變頻器中間直流總線(xiàn)供電的開(kāi)關(guān)電源

帶有360-900V直流輸入、可以直接由變頻器中間直流總線(xiàn)供電，這樣的電源聽(tīng)起來(lái)非常令人心動(dòng)。但是這樣的電源卻有著(zhù)特別的設計要求。

用于控制系統和其它應用的電源傳統上都是直接由單相或三相電網(wǎng)供電的。然而，由于越來(lái)越多的變頻器以及伺服電機放大器的應用，新的供電可能出現了：由變頻器的中間直流總線(xiàn)供電（圖1）。這種供電的優(yōu)點(diǎn)在于，可以利用運轉的電機中儲存的、“免費”的動(dòng)能來(lái)為控制系統供電。如果這種可能成為現實(shí)，將大大提高電源相對電網(wǎng)波動(dòng)的穩健性，而不必使用需要經(jīng)常性維護的蓄電池緩沖系統。

為了理解這種應用，可以以吊車(chē)為例：當吊車(chē)剛剛向上吊起貨物時(shí)，如果供電電網(wǎng)突然中斷，會(huì )發(fā)生什么呢？通常，控制系統必須備有蓄電池緩沖，從而使被吊起的貨物能夠被安全地降下來(lái)。而如果控制系統由中間直流總線(xiàn)供電，則吊車(chē)的電機在貨物被降下時(shí)會(huì )起到發(fā)電機的作用，保持住中間直流總線(xiàn)以及控制系統上的電壓。通過(guò)這種對執行器和控制系統的強制同步，可以使系統設計更加簡(jiǎn)單和安全。

那么，電源必須滿(mǎn)足哪些要求，才能適合由中間直流總線(xiàn)供電的應用呢？有人可能會(huì )說(shuō)，沒(méi)有什么要求，因為從基本原理推斷，開(kāi)關(guān)電源總是在內部對交流電整流，所以開(kāi)關(guān)電源可以由交流和直流供電。而且，很多開(kāi)關(guān)電源的產(chǎn)品說(shuō)明中也會(huì )明確指出一定的直流輸入范圍，如450…750Vdc等。那么，為什么在實(shí)際中用普通開(kāi)關(guān)電源直接連接到中間直流總線(xiàn)上會(huì )出現問(wèn)題呢？

其中一個(gè)原因在于，中間直流總線(xiàn)上的電壓常常是帶有幾百伏對地幅值的高頻交流電壓（圖2）, 即所謂“共模噪聲”。標識“直流電壓”實(shí)際上指的只是正負極間的電壓，而不是對地的，因為整個(gè)中間直流總線(xiàn)以相同的節奏對地來(lái)變動(dòng)。這種效應是因為變頻器中的快速開(kāi)關(guān)(IGBT)通過(guò)電機和其它的電容以高頻周期性地將正負極與地相連（圖3）。

變頻器雖然自帶有濾波器，但是它只對外工作，也就是面向輸入電網(wǎng)；而對內，即面向中間直流總線(xiàn)，它不起作用。而且因為這是變頻器內部，也沒(méi)有明確的電磁兼容標準要求。而針對電源的電磁兼容標準也不覆蓋這一應用，因為普通電源輸入端上不會(huì )長(cháng)期有600V，幾千Hz頻率范圍的的干擾，這種干擾超過(guò)了普通電源所要求的輸入可靠值的幾十倍。因此對中間直流總線(xiàn)供電的電源的要求完全不同于普通的電源。

因此，普世（PULS）開(kāi)發(fā)了一款專(zhuān)門(mén)由變頻器中間直流總線(xiàn)供電的、24V/20A輸出的電源，QTD20.241。它的一個(gè)重要的特點(diǎn)在于，掉轉了濾波器的朝向。通常設計濾波器是為了使由開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾不會(huì )影響到輸入端電網(wǎng)。而在中間直流總線(xiàn)供電應用中，濾波器則要屏蔽來(lái)自中間直流總線(xiàn)的干擾；來(lái)自電源的干擾不需要濾除，因為中間直流總線(xiàn)上已經(jīng)很不“干凈”了，而且變頻器自帶的濾波器也會(huì )濾除QTD20電源可能產(chǎn)生的干擾。另外，根據UL508標準要求，QTD20的輸入端上還有特殊的直流保險絲，如果不小心將它的輸入端反接，保險絲也不會(huì )斷，電源只是不再繼續工作了。

事實(shí)上，還有很多應用中，PULS推出的QTD系列產(chǎn)品可以避免電網(wǎng)波動(dòng)可能帶來(lái)的人身傷害和經(jīng)濟損失，比如，紡織、造紙、打磨機械以及前面提到的吊裝機械等。QTD系列產(chǎn)品可以提供給控制系統足夠的能量，保證整個(gè)設備在電網(wǎng)波動(dòng)情況下安全地、受控地關(guān)機，從而成為驅動(dòng)系統設計的最佳選擇。