2021年中级通信工程师动力与环境知识点集锦（三）：不间断电源系统

以下为大家整理了2021年中级通信工程师动力与环境知识点集锦（三）：不间断电源系统，包含部分知识点内容，完整内容请扫码查看。

知识点1  直流供电系统组成及运行方式

目前，国内外绝大部分通信设备需要直流供电。直流供电与交流供电相比，具有可靠性高、电压平稳和实现不间断供电容易等优点。因此，直流供电是通信电源的重要组成部分和研究对象。

通信局（站）的直流供电系统由交流配电屏、整流设备，蓄电池组，DC/DC变换器以及直流配电屏组成。如图3-1所示。

图3-1 通信局（站）直流供电系统组成

直流供电系统采用的供电方式为采用-48V全浮充供电方式。整流设备与蓄电池组通过与直流配电屏并联向负载供电，以实现不间断供电和稳定供电的目的。

一、直流基础电压及供电方式

基础电压范围内的工作电压有3种：浮充电压、均衡电压和终止电压。基本概念如表3-1所示。

表3-1 直流供电系统基础电压概念

二、直流供电系统的主要技术指标

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，如表3-2所示。

表3-2 直流供电系统的主要技术指标

知识点2  直流供电系统的主要设备

直流供电系统由交流配电屏、直流配电屏、整流设备和DC-DC变换器等设备组成。

一、交流配电屏

交流配电屏主要作为交流电源的接入和负荷的分配。输入是低压交流电，对各高频开关整流器等进行供电的分配、通断控制、监测、告警和保护。

在大容量的通信用高频开关电源系统中，交流配电屏是其中的一个独立机柜。在容量相对较小的组合式高频开关电源系统中，没有单独的交流配电屏，但必须由交流配电单元。

二、直流配电屏

直流配电屏 整流器与通信负载之间，主要用于直流电源的接入与负载的分配，即整流器、蓄电池组的接入和直流负载分路的分配。

直流配电是直流供电系统的枢纽，它负责汇接直流电源与对应的直流负载，通过简单的操作完成直流电能的分配，输出电压的调整以及工作方式的转换等。

三、整流设备

整流设备在直流供电系统中的作用是将输入220V/380V的交流基础电源整流变换成-48V 直流输出，整流设备一方面通过直流配电屏与蓄电池组并联后向负载供电；另一方面，整流器设备在直流并联浮充系统中还负责对蓄电池组进行浮充充电和均衡充电。

高频开关型整流器数量的配置，按n+1冗余方式确定整流器配置。其中n只主用，n≤10时，1只备用；n>10时，每10只备用1只。如需要7个整流器就需要配8个，需要13个整流器就需要配15个（2个备用）。

主用整流器的总容量按负荷电流和电池的均充电流（10小时率充电电流）之和确定。因为整流器一方面在给负载供电的同时还要给蓄电池进行充电。

四、DC-DC变换器

直流-直流变换器是一种将直流基础电源转变为其他电压等级的直流变换装置。目前通信设备的直流基础电源电压规定为-48V，由于在通信系统中仍存在24V通信设备及±12V和±5V集成电路的工作电源，因此有必要将-48V基础电源通过直流-直流变换器变换到相应电压种类的直流电源，以供各种设备使用。

知识点3  高频开关整流器

一、高频开关整流器的特点

现代通信系统采用高频开关电源供电已成为主流，与传统的相控电源相比，它具有如下特点：

（1）重量轻，体积小。在相同功率条件下，体积和质量比相控整流器减小很多。高频开关整流器适宜于分散供电，可与通信设备和蓄电池同置一室。

（2）功率因素高。一般高频开关整流器的功率因数大于0.92，而相控电源为0.65左右。在有功率因数校正电路时，功率因数接近1，因而对公共电网不会造成污染。

（3）噪声低。当开关频率在40kHz以上时，基本上无噪声。

（4）效率高。节能，效率约在90%以上。

（5）模块式结构。模块可热备份冗余应用，可靠性高。

（6）智能化程度高。高频开关整流器内装有监控模块，与计算机相结合组成智能化电源，便于集中监控。

二、高频开关整流器的工作过程

如图3-2所示，高频开关整流器的电路包含两部分：主电路和控制与辅助电路。

图3-2 高频开关型整流器组成框图

1．主电路，从交流电源输入到直流电源输出的全过程，主要完成功率转换。

2．控制与辅助电路，为主电路变换器提供激励信号，以控制主电路的工作，实现输出稳定或调整的目的，包括控制电路、检测电路、保护动作电路以及辅助电源等。

三、高频开关整流器的主要电路

1．滤波电路

高频开关整流器一般由输入滤波、整流滤波以及输出滤波3个基本电路组成，如表3-3所示。

2．功率因素校正电路

在高频开关整流器的内部电路中，有一些整流和滤波电路，而这些整流和滤波电路是由电感和电容来组成的。从电网侧来看，高频开关整流器是一个非线性元件，在整个工作的过程中，就会产生无功功率，进而导致高频开关整流器的功率因数比较低。

表3-3 滤波电路的组成及基本作用

功率因数较低的开关电源存在的主要问题：

（1）谐波电流污染电网，干扰其他用电设备；

（2）在输出功率一定的条件下，输入电流有效值较大；

（3）当功率因数很低时，中线内的谐波电流很大。由于中线无过流保护装置，则中线有可能因过热而着火。

为解决上述问题，通信用高频开关整流器必须采用功率因数校正电路，使整流器的输入功率因数和输入谐波电流符合我国通信行业标准的相关要求。即：功率因数校正电路主要用来提升开关电源的功率因数。在开关型电源中，功率因数校正的基本方法有：无源功率因数校正和有源功率因数校正。如表3-4所示。

表3-4 功率因素校正电路基本方法对比

3．功率变换电路

功率变换电路是高频开关整流器的核心电路。功率变换电路将大功率的高压直流转成低压直流，这个过程是整流器最根本的任务。

功率变换电路的电流变换过程：高压直流→高压高频交流→高频降压变压器→低压高频交流→低压直流的过程。

常见的功率变换电路有推挽式功率变换电路、全桥式电路和半桥式电路。3种功率变换电路的比较如表3-5所示。

表3-5  3种功率变换电路的比较

3种功率变换电路的基本工作原理类似，都是通过功率开关管的交替导通将输入的直流电变换为高频的交流电。

（1）推挽式功率变换电路的特点是电路简单，但是易造成电路的不平衡状态；

（2）全桥式功率变换电路的电路比较复杂，但是在工作的过程中，功率开关管能承受的较高电压较低，可输出较大的功率，缺点也是易造成电路的不平衡状态；

（3）半桥式功率变换电路较全桥式简单，该电路的抗不平衡能力最强，但只适于中等的输出功率。

4．负荷均分电路

负载均分电路包括简单负载均分电路、主从负载均分电路和自动平均均流电路。所有整流器输出端都是相互并联，输出电压相同，要达到功率均分实际要求每个整流器输出的电流相同或按比例均分电流。负载均分电路优缺点对比如表3-6所示。

表3-6 负载均分电路优缺点对比