深圳奥特迅电力设备有限公司电力操作电源系统培训手册 - 图文

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深圳奥特迅电力设备有限公司

电力操作电源系统

培训手册

深圳奥特迅电力设备有限公司

SHENZHEN AUTO ELECTRIC POWER PLANT CO.,LTD

本手册的定位

本手册详细介绍了深圳奥特迅电力设备有限公司电力操作电源系统的基本原理、功能特点、技术参数等，并给出了相关的图表。本手册的主要用途：

1. 产品技术推广和制作标书技术条款 2. 设备选型参考

3. 电力操作电源工程设计 4. 用户及业务人员参考资料

编写：王英超校对：杨惠丽、李磊审批：王凤仁

内容如有改动，恕不另行通知

技术支持热线：0755-26520508、26520513 13925230721、13923769980 商务支持热线：0755-26520533、26520507 13602590346、13602681496

GZDW高频开关电力操作电源培训手册目录

第一章概述

1 前言

2 电力操作电源工作原理 3 奥特迅公司电力操作电源介绍

3.1 前言 3.2 应用范围 3.3 系统特点 3.4 型号命名 3.5 使用环境本章内容小结

第二章设计选型及系统基础知识

1 系统接线 2 组屏方案

3 高频开关电源模块配置原则本章内容小结

第三章高频开关电源技术

1 直流稳压电源发展历程

1.1 线性稳压电源 1.2 晶闸管可控硅相控电源 1.3 开关型稳压电源 1.4 直流电源技术的新进展 2 高频开关电源技术

2.1 高频开关电源原理介绍 2.2 高频开关电源各部分电路 2.3 软开关技术

3 ATC系列高频开关电源模块技术指标

3.1 型号命名

1 1 1 3 3 4 4 5 5 5 6 6 15 16 16 17 17 17 17 18 20 20 20 22 25 27 27

GZDW高频开关电力操作电源培训手册目录

3.2 正常使用条件 3.3 主要性能指标

4 ATC系列高频开关电源模块主要特点

5 ATC230/115系列高频开关电源模块结构及尺寸

5.1 ATC230M05、ATC230M10、ATC115M10、ATC115M20 5.2 ATC230M20、ATC230M25、ATC115M40 本章内容小结

第四章电力操作电源智能监控系统基础知识

1 智能监控系统概述

2 奥特迅公司集中监控器工作原理

2.1 型号命名

2.2 集中监控器工作原理 3 奥特迅公司集中监控器功能、参数

3.1 直流系统各信号和状态量参数 3.2 开关量输出（无源硬接点方式） 3.3 充电模块监控 3.4 电池管理 3.5 绝缘监测 3.6 通信 3.7 历史记录 4 串行总线数字通信方式 5 副监控器（FJKQ-A） 6 集中控制器面板及尺寸

6.1 集中监控器前面板 6.2 集中监控器后面板本章内容小结

第五章微机绝缘监测仪

1 传统绝缘监测仪检测原理

1.1 工作原理

28 28 30 32 32 32 33 34 34 34 34 35 35 35 36 36 36 38 38 38 38 39 39 39 40 41 42 42 42

GZDW高频开关电力操作电源培训手册目录

1.2 母线检测原理 1.3 支路检测原理 2 奥特迅公司绝缘监测仪介绍

2.1 概述

2.2 WJY3000A型微机绝缘监测仪原理 2.3 智能CT

2.4 WJY3000A微机绝缘监测仪参数、特点 2.5 WJY3000A微机绝缘监测仪结构、外形 2.6 继电器型绝缘监测仪 2.7 BXJY-A型便携式绝缘监测仪本章内容小结

第六章蓄电池智能放电仪

1 蓄电池放电仪概述

2 奥特迅公司BFD系列智能放电仪

2.1 概述 2.2 型号命名 2.3 产品规格 2.4 工作原理

2.5 BFD系列智能放电与逆变放电德性能比较 2.6 智能放电仪后台监控软件 2.7 主要技术指标 2.8 操作使用说明本章内容小结

第七章便携式智能充电机

1 整组电池用便携式智能充电机

1.1 型号规格 1.2 应用场合 1.3 技术参数 1.4 功能特点

42 44 45 45 45 47 47 49 50 50 51 52 52 53 53 53 53 54 55 56 56 57 59 60 60 60 60 60 61

GZDW高频开关电力操作电源培训手册目录

1.5 控制方式

2 单只电池用便携式智能充电机

2.1 概述 2.2 型号命名 2.3 功能特点及原理 2.4 外形尺寸本章内容小结

第八章直流系统其他配套设备

1 交流进线单元

1.1 交流配电单元（型号JLPD-A） 1.2 交流状态监测单元（型号JLZT-A） 2 防雷保护电路 3 降压装置 4 事故照明切换单元 5 直流断路器 6 电池巡检仪

6.1 BATM30系列蓄电池巡检仪工作原理 6.2 型号命名 6.3 功能特点 6.4 技术参数

6.5 电池巡检仪接线示意图 7 数字表计

7.1 型号命名 7.2 技术指标 7.3 性能特点 8 馈线状态监测模块 9 闪光装置 10 光电转换器

10.1 型号命名

61 61 61 62 62 63 63 64 64 64 65 66 67 69 70 73 73 73 74 74 74 75 75 76 76 76 77 78 78

GZDW高频开关电力操作电源培训手册目录

10.2 接线方式本章内容小结

78 79

附录1 施奈德断路器选型资料附录2 北京人民断路器选型资料

附录3 德国好贝克（HOPPECK）电池选型资料附录4 武汉银泰电池选型资料

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第一章概述

第一章概述

1、前言

GZDW系列直流电源柜，适用于大中小型发电厂、变电所，作为高压断路器直流操作机构的分、合闸、继电保护、自动装置、信号装置等使用的操作电源及事故照明和控制用直流电源。

目前，电力系统使用的直流电源已大部分采用高频开关电源,相控电源作为被淘汰产品也有部分在使用。

相控电源的纹波、高次谐波干扰大，效率低及体积庞大，监控系统不完善，难以满足综合自动化及无人值守变电站或发电厂的要求。另外，由于阀控式密封铅酸蓄电池内阻较小，例如，POWER6225蓄电池内阻为1.1毫欧，在带负载浮充电运行时，太大的纹波在纹波的峰值对蓄电池有较大明显的充电，在纹波的谷值时蓄电池对负载有较大明显的放电，蓄电池长期在这种较大的脉动充放电工作，会加速蓄电池老化过程，减小蓄电池的使用寿命。高频开关电源具有稳压、稳流精度高，体积小、重量轻、效率高，输出纹波及谐波失真小、自动化程度高等优点，在邮电、电力、航空航天、计算机及家电等领域已逐步取代相控电源。

目前，电力部规划设计院已大力推广并使用高频开关电源，新的设计规程已发行。

2、电力操作电源工作原理

在讲解电力操作电源工作原理之前，我们先给出几个关键词的定义：

1. 电力操作电源：适用于大中小型发电厂、变电所，作为高压断路器直流操作机构的分/合闸、继电保护、自动装置、信号装置等使用的操作电源及事故照明和控制用直流电源称为电力操作电源。

2. 充电模块：采用模块化高频开关PWM变换技术，将交流变成直流的静止型电力变换器，其主要功能是实现蓄电池的均/浮充功能，所以称为充电模块。

3. 充电/浮充电装置：多个充电模块并联，实现蓄电池均/浮充充电和常规负荷供电功能的装置。

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第一章概述

4. 监控模块：电力操作电源系统的充电模块统一受控于一台中央控制系统，该系统采用模块化结构，实现系统的“四遥”功能，这样的系统称为监控模块。

5. 均衡充电：为补偿蓄电池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，以及大容量放电后的补充充电，通称为均衡充电。

6. 浮充电：在系统正常运行时，充电装置承担经常负荷，同时向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量的状态处于备用。

7. 正常充电：蓄电池正常的充电过程，即由均充电（包括限流均充和恒压均充两个过程）转到浮充电的过程。

8. 定时均充：为了防止电池处于长期浮充电状态可能导致的电池单体容量不平衡，而周期性地以较高的电压对电池进行均衡充电。

9. 限流均充：以不超过电池充电限流点的恒定电流对电池充电。 10. 恒压均充：以恒定的均充电压对电池充电。

11. 控制负荷：用于电气和热工的控制、信号装置和继电保护、自动装置以及仪器仪表等小容量负荷称为控制负荷。这类负荷在发电厂、变电所中数量多、范围广，但容量小。 12. 动力负荷：在发电厂中，直流润滑油泵电动机、氢密封油泵电动机、电磁操作的断路器合闸机构、交流不停电电源装置、直流照明等大功率的负荷称为动力负荷。这类负荷在发电厂中容量较大，对蓄电池容量及设备选择起着决定作用。在变电所中，主要是电磁操作机构。 13. 控制和动力母线：控制负荷和动力负荷对直流操作电源的要求不同，一般情况下分设控制和动力母线。在电厂，控制和动力则由单独的直流设备分别提供，常规控制为110V系统，动力为220V系统；在变电所，由于设备容量较小，控制和动力则由同一设备提供。 14. 核对性放电：在正常运行中的蓄电池组，为了检验其实际容量，以规定的放电电流进行恒流放电，只要有单节电池达到了规定的放电终止电压，即停止放电，然后根据放电电流和放电时间，计算出蓄电池组的实际容量，称为核对性放电。

15. 终止电压：蓄电池容量选择计算中，终止电压是指直流系统的用电负荷，在指定放电时间内要求蓄电池必须保持的最低放电电压。对蓄电池本身而言，终止电压是指蓄电池在不同放电时间内及不同放电率放电条件下允许的最低放电电压。一般情况下，前者的要求比后者要高。

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第一章概述

电力操作电源系统原理

电力操作电源系统主要由交流配电单元、充电模块、直流馈电、集中监控单元、绝缘监测单元、降压单元和蓄电池组等部分组成。图1为电力操作电源系统原理框图。

合闸回路充电模块降压硅链控制回路I路II路交流配电单元充电模块充电模块充电模块充电模块蓄电池组绝缘检测集中监控单元图1-1：电力操作电源系统原理框图

远方监控系统两路交流输入经交流配电单元互投后选择其中一路交流输入提供给充电模块；充电模块输出稳定的直流电源，一方面对蓄电池组补充充电和提供合闸输出，另外通过降压单元提供控制输出，为负载提供正常的工作电流；绝缘监测单元可在线监测直流母线和各支路的对地绝缘状况；集中监控单元可实现对交流配电单元、充电模块、直流馈电、绝缘监测单元、直流母线和蓄电池组等运行参数的采集与各单元的控制和管理，并可通过远程接口接受后台操作员的监控。

3、奥特迅公司电力操作电源介绍

3.1 前言

GZDW系列高频开关直流电源系统，是深圳奥特迅电力设备有限公司自行开发研制和生产的新一代电力操作电源。其中，集中监控器、充电模块及各监测单元的设计，均采用世界最先进的且具有成功运行经验的技术，并结合了我国电力系统的特点。

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第一章概述

多年的运行与设计经验使奥特迅全面了解到我国不同地域、不同行业对直流操作电源的不同要求及使用习惯。因此奥特迅研制的电力操作电源非常适应中国国情，完全可以满足不同用户的各种技术要求。

深圳奥特迅电力设备有限公司在高频开关电源设备的设计、制造运行方面积累了丰富的经验，产品通过了国家继电器质量监督检验中心型式试验、国家电力工业部电力设备质检中心型式试验、通过国家科学技术新产品成果鉴定。我司可提供以下文件证明：质检部门的认可文件、瑞士ISO-9001：2000质量认证书、两部鉴定证书和生产许可证、国家电力公司电力规划设计总院推荐证书、成套局推荐证书、获国家水电水利规划设计总院推荐证书以及在电力系统商业运行的良好记录。 3.2 应用范围

奥特迅 GZDW系列直流电源柜，适用于大中小型发电厂、变电所，作为高压断路器直流操作机构的分、合闸、继电保护、自动装置、信号装置等使用的操作电源及事故照明和控制用直流电源。各项性能指标达到并超过DL/T459-2000标准。 3.3 系统特点：

? 采用自行开发的第三代智能高频开关电源模块，充电模块N＋1热备份 ? 宽电压输入范围：AC380V±20%，电网适用性强 ? 交流输入频率：50Hz±10%

? 硬件低压差自主均流，均流不平衡度≤±3％ ? 充电模块采用软开关技术，效率高达96%

? 监控系统采用串行总线结构、分散控制集中管理的智能监控模式

? 直流系统中各功能单元均为具有CPU的智能化单元，具有自诊断能力；单元与单元、

单元与监控器之间全部是数字通讯且输入输出电气全隔离；

? 直流系统中任一单元故障时，不影响其它单元的正常运行。先进的控制逻辑和通讯

校验算法，可确保在任何干扰环境下，都不会使系统产生误动。

? 具有RS232、RS485、MODEM、光端机等多种接口，支持任意通讯规约，更加方便与

远程监控系统通讯实现“四遥”功能，适合于无人值守 ? 具有蓄电池自动管理及自动温度补偿功能，智能化电池管理

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第一章概述

? 具有交流进线缺相保护、雷击浪涌吸收及交流配电单元 ? 专业为用户度身定做各种规格配置的电力电源系统 3.4 型号命名

GZDW系列高频开关电力操作电源系统型号命名规则如下：

3.5 使用环境

? 户内使用，设备运行的周围空气温度不低于－10℃，不高于＋40℃，在设备停用期

间，周围空气温度不低于－25℃，不高于＋55℃； ? 日平均相对湿度不超过95％，月平均相对湿度不大于90%；

? 运行地点无导电或爆炸尘埃，无腐蚀金属和破坏绝缘的气体或蒸汽； ? 交流输入电压波形为正弦，电压波动范围不超过额定值的±20％； ? 交流输入频率波动范围不超过额定值的±10％。

本章内容小结

本章主要介绍电力操作电源的几个名词定义，电力操作电源的工作原理。对奥特迅公司电力操作电源进行了简介。

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第二章设计选型及系统基础知识

第二章设计选型及系统基础知识

本章主要讲述电力用操作电源系统设计选型方案，接线方式，系统配置等内容。在本章的后半部分介绍了电力操作电源相关配件的性能原理描述。

1、系统接线方式

目前国内电力用操作电源系统接线主要分为以下几种方式: ? 以母线分段为标准可分为

单母线接线方式、单母线分段接线方式、双母线接线方式等； ? 以降压装置为标准可分为

带降压装置接线方式和不带降压装置接线方式； ? 以充电机和蓄电池组数为标准可分为

一组充电机一组蓄电池方式、二组充电机一组蓄电池方式、二组充电机二组蓄电池方式、三组充电机二组蓄电池方式等。下面例举几种比较典型的接线方式

图2-1：一组充电机一组蓄电池单母线无降压装置图2-2：一组充电机一组蓄电池单母线带降压装置图2-3：二组充电机一组蓄电池单母线带降压装置图2-4：一组充电机一组蓄电池单母分段带降压装置图2-5：二组充电机一组蓄电池单母线分段无降压装置图2-6：二组充电机二组蓄电池双母线带降压装置图2-7：二组充电机二组蓄电池双母线无降压装置图2-8：三组充电机二组蓄电池双母线无降压装置

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第二章设计选型及系统基础知识

图2-1：一组充电机一组蓄电池单母线无降压装置

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第二章设计选型及系统基础知识

图2-2：一组充电机一组蓄电池单母线带降压装置

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第二章设计选型及系统基础知识

图2-3：二组充电机一组蓄电池单母线带降压装置

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第二章设计选型及系统基础知识

图2-4：一组充电机一组蓄电池单母分段带降压装置

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第二章设计选型及系统基础知识

图2-5：二组充电机一组蓄电池单母线分段无降压装置

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第二章设计选型及系统基础知识

图2-6：二组充电机二组蓄电池双母线带降压装置

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第二章设计选型及系统基础知识

图2-7：二组充电机二组蓄电池双母线无降压装置

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第二章设计选型及系统基础知识

图2-8：三组充电机二组蓄电池双母线无降压装置

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第二章设计选型及系统基础知识

这里只是列举了几个较为常见的系统接线方式供大家参考。实际运行中由此几种基本方式可衍生出较多方案，如双母线系统I、II段母线连接方式可采用单刀开关直接连接，亦可通过两把双投开关实现两段母线机械闭锁连接。另外有无降压装置也为系统接线方式变换的一个因素。

2、组屏方案

奥特迅公司电力操作电源系统依据用户需求基本可分为充馈电一体化柜，充电柜，馈线主柜，馈线分柜，母线联络柜，事故照明柜，电池柜、放电柜等。

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第二章设计选型及系统基础知识

注：以上所示配置仅为举例示意用，实际则由于各系统组成的充电模块型号及数量，馈线开关容量及数量等参数改变而柜体屏面布置有所变化。

3、高频开关电源模块配置原则

充电/浮充电装置采用多个智能高频开关电源模块并联，N+1热备份工作。智能高频开关电源模块数量可按如下公式选择（即确定N的数值）：

N×模块额定电流≥Ij+Ic10

Ij-------直流系统最大经常性负荷

Ic10-----满足蓄电池要求的充电电流 (阀控式铅酸电池为0.1-0.2C10) 。

例如：直流电源系统电压等级为220VDC，蓄电池容量为300Ah，经常性负荷为5A（最大经常性负荷不超过7A）。

充电电流(0.1C10×300Ah)+最大经常性负荷(约7A)=37A。若选用ATC230M20电源模块2台即可满足负荷需求(N=2),再加一个备用模块共3个电源模块并联即可构成所需系统。

本章内容小结

本章主要讲述了电力操作电源几种较为常见的系统接线形式及组屏方式。同时对电力操作电源系统的模块配置概念也做了详细的描述。

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第三章高频开关电源模块

第三章高频开关电源模块基础知识

直流操作电源发展的历程基本可分为线性稳压电源、相控电源和现在全面应用的高频开关操作电源。本章主要介绍开关电源各部件的工作原理及软开关技术。并讲述了奥特迅公司高频开关电源模块的工作原理、各项参数及其功能特点。

1 直流稳压电源发展历程

1.1 线性稳压电源

图3-1：线性稳压电源原理框图

上图3-1为线性稳压电源常用原理图，交流电源经过工频变压器变压、整流、滤波，再经过晶体调整管整定输出直流电压。

这类电源存在如下的缺点：

(a) 变压器由于工作在工频频率，在输出较大功率时体积大、笨重。

(b) 晶体调整管由于工作在放大状态，等效于一个可变电阻器。电路设计时，为了满足

输入电压在额定±20%变化，输出电压稳定的要求，晶体调整管的输入电压往往是输出电压的二倍，其功率损耗为晶体调整管的压差×电流，损耗很大，整机的效率低于50%。

1.2 晶闸管可控硅相控电源

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第三章高频开关电源模块

图3-2：晶闸管可控硅相控电源原理框图

图3-2是晶闸管可控硅相控电源常用原理图，交流电源经过工频变压器变压隔离，再经过晶闸管转换成50Hz脉冲电压，再经过电抗器及输出滤波器滤波，将输入转换成稳定的直流输出电压。

稳压原理是通过采样得到的输出电压变化量，经过与基准电压值在误差放大器中比较放大之后，输出脉冲信号控制晶闸管的导通角，当输出电压下降，晶闸管的导通角增大，晶闸管的导通时间增加，输出电压上升；当输出电压上升，晶闸管的导通角减小，晶闸管的导通时间减小，输出电压下降。

这种稳压电源与线性稳压电源比较，晶闸管工作在开通与截止两种状态，减小了晶体管的功率损耗。但电源变压器同样工作在工频频率，为了使输出电压纹波较小及减小导通时的电流冲击，要求有较大电感量的电抗器及较大容量的滤波电容，同样的在输出较大功率时，变压器、电抗器及电容的体积大及笨重，变压器、电抗器铁损及铜损较大，有温升散热、通风的问题。这种形式的电源效率只在60%～80%左右。

1.3开关型稳压电源

图3-3：开关型稳压电源原理框图

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第三章高频开关电源模块

图3-3为高频开关电源原理图，交流电源经过整流、滤波变成直流，再经过高频变压器及高频开关管，将直流电转换成高频脉冲输出，高频脉冲信号经过快恢复整流管整流、电抗器及输出滤波器滤波变成稳定的输出直流电压。

它的稳压原理是通过采样得到的输出电压变化量，经过与SMP控制器的基准电压值在误差放大器中比较放大之后，输出脉宽信号控制开关管的导通与截止，当输出电压下降，脉宽展宽，开关管的导通时间增加，输出电压上升；当输出电压上升，脉宽减小，开关管的导通时间减小，输出电压下降。

这种稳压电源与晶体管线性稳压电源比较，开关管工作在导通与截止两种状态，减小了晶体管的功率损耗。另外由于高频变压器工作在高频状态（100KHZ），从计算变压器、电抗器所需铁芯的截面公式中不难看出频率越高，截面可以设计得越小，工作在100KHZ频率的高频开关电源变压器、电抗器所需铁芯的截面要比工作在50HZ频率的相控电源变压器、电抗器所需铁芯的截面积小二千倍。在同样输出纹波的条件下滤波电容也可以比相控电源小二千倍。由于变压器、电抗器体积大大地减小，变压器、电抗器的铁损及铜损也大大地减小，这种形式的电源效率在80%～94%左右。

开关稳压电源与线性稳压电源的主要性能比较

技术性能稳压精度稳流精度纹波系数效率功率因数体积动态相应噪音智能程度供电可靠性设备对电网要求通信接口开机浪涌高频开关电源 ≤0.5％ ≤0.5％ ≤0.05％ ≥94％ ≥0.9 小好，百μs级低智能管理，具有“四遥”信号 N+1热备份，带电更换，可靠性高输入范围宽，适应力强 RS232/485，MODEM，以太网等极小相控电源 ≤1％ ≤2％ ≤5％ 60％～80％ ≥0.7 大差，几十ms 高低无备份或1＋1，停电更换，可靠性差适应力差无大 19

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第三章高频开关电源模块

1.4直流电源技术的新进展

1.4.1 高效率绿色电源及智能化电源管理

（a）绿色电源基本概念是：节能、省电、低噪音、低污染、低辐射。

（b）提高电源效率是改善电源省电效果的根本途径，进一步提高高频开关电源的效率。（c）低噪音是指电源发出的噪音，高频开关电源发出的噪音主要是风机发出的噪音，

噪音一般小于55dB。为了进一步降低噪音，高频开关电源尽量采用自然散热。（d）低污染、低辐射是指电源对电网的污染及稳压输出电压的质量。减小电网的污染

是要提高功率因素，减小三次、五次、七次电压、电流谐波，输出电压的稳定是提高输出电压的稳压精度，稳流精度，纹波电压及输出峰─峰值。采用功率因数校正技术的高频开关电源，功率因数近似1，而且对公共电网基本上无污染。（e）进一步提高电源的智能化程度及小型化程度。 1.4.2 分布式电源系统

（a）分布式供电技术。分布式供电是指对集中式供电而言，分布式供电是利用最新电

源理论和技术成果做成相对较小的电源功率模块来组合成积木式，智能化的大功率供电电源系统。（b）分布式供电主要优点：

? 供电质量高。因为各供电单元靠近负载，改进了负载静态和动态供电性能。 ? 高效、节能。配电为较高电压220V或380V，传输损耗降低，提高效率、节约能源。 ? 可靠性高。采用大规模集成电路技术和混合电路技术模块化电源可靠性远高于分立组件生产的电源，易组成冗余式供电，系统可靠性更高。

? 使用维护方便。积木式智能化系统，现场维护故障单元方便、敏捷，系统扩大功率容易。

分布式供电研究始于八九年初，主要在航空、航天，巨型计算机等国防军事领域。随着高频技术及新型功率器件技术的发展，迅速推动分布式电源系统研究的开展。八十年代未已成为国际电力电子学的研究热点。其研究的内容包括高频化电源变换技术，高功率密度封装技术、电源单元并联技术、功率因素校正技术，以及电源模块电源系统智能化技术等。

2 高频开关电源技术

2.1高频开关电源原理介绍

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第三章高频开关电源模块

开关电源的基本电路框图如图3-4所示。开关电源的基本电路包括两部分。一是主电路，是指从交流电网输入到直流输出的全过程，它完成功率转换任务。二是控制电路，通过为主电路变换器提供的激励信号控制主电路工作，实现稳压。

ABCDEMI软起动滤波全桥变换直流输出原边检测控制辅助电源PWM脉宽控制信号调节输出测量故障保护微机管理面板通讯接口(RS232)集中控制及均流接口

图3-4:开关电源的基本电路框图

高频开关电源由以下几个部分组成：主电路

从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：

原边检测控制电路：监视交流输入电网的电压，实现输入过压、欠压、缺相保护功能及软启动的控制。

EMI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。

软启动：消除开机浪涌电流。

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。全桥变换：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。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数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

GZDW高频开关电力操作电源培训手册第三章高频开关电源模块

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数据。辅助电源

提供所有单一电路的不同要求电源。

2.2高频开关电源各部分电路

2.2.1 EMI滤波电路

图3-5为EMI输入滤波电路，L1、L2、L3常态滤波，L4、L5为纵向共模扼流线圈，电容C1、C2、C3为滤除共模干扰电容，C4至C9为常态滤波电容。

图3-5：EMI滤波电路原理图

2.2.2 三相整流电路

图3-6为三相整流电路，采用一块三相整流集成电路。

图3-6：三相整流电路原理图

2.2.3 输入软起动

图3-7为输入软起动电路，继电气J为常开触电，合上交流输入时，交流电源经整流后通过限流电阻R对电容充电，当电容充满后，控制继电气J闭合，避免大电流对电容的冲击。

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图3-7：软起动电路原理图

2.2.4 输出直流滤波

图3-8为输出直流滤波电路。

图3-8：E输出直流滤波电路原理图

2.2.5 DC/DC全桥变换

图3-9为全桥DC/DC变换电路原理图。高频开关管A、D和B、C组成桥的两臂，高频变压器T连接在它们中间。通过加在A、C和B、D两组开关管栅极的对称倒相脉冲实现该两组组开关管依次导通或截至，以实现DC/DC的高频变换过程。

图3-9：DC/DC全桥变换电路原理图

下面以4个时间段来说明它的工作过程：

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端的电压Vt也迅速减小到零，此时靠输出电感Lo及电容Co的续流储能向负载输送能量。

以此种方式交替运行，保证向负载输送能量。

图3-10：全桥变换V/I波形示意图

2.2.6 脉宽调制控制器

开关电源输出电压的变化取决于功率变换电路的开关管导通时间，导通时间越长，则电容两端电压升高越多；开关管关闭时间越长，则电容两端电压降低越多。所以为了调节开关电源输出电压，就必须控制开关管的栅极驱动。我们采用脉冲宽度调制方式（PWM方式）来控制开关电源的输出电压。如使开关电源输出电压升高，则开关管驱动的脉冲要加宽，即脉冲宽度固定，在单位时间内的导通次数增加，保证总的导通时间加长。反之亦然。

图3-11是脉宽调制控制器的原理框图和波形图。

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图3-11：脉宽调制控制器的原理框图和波形图

脉宽调制控制器工作原理：

开关电源输出电压Vo通过电阻分压，分压后的电压为V1，接到放大器的负端，放大器的正端接标准稳压电源（例如LM7805）输出Vt，放大器输出电压为V2，接比较器正端，比较器负端接斜波发生器。斜波发生器产生一个固定频率和幅度的斜波，V2与斜波比较后输出脉冲波形。

稳压原理：

Vo↗→V1↗→V2↘→比较器输出脉宽变窄→Vo↘； Vo↘→V1↘→V2↗→比较器输出脉宽变宽→Vo↗。

2.3软开关技术

全桥相移ZVZCS软开关技术采用恒频控制、对称性结构，在大功率变换器中得到了广泛的应用。它能使全桥相移电路结构中处于被动臂的两只开关管工作在ZCS状态，而主动臂上的两只开关管仍然工作在ZVS状态，从而达到更完善的软开关效果，在高频大功率变换器中，全桥相移ZVZCS技术是理想的软开关方案。

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图3-12：全桥相移ZVZCS基本原理图

图3-12是全桥相移ZVZCS的基本原理图，与硬开关相比，增加了一个饱和电感Ls，省去了全桥臂上的吸收电容，并在主回路上增加了一个阻挡电容Ce。通过相移方式控制主回路的有效占空比。阻挡电容Ce与饱和电感Ls适当配合，能够使全桥被动臂上的主开关管（A、B）达到零电流开关（ZCS）的效果，而主动臂上的主开关管（C、D）仍然处于零电压开关（ZVS）的状态。

下面详细分析这个软开关过程：

图3-13是全桥相移ZVZCS的主要波形图，下面分5个时间段来说明它的工作过程。 t0

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的滞后使B管的开通损耗大大降低。在t=t5时Ip达到输出电流在主回路的折合值，变压器副边出现电压，电源再次向负载输送能量，电容Ce的电压Vce由正向负逐渐减小，开始下半个对称的周期。

从上述原理分析可以看出，主动臂上的两只主管（C、D）处于ZVS状态，其开通损耗为零，同时由于电容Cr（r=a，b，c，d）的存在，降低了主管关断时电压的上升斜率，关断损耗也得到降低，被动臂上的两只主管（A、B）处于ZCS状态，其关断损耗为零，同时由于饱和电感Ls的存在，降低了主管开通时电流的上升斜率，使整个开关损耗大大降低。

图3-13：全桥移相软开关ZVZCS主要波形图

3 ATC系列高频开关电源模块技术指标

奥特迅公司自行研发生产的ATC系列智能高频开关电源模块是本公司专为电力直流系统开发、设计和生产的第三代产品，新一代的充电模块采用了软开关、散热风道与电路隔离和分散型控制技术，具有高智能、高效率、高可靠等优点，是电力直流操作电源的首选设备。

3.1型号命名

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如，ATC230M10，额定输出220V/10A模块；

ATC115M40，额定输出110V/40A模块。

3.2正常使用条件

（1）户内使用，设备运行的周围空气温度不低于－5℃，不高于＋40℃；在设备停用期间，周围空气温度不低于－25℃，不高于＋55℃。

（2）周围空气最大相对湿度不超过90% （相当于周围空气温度20±5℃时）。（3）运行地点无导电或爆炸尘埃，无腐蚀金属和破坏绝缘的气体或蒸汽。（4）交流电网电压波形为正弦波，电网电压幅值的持续波动范围不超过额定值的－15%～＋20%。

（5）交流电网频率波动不超过50Hz±10%。 3.3主要性能指标

3.3.1 ATC系列高频开关电源模块选型表

序号额定输出电流额定输出电压 220V系列 1 2 4 5 6 7 5A 10A 20A 20A 25A 40A ATC230M05 ATC230M10 ATC230M20 ATC230M25 110V系列 ATC115M10 ATC115M20 ATC115M40 360×230×200 18 340×140×200 8.8 外形尺寸mm 重量kg

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3.3.2输入特性

序号 1 2 项目交流输入电压交流输入频率指标 AC380V±20% 50Hz±10% ≤4A（230M05、115M10） 3 交流输入电流 ≤8A（230M10、115M20） ≤12A（115M30） ≤16A（230M20、115M40） 4 5 功率因数综合效率 ≥0.95 ≥96% 满载备注三相四线

3.3.3输出特性

序号 1 项目输出电压可调范围指标 180～320V连续可调（220V系列） 90～160V连续可调（110V系列） 5A（230M05） 10A（230M10、115M10） 2 额定输出电流 20A（230M20、115M20） 30A（115M30） 40A（115M40） 3 4 5 6 7 8 9 输出限流稳压精度稳流精度纹波系数负载调整率电网调整率并机均流不平衡度 105%额定输出电流 ≤±0.2% ≤±0.5% ≤±0.05% ≤±0.5% ≤±0.1% ≤±5% 备注

3.3.4保护与报警

序号 1 2 3 4 5 项目输入过压保护输入欠压报警输出过压保护输出欠压报警过热保护指标 ≥456±5VAC关机报警 ≤280±5VAC ≥320±5VDC（220V系列） ≥160±5VDC（110V系列） ≤198±5VDC（220V系列） ≥75±5℃关机报警备注电网正常自动恢复也可由监控系统设定温度正常自动恢复 29

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6 7 输出短路保护防雷保护输出电压降到零，电流会缩40% 输出故障排除，自动恢复设有完善的防雷保护电路

3.3.5监控特性

序号 1 2 项目遥信遥测指标将交流输入过、欠压，输出过、欠压，过热，均/浮充，开/关机和故障信号送监控器测量充电模块的输出电压、电流并送监控器根据监控器命令，控制充电模块的均/浮充3 遥控转换或开/关机根据监控器命令，调节充电模块的输出电压4 遥调和稳流充电模块设有数字表，可显示模块的输出电5 显示压和电流当充电模块失去与上级联系时，具备手动控制均/浮充转换或开/关机功能充电模块同时具备手动调节输出电压和稳流功能备注

3.3.6其它特性

序号 1 项目可靠性指标指标 MTBF≥100000小时 ≤38dB (ATC230M05,ATC230M10, ATC115M10,ATC115M20) 2 噪音 ≤40dB (ATC230M20, ATC115M30 ATC115M40) 3 绝缘电阻 ≥100MΩ 输入对地 4 绝缘强度 ≥2000VAC/50Hz 输出对地输入对输出 5 6 冷却方式交流输入谐波风冷满足电力系统要求备注

4 ATC系列高频开关电源模块主要特点

（a）软开关技术

充电模块是我公司自行研制开发的第三代智能型高频开关充电模块，采用移相全桥零电压脉宽控制软开关技术，开关管为零电压、零电流开关，无电压电流过冲或尖峰，具有理想软开关特性。与硬开关相比，软开关充电模块的开关损耗降低了40%，给充电

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模块带来的最明显优点是：

? 整机效率提高到94%至96%，使在相同工作环境下充电模块的温升大幅降低。同类

产品中ATC系列充电模块温升最低

? 由于无电压及电流过冲或尖峰，功率开关器件承受的电应力较小，功率开关器件的

可靠性得到提高。

? 由于电压变化率（dv/dt）及电流变化率（di/dt）的减小，使充电模块的电磁干扰

明显降低，提高了电磁兼容性能。

（b）防尘技术