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電滲析配件

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高頻電源

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一、基本特點

1、體積小、重量輕:

體積與重量為可控硅整流器1/5-1/10,便于規劃、擴建、移動和安裝。

2、工作效率高:

開關電源由于采用了高頻變壓器,轉換效率大大提高,正常情況下較可控硅設備提高效率10%以上,負載率達70%以下時較可控硅設備提高效率30%以上。

3、技術含量高:

核心部件采用國際專利技術產品,控制電路采用專有技術,穩壓性能強,提高了工作效率。

4、可靠性強:

保證設備安全運行,減少故障發生,保護齊全,隔離及防腐措施合理

5、控制精度高:

由于系統反應速度快(微秒級),對于網電及負載變化具有極強的適應性,輸出精度可優于1%。開關電源的工作效率高、所以控制精度高,有利于提高產品質量。

6、節電效果好:

較可控硅整流器可節電15%-30%,對企業降低成本定會發揮重要作用。

7、靈活性強:

輸出電壓、電流可調,限壓、限流可調,大大提高客戶使用靈活性。

8、保護功能齊全:

軟啟動保護,輸入交流欠壓、過壓保護,輸出過流、過熱保護功能。

9、輸出波形易于調制:

由于工作頻率高,其輸出波形調整相對處理成本較低,可以較方便的按照用戶工藝要求改變輸出波形。這樣對于工作現場提高工效,改善加工產品質量有較強作用。

10、壽命長:

水冷系列采用密封及水冷結構,功率部件通過水冷卻,延長了其使用壽命,可使用自然水或潔凈自然水冷卻;風冷系列采用獨立隔離風道從而確保其具有較高的防腐等級。

二、設計方案

電源高頻開關電源的基本構成如下圖:

圖1 高頻開關電源構成示意圖

1、輸入濾波模塊:該模塊由共模和差模電感構成,其作用是諧波治理。

2、輸入整流模塊:該模塊是開關電源不可缺少的基本電路。其主要功能是為逆變環節提供直流供電電源。

3、逆變模塊:該模塊是開關電源的核心組成部分,其基本構成是逆變控制模塊及逆變動作兩個模塊,所完成的功能是實現20KHz左右的交流脈沖輸出。

4、變壓及隔離模塊:本模塊采用高頻變壓器實現電壓變換,并實現輸入輸出電流隔離。

5、輸出整流模塊:本模塊的基本功能是實現輸出電流整流,向用電設備提供脈動直流或直流(通過濾波電路實現)電壓。

6、控制模塊:控制模塊包括PWM控制電路、驅動電路、計算機控制電路等,其作用是控制電源運行過程,提供用電設備所需要的電流形式。

7、調節及顯示模塊:該模塊提供操作人員觀察及調節手段,包括調節電位器,控制按鈕,數字式顯示儀表等。

開關電源各主要模塊對應的工作波形如下圖:

圖2 開關電源各主要模塊波形圖

8、采供高精度的控制設計方案

⑴、高精度的雙閉環控制電路

電流、電壓雙閉環控制電路是我公司在多年電源生產實踐中逐步完善的控制電路。其電路原理屬于通用技術,但具體參數配置合理與否決定了閉環調節速度。閉環調節速度的快慢決定了電源的跟隨特性。特別是高精度電源對此要求極高。我公司閉環調節速度為微秒級。

⑵、獨創的共模差模濾波電路

開關電源與其他變流設備一樣,必然存在EMI。通過理論計算及實際電路實驗,我公司摸索出了一套在不大量增加成本的基礎上最大程度減輕EMI的有效途徑。根據不同規格的電源,提供最合理的共模和差模結合治理的EMC方案。這樣,對于多臺開關電源同時使用提供了較好的安全保障。

⑶、快速保護電路

IGBT是一種結合了MOS管和晶體管優點的高效開關器件。但他同時存在過流能力較弱的缺點。要保證IGBT安全運行,在系統發生異常現象時,在幾個脈沖周期內有效關斷脈沖信號,是開關電源的必要保護手段。我公司產品提供了這種微秒級保護電路,電源安全運行有保證。

⑷、高精度的并聯控制電路

大功率開關電源的實現,離不開電源模塊并聯技術。并聯技術的關鍵是均流技術。其目的是保證電源模塊間電流應力和熱應力均勻分配,防止一臺或多臺模塊運行在電流極限值(限流)狀態。因為并聯運行的各個模塊特性并不一致,外特性好(電壓調整率小)的模塊,可能承擔更多的電流,甚至過載,從而使某些外特性較差的模塊運行于輕載,甚至基本上是空載運行。其結果必然是分擔電流多的模塊,熱應力大,降低了可靠性。

我公司采取的是主從均流法,這一方法適用于電流型控制的并聯開關電源系統中。

所謂電流型控制是指開關電源模塊中有電壓控制和電流控制,形成雙閉環系統。電流環是內環,電壓環是外環。控制原理示意圖如下圖所示:

圖3 并聯控制原理圖

Vr為主模塊的基準電壓,Vf為輸出電壓反饋信號。經過電壓誤差放大器,得到誤差電壓Ve,控制脈寬調制器和驅動器(圖中未畫出驅動器)工作。于是主模塊電流將按電流基準Ve調制,即模塊電流近似與Ve成正比。

各個從模塊的電壓誤差放大器接成跟隨器的形成,主模塊的電壓誤差Ve輸入各跟隨器,于是跟隨器輸出均為Ve,它既是從模塊的電流基準,因此各個從模塊的電流都按同一Ve值調制,與主模塊電流基本一致,從而實現了均流。

我公司并聯控制電路控制效果遠遠超過開關電源并聯系統的基本要求,各路誤差遠低于1%,10000A輸出的開關電源內部各路誤差僅為數十安。

我公司開關電源的獨特優勢:

1、控制有效,高度一致,適應性好。

2、裝配規范,結構緊湊,可靠性高。

3、跟隨迅速,波形穩定,使用效果佳。

4、器件優良,余量合理,使用壽命長。

三、器件選用國際和國內知名品牌,質量有保證

1、IGBT:IGBT模塊是開關電源逆變環節的核心部件。IGBT選用合理與否對開關電源運行的可靠性具有決定性作用。我公司選用英飛凌IGBT模塊,該模塊熱性能好,工藝成熟,是開關電源的首選模塊。

2、三項整流橋:其內部結構為全橋式整流電路,決定三相整流橋質量的主要因素是管芯及封裝工藝。本公司三相整流橋選用日本芯片三相整流橋。

3、主變壓器:選用高頻鈉米晶變壓器,由于該變壓器采用了全新的結構形式,其生產制作的一致性高,特別適用于大功率電源的生產制造。

4、輸出整流管:輸出整流管選型的關鍵是正向導通壓降的大小及各管的一致性。我公司選用德國IXYS的肖特基整流管,耐壓高,輸出穩定性好。

5、倒極裝置:我公司采用國內一線品牌,穩定性及控制精度高的雙電源轉換開關進行實現電源輸出的極性轉換,其不受負載的損耗而受到相應的損壞,提高了電源使用的穩定性。

四、結構及工藝特點

1、完善的風道隔離技術

在污染情況嚴重的運行環境下,我公司電源采用特殊的風道隔離技術,將電源的散熱部分與功率器件及控制部分實行風道隔離,這是電源長期可靠運行的必要手段。我公司產品實行了徹底的風道隔離技術。其實,這一技術的關鍵是,在實行風道隔離的前提下,為電源系統提供良好的散熱環境,這就需要選用合適的風機、合適的散熱器、布置合理的風道。我公司選用國產優質250風機,定制符合風道設計的散熱器,散熱系統高效可靠。

2、先進的高頻噪聲處理電路

由于開關電源采用了高速的大功率開關器件,在這些開關器件開通和關斷的瞬間(5微秒以內),其輸出波形存在尖銳而短暫的高頻噪聲(2微秒以內)。這種高頻噪聲對接用設備的使用效果有的情況下會產生不利作用。消除高頻噪聲也是開關電源性能好壞的一個重要指標。我公司采用了參數合理的處理電路,較好的解決了這一問題。

3、抽屜式設計

在電源設計方面,我公司充分考慮電源在整個系統使用中的重要作用,電源發生故障,整個系統將處于癱瘓狀態中,我公司在電源設計方面采用了抽屜式的設計,這樣設計首先加大了電源內部的余量,使得電源在使用過程中不超載運行,保證了其在性能上穩定運行;其次萬一電源在使用過程中出現了單機故障,其他單機能夠正常運行,不影響整個系統的工作;再次,如果一旦電源出現故障,現場工作人員使用簡單的工具將可以將故障單元輕松拆解出來,通過現代通訊技術實現遠程指導,比較容易修復電源,減少電源故障產生的損失。

4、電源諧波治理

我公司對于電源輸出可能對電網產生一定的污染,特別設計加入了諧波治理單元電路,使得降低或者完全解除電源工作時產生的諧波對電網的污染,保護了其他用電設備。

5、電源控制方式靈活

我公司采用電源輸出本機控制、模擬量PLC控制接口和RS485數字控制接口以及人機界面控制,按照不同客戶使用習慣和要求單獨進行設計,設計方法靈活,可以最大程度的滿足客戶的使用要求。

6、工藝要求:

1)金屬機箱全部采用1.5mm電解板制作另加表面噴塑處理;連接件用不銹鋼。

2)整流器內所有大電流連接部位均涂敷導電膏,控制線接點采用旋壓接線帽并硅膠密封端口;初級接線長期使用保證絕緣良好;

3)整流器的冷卻系統均采用散熱器冷卻方式,并且在散熱器上涂環氧漆來增強耐蝕;

4)銅排與鋁散熱器采用先涂抹導電膏再連接,避免銅鋁對接;所有線口用連接端子接好后用密封膠密封。

7、結構

機箱采用雙層防護罩結構,內部防護層為獨立封閉式的,電源所有器件放置于內部防護罩的內部,

外層為活動密封門板,可將內層防護防護罩及其內部所有器件罩在內部。

五、設備主要性能參數說明:

1、輸入電源電壓:

電源:3相AC380V±15%,50Hz-60Hz既設備額定輸入電壓三相AC:320~430V;過電壓保護:AC 440V,欠電壓保護:AC 310V,缺相保護:UH。

2、電源控制調節方式要求:

遠程操作箱電位器控制輸出電壓、電流。可以實現恒電壓/限電流與恒電流/限電壓控制方式的轉換.    當電網電壓波動±10%,負載不變時,輸出偏差≤±0.5%。當設備處于穩壓工作狀態時輸出短路,短路電流被自動限定在額定值范圍內;當設備處于穩流工作時,輸出短路,短路電流值變化<±0.5%范圍內并且可調。

3、輸出恒電壓調整控制:

1)連續從DCU= 0V起到DCU=額定值止,

2)穩定誤差≤0.5%,

3)調整和顯示精度±1字。

4、輸出恒電流調整控制:

1)連續從DCI=0A起到DCI=額定值止,

2)穩定誤差≤1%,

3)調整和顯示精度±1字。

5、顯示儀表 電源的輸出:

1)輸出電壓隔離變送輸出:0-V/4-20ma

2)輸出電流隔離變送輸出:0-A/4-20ma標準信號輸出以供監控。

6、冷卻水的要求(25℃時):

水質量要求:當需要采用自然水作為冷卻水時.其水質要求為:電導率≤0.04S/m,酸度(PH值)在7-8之間,溶解性總固體含量≤1000mg/L,總硬度(以碳酸鈣計)≤450mg/L. 無沙石雜物。

7、對冷卻水的供水要求:

1)流 量:≤ 10升/分鐘

2)進口水壓:工作水壓應在≥0.2Mpa.

3)進水溫度: 5~30℃ 用水冷卻的設計冷卻水溫度≤ 30℃

4)出水管內徑大于3英寸

8、工藝要求:

5)金屬機箱全部采用1.5mm電解板制作另加表面噴塑處理;連接件用不銹鋼。

6)整流器內所有大電流連接部位均涂敷導電膏,控制線接點采用旋壓接線帽并硅膠密封端口;初級接線長期使用保證絕緣良好;

7)整流器的冷卻系統均采用水冷方式,并且在散熱器上涂環氧漆來增強耐蝕;

8)銅排與鋁散熱器采用先鍍錫再連接,避免銅鋁對接;所有線口用連接端子接好后用密封膠密封。

9、結構

機箱采用雙層防護罩結構,內部防護層為獨立封閉式的,電源所有器件放置于內部防護罩的內部,

外層為活動密封門板,可將內層防護防護罩及其內部所有器件罩在內部。


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