不同。在起化学作用的结果也不同。在未接通负载时，由于化学作用使正极板上缺少电子，负极板上却多余电未接通负载时，由于化学作用使正极板上缺少电子，负极板上却多余电子，如图子，如图5.25.2所示，两极间就产生了一定的电位差。所示，两极间就产生了一定的电位差。图5.2铅蓄电池电动势的产生过程第五节第五节 蓄电池蓄电池5.2.2 5.2.2 放电过程的化学反应放电过程的化学反应 当外电路接上负载当外电路接上负载 ( (比如灯比如灯泡泡) )后，铅蓄电池在正、负极板后，铅蓄电池在正、负极板间电位差间电位差 ( (电动势电动势) )的作用下，的作用下，电流电流I I从正极流出，经负载流向从正极流出，经负载流向负极，也就是说，负极上的电子负极，也就是说，负极上的电子经负载进入正极，如图经负载进入正极，如图5.35.3所示。所示。同时在蓄电池内部产生化学反应同时在蓄电池内部产生化学反应: : 图5.3铅蓄电池在放电时的化学反应第五节第五节 蓄电池蓄电池 于是，放电时总的化学反应为于是，放电时总的化学反应为: : 正极正极 硫酸硫酸 负极负极 正极正极 水水 负极负极 PbOPbO2 22H2H2 2SOSO4 4PbPb PbSO PbSO4 42H2H2 2O OPbSOPbSO4 4放电第五节第五节 蓄电池蓄电池 所以放电过程中，蓄电池内阻越来越大。所以放电过程中，蓄电池内阻越来越大。PbPb、PbOPbO2 2、PbSOPbSO4 4三者体积三者体积比如下：比如下： PbPb: PbO: PbO2 2: PbSO: PbSO4 4=18:26:49=1:1.44:2.72=18:26:49=1:1.44:2.72 放电过程中极板由于体积增大而膨胀，深度放电可使极板损坏。放电过程中极板由于体积增大而膨胀，深度放电可使极板损坏。第五节第五节 蓄电池蓄电池5.2.35.2.3充电过程的化学反应充电过程的化学反应 充电是放电过程的逆过程，如图充电是放电过程的逆过程，如图5.45.4所示。所示。( (a)a)充电时的化学反应充电时的化学反应( (b)b)充电时的情况充电时的情况图5.4 铅蓄电池在充电时的化学反应(a)充电时的化学反应(b)充电时的情况第五节第五节 蓄电池蓄电池 于是于是, ,充电时总的化学反应式为充电时总的化学反应式为: : 正极正极 水水 负极负极 正极正极 硫酸硫酸 负极负极 PbSOPbSO4 42H2H2 2O OPbSOPbSO4 4PbOPbO2 22H2H2 2SOSO4 4PbPb 从充电反应式看出，当蓄电池充电后，两极上原来被消耗的活性物从充电反应式看出，当蓄电池充电后，两极上原来被消耗的活性物质复原了，同时电解液中的硫酸成分增加，水分减少。质复原了，同时电解液中的硫酸成分增加，水分减少。充电第五节第五节 蓄电池蓄电池5.3 5.3 铅酸蓄电池的结构铅酸蓄电池的结构5.3.15.3.1铅酸蓄电池的一般结构铅酸蓄电池的一般结构 蓄电池由正极板、负极板、隔离物、电解液、容器等组成。正、负蓄电池由正极板、负极板、隔离物、电解液、容器等组成。正、负极板、电解液是电池的主体。极板、电解液是电池的主体。第五节第五节 蓄电池蓄电池 1 1、极板和极板群、极板和极板群 铅酸电池的极板群是由单片极板组成。单片极板是由板栅和活性物铅酸电池的极板群是由单片极板组成。单片极板是由板栅和活性物质构成。正极板的活性物质是二氧化铅（质构成。正极板的活性物质是二氧化铅（PbOPbO2 2），），负极板的活性物质是负极板的活性物质是纯铅（纯铅（PbPb）。）。铅蓄电池的极板根据构造和活性物质化成方法的不同，可铅蓄电池的极板根据构造和活性物质化成方法的不同，可分为四类：涂膏式极板、管式极板、化成式极板、半化成式极板。分为四类：涂膏式极板、管式极板、化成式极板、半化成式极板。 2 2、隔离物、隔离物 装于正负极板之间，作用是防止内部短路和极板弯曲变形。装于正负极板之间，作用是防止内部短路和极板弯曲变形。 3 3、电解液、电解液 电解液是稀硫酸溶液，稀硫酸是由浓硫酸和纯水按一定比例混合配电解液是稀硫酸溶液，稀硫酸是由浓硫酸和纯水按一定比例混合配制而成。电解液是蓄电池的重要组成部分，蓄电池的化学反应主要通过制而成。电解液是蓄电池的重要组成部分，蓄电池的化学反应主要通过它来完成。它来完成。 4 4、容器、容器 材质有玻璃的、硬橡胶的、工程塑料的和有机玻璃的等。材质有玻璃的、硬橡胶的、工程塑料的和有机玻璃的等。第五节第五节 蓄电池蓄电池5.3.25.3.2防酸隔爆及消氢式电池的特点防酸隔爆及消氢式电池的特点 1 1、GFGF型防酸隔爆式电池的端盖上有防酸隔爆帽。它由金刚砂（棕刚型防酸隔爆式电池的端盖上有防酸隔爆帽。它由金刚砂（棕刚玉），主要是玉），主要是Al2O3Al2O3压制而成，具有压制而成，具有30-40%30-40%的孔隙。在电池充放电过程的孔隙。在电池充放电过程中，电解液中分解出来的中，电解液中分解出来的H H2 2和和O O2 2从孔隙中逸出，而带酸雾的水珠碰到硅油，从孔隙中逸出，而带酸雾的水珠碰到硅油，因硅油具有憎水性，水珠便滴回电池槽内。因硅油具有憎水性，水珠便滴回电池槽内。H H2 2、O O2 2逸出电池后，如室内空逸出电池后，如室内空气流通不良，聚积较多时还是会引起鸣爆的。气流通不良，聚积较多时还是会引起鸣爆的。 2 2、GMGM型消氢密封式电池的端盖上有消氢帽。消氢帽也叫催化帽，内型消氢密封式电池的端盖上有消氢帽。消氢帽也叫催化帽，内装钯钛金属珠子。可使电池内产生的装钯钛金属珠子。可使电池内产生的H H2 2、O O2 2在其催化作用下，重新化合成在其催化作用下，重新化合成H H2 2O O，再流回电池槽内（消氢帽不可能完全使再流回电池槽内（消氢帽不可能完全使H H2 2、O O2 2化合），故消氢式电化合），故消氢式电池水的损失很少，运行中添水次数大为减少。池水的损失很少，运行中添水次数大为减少。 消氢帽同时也具有防酸隔爆帽的功能，起防止酸雾逸出和防止内部消氢帽同时也具有防酸隔爆帽的功能，起防止酸雾逸出和防止内部爆炸。爆炸。 第五节第五节 蓄电池蓄电池5.3.35.3.3阀控式密封蓄电池（阀控式密封蓄电池（VRLAVRLA）的特点的特点 阀控式铅酸蓄电池的基本结构如图阀控式铅酸蓄电池的基本结构如图5.55.5所示。所示。 图5.5 阀控式铅酸蓄电池的基本结构第五节第五节 蓄电池蓄电池 在阀控式铅酸蓄电池中，电解液全部吸附在隔板和极板中，负极活在阀控式铅酸蓄电池中，电解液全部吸附在隔板和极板中，负极活性物质性物质 ( (海绵状铅海绵状铅) )在潮湿条件下活性很高，能与氧气快速反应。充电过在潮湿条件下活性很高，能与氧气快速反应。充电过程中，正极板产生的氧气通过隔板扩散到负极板，与负极活性物质快速程中，正极板产生的氧气通过隔板扩散到负极板，与负极活性物质快速反应，化合成水。因此，在整个使用过程中，不需要加水补酸。反应，化合成水。因此，在整个使用过程中，不需要加水补酸。第五节第五节 蓄电池蓄电池5.3.45.3.4各型蓄电池比较表各型蓄电池比较表 表中所列数据为一般规定。表中所列数据为一般规定。 表5.1 各型蓄电池异同比较表比较内容富液式贫液式防酸隔爆式消氢式超细玻璃纤维吸附式胶体固酸式工作原理双硫酸盐化理论同左同左同左材质（板栅）铅锑合金S：7-8%b同左铅钙合金Ca=0.8-1.2%或低锑合金Sb=1.8%以下（国外）或Sb=4.3%（国内）同左水的电解电位2.3V2.3V2.4V2.4V浮充电压（25）2.10-2.20V同左2.23-2.25V（各厂家规定不一）2.20-2.25V（各厂家规定不一）第五节第五节 蓄电池蓄电池比较内容富液式贫液式防酸隔爆式消氢式超细玻璃纤维吸附式胶体固酸式最高充电电压2.7V2.7V2.35-2.40V2.4V充满电时的电解液密度1.2150.005同左1.3001.240电解液有无分层现象有有有无特点有防酸帽有消氢帽有安全阀有安全阀初充电在安装现场进行同左在制造厂进行在制造厂进行核对性放电1年1次同左同左同左第五节第五节 蓄电池蓄电池5.4 5.4 阀控式密封铅酸蓄电池的电性能阀控式密封铅酸蓄电池的电性能 VRLAVRLA电池在正常浮充运行情况下处于密封状态，不排放任何气体，电池在正常浮充运行情况下处于密封状态，不排放任何气体，无电解液泄漏，在浮充期间勿须加酸和加水。无电解液泄漏，在浮充期间勿须加酸和加水。VRLAVRLA电池成功地解决了蓄电池成功地解决了蓄电池电解液固定不流动、抑制氢气析出、电池槽与盖及槽与极柱密封等电池电解液固定不流动、抑制氢气析出、电池槽与盖及槽与极柱密封等关键技术，使之获得了优良的电性能。关键技术，使之获得了优良的电性能。第五节第五节 蓄电池蓄电池5.4.15.4.1氧循环原理氧循环原理 为了防止蓄电池在充电后期正极析出氧气，负极析出氢气，造成电为了防止蓄电池在充电后期正极析出氧气，负极析出氢气，造成电池的水损耗，阀控电池采用了阴极吸收技术：池的水损耗，阀控电池采用了阴极吸收技术：图5.6 氧循环复合原理示意图第五节第五节 蓄电池蓄电池5.4.25.4.2阀控式铅酸蓄电池的充电特性阀控式铅酸蓄电池的充电特性图5.7 充电特性图第五节第五节 蓄电池蓄电池5.4.35.4.3阀控式铅酸蓄电池的放电特性阀控式铅酸蓄电池的放电特性 (1)(1)放电特性放电特性图5.8 放电特性图 第五节第五节 蓄电池蓄电池(2)(2)温度对放电特性的影响温度对放电特性的影响 环境温度对阀控式铅酸蓄电池放电特性的影响很大。放电容量与环环境温度对阀控式铅酸蓄电池放电特性的影响很大。放电容量与环境温度的关系如图境温度的关系如图5.95.9所示。可以看出，随着环境温度降低，蓄电池能放所示。可以看出，随着环境温度降低，蓄电池能放出的容量将减小。出的容量将减小。图5.9 放电容量与环境温度的关系图第五节第五节 蓄电池蓄电池.4.44 4内阻变化特性内阻变化特性 蓄电池内阻分为蓄电池内阻分为欧姆内阻欧姆内阻和和极化内阻极化内阻，前者由极板、极柱、溶液、隔膜组成，前者由极板、极柱、溶液、隔膜组成，后者指化学极化和浓差极化的电阻。蓄电池在完全充足电时内阻最小，内阻随放后者指化学极化和浓差极化的电阻。蓄电池在完全充足电时内阻最小，内阻随放出电量的增多而变大，因此可通过检测电池的内阻了解电池的荷电量。出电量的增多而变大，因此可通过检测电池的内阻了解电池的荷电量。 影响荷电状态内阻的因素有：影响荷电状态内阻的因素有：隔膜内阻、装配工艺、工作电流、温度。电池隔膜内阻、装配工艺、工作电流、温度。电池内阻内阻% % 电解液温度 图5.10 蓄电池内阻与电解液温度的关系图 电池内阻%第五节第五节 蓄电池蓄电池5.4.55.4.5影响容量的因素影响容量的因素 决定蓄电池容量的因素有极板有效物质利用率、极板的厚度与面积、决定蓄电池容量的因素有极板有效物质利用率、极板的厚度与面积、极板的孔眼率。蓄电池的容量不是恒定的常数，与极板的孔眼率。蓄电池的容量不是恒定的常数，与充电程度、放电电流充电程度、放电电流的大小、放电时间长短、电液比重的大小、放电时间长短、电液比重和和温度高低温度高低等有关，使用中放电率和等有关，使用中放电率和电液温度对蓄电池的实际容量影响较大。电液温度对蓄电池的实际容量影响较大。第五节第五节 蓄电池蓄电池 放电率的影响放电率的影响 从阀控式密封铅酸蓄电池的放电特性曲线可知，放电率低于正常放从阀控式密封铅酸蓄电池的放电特性曲线可知，放电率低于正常放电率时，可得较大的容量电率时，可得较大的容量; ;反之，容量则变小。铅酸蓄电池因放电率引起反之，容量则变小。铅酸蓄电池因放电率引起的放电变化如图的放电变化如图5.115.11所示。所示。图5.11 温度和放电速率对电池放出容量的影响第五节第五节 蓄电池蓄电池 温度的影响温度的影响 如图如图5.115.11所示，蓄电池若在低温下工作，电解液扩散能力变差，粘所示，蓄电池若在低温下工作，电解液扩散能力变差，粘度增大。电池内阻增加，容量降低。实践证明，温度低于一定值时，负度增大。电池内阻增加，容量降低。实践证明，温度低于一定值时，负极容量比正极容量降低得更快，尤其是大电流放电时更为明显。以极容量比正极容量降低得更快，尤其是大电流放电时更为明显。以2525时的电解液为标准，当电解液的温度在时的电解液为标准，当电解液的温度在10103535范围内，每升高范围内，每升高11时，时，电池容量将增大电池容量将增大0.8%0.8%，温度每降低，温度每降低11时，容量平均降低约时，容量平均降低约0.7%0.7%。当把电。当把电解液温度为解液温度为tt时的电池容量时的电池容量C Ct t，换算成换算成2525时的标称容量时的标称容量C C1010，时，可按时，可按下式进行下式进行: : 式中式中: :K K温度系数。温度系数。1010h h率放电时率放电时K=0.006K=0.006；3h3h率放电时率放电时K=0.008K=0.008；1h1h率放电时率放电时K=0.01K=0.01第五节第五节 蓄电池蓄电池 终止电压的影响终止电压的影响 电池的容量与端电压降低的快慢有密切关系。放电过程中，若能做电池的容量与端电压降低的快慢有密切关系。放电过程中，若能做到浓度极化小，端电压降低很慢，电池容量会相应提高。到浓度极化小，端电压降低很慢，电池容量会相应提高。 终止电压是按实际需要确定的。小电流放电时，终止电压高些终止电压是按实际需要确定的。小电流放电时，终止电压高些; ;大电大电流放电，终止电压低些。因为小电流放电极化作用小，容易形成硫酸铅流放电，终止电压低些。因为小电流放电极化作用小，容易形成硫酸铅结晶，充电时不易恢复成原来有效物质，故而终止电压规定高些。大电结晶，充电时不易恢复成原来有效物质，故而终止电压规定高些。大电流放电时，扩散速度跟不上，端电压降低很快，容量发挥不出来，因此流放电时，扩散速度跟不上，端电压降低很快，容量发挥不出来，因此终止电压定得低些。终止电压定得低些。第五节第五节 蓄电池蓄电池电液浓度的影响电液浓度的影响容量随硫酸电液浓度的变化而变化。极板细孔中的电液浓度，决定容量随硫酸电液浓度的变化而变化。极板细孔中的电液浓度，决定电极电位的变化，影响电液扩散速度和电池内阻。所以电池容量随电液电极电位的变化，影响电液扩散速度和电池内阻。所以电池容量随电液浓度的增大而提高，且近似成直线关系。但也不可浓度过大，因浓度高浓度的增大而提高，且近似成直线关系。但也不可浓度过大，因浓度高粘度增加，反而影响电液扩散，降低输出容量。粘度增加，反而影响电液扩散，降低输出容量。自放电的影响自放电的影响铅蓄电池无论在工作或不工作时，其内部都有放电现象，无益地消铅蓄电池无论在工作或不工作时，其内部都有放电现象，无益地消耗了能量。此种现象称为自放电。产生自放电的原因产要是由于电池内耗了能量。此种现象称为自放电。产生自放电的原因产要是由于电池内部有杂质存在。这些杂质在极板上构成无数微型电池进行局部放电，消部有杂质存在。这些杂质在极板上构成无数微型电池进行局部放电，消耗了电量。蓄电池尤其在高温和长久搁置不用时，其自放电更大。在正耗了电量。蓄电池尤其在高温和长久搁置不用时，其自放电更大。在正常使用时这种损失则较小，可以忽略不计。常使用时这种损失则较小，可以忽略不计。第五节第五节 蓄电池蓄电池5.4.65.4.6影响蓄电池寿命的因素影响蓄电池寿命的因素 蓄电池的寿命通常分为蓄电池的寿命通常分为循环寿命循环寿命和和浮充寿命浮充寿命两种。两种。 循环寿命是指蓄电池的容量减小到规定值以前，蓄电池的充放电循循环寿命是指蓄电池的容量减小到规定值以前，蓄电池的充放电循环次数。浮充寿命是指在浮充状态下，蓄电池能够正常供电的时间。环次数。浮充寿命是指在浮充状态下，蓄电池能够正常供电的时间。影响蓄电池使用寿命的主要因素有影响蓄电池使用寿命的主要因素有充电电压（浮充电流）、放电深度、充电电压（浮充电流）、放电深度、环境温度、放电次数（频度）环境温度、放电次数（频度）等。等。第五节第五节 蓄电池蓄电池 1 1、充电电压对蓄电池使寿命的影响、充电电压对蓄电池使寿命的影响 浮充电压过低时，阀控电池长期处于欠充电状态，极板深处的活性浮充电压过低时，阀控电池长期处于欠充电状态，极板深处的活性物质不能参与化学反应，因而在活性物质与板栅之间形成高电阻层，电物质不能参与化学反应，因而在活性物质与板栅之间形成高电阻层，电池的内阻增大，容量下降。池的内阻增大，容量下降。 浮充电压过高时，一方面，电池将长期处于过充电状态，电池内产浮充电压过高时，一方面，电池将长期处于过充电状态，电池内产生的气体量增加，安全阀经常处于开阀状态，电解液中的水分大量损失。生的气体量增加，安全阀经常处于开阀状态，电解液中的水分大量损失。通常，水分损失通常，水分损失15%15%，电池的容量就减小，电池的容量就减小15%15%。另一方面，随着充电电流。另一方面，随着充电电流的增大，极板腐蚀速度加快，蓄电池的寿命相对缩短。的增大，极板腐蚀速度加快，蓄电池的寿命相对缩短。第五节第五节 蓄电池蓄电池 2 2、放电深度对蓄电池寿命的影响、放电深度对蓄电池寿命的影响 循环寿命与电池每次放电的深度有密切关系，如图循环寿命与电池每次放电的深度有密切关系，如图5.125.12所示，放电所示，放电深度为深度为3030时，充放电循环次数可达时，充放电循环次数可达12001200次；放电深度为次；放电深度为100100时，循环时，循环寿命仅有寿命仅有200200次。因此，使用中应当尽量避免电池深度放电。次。因此，使用中应当尽量避免电池深度放电。图5.12 循环寿命与放电深度的关系第五节第五节 蓄电池蓄电池3 3、环境温度对蓄电池寿命的影响、环境温度对蓄电池寿命的影响图5.13 浮充寿命与环境温度的关系第五节第五节 蓄电池蓄电池5.55.5阀控式铅酸蓄电池的性能阀控式铅酸蓄电池的性能指标指标5.5.15.5.1定义定义 (1) (1)容量容量 按规定的方法试验，按规定的方法试验，1010h h率容量第一次循环不低于率容量第一次循环不低于0.95 0.95 C C1010，在第三次循环应达在第三次循环应达到到C C1010；3h3h和和1 1h h率的容量应分率的容量应分别在第四次和五次以前达到，别在第四次和五次以前达到，放电终止电压应符合表放电终止电压应符合表2 2的规的规定。定。放 电 率蓄电池放电单体终止电压V10h1.803h1.801h1.75表2放电率第五节第五节 蓄电池蓄电池(2)(2)大电流放电大电流放电 蓄电池以蓄电池以30 30 I I1010（A A）放电放电3 3 minmin，极柱、内部汇流排不应熔断，其外观不得极柱、内部汇流排不应熔断，其外观不得出现异常。出现异常。(3)(3)容量保存率容量保存率 蓄电池静置蓄电池静置2828天后其容量保存率不低于天后其容量保存率不低于96%96%。(4)(4)密封反应效率密封反应效率 蓄电池密封反应效率应不低于蓄电池密封反应效率应不低于95%95%。(5)(5)防酸雾性能防酸雾性能 电池在正常浮充工作过程中应无酸雾逸出。电池在正常浮充工作过程中应无酸雾逸出。(6)(6)安全阀要求安全阀要求 安全阀应具有自动开启和自动关闭的功能，其开阀压应是安全阀应具有自动开启和自动关闭的功能，其开阀压应是1010kPakPa35 35 kPakPa，闭阀压应是闭阀压应是3 3kPakPa15kPa15kPa。(7)(7)耐过充电能力耐过充电能力 蓄电池按规定要求试验后，其外观应无明显变形及渗液。蓄电池按规定要求试验后，其外观应无明显变形及渗液。(8)(8)蓄电池充电的管理蓄电池充电的管理 蓄电池在使用前一般应进行补充充电，蓄电池最大充电电流不大于蓄电池在使用前一般应进行补充充电，蓄电池最大充电电流不大于2.52.5I I1010（A A），），最大补充充电电压不大于最大补充充电电压不大于2.352.35V/V/单体。单体。 蓄电池均衡充电单体电压为蓄电池均衡充电单体电压为2.302.30V V2.35V2.35V（2525）。）。 蓄电池浮充充电单体电压为蓄电池浮充充电单体电压为2.202.20V V2.27V2.27V（2525）。）。第五节第五节蓄电池蓄电池(9)(9)蓄电池端电压的均衡性蓄电池端电压的均衡性 单体蓄电池和由若干个单体组成一体的组合蓄电池，其各电池间的开路单体蓄电池和由若干个单体组成一体的组合蓄电池，其各电池间的开路电压最高与最低差值应不大于电压最高与最低差值应不大于2020mVmV（2V2V）、）、50mV50mV（6V6V）、）、100mV100mV（12V12V）；）；蓄蓄电池进入浮充状态电池进入浮充状态2424h h后各蓄电池之间的端电压差应不大于后各蓄电池之间的端电压差应不大于9090mVmV（2V2V）、）、240mV240mV（6V6V）、）、480mV480mV（12V12V）。）。(10)(10)电池间连接电压降电池间连接电压降 电池间的连接电压降电池间的连接电压降U10mVU10mV。(11)(11)防爆性能防爆性能 蓄电池在充电过程中遇有明火，内部应不引燃、不引爆。蓄电池在充电过程中遇有明火，内部应不引燃、不引爆。(12)(12)蓄电池寿命蓄电池寿命 2 2V V系列的蓄电池的折合浮充寿命不低于系列的蓄电池的折合浮充寿命不低于8 8年。年。 6 6V V以上系列的蓄电池的折合浮充寿命不低于以上系列的蓄电池的折合浮充寿命不低于6 6年。年。第五节第五节蓄电池蓄电池第五节第五节 蓄电池蓄电池5 56 6阀控式铅酸蓄电池的运行方式与充电方法阀控式铅酸蓄电池的运行方式与充电方法5.6.15.6.1运行方式运行方式 铅酸蓄电池的运行方式可分为铅酸蓄电池的运行方式可分为连续浮充制、定期浮充制、充放制连续浮充制、定期浮充制、充放制三三种方式。种方式。 连续浮充制供电方式也称为全浮充制供电方式。是由整流器和蓄电连续浮充制供电方式也称为全浮充制供电方式。是由整流器和蓄电池组并联昼夜向通信设备连续供电的方式。池组并联昼夜向通信设备连续供电的方式。 定期浮充制供电方式也称为半浮充制供电方式。采用能浮充和充电定期浮充制供电方式也称为半浮充制供电方式。采用能浮充和充电的整流器，由整流器和蓄电池组并联对通信设备供电，部分时间由蓄电的整流器，由整流器和蓄电池组并联对通信设备供电，部分时间由蓄电池单独供电。池单独供电。 充放制供电方式。一组电池给负载供电，另一组电池充电备用，两充放制供电方式。一组电池给负载供电，另一组电池充电备用，两组电池定时交替使用。组电池定时交替使用。第五节第五节 蓄电池蓄电池 目前在通信局目前在通信局( (站站) )直流电源系统中，蓄电池普遍运行在全浮充工作方直流电源系统中，蓄电池普遍运行在全浮充工作方式。其原理图如图式。其原理图如图5.145.14所示。所示。图5.14 全浮充工作方式原理图第五节第五节 蓄电池蓄电池5.6.25.6.2充电方法充电方法 充电方法按用途可分为：充电方法按用途可分为： 浮充充电浮充充电 均衡充电均衡充电 补充充电补充充电 正常充电正常充电第五节第五节 蓄电池蓄电池(1) (1) 浮充充电浮充充电 在市电正常时，浮充充电可以补偿蓄电池池自放电引起的容量损失；在市电正常时，浮充充电可以补偿蓄电池池自放电引起的容量损失；在市电中断或某种特殊场合，蓄电池单独放电后，能依靠浮充很快地补在市电中断或某种特殊场合，蓄电池单独放电后，能依靠浮充很快地补足容量。足容量。（2 2）均衡充电）均衡充电 阀控式铅酸蓄电池组深度放电或长期浮充供电时，单体电池的电压阀控式铅酸蓄电池组深度放电或长期浮充供电时，单体电池的电压和容量都可能出现不平衡现象，为了消除不平衡现象，必须适当提高充和容量都可能出现不平衡现象，为了消除不平衡现象，必须适当提高充电电压，完成这种功能的充电方法叫做均衡充电。电电压，完成这种功能的充电方法叫做均衡充电。（3 3）补充充电）补充充电 阀控式铅酸蓄电池长期开路存放时，电池的容量将因自放电而损失。阀控式铅酸蓄电池长期开路存放时，电池的容量将因自放电而损失。为了保证电池具有足够的容量，使用前应根据电池的开路电压，判断电为了保证电池具有足够的容量，使用前应根据电池的开路电压，判断电池的剩余容量，然后采用不同的方法对蓄电池进行补充充电。池的剩余容量，然后采用不同的方法对蓄电池进行补充充电。第五节第五节 蓄电池蓄电池（4 4）正常充电）正常充电 电池在供电系统中放电之后的充电称为正常充电。正常充电有恒流电池在供电系统中放电之后的充电称为正常充电。正常充电有恒流充电法、恒压充电法、限流恒压充电法、递增电压充电法等。充电法、恒压充电法、限流恒压充电法、递增电压充电法等。恒流充电法恒流充电法-在充电过程中充电电流始终保持不变，叫做恒流充电法。在充电过程中充电电流始终保持不变，叫做恒流充电法。恒压充电法恒压充电法-在充电过程中充电电压始终保持不变，叫做恒压充电法。在充电过程中充电电压始终保持不变，叫做恒压充电法。限流恒压充电限流恒压充电-充电前期整流器以恒流方式输出，充电电流被限制在充电前期整流器以恒流方式输出，充电电流被限制在某一限流值，当整流器输出电压升高至恒压设定值后，转入稳压浮充，某一限流值，当整流器输出电压升高至恒压设定值后，转入稳压浮充，使蓄电池内电流按指数规律衰减，直至电池充足。使蓄电池内电流按指数规律衰减，直至电池充足。递增电压充电递增电压充电-充电方法与限流恒压充电方法基本一致，只是在充电充电方法与限流恒压充电方法基本一致，只是在充电快结束时，将电压递增，目的是使电池在充电末期获得足够的充电电流。快结束时，将电压递增，目的是使电池在充电末期获得足够的充电电流。一般前期恒压值一般前期恒压值VlVl取取2 22525V V只只(25)(25)左右，后期恒压值左右，后期恒压值V2V2取取2 23535V V只只(25)(25)左右。左右。第五章第五章直流供电直流供电直流供电系统直流供电系统第二节第二节交流配电屏交流配电屏第四节第四节直流配电屏直流配电屏第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述第八节第八节太阳能供电系统太阳能供电系统第七节第七节直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考第六节第六节直流直流-直流变换器直流变换器第五节第五节蓄电池蓄电池第六节第六节 直流直流直流变换器直流变换器第六节第六节直流直流直流变换器直流变换器6.1 6.1 直流一直流变换器概述直流一直流变换器概述 直流一直流变换器直流一直流变换器( (DCDCDC)DC)是一种将直流基础电源转变为其他电压是一种将直流基础电源转变为其他电压种类的直流变换装置。目前通信设备的直流基础电源电压规定为种类的直流变换装置。目前通信设备的直流基础电源电压规定为4848V V，由于在通信系统中仍存在由于在通信系统中仍存在2424V(V(通信设备通信设备) )及及1212V V、5V(5V(集成电路集成电路) )的的工作电源，因此，需要将工作电源，因此，需要将-48-48V V基础电源通过直流基础电源通过直流直流变换器变换到相直流变换器变换到相应电压种类的直流电源。应电压种类的直流电源。第六节第六节 直流直流直流变换器直流变换器6.2 6.2 直流直流直流变换器的工作原理直流变换器的工作原理 直流直流直流变换器是将直流电先逆变直流变换器是将直流电先逆变( (升压或降压升压或降压) )成交流电，然后成交流电，然后再整流变换成另一种直流电压的直流变换装置。常用的直流再整流变换成另一种直流电压的直流变换装置。常用的直流直流变换直流变换设备一般是由直流设备一般是由直流直流变换模块、监控模块以及与之配套的用户接口直流变换模块、监控模块以及与之配套的用户接口板和直流配电单元等组成的一个完整的电源系统。板和直流配电单元等组成的一个完整的电源系统。第六节第六节 直流直流直流变换器直流变换器 系统构成方框图如图系统构成方框图如图6.16.1所示。系统中多个直流所示。系统中多个直流直流变换模块并联直流变换模块并联均分负荷运行，将均分负荷运行，将4848V V直流电压变换成直流电压变换成2424V(V(或或1212V V、士士5 5V)V)直流电压，直流电压，再经输出分路保险向负载输出，监控模块负责对变换器模块及整个系统再经输出分路保险向负载输出，监控模块负责对变换器模块及整个系统的工作状态及性能进行监控，并通过的工作状态及性能进行监控，并通过RS232RS232通信口纳入上一级监控系统。通信口纳入上一级监控系统。图6.1 变换器系统构成方框图第六节第六节 直流直流直流变换器直流变换器 变换器模块负责将变换器模块负责将4848V V直流电压转换为直流电压转换为2424V V直流电压，由功率电直流电压，由功率电路和控制电路两大部分组成。功率电路实现从直流输入到直流输出的变路和控制电路两大部分组成。功率电路实现从直流输入到直流输出的变换；控制电路提供功率变换所需的一切控制信号，包括反馈回路、直流换；控制电路提供功率变换所需的一切控制信号，包括反馈回路、直流信号处理、模拟量和开关量的处理电路等，其工作框图如图信号处理、模拟量和开关量的处理电路等，其工作框图如图6.26.2所示。所示。图6.2 直流直流变换器模块方框图第六节第六节 直流直流直流变换器直流变换器6.3 6.3 直流一直流变换器的主要技术要求直流一直流变换器的主要技术要求 (1) (1)输入电压允许变动范围：输入电压允许变动范围：40405757V V。 (2) (2)输出电压稳定精度：输出电压稳定精度：1 1。 (3) (3)应有限流性能，限流整定值可在应有限流性能，限流整定值可在105105110%110%输出电流额定值之间输出电流额定值之间调整。调整。 (4) (4)同型号设备应能多台并联工作，并具有均分性能，其不平衡度应同型号设备应能多台并联工作，并具有均分性能，其不平衡度应5 5输出额定电流值。输出额定电流值。 (5) (5)输出杂音电压：衡重杂音输出杂音电压：衡重杂音2 2mVmV；宽带杂音宽带杂音2020mV(3mV(34kHz-4kHz-30MHz)30MHz)；峰值杂音峰值杂音200 200 mVmV。 (6) (6)反灌杂音：变换设备在额定工作时，直流电流中宽频杂音分量反灌杂音：变换设备在额定工作时，直流电流中宽频杂音分量( (方方均根值均根值) )应小于直流电流的应小于直流电流的1 1。 (7) (7)效率：效率： 200200W W时时7575；200200W W时时7070。第五章第五章直流供电直流供电直流供电系统直流供电系统第二节第二节交流配电屏交流配电屏第四节第四节直流配电屏直流配电屏第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述第八节第八节太阳能供电系统太阳能供电系统第七节第七节直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考第六节第六节直流直流-直流变换器直流变换器第五节第五节蓄电池蓄电池第七节 直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考第七节第七节 直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考7 71 1直流供电直流供电 直流供电系统的设计原则是每一个通信局（站）内的大多数通信设直流供电系统的设计原则是每一个通信局（站）内的大多数通信设备采用直流电源供电。为保证通信设备安全可靠运行，要求设计所配置备采用直流电源供电。为保证通信设备安全可靠运行，要求设计所配置的电源设备除满足通信设备供电需要外，其设备必须质量可靠、运行性的电源设备除满足通信设备供电需要外，其设备必须质量可靠、运行性能稳定，并应保证一旦有其中一套直流电源设备出现故障时，不影响其能稳定，并应保证一旦有其中一套直流电源设备出现故障时，不影响其他重要通信负荷的供电。因此，通信直流电源系统应按照通信设备用电他重要通信负荷的供电。因此，通信直流电源系统应按照通信设备用电的性质、用电设备的负荷及用电电压指标，配置相应独立的直流电源系的性质、用电设备的负荷及用电电压指标，配置相应独立的直流电源系统设备。统设备。 直流电源系统因需考虑线路电压降的问题，为此电源设备的安装地直流电源系统因需考虑线路电压降的问题，为此电源设备的安装地点尽量靠近大负荷用电中心或采用分散供电方式。点尽量靠近大负荷用电中心或采用分散供电方式。 直流供电系统应根据不同的设备功能及用电规模，配置一套或多套直流供电系统应根据不同的设备功能及用电规模，配置一套或多套电源设备。电源设备。第七节 直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考7 72 2 直流电源设备的配置直流电源设备的配置 直流供电系统的设备配置主要根据通信局（站）各种通信设备近、直流供电系统的设备配置主要根据通信局（站）各种通信设备近、远期的直流负荷调查统计，来配置高频开关整流器、蓄电池组、交直流远期的直流负荷调查统计，来配置高频开关整流器、蓄电池组、交直流配电屏的容量和数量。一般情况下，直流供电系统设备的容量及数量配配电屏的容量和数量。一般情况下，直流供电系统设备的容量及数量配置如下：置如下： （1 1）交、直流配电屏的容量按远期用电负荷配置，交、直流配电屏）交、直流配电屏的容量按远期用电负荷配置，交、直流配电屏的额定容量应满足用电负荷的要求。若设备标准配置的供电分路及技术的额定容量应满足用电负荷的要求。若设备标准配置的供电分路及技术性能指标能满足用电需求时，应按厂家标准配置，否则其供电分路或相性能指标能满足用电需求时，应按厂家标准配置，否则其供电分路或相关技术性能，应根据用电的需求向设备供应商提出具体的技术要求。关技术性能，应根据用电的需求向设备供应商提出具体的技术要求。 （2 2）高频开关整流器的配置。高频开关整流器按近期计算的总直流）高频开关整流器的配置。高频开关整流器按近期计算的总直流负荷（负荷电流及电池负荷（负荷电流及电池1010h h率的均充电流）配置。配置数量按（率的均充电流）配置。配置数量按（n+ln+l）冗冗余方式，其中余方式，其中n n只为主用。当计算数量只为主用。当计算数量 n=10 n=10 时，一只备用；当时，一只备用；当n n1010时，时，每每1010只备用一只。只备用一只。第七节 直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考 （3 3）蓄电池组按近期负荷配置，由于通信设备扩容较频繁，因此配）蓄电池组按近期负荷配置，由于通信设备扩容较频繁，因此配置蓄电池的容量应适当兼顾后期通信的发展。若近、远期负载相差不大置蓄电池的容量应适当兼顾后期通信的发展。若近、远期负载相差不大时，蓄电池总容量按远期用电负荷配置。电池总容量的设计应依据通信时，蓄电池总容量按远期用电负荷配置。电池总容量的设计应依据通信电源设计规范，首先确定通信局（站）的市电供电类别，再根据市电类电源设计规范，首先确定通信局（站）的市电供电类别，再根据市电类别及该市电类别所规定的电池放电小时率配置。电池总容量按照下式计别及该市电类别所规定的电池放电小时率配置。电池总容量按照下式计算算 ( 7 .1 )( 7 .1 )式中式中 Q-Q-蓄电池容量；蓄电池容量； K K安全系数（安全系数（1.251.25） I I负荷电流（负荷电流（ A ) A ) T T放电时间（放电时间（ h )h )第七节 直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考 放电容量系数见表放电容量系数见表7-17-1，对于本工程选用的阀控式铅酸蓄电池放，对于本工程选用的阀控式铅酸蓄电池放电终止电压按电终止电压按1.81.8V V 设计，则设计，则为为0.45;0.45; t t 实际电池所在地最低温度数值。所在地有采暖设备时，按实际电池所在地最低温度数值。所在地有采暖设备时，按15 15 考虑，无采暖设备时，按考虑，无采暖设备时，按 5 5 考虑；考虑； a a 电池容量系数（电池容量系数（1 1），当放电小时率大于等于），当放电小时率大于等于 10 10 时，取时，取a a0.006; 0.006; 当放电小时率大于等于当放电小时率大于等于1 1时，取时，取 a =0.008a =0.008；当放电小时率小当放电小时率小于于1 1时，取时，取a =0.01a =0.01。表7-1 铅酸蓄电池放电容 量系数（）第七节 直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考（4 4）每组蓄电池的串联只数的确定。每组蓄电池的串联只数是根据通）每组蓄电池的串联只数的确定。每组蓄电池的串联只数是根据通信设备的工作电压种类（直流信设备的工作电压种类（直流 4848V V 、 24V 24V 等）、设备的正常工作电压等）、设备的正常工作电压范围、蓄电池的放电终止电压、全程允许电压降等参数确定。电池组电范围、蓄电池的放电终止电压、全程允许电压降等参数确定。电池组电池串联只数最少不少于下式计算的只数：池串联只数最少不少于下式计算的只数： ( 7.2 )( 7.2 )式中式中 电池组放电时所需要的电池只数，计算结果有小数时，电池组放电时所需要的电池只数，计算结果有小数时，上进取正数；上进取正数； 通信设备允许的最低电压（通信设备允许的最低电压（V V）；）； 电池组到通信设备端放电回路，设备及线路的最大电压电池组到通信设备端放电回路，设备及线路的最大电压降总和（降总和（V V）。）。 第七节 直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考 （5 5）蓄电池组的并联考虑。不同厂家、不同型号、不同容量、新旧）蓄电池组的并联考虑。不同厂家、不同型号、不同容量、新旧程度不一的蓄电池组不应并联使用。相同容量、相同型号的蓄电池组并程度不一的蓄电池组不应并联使用。相同容量、相同型号的蓄电池组并联使用时，并联的组数也不宜过多（联使用时，并联的组数也不宜过多（2-42-4组为宜），否则将会造成蓄电池组为宜），否则将会造成蓄电池实际容量的下降，影响其正常使用。实际容量的下降，影响其正常使用。第五章第五章直流供电直流供电直流供电系统直流供电系统第二节第二节交流配电屏交流配电屏第四节第四节直流配电屏直流配电屏第三节第三节高频开关整流器高频开关整流器第一节第一节直流供电系统概述直流供电系统概述第八节第八节太阳能供电系统太阳能供电系统第七节第七节直流供电系统配置参考直流供电系统配置参考第六节第六节直流直流-直流变换器直流变换器第五节第五节蓄电池蓄电池第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统 第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统8.1 8.1 概述概述 太阳电池是指把太阳辐射直接变换为电能的器件，它适于将太阳光太阳电池是指把太阳辐射直接变换为电能的器件，它适于将太阳光中波长比较短的光中波长比较短的光( (波长波长0.30.31.1 1.1 m)m)变换为电能。当然，太阳电池也能变换为电能。当然，太阳电池也能将其它光源产生的合适波长的光变换为电能。太阳电池宜用在日照射量将其它光源产生的合适波长的光变换为电能。太阳电池宜用在日照射量大，日照时间长，四周无污染源大，日照时间长，四周无污染源( (烟雾、粉尘烟雾、粉尘) )、无腐蚀性气体的地方。、无腐蚀性气体的地方。太阳电池有单晶硅、非晶硅和化合物半导体等种类。目前应用最多的是太阳电池有单晶硅、非晶硅和化合物半导体等种类。目前应用最多的是硅太阳电池。硅太阳电池。第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统8.8. 太阳能供电系统的组成及运行太阳能供电系统的组成及运行8.2.18.2.1太阳能供电系统的组成太阳能供电系统的组成 通信设备要求不间断直流供电，而太阳能具有随机性、间隙性，所通信设备要求不间断直流供电，而太阳能具有随机性、间隙性，所以，太阳能供电系统中必须有储能装置以，太阳能供电系统中必须有储能装置蓄电池。蓄电池起着储存电蓄电池。蓄电池起着储存电能和供电调节作用；系统中还必须配有控制设备，控制设备起着稳定系能和供电调节作用；系统中还必须配有控制设备，控制设备起着稳定系统电压、控制充放电及显示等作用。统电压、控制充放电及显示等作用。 太阳能供电系统一般由太阳电池、蓄电池组、太阳能供电组合电源太阳能供电系统一般由太阳电池、蓄电池组、太阳能供电组合电源( (包括交流配电单元、直流配电单元、整流器、监控器、控制设备等包括交流配电单元、直流配电单元、整流器、监控器、控制设备等) )及及备用电源备用电源( (移动发电机组移动发电机组) )等组成。等组成。 第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统 根据稳定系统电压的方式不同，分为以下类型：根据稳定系统电压的方式不同，分为以下类型： (1) (1)变换稳压式太阳能供电系统变换稳压式太阳能供电系统 其工作原理为将太阳电池输出的电能进行直流直流稳压变换来控其工作原理为将太阳电池输出的电能进行直流直流稳压变换来控制系统电压在一定范围内，当太阳电池方阵发电量大于通信设备用电和制系统电压在一定范围内，当太阳电池方阵发电量大于通信设备用电和蓄电池接受能力时，要通过系统内部并联的功率臂将过剩功率耗散掉。蓄电池接受能力时，要通过系统内部并联的功率臂将过剩功率耗散掉。因过剩功率的耗散主要转换成热能，控制电路复杂，效率不太高，我国因过剩功率的耗散主要转换成热能，控制电路复杂，效率不太高，我国通信局通信局( (站站) )较少采用。较少采用。第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统(2)(2)逐级投入式太阳能供电系统逐级投入式太阳能供电系统 目前普遍采用的为该种太阳能供电系统，如图目前普遍采用的为该种太阳能供电系统，如图8.18.1所示。所示。图8.1 逐级投入式太阳能供电系统第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统8.2.28.2.2太阳能供电系统的运行太阳能供电系统的运行 在太阳能供电系统中，晴朗天气、有日照时太阳电池向负荷直接供在太阳能供电系统中，晴朗天气、有日照时太阳电池向负荷直接供电，同时补充无日照时由蓄电池向负荷供电所放电量；无日照、阴雨天电，同时补充无日照时由蓄电池向负荷供电所放电量；无日照、阴雨天由蓄电池放电供通信设备用电。由蓄电池放电供通信设备用电。 太阳能供电系统与由市电、高频开关电源、蓄电池组成的供电系统太阳能供电系统与由市电、高频开关电源、蓄电池组成的供电系统不同。太阳电池的发电量是无法控制的，不是按需发电。在蓄电池处于不同。太阳电池的发电量是无法控制的，不是按需发电。在蓄电池处于满容量或基本满容量状态时，为保证蓄电池组不过充电和系统输出电压满容量或基本满容量状态时，为保证蓄电池组不过充电和系统输出电压不超出允许电压范围，部分太阳电池将会被从系统中切除；而在蓄电池不超出允许电压范围，部分太阳电池将会被从系统中切除；而在蓄电池深度放电后，太阳电池也不会因蓄电池需要充电而多发电。因此，该系深度放电后，太阳电池也不会因蓄电池需要充电而多发电。因此，该系统中蓄电池的运行方式，既不是浮充运行方式，也不是完全的充放电方统中蓄电池的运行方式，既不是浮充运行方式，也不是完全的充放电方式。蓄电池的充电既不是恒压充电，也不是恒流充电。蓄电池的充电电式。蓄电池的充电既不是恒压充电，也不是恒流充电。蓄电池的充电电流随着日照强度的变化和太阳电池方阵的投入与切除而变化，电压也随流随着日照强度的变化和太阳电池方阵的投入与切除而变化，电压也随之变化。之变化。第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统 图图8.28.2示示出出逐逐级级投投入入式式太太阳阳能能供供电电系系统统蓄蓄电电池池电电压压和和太太阳阳电电池池方方阵阵电电流流曲线。曲线。图8.2 逐级投入式太阳能供电系统蓄电池电压和太阳电池方阵电流曲线第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统8.3 8.3 太阳能供电系统设备配置太阳能供电系统设备配置8.3.18.3.1太阳电池方阵的容量计算太阳电池方阵的容量计算 太阳电池方阵的容量计算是根据供电系统中的电压要求、太阳电池太阳电池方阵的容量计算是根据供电系统中的电压要求、太阳电池电源所分担的负荷电流大小和使用地点的日照条件等情况，计算出太阳电源所分担的负荷电流大小和使用地点的日照条件等情况，计算出太阳电池方阵的总组件数，并根据每个组件在标准测试条件下的额定功率计电池方阵的总组件数，并根据每个组件在标准测试条件下的额定功率计算方阵的总功率，以便满足设计需要。算方阵的总功率，以便满足设计需要。 计算方阵容量的方法有多种，下面以某工程为例，说明计算太阳电计算方阵容量的方法有多种，下面以某工程为例，说明计算太阳电池方阵总容量的常用方法。池方阵总容量的常用方法。 如某站无市电，当地年平均日照时间为如某站无市电，当地年平均日照时间为30003000h h，通信设备电压为通信设备电压为-48-48V V，直流负荷为直流负荷为6 6A A。该站拟选用的某种太阳电池组件峰值功率为该站拟选用的某种太阳电池组件峰值功率为5555W W，工作工作电流为电流为3.283.28A A，工作电压为工作电压为16.816.8V V。第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统(1)(1)太阳电池组件并联组数太阳电池组件并联组数该站平均日照时间为该站平均日照时间为 3 0003 000365=8.22(365=8.22(小时天小时天) )折合标准日照为折合标准日照为 8.228.220.7=5.75(0.7=5.75(小时天小时天) )标准日照时间太阳能对设备供电量为标准日照时间太阳能对设备供电量为 6 65.75=34.5(5.75=34.5(Ah)Ah)无日照时间由蓄电池组放电给设备供电，供电量为无日照时间由蓄电池组放电给设备供电，供电量为 6 6(24-5.75)=109.5(24-5.75)=109.5(Ah)Ah)蓄电池充电安时效率取蓄电池充电安时效率取0.80.8，太阳电池向蓄电池充入电量为，太阳电池向蓄电池充入电量为 109.5109.50.8=136.9(0.8=136.9(Ah)Ah)在标准日照时间在标准日照时间(5.75(5.75小时天小时天) )太阳电池需提供的电量为太阳电池需提供的电量为 34.5+136.9=171.4(34.5+136.9=171.4(Ah) Ah) 每个太阳电池组件的发电量为每个太阳电池组件的发电量为 3.283.285.75=18.86(5.75=18.86(Ah)Ah)所需太阳电池组件的并联数为所需太阳电池组件的并联数为 171.4171.418.86=9.09(18.86=9.09(组组) )太阳电池组件并联组数取为太阳电池组件并联组数取为9 9组。组。第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统(2)(2)太阳电池组件的串联组数太阳电池组件的串联组数 蓄电池浮充电压取蓄电池浮充电压取2.352.35V V只，只，-48-48V V系统蓄电池组浮充电压为系统蓄电池组浮充电压为 2.352.35V V2424只只=56.4=56.4V V 防反充二极管的压降及线路压降总和可取防反充二极管的压降及线路压降总和可取0.70.7V V 所需太阳电池组件的串联数为所需太阳电池组件的串联数为 =3.40( =3.40(组组) ) 综合考虑太阳电池因温升引起的压降等因素，需串联的太阳电池组综合考虑太阳电池因温升引起的压降等因素，需串联的太阳电池组件数为件数为4 4组。组。 第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统(3)(3)太阳电池组件总数和总容量太阳电池组件总数和总容量 太阳电池组件的总数太阳电池组件的总数=9=94=36(4=36(组组) ) 太阳电池总容量太阳电池总容量=55=5536=1980(36=1980(W)W)第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统8.3.4 8.3.4 开关电源容量配置开关电源容量配置 一般情况下，对于采用太阳电池、风力发电机等新能源混合供电系一般情况下，对于采用太阳电池、风力发电机等新能源混合供电系统供电的局统供电的局( (站站) )，当蓄电池，当蓄电池1010小时率充电电流远大于通信负荷电流时，小时率充电电流远大于通信负荷电流时，主用整流器的容量应按负荷电流和主用整流器的容量应按负荷电流和2020小时率的充电电流之和确定。小时率的充电电流之和确定。 采用交流电源车上站充电的局采用交流电源车上站充电的局( (站站) )，整流器的总容量按负荷电流和，整流器的总容量按负荷电流和蓄电池蓄电池1010小时率或小时率或2020小时率的充电电流之和确定。小时率的充电电流之和确定。 第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统8.4 8.4 混合供电系统混合供电系统 太阳电池与蓄电池组合构成的太阳能供电系统，基本能满足通信设太阳电池与蓄电池组合构成的太阳能供电系统，基本能满足通信设备的供电要求，但是由于阳光的随机性、间歇性，为保证连续供电，必备的供电要求，但是由于阳光的随机性、间歇性，为保证连续供电，必须加大太阳电池阵面与扩大蓄电池容量，使电源设备成本增加。在有条须加大太阳电池阵面与扩大蓄电池容量，使电源设备成本增加。在有条件的地方，与其它能源混合应用，则可降低成本。件的地方，与其它能源混合应用，则可降低成本。第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统8.4.18.4.1市电市电太阳电池太阳电池蓄电池混合供电系统蓄电池混合供电系统 采用太阳能供电系统的局采用太阳能供电系统的局( (站站) )，若条件允许，能引入一路市电，即，若条件允许，能引入一路市电，即使市电质量较差，也可降低成本、提高系统的可靠性。使市电质量较差，也可降低成本、提高系统的可靠性。 市电市电太阳电池太阳电池蓄电池混合供电系统如图蓄电池混合供电系统如图8.38.3所示。所示。第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统 图8.3 市电太阳电池蓄电池混合供电系统第八节第八节 太阳能供电系统太阳能供电系统8.4.2 8.4.2 风力发电风力发电太阳电池一蓄电池混合供电系统太阳电池一蓄电池混合供电系统 风能是太阳能的二次产物，是由太阳能转化而来的风能是太阳能的二次产物，是由太阳能转化而来的种能量。太阳种能量。太阳能与风能混合应用，希望二者的能量在时间上具有互补性：随季节变化能与风能混合应用，希望二者的能量在时间上具有互补性：随季节变化的互补性；白天和夜晚的互补性；阴天和晴天的互补性。的互补性；白天和夜晚的互补性；阴天和晴天的互补性。 谢谢！谢谢！