高頻開關(guān)電源散熱系統(tǒng)與改造方式

靳慧 馮錚

摘要 文章首先對(duì)高頻開關(guān)電源的特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，隨后對(duì)高頻開關(guān)電源的散熱問題進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)高頻開關(guān)電源散熱系統(tǒng)的改造進(jìn)行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)Ω哳l開關(guān)電源的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行有所幫助。

【關(guān)鍵詞】高頻開關(guān)電源 散熱系統(tǒng) 改造

1 高頻開關(guān)電源的特點(diǎn)

高頻開關(guān)電源又被稱之為開關(guān)整流器，簡(jiǎn)稱SMR，它是通過IGBT的高頻工作的一種電源設(shè)備，其開關(guān)頻率通常可以控制在lOOkHz以內(nèi)，由此可實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)行。由于高頻開關(guān)電源采用了全橋逆變換流技術(shù)，從而使其性能更加穩(wěn)定，整機(jī)具有如下功能：過流、過壓、短路、超溫以及缺相的自動(dòng)保護(hù)。同時(shí)高頻開關(guān)電源直流輸出的波形為高頻方波，其波紋系數(shù)較小，可有效提高鍍數(shù)，避免了鈍化問題的發(fā)生。高頻開關(guān)電源為風(fēng)冷散熱，安裝相對(duì)比較方便，配有遠(yuǎn)程控制裝置，易于操作和控制，在帶有負(fù)載的情況下也可關(guān)機(jī)，從而使調(diào)節(jié)的繁瑣程序得以簡(jiǎn)化。高效、節(jié)能是高頻開關(guān)電源作為突出的特點(diǎn)，工作效率可以達(dá)到90%以上，由于整機(jī)采用了先進(jìn)的防腐工藝，大幅度延長(zhǎng)了使用壽命。

2 高頻開關(guān)電源的散熱問題

通過對(duì)電力系統(tǒng)中使用的高頻開關(guān)電源進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，風(fēng)冷是其散熱系統(tǒng)采用的主要處理方式，即利用風(fēng)扇進(jìn)行降溫，以此來達(dá)到散熱的目的。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，如果高頻開關(guān)電源連續(xù)運(yùn)行達(dá)到一定時(shí)長(zhǎng)后，其溫度會(huì)隨之不斷升高，當(dāng)溫度達(dá)到45-50攝氏度時(shí)，風(fēng)扇會(huì)自行啟動(dòng)投入工作，若是此時(shí)散熱系統(tǒng)發(fā)生故障，將無法達(dá)到降溫的效果，由此可能會(huì)造成開關(guān)電源損壞。之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的問題，主要是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)時(shí)，并未考慮將散熱系統(tǒng)的故障信息及時(shí)上傳給變電站綜合自動(dòng)化及監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，從而導(dǎo)致高頻開關(guān)電源的散熱系統(tǒng)因故障停運(yùn)后，變電站值守人員無法在第一時(shí)間內(nèi)得到相關(guān)的信息，同時(shí)，由于散熱系統(tǒng)安裝在屏柜當(dāng)中，從而使得巡檢人員很難發(fā)現(xiàn)故障問題，無法及時(shí)對(duì)故障隱患進(jìn)行處理，這在一定程度上加重了事態(tài)的嚴(yán)重性。為確保高頻開關(guān)電源的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，必須解決其散熱系統(tǒng)現(xiàn)存的問題，針對(duì)散熱系統(tǒng)現(xiàn)存的缺陷，可對(duì)其進(jìn)行改造。

3 高頻開關(guān)電源散熱系統(tǒng)的改進(jìn)

3.1 改造思路

在對(duì)高頻開關(guān)電源的散熱系統(tǒng)進(jìn)行改造的過程中，應(yīng)針對(duì)起現(xiàn)存的問題，從溫度監(jiān)測(cè)和故障監(jiān)測(cè)兩個(gè)方面著手，對(duì)散熱系統(tǒng)進(jìn)行改造，具體思路如下：

3.1.1 溫度監(jiān)測(cè)

這里所指的溫度監(jiān)測(cè)，是通過遠(yuǎn)程監(jiān)控的方法，對(duì)高頻開關(guān)電源的內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。受硬件設(shè)備功能的限制，無法對(duì)散熱系統(tǒng)的故障問題進(jìn)行直接判斷，當(dāng)散熱系統(tǒng)發(fā)生故障后，會(huì)導(dǎo)致高頻開關(guān)電源內(nèi)部的溫度升高，基于這一前提條件，可對(duì)其內(nèi)部溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，若是溫度超限，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)便會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，這樣工作人員便可在第一時(shí)間趕到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)故障問題進(jìn)行快速處理，由此可以防止散熱系統(tǒng)故障對(duì)高頻開關(guān)電源運(yùn)行的影響。雖然這種方式簡(jiǎn)單易行，但卻存在一定的不足，即監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常都是在散熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障后的一段時(shí)間才會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，由此可能會(huì)造成故障處理不及時(shí)的情況發(fā)生。

3.1.2 對(duì)風(fēng)扇故障進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)

可將散熱系統(tǒng)中的普通風(fēng)扇更換為帶停轉(zhuǎn)故障信號(hào)的風(fēng)扇，在通過遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行采集，若是判定風(fēng)扇發(fā)出停轉(zhuǎn)故障信號(hào)，則可確定風(fēng)扇損壞，這樣便可及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行維修處理。通過這種方式雖然能夠最風(fēng)扇的停轉(zhuǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，但隨著時(shí)間的推移，風(fēng)扇在不斷的運(yùn)行中，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)老化和灰塵積聚的情況，由此會(huì)導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)的散熱效果降低，此時(shí)高頻開關(guān)電源內(nèi)部的溫度會(huì)持續(xù)升高，由此會(huì)對(duì)模塊的安全運(yùn)行造成影響。

通過上述分析不難看出，單獨(dú)采用某一種改造方式都無法達(dá)到最佳的效果，如果將兩種改造方式聯(lián)合到一起，便可互相彌補(bǔ)不足之處。

3.2 改造方式

通過上文分析后，最終決定采用溫度監(jiān)測(cè)和風(fēng)扇故障監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法，對(duì)高頻開關(guān)電源的散熱系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)性改造，具體的框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

將自行設(shè)計(jì)開發(fā)的一個(gè)檢測(cè)模塊加裝在機(jī)柜上，并將溫度傳感器安裝在高頻開關(guān)電源模塊中，與測(cè)溫模塊進(jìn)行連接，由該模塊負(fù)責(zé)開關(guān)電源內(nèi)部溫度的測(cè)量和報(bào)警，并將信息傳給機(jī)柜監(jiān)控單元進(jìn)行記錄，再由監(jiān)控單元將報(bào)警信息傳給變電站的PC機(jī)，這樣站內(nèi)的值守人員便可及時(shí)發(fā)現(xiàn)高頻開關(guān)電源的故障問題，從而在第一時(shí)間著手解決處理，確保設(shè)備的可靠運(yùn)行。在對(duì)內(nèi)部溫度限值進(jìn)行設(shè)定時(shí)，可以按照實(shí)際情況而定，同時(shí)將風(fēng)扇更換為帶停轉(zhuǎn)故障信號(hào)的風(fēng)扇，并與檢測(cè)模塊相連接，檢測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，并借助RS485與監(jiān)控單元進(jìn)行通訊，將信息傳給變電站的PC機(jī)。

3.3 實(shí)現(xiàn)方法

3.3.1 系統(tǒng)硬件

（1）檢測(cè)模塊。該模塊為自行設(shè)計(jì)開發(fā)，主要由以下幾個(gè)部分組成：控制器、外圍電路、外部傳感器等。其中控制器選用技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的89C51系列單片機(jī)，以溫度作為動(dòng)態(tài)模擬量，檢測(cè)電路分為兩個(gè)部分，一部分是溫度檢測(cè)，另一部分是風(fēng)扇故障信號(hào)檢測(cè)。

（2）溫度傳感器。選用美國(guó)某知名半導(dǎo)體公司新近研發(fā)的一款改進(jìn)型智能溫度傳感器，其最為突出的特點(diǎn)是不需要額外配備電源。

（3）風(fēng)扇。選用帶有故障信號(hào)線的風(fēng)扇，并根據(jù)風(fēng)扇故障信號(hào)輸出的性質(zhì)，對(duì)相應(yīng)的檢測(cè)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.3.2 通信方式

改造后的散熱系統(tǒng)各單元之間需要進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，采用RS485與機(jī)柜監(jiān)控單元進(jìn)行通信。

4 結(jié)論

綜上所述，為確保變電站中高頻開關(guān)電源的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，本文針對(duì)起散熱系統(tǒng)存在的問題，提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法，經(jīng)過改造之后，彌補(bǔ)了散熱系統(tǒng)的缺陷，給高頻開關(guān)電源的正常運(yùn)行提供了保障。

參考文獻(xiàn)

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