|
电源干扰包括任何由电源引起的,或发生在电源线上的畸变,干扰或中断,其表现形式主要有微妙故障,电压突变,浪涌,尖峰,电压不足,交扰和其它电器噪声电压剧烈而频繁的变化使电源线内的电流以同样的频率脉动。功率既然是电压和电流的乘积,当然也会以同样的频率上下起伏。供电公司送出的电流波形为争弦波。如果供电公司的设备工作正常,输电线也未受到外部干扰,则电源插座处输出的电流波形也应该是完美的正弦波。在现实世界里,这种情况是不可能出现的。世界各个国家,各个供电公司的供电标准互不相同。使用220伏交流电的国家,电压的波动范围则为200伏到250伏。大多数电子设备的设计都要求他们使用理想的正线波电源。为满足系统中数以万计的使用电设备的需要,应当对供电公司送来的电流的波幅合频率进行调节。然而,风暴、重型机械以及各种电子设备同时也会给电力网带来干扰,并引起电压畸变。
浪涌:浪涌指的是电压幅度的短时上升。这种干扰是由大功率电机或其它设备突然关闭引起的。大功率设备停止工作时,供电网中的电流负荷下降,导致供电电压上升。
电压尖峰:雷电击中电力线或其附近的地面时,巨大的破坏性脉冲会在瞬间冲入相连的电器设备内部,将设备击成一堆废铁。这种电压尖峰只支持短短的几毫秒时间(1毫秒=1/1000 秒),但其电压却可高达数千伏。风暴引起的电压尖峰每年都会破坏大量的电器设备。唯一现实的做法是采用高质量的电力线保护系统。
电压突降:电压突降指的是电压幅度的短时下降。电压突降通常是附近电器负载的突然增加引起的。启动大功率的电器马达,电冰箱等设备都可能引起电压突降。电压突降持续的时间越长,越容易给安全系统带来问题。
电压不足:在用电高峰时间,如夏天,供电公司的发电能力可能无法满足客户的需要,这是他们就可能有意的将电压降低15个百分点。这种电压不足的情况可能会持续几个小时到几天。电压不足相当于长时间的电压突降,给设备造成的影响也就为类似。电压不足可能会导致各种各样的异常和故障。唯一的办法就是配用能够将电压提升到正常值的稳压设备。
断电:电源系统可能产生的最大问题是断电。断电的危险性在于它常常是无法预知的。计算机系统或视频系统正在嗡嗡运行的时候,所有设备都猝不及防的失声,所有数据都被丢失,最好的办法就是在停电发生的刹那间给系统提供在线的后备电源。
电器噪声:在电气系统里,我们最不想听到的声音就是电源县噪声。闪电,无线电发射机,焊接设备,电气切换设备,直流电机内部接触不良的电刷,开关电源等都会产生电气噪声。这些噪声源工作时,会给原本平滑的正弦电压曲线添加许多尖锐的高频率的量变。电气噪声能够穿过多种噪声抑制电路(过滤器,浪涌保护器等),进入设备内部的电子零件中。由于多数新型电路只能承受很小的高频电压变化幅度,因此杂音随时都有可能中断电路的正常运作,并造成严重的后果。噪声所引发的故障在外部往往只表现为电脑的异常出错和误操作。要先真正彻底的解决这类问题,最好的办法就是在电力线输入端加装过滤设备。
由于上述六种破坏性因素可能会严重影响设备的运行,计算机,通讯设备,视频设备等敏感电子设备都不应该直接接驳市电。给这些设备供应的交流电应当事先经过稳压器和滤波器。这样,不论在什么情况下(包括突然断电时),设备都可以得到持续,平稳的交流电。很明显,供电公司所供的电不够完美。为了避免受他们的影响,越来越多的工程师和设计师开始使用UPS(不间断电源),多数UPS的输出功率都不超过1千瓦,持续供电时间从几分钟到几小时,有长有短;但很明显,都只适用于那些不需要持续供电的设备。大型系统应给使用那种容量在几千瓦到几百千瓦之间的UPS。UPS可根据其输出功率的大小分为几类。一般可设置为持续工作状态或待命状态。连续工作型UPS也称为在线型UPS。供电公司的交流电源不停的给UPS种的蓄电池充电,蓄电池中的直流电经过一种称作 “静态逆变器”的设备转换成交流电后供给用电设备。
1、传统型UPS
双转换技术是最早应用于UPS系统的变换技术,直到现在,这种技术的应用仍然相当普遍。大型整流器和充电系统将外部输入的交流电转换成直流电,贮存在电池组中。电池组的电能接着传给直流---交流逆变器。逆变起将直流电转换成交流电,提供给电子设备。系统中还有一个静态或手动旁路开关,当UPS 出现故障时,这个开关可以将外部电源直接驳传给负载。
虽然这种UPS可以很好地避免各类电源变数,尤其是断电和严重压降给设备造成损坏,但它也不是完全无可挑剔。至少它很容易出现故障。这就是在系统中设计旁路开关的原因。另外,这类系统的效率较低。有时,它输出的能量只能达到出入能量的60%。损失的能量都转换成了热量。这样一来,还要为系统配置较大功率的空调。另外,大量系统工作时产生的噪声较大,不能放在工作环境内。采用遥控方式的话,监控机房与UPS机房之间的电缆费用又是一笔不小的开支。
2、线路调节型UPS系统
由于铁共振UPS系统的产生,UPS的设计于1983年取得重大突破。这种系统可以连续对电源线上的电流进行调节,不论设备是由外部电源供电还是有内部电池组供电时都是如此。这就马上解决了UPS的许多问题。前面讲过的双转换技术迅速为恒亚铁共振变压器和输电线感应电路所取代。在正常工作状态下,如果外来电源较为稳定,UPS变压器既会对外来电流进行处理,清除掉电流中伴随的电压尖峰,电压突降,浪涌,噪声杂音,细微降压等。外部电源出现故障时,电源线故障探测电路可以探知电源故障,并在变压器输出电压明显下降之前将用电设备切换给直流—交流逆变器。运行中的安全设备无法觉察到这一变化,——供电电源从外部电源转换成了电池。由于传送给设备的电流没有中断,UPS就起到了 “不间断供电”的作用。由于不再采用双转化技术,系统的转换效率提升到了90%。逆变器只需要在电池供电期间工作,而不是持续工作,这样,系统的可靠性也大大提高了。UPS中(持续)的电压调解工作由铁共振变压器附带完成,因此不再需要单独的电源滤波器和调节器。第二代铁共振变压器UPS的设计更加简单,可靠性更强,体积更小,更安静,造价更低,也不再需要专门的空调系统。从表面上看,UPS系统好像是给安全系统的预算增加了额外的开支,但实际上,它却节省了运作成本,并以较高的性价比一举解决了计算机和CCTV安全系统的后备电源问题。贝尔实验室,IBM,IEEE(电气和电子工程师协会)过去十年间的研究表明,影响计算机和视频设备的电力问题又87%是由电压不足或断电引起的。由于95%的计算机故障都是由交流电引起的,因此,防治安全设备和计算机遭受干扰是一件很有意义的事。同样,既然有48%的软件问题都是由交流电引起的,在安全系统中采取保护措施显然是一种审慎和精明的决策。 |