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【探究】敏感性负荷电能质量问题研讨

2015-11-09 00:12
小伊琳
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  引言

  随着国民经济和科技的快速发展,个人计算机、可编程逻辑器件、可调速驱动装置、交流接触器等用电设备大量的投入使用。这类设备构成了电网中的敏感性负荷,其特点是对电压暂降十分敏感,往往几个周波的电压暂降或供电中断都会导致设备跳闸,造成严重的损失。

  实际上,负荷的敏感度是指提供给负荷的电能质量不良时负荷承受干扰仍能正常工作的能力,这种能力越低,敏感度就越高。分析这类设备受电压暂降影响的机理,研究其影响因素、相关标准和技术措施等对于更好地避免事故发生,保障正常用电有着重要的意义。

  1、设备对电压暂降敏感度的影响因素

  影响设备对电压暂降敏感度的因素是多方面的,这些影响因素有:

  1.1、设备本身的特性

  这也是设备敏感度的主要因素。不同类型设备不但对电压暂降的敏感机理(下节作进一步分析)不同,敏感度往往差别很大,甚至同类型但不同厂家生产、同类型同一厂家生产但不同时期产品(经过技术更新)对电压暂降的敏感度也可能相差甚远。

  1.2、电压暂降的发生特性

  同一设备对于不同类型的电压暂降及其暂降深度的反应是不同的。暂降的持续时间、对称与否、暂降是否伴随有相位跳变,甚至暂降发生的起止时刻的相位角都将引起不同的暂态过程(发生在电压过零点附近的扰动要比发生在电压峰值点附近的扰动造成的影响要小),不同的暂降有效值变化曲线引起的危害对某些用户设备也可能是不同的。另外,不少暂降是连续重复发生的,即在一个电压暂降发生之后的很短时间内会发生另外一个暂降,敏感设备可能能够承受第一个暂降,但却不能承受第二个暂降,这是因为两次暂降的间隔时间太短以致设备在第二次暂降发生时还没有从第一次暂降的影响中恢复到正常稳态。

  1.3、设备的运行状态

  这包括暂降发生前后设备运行的电压水平、负载情况、设备是否处于稳态等。系统电压不可能时刻都保持额定电压不变,在设备正常电压范围内,暂降前电压越高,设备对暂降的敏感度就越低,反之亦然。这是因为电压的高低决定了能量存储的多少。如果暂降前电压刚好等于设备能够正常运行的最小电压,那么设备对幅值低于此最小电压的暂降将没有任何承受能力。

  1.4、生产过程的需要(设备伺服对象的要求)

  生产过程(设备伺服对象)对设备的运行状况要求越高,敏感度就越高。比如,可调速驱动装置所驱动的过程对电动机转速和转矩的变化范围要求很严格,当发生暂降时,驱动装置本身可能是“正常工作”的,但所驱动的过程却可能认为是“不正常”的,是不能接受的,这时仍然认为设备对电压暂降是敏感的。

  2、常用的电压暂降敏感性设备分析

  2.1、计算机及电子设备电压

  计算机和电子设备(如电视机、复印机、传真机、PLC等)的电源结构极为相似,因此它们对电压暂降的敏感机理也很相似,在这里将它们作为一个类型来讨论。

  计算机及电子设备电源的简化结构见图1,通常由一个二极管整流器和一个电压调节器(DC/DC换流器)组成。交流电压经整流器整流后得到几百伏直流电压,再经电压调节器将其调节为10V电压等级的直流电压供给设备。如果交流侧电压降低,整流器直流侧电压也将随之降低,但在一定的电压变化范围内,电压调节器能保持其输出变动很小,使设备正常工作。但若整流器直流侧电压过低,电压调节器输出电压不再能维持规定值时,将导致数字电子设备内部发生错误,或导致计算机电源跳闸。

  图1计算机及电子设备电源的简化结构

  图2为电压暂降发生前、暂降期间与暂降结束后整流器直流侧电压的变化情况示意图,暂降幅值为50%,无相移。图中虚线为交流电压绝对值。发生电压暂降时,由于交流侧电压的突然降低,其最大值小于直流侧电压,因此二极管处于关断状态,电容器开始放电,直至电容器电压小于暂降期间交流电压的最大值为止。此后将建立一个新的平衡点。电容器放电只取决于直流侧负荷,而与交流电压无关,因此对于给定负荷,任何幅值的电压暂降都将引起相同的直流侧电压的初始衰减,但衰减的持续时间取决于暂降的幅值。

  图2电压暂降对单相整流器直流侧电压的影响

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