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論文關(guān)鍵詞:SIMODRIVE611D系列電源模塊現(xiàn)場檢驗(yàn)指導(dǎo)
1. 概述
電源模塊主要為NC 和給驅(qū)動(dòng)裝置提供控制和動(dòng)力電源,產(chǎn)生母線電壓,同時(shí)監(jiān)測電源和模塊狀態(tài),端子接口如圖1所示。電源模塊的有一個(gè)非常完善的診斷機(jī)制能夠提供足夠的故障診斷信息,如果用戶能夠掌握其診斷技巧和檢測手段,能夠在現(xiàn)場非常準(zhǔn)確而迅速的判斷出電源模塊是否出現(xiàn)故障。
圖1 電源模塊端子接口
2. 準(zhǔn)備步驟
(1)脫離電源模塊的負(fù)載,也就是X351設(shè)備總線以及P600/M600直流母線;
(2)對(duì)照電源模塊的設(shè)置要求檢查并正確設(shè)置S1開關(guān)位置;
(3)執(zhí)行所有的端子連接檢查。
3. 測試步驟
(1)X181端子短接(1U1-2U1; 1V1-2V1; 1W1-2W1);
(2)U1, V1,W1端子分別連接到三相交流電源380V,并注意相序并保證PE端子可靠接地。
(3)接通交流電源,綠色LED指示燈亮,其他5個(gè)指示燈不亮(電源模塊的指示燈含義參照GUIDE LINE),直流母線P600/M600電壓大約0-30VDC。
(4)在通電的情況下,將短接好的NS1-NS2插頭插入X171,將短接好的“9-48-112”插頭插入X161,此時(shí)黃色LED等變亮,直流母線電壓在540VDC左右。
(5)將短接好的63-9/64-9插頭插入X121科技小論文,此時(shí)綠色LED燈熄滅,只有黃色LED亮,可控電源模塊的直流母線電壓穩(wěn)定在600VDC,不可控電源模塊直流母線電壓還是540VDC左右。
(6)檢查電子電源端子的電源狀態(tài),其中端子15為0VDC;
端子7:+20.4~28.8V/50mA;端子45:+15V/10mA;
端子10:-20.4~28.8V/50mA;端子45:- 15V/10mA;
這些測試可以說明電源模塊沒有明顯短路,電子電源沒有明顯出現(xiàn)故障,電源回饋工作也正常,上述測試也可以以表1的形式來說明。
表1 電源模塊現(xiàn)場檢測一覽表
使能端子
NS1-NS2短接
無
有
有
有
有
有
有
9-48
短接
無
無
有
有
有
有
無
9-112
短接
無
無
無
有
有
有
有
63-9
短接
無
無
無
無
有
有
有
64-9
短接
無
無
無
無
無
有
有
指示燈
綠燈
滅
亮
亮
亮
亮
滅
滅
黃燈
滅
滅
亮
亮
亮
亮
滅
所有的紅燈一旦亮起來,則所有使能無效
滅
滅
滅
滅
滅
滅
滅
直流母線電壓
P600/
M600
0-30VDC
0-30VDC
540VDC
540VDC
540VDC/600VDC
540VDC/600VDC
540VDC
關(guān)鍵詞:測距儀 FSD-40 電源 故障 TPS
中圖分類號(hào):TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2014)03(c)-0041-02
測距儀(distance measuring equipment)系統(tǒng)是通過詢問應(yīng)答方式來測量距離的。當(dāng)測距儀與儀表著陸系統(tǒng)配合使用時(shí),測距儀可以替代指點(diǎn)信標(biāo),以提供飛機(jī)進(jìn)近和著陸的距離信息[1]。DME系統(tǒng)的主要組成部分,機(jī)載測距機(jī)發(fā)射射頻脈沖對(duì)信號(hào),所謂的詢問信號(hào);測距信標(biāo)臺(tái)的接收機(jī)收到這一詢問信號(hào)后,經(jīng)過固定延遲,由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)答信號(hào)發(fā)射出去;機(jī)載測距機(jī)在接收到地面射頻脈沖對(duì)后,可由距離計(jì)算電路根據(jù)詢問脈沖與應(yīng)答脈沖之間的延遲時(shí)間,計(jì)算出飛機(jī)到地面信標(biāo)臺(tái)之間的視線距離。
1 FSD-40設(shè)備簡介
FSD-40測距機(jī)由意大利THALES公司生產(chǎn),具備遙控、本地電腦實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。通過電腦可以實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、具有控制轉(zhuǎn)換主備機(jī)、關(guān)機(jī)、查看和修改各種重要參數(shù)等功能。FSD-40測距儀[2]主要由I/O系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、脈沖收發(fā)信機(jī)、RF通道、外部連接接口系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、天線和計(jì)算機(jī)組成,如圖1所示。
主要模塊的功能如下:I/O系統(tǒng)功能是可以利用計(jì)算機(jī)和/或控制(INC)模塊控制、監(jiān)視信標(biāo)及相關(guān)合裝設(shè)備;通過專用或交換電話線連接到一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程控制中心;控制系統(tǒng)功能是用來協(xié)調(diào)構(gòu)成設(shè)備的各個(gè)組的所有操作,它通過I/O系統(tǒng)與操作員進(jìn)行交互,執(zhí)行與命令和預(yù)置相關(guān)的操作,并提供與設(shè)備操作情況相關(guān)的信息;監(jiān)控系統(tǒng)的作用是對(duì)脈沖收發(fā)信機(jī)進(jìn)行測試以及測量它們的回答,并將測量結(jié)果送到控制器用來檢查設(shè)備操作是否正確;脈沖收發(fā)信機(jī)的作用是接收機(jī)載詢問信號(hào)并進(jìn)行處理后,延時(shí)產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)經(jīng)調(diào)制放大送至天線發(fā)射;電源系統(tǒng)則為整個(gè)設(shè)備提供工作電源。
2 故障現(xiàn)象
值班室FSD-40監(jiān)控界面突然連接不上,立即通報(bào)塔臺(tái)并請(qǐng)求塔臺(tái)轉(zhuǎn)告飛機(jī)觀察DME信號(hào)是否正常,飛機(jī)反映信號(hào)正常。值班員立即趕到位于本場的下滑設(shè)備機(jī)房,發(fā)現(xiàn)設(shè)備并沒有換機(jī)、關(guān)機(jī)的記錄,但有四個(gè)板件的指示燈顯示異常,分別為:一號(hào)機(jī)的TPS-M板件、控制器CTR1和CTR2、數(shù)字信號(hào)監(jiān)控器MRA,并且在本地端接入監(jiān)控計(jì)算機(jī),無法與設(shè)備進(jìn)行正常通訊。重啟設(shè)備后,故障現(xiàn)象依舊存在,通過塔臺(tái)詢問機(jī)組是否接收到地面信標(biāo)臺(tái)的應(yīng)答信號(hào),機(jī)組反映信號(hào)正常。對(duì)TPS-M板件進(jìn)行復(fù)位,故障現(xiàn)象消除,指示燈均恢復(fù)正常,本地端接入計(jì)算機(jī),恢復(fù)與設(shè)備的正常通訊。登入監(jiān)控軟件后,監(jiān)控主界面出現(xiàn)“MON 1 FAULTY”,應(yīng)答延遲、應(yīng)答效率等參數(shù)正常。由一號(hào)機(jī)切換至二號(hào)機(jī),“MON 1 FAULTY”字樣消除,監(jiān)控器參數(shù)均正常。再由二號(hào)機(jī)切換至一號(hào)機(jī),設(shè)備通訊和監(jiān)控參數(shù)均正常。觀察設(shè)備運(yùn)行三十分鐘后,故障現(xiàn)象重新出現(xiàn)。
3 故障分析
因?yàn)樵诒镜囟私尤胗?jì)算機(jī)后仍然無法與設(shè)備進(jìn)行通訊,故初步懷疑為IRS(RS-232接口)故障。IRS(RS-232接口)模塊是信標(biāo)的接口,它提供的RS-232C串行接口,是為了LCSU單元與主控制器(CTR)之間能夠進(jìn)行通信。IRS模塊提供了兩個(gè)串口,一個(gè)為SK1(獨(dú)立的)供本機(jī)連接使用,一個(gè)為SK2(LCSU)供遠(yuǎn)程連接使用。通過后面對(duì)TPS-M進(jìn)行復(fù)位后,設(shè)備恢復(fù)正常且本地端接入計(jì)算機(jī)能夠正常通訊,排除了IRS和從設(shè)備機(jī)房至值班室的傳輸線路出現(xiàn)故障的可能。
結(jié)合控制器CTR1與CTR2指示燈情況,控制器CTR1的LP1燈和LP2燈均滅,控制器CTR2的LP1燈和LP2燈均亮。而LP1燈亮表示此控制器為主控制器,滅表示此控制器為從控制器。LP2燈只對(duì)從控制器才有意義并且表示此控制器上的EEPROM正在進(jìn)行更新。控制系統(tǒng)由兩個(gè)控制器CTR1、CTR2組成,系統(tǒng)默認(rèn)CTR1為主控制器。一旦系統(tǒng)檢測CTR1出現(xiàn)故障或者內(nèi)存不正確,便會(huì)自動(dòng)將CTR2變?yōu)橹骺刂破?,CTR1成為從控制器,并且更新其內(nèi)存以匹配CTR2的內(nèi)存。故障現(xiàn)象說明主控制器從CTR1切換至CTR2,并且CTR2更新其內(nèi)存以匹配CTR1,表明CTR1板可能出現(xiàn)故障。
監(jiān)控器MRA板上LP1燈滅表示識(shí)別碼傳輸異常。監(jiān)控器MON由偽詢問器MIN、MRB、MRA組成,如圖2所示,在設(shè)備重啟后詢問機(jī)組,機(jī)組反映信號(hào)正常。由此可見,MRA板的故障并沒有影響DME收發(fā)信機(jī)的正常工作,由于兩個(gè)監(jiān)控器工作在邏輯與[3]的狀態(tài),即當(dāng)一個(gè)監(jiān)控器故障時(shí),信標(biāo)仍可以工作。只有當(dāng)兩個(gè)監(jiān)控器告警故障時(shí),才能產(chǎn)生換機(jī)或者關(guān)機(jī)動(dòng)作。由此故障現(xiàn)象表明MRA板也可能故障。
通過復(fù)位TPS-M板后,設(shè)備恢復(fù)正常,可基本判斷為TPS-M板故障導(dǎo)致此次監(jiān)控失效。TPS模塊為DC/DC的電源模塊,為設(shè)備提供+5 V、+15 V、-15 V的穩(wěn)定電壓,此模塊接受從BCPS提供的53 V直流電壓或者由電池組提供的48 V直流電壓。而TPS-M模塊是為有關(guān)的監(jiān)控器和相相對(duì)應(yīng)的CTR模塊供電,TPS-T則為相應(yīng)的收發(fā)信機(jī)模塊供電,這就可以解釋為什么故障不影響信號(hào)的收發(fā)。一號(hào)機(jī)的TPS-M為CTR1、MON1提供+5 V、+15 V、-15 V的工作電壓。在第二次故障重現(xiàn)時(shí),技術(shù)人員測量了TPS-M上的TP1、TP3、TP4、TP5四個(gè)測試點(diǎn),電壓值均異常,基本可判斷TPS-M板故障引起了此次監(jiān)控失效和導(dǎo)致CTR1/MON1板件不加電。又因?yàn)镃TR1模塊提供了對(duì)I/O系統(tǒng)進(jìn)行管理的功能以及和兩個(gè)監(jiān)控器、雙工器進(jìn)行通信的TTL接口,如圖3所示,故在CTR1/MON1下電后影響了設(shè)備與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通訊,導(dǎo)致不能登錄監(jiān)控軟件。更換TPS-M板件,故障排除,后續(xù)觀察設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定再無故障現(xiàn)象出現(xiàn)。
4 結(jié)語
由于FSD-40DME這套設(shè)備服務(wù)年限太久,設(shè)備板件老化嚴(yán)重,相應(yīng)的監(jiān)控軟件功能不齊全,是此次故障的間接原因。直接原因是由于一號(hào)機(jī)的DC/DC電源模塊TPS-M故障導(dǎo)致CTR1、MON1(MIN、MRA、MRB)下電不工作,而CTR1板上提供了對(duì)I/O系統(tǒng)進(jìn)行管理的功能以及和兩個(gè)監(jiān)控器、雙工器進(jìn)行通信的TTL接口,CTR板件不加電使I/O系統(tǒng)工作異常,造成計(jì)算機(jī)無法與設(shè)備進(jìn)行通訊??偨Y(jié)此次故障排查和分析過程,當(dāng)同型號(hào)設(shè)備出現(xiàn)類似故障現(xiàn)象時(shí),倘若故障中出現(xiàn)電源模塊異常,應(yīng)優(yōu)先考慮是否是設(shè)備給各模塊的供電出現(xiàn)故障,對(duì)可能故障的電源模塊進(jìn)行排查,迅速排除故障恢復(fù)設(shè)備。
參考文獻(xiàn)
[1] 魏光興.通信、導(dǎo)航、監(jiān)視設(shè)施[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2004,6:97-100.
關(guān)鍵詞:基站;開關(guān)電源模塊休眠技術(shù);節(jié)能降耗
前言
目前,國家的經(jīng)濟(jì)在向節(jié)能降耗的方向穩(wěn)步邁進(jìn),通信企業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)重要的組成成員,肩負(fù)的節(jié)能降耗的責(zé)任與義務(wù),同時(shí),也是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的需要,現(xiàn)如今,與通信設(shè)備有關(guān)的開關(guān)電源采用的是直流的方式供電,為了提高相關(guān)電源系統(tǒng)的穩(wěn)健性與可靠性,采用整流模塊冗余的配置方式,將其應(yīng)用在開關(guān)電源系統(tǒng)中,然而,在實(shí)際的開關(guān)電源使用中對(duì)于蓄電池的使用并沒有達(dá)到其額定的充電容量,導(dǎo)致很長的時(shí)間段內(nèi),整個(gè)整流模塊的使用率較低,誠然,導(dǎo)致了很多電能源的浪費(fèi),另一個(gè)方面,相關(guān)的電源生產(chǎn)商在積極的研發(fā)相關(guān)的技術(shù)來提高電池的使用效率,進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)節(jié)能環(huán)保,不斷的優(yōu)化開關(guān)電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu),使其轉(zhuǎn)換的效率進(jìn)一步得到提高。與此同時(shí),基站開關(guān)電源模塊休眠技術(shù)是一種嶄新的技術(shù),其越來越廣泛的應(yīng)用,極大的提高了開關(guān)電源的使用及轉(zhuǎn)換效率,降低了通信電源的耗能。
1 基站開關(guān)電源休眠技術(shù)原理
基站的開關(guān)電源整流模塊的耗損主要有如下部分,即空載耗損、輸出耗損以及帶載耗損,根據(jù)相關(guān)的通信電源設(shè)備在不同的負(fù)載下一般具有不同的工作效率,一般條件下隨著負(fù)載的增大開關(guān)電源設(shè)備的效率有上升的趨勢(shì)。同時(shí),在一般情況下,當(dāng)整流模塊工作效率達(dá)到比較高的水平,是開關(guān)電源的負(fù)載率達(dá)到40-80%范圍時(shí),另一方面,對(duì)開關(guān)電源的負(fù)載率進(jìn)行提高,并且對(duì)整流模塊的實(shí)際的工作數(shù)量進(jìn)行減少,這樣,可以降低空載的耗能,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的,基站開關(guān)電源模塊休眠技術(shù)依據(jù)負(fù)載的電流的大小,并且與電源系統(tǒng)匹配的實(shí)際的模塊的容量與數(shù)量進(jìn)行比較,利用智能化的相關(guān)技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)整流模塊的實(shí)際的使用數(shù)量進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)節(jié),使得有一部分的電源模塊處于未工作的狀態(tài),即休眠狀態(tài),同時(shí),自動(dòng)調(diào)整整流模塊的負(fù)載率,使其能夠達(dá)到最佳的工作負(fù)載率,最終,實(shí)現(xiàn)降低電源系統(tǒng)的空載消耗與有載的耗損,達(dá)到節(jié)能的目的。在休眠節(jié)能的模式中,模塊的主電路處于未工作狀態(tài),但控制電路在工作,整個(gè)電源系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài),當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)有關(guān)的異常情況時(shí),相關(guān)的休眠模塊立即進(jìn)入工作狀態(tài)。其次,可以根據(jù)實(shí)際的負(fù)載情況,動(dòng)態(tài)的調(diào)整整流模塊的數(shù)量,當(dāng)負(fù)載增加到一定的程度時(shí),可實(shí)現(xiàn)對(duì)休眠模塊的自動(dòng)喚醒,保證整個(gè)開關(guān)電源系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,同時(shí),利用相關(guān)的控制軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)模塊的休眠次序與時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié),使得電源模塊系統(tǒng)的工作處于均衡狀態(tài),因此,對(duì)各個(gè)模塊的使用壽命實(shí)現(xiàn)了適當(dāng)?shù)难娱L。最后,為了進(jìn)一步的提高開關(guān)電源模塊的穩(wěn)健性與可靠性,可采取相關(guān)的安全保護(hù)措施,防止系統(tǒng)在異常的情況下產(chǎn)生失效,其有關(guān)的安全保護(hù)措施有:當(dāng)開關(guān)電源系統(tǒng)處于電池均充,控制器失效,模塊出現(xiàn)故障等情況時(shí),應(yīng)該立即將模塊的休眠功能關(guān)閉;當(dāng)相關(guān)的異常排除以后,在開啟開關(guān)電源的模塊休眠功能。通過這些措施,能夠有效的保護(hù)開關(guān)電源系統(tǒng),使其可靠的運(yùn)行。
2 實(shí)施的效果分析
國內(nèi)三大電信運(yùn)營商中的幾萬個(gè)站點(diǎn)中的通信電源系統(tǒng)模塊,在東莞銘普的改造下,實(shí)現(xiàn)了模塊的休眠功能,改造后的休眠模塊技術(shù)的實(shí)際使用效果,達(dá)到了預(yù)期的目的,相關(guān)的數(shù)據(jù)如表1與2所示:
從表1中可以得出,當(dāng)負(fù)載率低于40%時(shí),相關(guān)的基站的站點(diǎn)具有良好的改造前景,同時(shí),在改造后也能夠產(chǎn)生良好的實(shí)施效果。表2顯示的為現(xiàn)有電源設(shè)備負(fù)載率的分布。
從表3中可以看出,現(xiàn)有的通信電源相關(guān)設(shè)備網(wǎng)絡(luò),其負(fù)載率在40%以上只占到了27%,表明現(xiàn)有的通信設(shè)備的負(fù)載率低下,存在嚴(yán)重的資源浪費(fèi),但也存在了較大的改造的空間。目前,三大運(yùn)營商積極的實(shí)施相關(guān)基站站點(diǎn)的改造,有效的降低了能耗,帶來了豐厚的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益[1]。
移動(dòng)公司對(duì)其運(yùn)營的兩個(gè)基站進(jìn)行了相關(guān)的開關(guān)電源休眠節(jié)能測試,在其他的可控的因素相同的條件下,通過對(duì)比改造前后的相關(guān)數(shù)據(jù),判斷其節(jié)能的效果,整流模塊型號(hào)為:DMER048-50010H,開關(guān)電源型號(hào):MER048-6013Y,其中,在測試中,一個(gè)基站(基站1)采用的兩組500AH的后備電池組,基站的負(fù)載為15A,配置了6個(gè)整流模塊;另一個(gè)(基站2)采用了兩組500AH后備電池組,基站的負(fù)載電流為14A,配置了6個(gè)整流模塊。在實(shí)際的檢驗(yàn)過程中,過程進(jìn)行的順利,沒有出現(xiàn)相關(guān)的運(yùn)行設(shè)備異常的情況,相關(guān)的檢測人員采集了必要的參數(shù),在測試開關(guān)電源模塊休眠功能的有關(guān)安全保護(hù)性能時(shí),當(dāng)出現(xiàn)模塊故障、停電以及蓄電池充放電等異常是,可以臨時(shí)的關(guān)閉基站的開關(guān)電源的休眠功能,進(jìn)而保證了電源系統(tǒng)的安全性,實(shí)驗(yàn)后,對(duì)兩個(gè)基站的節(jié)能情況進(jìn)行分析,在兩個(gè)基站配置6個(gè)整流模塊時(shí),在工作的模塊數(shù)相同的條件下,其負(fù)載率與節(jié)電率之間的關(guān)系為:隨著工作的休眠模塊數(shù)越多、負(fù)載率相應(yīng)增大、負(fù)載電流相應(yīng)增大時(shí),節(jié)電率與節(jié)電量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。當(dāng)兩個(gè)基站的負(fù)載電流保持相同并且負(fù)載電流保持在15A時(shí),隨著開啟模塊數(shù)量的增加同時(shí)休眠的模塊數(shù)量越來越多,其結(jié)果為節(jié)電率與節(jié)電量逐漸的增加。與其同時(shí),系統(tǒng)的總輸入功率增加,系統(tǒng)此時(shí)的節(jié)電量的增加是系統(tǒng)的無效耗能上升而導(dǎo)致的,因此,需要考慮整流模塊適當(dāng)?shù)娜哂嘣O(shè)置,但是不能盲目設(shè)置,應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況而定。其次,對(duì)比改造前后零線的電流情況:當(dāng)休眠模塊的工作數(shù)量為3個(gè),負(fù)載電流為75A時(shí),此時(shí)零線的電流呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),否則零線電流會(huì)呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),其原因?yàn)椋赫髂K的單相供電而導(dǎo)致三相不平衡,然而,三相供電模式的整流模塊沒有收到明顯的影響,當(dāng)系統(tǒng)的零線電流增大時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些消極的影響,但當(dāng)零線的電流增加的幅度不大時(shí),此時(shí),產(chǎn)生的消極影響可忽略不計(jì)[2]。最后,在對(duì)兩個(gè)基站的測試后,對(duì)其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析,在改造時(shí),其基站開關(guān)電源模塊的休眠技術(shù)的成本在1000元上下,對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析,得出,當(dāng)基站的負(fù)載電流高于100A時(shí),節(jié)能的效果不明顯,當(dāng)負(fù)載的電流低于100A可以考慮使用基站開關(guān)模塊休眠技術(shù),同時(shí),各個(gè)模塊構(gòu)成了具有一定聯(lián)系的系統(tǒng),當(dāng)各個(gè)模塊協(xié)同工作,可以適當(dāng)?shù)慕档透鱾€(gè)模塊的工作時(shí)間,這樣能夠有效的提高各個(gè)模塊的使用壽命,同時(shí),降低了相關(guān)人員的維護(hù)與修理的成本以及空載耗能,進(jìn)而,進(jìn)一步的提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益??傊嚓P(guān)的通信企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的實(shí)際情況,考慮實(shí)施基站開關(guān)電源休眠節(jié)能技術(shù),從而,實(shí)現(xiàn)通信企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
3 結(jié)束語
基站開關(guān)電源模塊休眠技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于通信企業(yè)來說具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,其可以有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,進(jìn)而給通信企業(yè)帶來了實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)利益,通信企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的實(shí)際情況,認(rèn)真研究與實(shí)施基站開關(guān)電源模塊休眠技術(shù),從而,為國家時(shí)間節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)作出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
[關(guān)鍵詞]變電站 直流系統(tǒng) 充電模塊 故障 分析 對(duì)策
中圖分類號(hào):TM910.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:TM 文章編號(hào):1009914X(2013)34034701
變電站直流系統(tǒng),在變電站中為控制、信號(hào)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置及事故照明等提供可靠的直流電源,還為操作提供可靠操作電源。直流系統(tǒng)可靠與否,對(duì)變電站安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用,是變電站安全運(yùn)行的保證。
2013年6月3日,110kV某變電站發(fā)生一起直流系統(tǒng)充電模塊故障,最終需要由直流系統(tǒng)蓄電池組放電,導(dǎo)致直流系統(tǒng)母線電壓下降,嚴(yán)重威脅變電站安全運(yùn)行。
一、事件的經(jīng)過及現(xiàn)象
3日上午,110kV某變電站值班員在進(jìn)行日常巡視直流充電屏?xí)r,查看微機(jī)監(jiān)控器歷史告警信號(hào)發(fā)現(xiàn)2日曾經(jīng)發(fā)“事故放電開始”信號(hào)。之后值班員根據(jù)直流充電電源檢查試驗(yàn)作業(yè)表單進(jìn)行直流充電電源切換試驗(yàn):發(fā)現(xiàn)監(jiān)控機(jī)顯示“蓄電池故障合、分及直流屏交流輸入合、分信號(hào)”,均是切換過程中所發(fā)的信號(hào),無其他異常告警。
3日下午,變電站監(jiān)控機(jī)發(fā):“直流屏模塊故障”,“蓄電池故障”信號(hào),21分鐘后自行復(fù)位,現(xiàn)場檢查直流系統(tǒng)無異常。
5日,變電站監(jiān)控機(jī)發(fā):“絕緣監(jiān)測I段母線欠壓” “電池一組欠壓”、“一段母線欠壓”信號(hào)。檢查#1母線電壓測量裝置顯示198.3V、#2母線電壓測量裝置顯示198.2V、充電機(jī)電壓測量裝置顯示198.7V、蓄電池電壓測量裝置顯示198.1V。
檢查#0、#1、#2、#3充電模塊曾經(jīng)無電壓電流輸出,直流系統(tǒng)集中監(jiān)控器告警,檢查直流母線電壓為198V,將#0、#1、#2、#3充電模塊分別退出運(yùn)行檢查,模塊元器件內(nèi)部發(fā)熱,過熱保護(hù)造成模塊閉鎖無法正常工作,最終需要由直流系統(tǒng)蓄電池組放電,導(dǎo)致直流系統(tǒng)母線電壓下降。
二、事件的相關(guān)信息
2日曾經(jīng)發(fā)“事故放電開始”信號(hào);3日值班員檢查直流系統(tǒng)正常供電,無異常信號(hào)。5日,該站監(jiān)控機(jī)發(fā):“絕緣監(jiān)測I段母線欠壓合信號(hào)”“電池一組欠壓”、“一段線欠壓”信號(hào)?,F(xiàn)場檢查#1母線電壓測量裝置顯示:198.3V,#2母線電壓測量裝置顯示:198.2V,充電機(jī)電壓測量裝置顯示:198.7V,蓄電池電壓測量裝置顯示:198.1V。
1、型智能高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)自動(dòng)控制正常運(yùn)行程序過程
正常時(shí),充電模塊均投入運(yùn)行,充電機(jī)采用浮充運(yùn)行方式,采用I10充電電流進(jìn)行恒流充電,當(dāng)蓄電池組端電壓上升到限壓值時(shí)(2.3~2.35*N2V N為單體的電池個(gè)數(shù)),自動(dòng)轉(zhuǎn)為電壓為(2.3~2.35* N2V N為單體的電池個(gè)數(shù))的恒壓充電,1.0I10充電電流逐漸減小,當(dāng)充電電流減小至0.03~0.05I10電流值時(shí)充電裝置倒計(jì)時(shí)開始啟動(dòng),當(dāng)整定的倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí),充電裝置將自動(dòng)轉(zhuǎn)為正常的浮充電運(yùn)行,完成一個(gè)循環(huán),使蓄電池隨時(shí)具有滿容量狀態(tài),確保直流電源運(yùn)行的安全可靠。(I10為蓄電池額定容量/10電流值)正常浮充運(yùn)行1~3個(gè)月恒流充電電壓升至整定值,恒壓充電電流減小至整定值正常浮充運(yùn)行。
2、直流系統(tǒng)的巡視判斷方法
運(yùn)行噪聲有無異常,各保護(hù)信號(hào)是否正常,直流輸出電壓值和電流值是否正常,各充電模塊的輸出電流是否均流,是否超額定電流,正負(fù)母線對(duì)地的絕緣是否良好,裝置通訊是否正常、蓄電池充電電流是否正常等。特別注意充電模塊自動(dòng)均充是否準(zhǔn)時(shí)定期,均充時(shí)的充電電流和充電電壓是否正確;雷電發(fā)生后應(yīng)及時(shí)檢查直流裝置的防雷裝置和充電裝置工作是否正常。同時(shí)檢查蓄電池連接片有無松動(dòng)和腐蝕現(xiàn)象,殼體有無滲漏和變形,是否清潔;極柱與安全閥周圍是否有酸霧溢出;絕緣電阻是否下降;蓄電池溫度是否正常25°C左右;測試單只蓄電池電壓和內(nèi)阻(一般為幾~十幾mΩ)是否正常。檢查直流微機(jī)監(jiān)控器是否存在異常的報(bào)警信號(hào)。
三、事件原因、危害分析:
(1)值班員在3日巡視時(shí)查看微機(jī)監(jiān)控器,歷史告警信號(hào)發(fā)現(xiàn)2日曾經(jīng)發(fā)“事故放電開始”信號(hào)時(shí),未能意識(shí)到此時(shí)充電機(jī)可能出現(xiàn)了停充現(xiàn)象,若此時(shí)蓄電池存在問題不能正常供電時(shí),可能導(dǎo)致全站直流失壓。
(2)直流充電模塊故障的原因分析:直流模塊長期在環(huán)境溫度較高,充電模塊輸出的電壓電流不平衡,重負(fù)荷運(yùn)行、甚至過載而故障,盡管每個(gè)直流電源模塊單元具有輸出自動(dòng)均流功能,但并聯(lián)運(yùn)行的各個(gè)模塊特性的不一致導(dǎo)致各模塊負(fù)荷電流存在不均衡情況。有些模塊可能承擔(dān)更多的電流,極端情況下甚至過載,而有些模塊運(yùn)行于輕載狀態(tài),甚至基本上是空載運(yùn)行。由于存在部分模塊負(fù)荷不均衡,其結(jié)果必然加大了分擔(dān)負(fù)荷多的模塊損壞的可能性,也縮短了分擔(dān)負(fù)荷多模塊的正常使用壽命,降低了系統(tǒng)可靠性。
(3)根據(jù)直流充電電源檢查試驗(yàn)作業(yè)表單進(jìn)行直流充電電源切換試驗(yàn)時(shí),沒有認(rèn)真結(jié)合對(duì)比之前“蓄電池故障”分析出現(xiàn)的信號(hào)及現(xiàn)象。
四、暴露問題:
(1)值班員在巡視時(shí)查看微機(jī)監(jiān)控器歷史告警信號(hào)時(shí),雖然現(xiàn)場檢查直流系統(tǒng)無異常,但直流系統(tǒng)重復(fù)出現(xiàn)故障信號(hào)未引起重視并分析原因,最終導(dǎo)致#0、#1、#2、#3充電模塊過熱保護(hù)造成模塊閉鎖無法正常工作。
(2)直流屏內(nèi)各電氣元器件密集,運(yùn)行溫度高,關(guān)閉屏柜門后,屏柜內(nèi)設(shè)備通風(fēng)散熱不良。充電模塊長期在環(huán)境溫度較高下運(yùn)行造成模塊溫度過熱,導(dǎo)致充電模塊輸出的電壓電流不平衡(忽高忽低),模塊元器件內(nèi)部發(fā)熱,過熱保護(hù)造成模塊閉鎖無法正常工作,最終需要由直流系統(tǒng)蓄電池組放電,導(dǎo)致直流系統(tǒng)母線電壓下降。
(3)直流系統(tǒng)#0至#3充電模塊都曾經(jīng)出現(xiàn)無電壓、電流輸出,靠蓄電池組供直流負(fù)荷的現(xiàn)象?,F(xiàn)場檢查#0至#3充電模塊運(yùn)行燈不亮,發(fā)告警故障,模塊監(jiān)控器發(fā)溫度過熱保護(hù)故障。將模塊拆下散熱后,重新裝回去模塊正常運(yùn)行,但#0、#1模塊輸出電壓和電流都不穩(wěn)定,漂移幅度較大,最終將這兩臺(tái)模塊退出運(yùn)行。
五、風(fēng)險(xiǎn)分析:
#0、#1充電模塊因之前長期在環(huán)境溫度較高下運(yùn)行造成模塊溫度過熱,導(dǎo)致充電模塊輸出的電壓電流不平衡(忽高忽低),模塊元器件內(nèi)部發(fā)熱,過熱保護(hù)造成模塊閉鎖無法正常工作,最終需要由直流系統(tǒng)蓄電池組放電,導(dǎo)致直流系統(tǒng)母線電壓下降。正常運(yùn)行時(shí)建議關(guān)注設(shè)備溫度,否則將可能引起其他模塊重負(fù)荷運(yùn)行、甚至過載而故障。
六、解決方法:
1、更換同型號(hào)2臺(tái)充電模塊(做穩(wěn)壓、穩(wěn)流、紋波試驗(yàn)合格后)。
2、改善柜屏柜內(nèi)散熱條件,在屏柜邊加排氣孔,讓熱量進(jìn)行對(duì)流排出。
3、在模塊附近加裝排氣扇,改善自然冷卻的不良散熱方式。
4、值班員定期對(duì)充電模塊的運(yùn)行狀態(tài)及歷史記錄進(jìn)行分析對(duì)比,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)匯報(bào)。
關(guān)鍵詞 智能汽車競賽;電源管理模塊;電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
中圖分類號(hào) TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363(2015)09-0032-02
全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽是以“立足培養(yǎng)、重在參與、鼓勵(lì)探索、追求卓越”為宗旨,鼓勵(lì)創(chuàng)新的一項(xiàng)科技競賽。以飛思卡爾半導(dǎo)體公司的微處理器為核心,通過自主設(shè)計(jì)傳感器、電源管理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和編寫控制程序,制作一個(gè)能按照比賽規(guī)則自動(dòng)識(shí)別賽道完成比賽的模型汽車。
硬件是智能車的基礎(chǔ),其影響著車模系統(tǒng)穩(wěn)定性?;诖耍疚闹饕岢鲆惶纂娫垂芾砟K、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的可行設(shè)計(jì)方案。
1 電源管理模塊
根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài),直流穩(wěn)壓電源分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源通過采樣、反饋等方式來控制調(diào)整管的導(dǎo)通程度,其輸出電壓文波比較小、工作噪聲小、反應(yīng)速度快;調(diào)整管工作在放大狀態(tài),效率比較低,發(fā)熱量大。在開關(guān)穩(wěn)壓電源中,開關(guān)管工作飽和或者截止?fàn)顟B(tài),對(duì)應(yīng)開、關(guān)兩個(gè)狀態(tài);效率高,功耗小,存在比較嚴(yán)重的開關(guān)干擾。
電源管理模塊為車模系統(tǒng)的各個(gè)模塊供電,其供電穩(wěn)定性是車模穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)中,不僅要考慮各個(gè)模塊的正常工作電壓、電流,還要做好各個(gè)模塊的隔離,減小模塊之間的噪聲干擾??偟膩碚f,通過三端集成穩(wěn)壓芯片來給各個(gè)模塊來供電。競賽中,常用的電源有串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源(LM2941、TPS系列等)和開關(guān)型穩(wěn)壓電源(LM2596、LM2575、AS1015等)兩大類。
車模電源是7.2V2000mAh的鎳鎘可充電電池,其對(duì)車模的各個(gè)模塊供電。系統(tǒng)的供電示意圖如圖1所示,7.2V電壓給不同電壓的模塊供電,主要的模塊電壓有12V、5.5V、5V和3.3V。用電池給電機(jī)供電,將電源電壓經(jīng)升、降壓再給其他模塊供電。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片IR2104的供電電壓為12V,S-D5舵機(jī)的供電電壓為5.5V,線性CCD的供電電壓為5V,單片機(jī)的供電電壓為5V,調(diào)參模塊等供電電壓為5V和3.3V。
MC9S12XS128單片機(jī)是系統(tǒng)的控制中心,其工作的穩(wěn)定性直接影響車模運(yùn)行。為了減少其他模塊對(duì)其干擾,采用低壓差線性穩(wěn)壓電源供電。TPS7350具有過流、過壓和電壓反接保護(hù)電路,可以有效地保護(hù)單片機(jī);最大輸出電流500mA,大于單片機(jī)工作電流;穩(wěn)壓線度相對(duì)比較好。所以選用TPS7350對(duì)其單獨(dú)供電。線性CCD工作條件電源電壓為-0.3V-6V,考慮到單片機(jī)的AD采樣轉(zhuǎn)化精度和線性CCD推薦工作條件等原因,選其最佳工作電壓5V。VDD最大連續(xù)電流為40mA,在比賽中一般需要用到2-4個(gè)線性CCD,最大電流一般不超過200mA。線性CCD是模擬傳感器,其供電電源的波動(dòng)將影響其性能, TPS7350穩(wěn)壓后電壓波動(dòng)較小,用其對(duì)線性CCD單獨(dú)供電。
S-D5是數(shù)字舵機(jī),工作電壓4.5V-5.5V,正常工作電流200mA,堵轉(zhuǎn)電流是800mA;工作電壓在5.5V下,帶有堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能。舵機(jī)在實(shí)時(shí)控制時(shí)存在滯后性,滯后時(shí)間的大小主要由舵機(jī)的響應(yīng)時(shí)間和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比決定。在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比不變時(shí),舵機(jī)的響應(yīng)時(shí)間與供電電壓有關(guān);舵機(jī)的工作電壓越高,響應(yīng)越快,同時(shí)扭矩力越大。選擇5.5V供電,既可提高舵機(jī)響應(yīng)速度,又可以保護(hù)舵機(jī)。LM2941S是低壓差線性穩(wěn)壓芯片,原理圖如其輸出電壓,在輸出電流時(shí),。選用為,為,計(jì)算得。
常用的調(diào)參模塊主要有藍(lán)牙、SD卡、OLED顯示屏和按鍵等。不同調(diào)參模塊的電壓不同,SD卡供電電壓為3.3V,藍(lán)牙、OLED顯示屏可以接3.3V或者5V,按鍵一般接5V。測速模塊一般供電5V。這些模塊電流一般較小,可以根據(jù)PCB設(shè)計(jì)的需要調(diào)整各模塊的電壓分配。
2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
在競賽中,電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式一般有兩種方式:集成芯片、柵極驅(qū)動(dòng)芯片和N溝道MOSFET。常用的集成驅(qū)動(dòng)芯片有BTN7970、BTN7971等;常用的柵極驅(qū)動(dòng)芯片有IR系列的IR2104、IR2184等;常用N溝道MOSFET型號(hào)多樣。
集成驅(qū)動(dòng)芯片在過流、短路、過溫和欠壓時(shí),芯片自動(dòng)關(guān)斷輸入。為了防止車模在運(yùn)行過程中因?yàn)樾酒Wo(hù)而停止工作,在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮過流保護(hù)、散熱等情況并采取措施。而B型車模電機(jī)功率比較大,正常工作電流都要大于1A,在啟動(dòng)或者堵轉(zhuǎn)的情況下,電流會(huì)更大,很容易造成驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)熱;如若散熱不好,會(huì)影響芯片正常工作,進(jìn)而影響車模運(yùn)行。所以采用半橋驅(qū)動(dòng)芯片IR2104驅(qū)動(dòng)4個(gè)LR7843型N溝道MOSFET H橋的方式來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
首先了解一下H橋驅(qū)動(dòng)原理,電機(jī)和4個(gè)N溝道MOSFET共同構(gòu)成一個(gè)類似于字母H的驅(qū)動(dòng)橋,如圖4所示。當(dāng)Q1、Q4導(dǎo)通時(shí),直流電機(jī)中通過從左到右的電流;當(dāng)Q2、Q3導(dǎo)通時(shí),直流電機(jī)中通過從右到左的電流;流經(jīng)電機(jī)電流方向的改變就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。但是,在控制4個(gè)N溝道MOSFET導(dǎo)通時(shí),同一橋臂的Q1和Q2、Q3和Q4不能同時(shí)導(dǎo)通,導(dǎo)通會(huì)造成源地的短路;在兩次狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中可能出現(xiàn)瞬時(shí)短路,需要在轉(zhuǎn)換時(shí)插入“死區(qū)”。在這里,采用一片柵極驅(qū)動(dòng)芯片IR2104來驅(qū)動(dòng)同一橋臂上下兩個(gè)NMOS管導(dǎo)通。IR2104內(nèi)部集成升壓電路,一個(gè)自舉二極管和―個(gè)自舉電容便可完成自舉升壓。IR2104內(nèi)部設(shè)置死區(qū)時(shí)間,存在于在每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí),可以保證同一橋臂上、下兩管的狀態(tài)相反。
NMOS管是電壓驅(qū)動(dòng)型器件,柵極電壓高于源極電壓即可實(shí)現(xiàn)NMOS的飽和導(dǎo)通。電壓通斷MOS管時(shí),要比大10V以上,而且開通時(shí)必須工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)。IR2104工作電壓為10-20V,采用B0512S隔離電源升壓模塊來供電,IR2104輸出達(dá)到15V左右,可以驅(qū)動(dòng)NMOS管。NMOS管柵源極之間是容性結(jié)構(gòu),柵極回路存在寄生電感,合適的柵極電阻可以迅速衰減柵極回路在驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)脈沖的激勵(lì)下要產(chǎn)生很強(qiáng)的振蕩。LR7843型N溝道MOSFET,。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)電路圖如圖4。
3 結(jié)論
本文的電路方案經(jīng)過測試,證明了其可行性與可靠性。在車模系統(tǒng)中,各個(gè)模塊能穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。
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